第13章应变电测法课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料力学电子教案,C,机械工业出版社,第13章 应变电测法,13.1,概 述,13.2,电阻应变计,13.3,电阻应变仪,13.4,常温静态应变测量,第13章 应变电测法 13.1 概 述,1,13.1,概 述,应变电测法把非电量的变化转换为电学量的变化进行测量，是目前实验应力分析中应用最广泛的一种测试方法1)电阻应变计测试法,一、应变电测法,二、应变电测法分类,(2)电容应变计测试法,(3)电感应变计测试法,13.1 概 述 应变电测法把非电量的变化转换为电,2,三、电阻应变计测试法,(1),将电阻应变计粘贴在被测构件的表面上，当被测构件变形时，电阻应变计随同构件一起变形，其阻值亦发生相应的变化13.1 概 述,(2),利用电阻应变仪测定应变计电阻值的变化，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压(或电流)信号，由记录仪记录下来，得到所测构件表面的应变3),根据应力应变关系确定构件表面的应力状态三、电阻应变计测试法(1)将电阻应变计粘贴在被测构件的表面,3,四、电阻应变计测试法的优点,(1)测量灵敏度和精度高。

13.1 概 述,(2),传感元件尺寸小、重量轻，能满足应力梯度较大情况下的应变测量3),不仅可测量静态应力，而且可测量动态应力，不仅可在高温或低温环境下测量,而且还可用于遥测最小应变读数可为l微应变，精确度可达l%2%,四、电阻应变计测试法的优点(1)测量灵敏度和精度高1,4,五、电阻应变计测试法的缺点,(1)只能测量构件表面的应变，而不能测内部的应变13.1 概 述,(2)只能测量构件表面一个点沿某一方向的应变，而不能进行全域性测量3),由于只能测量栅长范围内的平均应变，因而对应变梯度较大的应变场的测量误差较大六、电阻应变计,测量系统的组成,(1)电阻应变计,(2)电阻应变仪,(3)记录仪,五、电阻应变计测试法的缺点(1)只能测量构件表面的应变，而,5,13.2,电阻应变计,电阻应变计由覆盖层、敏感栅、基底、引出线和粘接剂五部分组成一、结构,13.2.1,电阻应变计的结构和工作原理,13.2 电阻应变计 电阻应变计由覆盖层、敏感栅、基,6,二、,主要性能参数,13.2 电阻应变计,1.,基长(标距),L,基宽,B,2.,电阻值,R,一般有60、120、200、350、500 或1000，最常用的是120。

3.,灵敏系数,K,或,二、主要性能参数 13.2 电阻应变计1.基长(标,7,三、,工作原理,13.2 电阻应变计,1.,在测试时，电阻应变计随同构件一起变形，从而引起应变计电阻值的变化2.,测出电阻的改变量,R,，便可求出应变 或,三、工作原理 13.2 电阻应变计1.在测试时，电阻,8,(1)金属,一、根据敏感栅的材料不同,13.2.2,电阻应变计的分类,13.2 电阻应变计,(2)半导体,(3)金属或金属氧化物浆料,二、金属应变计分类,(1)丝式应变计,(2)箔式应变计,(3)薄膜应变计,(1)金属一、根据敏感栅的材料不同 13.2.2 电阻应,9,三、,金属应变计按敏感栅的结构形状分类,13.2 电阻应变计,(1)单轴应变计,(2)多轴应变计,多轴应变计由两个或两个以上相交成一定角度的敏感栅制成，通常称为,应变花,三、金属应变计按敏感栅的结构形状分类 13.2 电阻,10,四、,选用电阻应变计时需要考虑以下几项因素,13.2 电阻应变计,(1)应力状态,(2)应力梯度,单向应力状态可用单轴应变计，而平面应力状态应选用应变花应力梯度大时应选用小标距应变计，而应力梯度小时可选用标距大一些的应变计。

3)试件材质和表面质量,材质均匀、表面光滑时可用小标距应变计，材质不匀、表面粗糙时，则应选用大标距应变计四、选用电阻应变计时需要考虑以下几项因素 13.2,11,13.2 电阻应变计,(4)环境条件,(5)与应变仪匹配,在高温高湿等恶劣环境条件下，应选专用应变计应变计须与应变仪的供桥电压(或电流)相匹配，以免测量时应变计过度发热，影响精度甚至烧坏13.2 电阻应变计(4)环境条件 (5)与应变仪,12,13.3,电阻应变仪,从,ABC,半个电桥来看，,A,、,C,间的电压为,U,采用惠斯顿电桥作为基本测量电路13.3.1,测量电路原理,流经,R,1,的电流为,R,1,两端的电压降为,R,4,两端的电压降为,一、电桥平衡条件,13.3 电阻应变仪 从ABC半个电桥来看，A、C间,13,电桥的输出电压为,电桥输出电压,得,上式称为,电桥平衡条件,13.3 电阻应变仪,电桥的输出电压为 电桥输出电压 得上式称为电桥平衡条件14,二、直流电桥转换原理,设初始处于平衡状态的电桥各桥臂的阻值分别产生微小增量,电桥的输出电压为,展开上式，简化为,13.3 电阻应变仪,二、直流电桥转换原理 设初始处于平衡状态的电桥各桥臂的阻值分,15,等臂电桥,半等臂电桥,代入,得,13.3 电阻应变仪,上式是直流电桥转换原理的基本关系式。

等臂电桥 半等臂电桥 代入得 13.3 电阻应变仪上,16,表明,13.3 电阻应变仪,(1),电桥的输出电压与应变计感受的应变成线性关系电阻应变仪就是利用这种关系，以电桥输出电压的大小来确定应变值；,(2),各个应变计感受的应变对输出电压的影响是线性叠加的，相邻桥臂符号相反，相对桥臂符号相同，这称为,电桥的加减特性,表明 13.3 电阻应变仪(1)电桥的输出电压与应,17,应变计所测得的电阻变化将由两部分组成,13.3 电阻应变仪,(1),是由构件机械变形引起的电阻变化；,(2),是由温度变化引起的电阻变化13.3.2,温度补偿,在某些情况下，温度引起的应变的大小可以与构件的实际应变相当因此，在电阻应变计测量中，应采取措施消除温度的影响应变计所测得的电阻变化将由两部分组成 13.3 电阻,18,13.3 电阻应变仪,1.,补偿块补偿法,2.,工作片补偿法,桥路补偿法,在同一被测构件上粘贴几个工作应变计，将它们适当地接入电桥中此方法是准备一块与被测构件材料相同但不受力的补偿块，与被测构件放置在同一温度环境中13.3 电阻应变仪1.补偿块补偿法2.工作片补,19,一、组桥方式来达到的测量目的,13.3 电阻应变仪,(1),实现温度补偿；,(2)从复杂的组合应变中测出指定成分而排除其他成分；,13.3.3,应变计接入电桥的方法,(3),扩大应变仪的读数，以减少读数误差，提高测量灵敏度。

一、组桥方式来达到的测量目的 13.3 电阻应变仪(,20,二、几种典型组桥方式,13.3 电阻应变仪,1,半桥接线法,等臂电桥,有以下两种情况：,(1)半桥测量,若在测量电桥的桥臂,AB,和,BC,上接电阻应变计，而另外两桥臂,AD,和,DC,接应变仪内部的固定电阻,R,，则称为,半桥接线法,2)单臂测量,二、几种典型组桥方式 13.3 电阻应变仪1半桥接,21,13.3 电阻应变仪,2,全桥接线法,等臂电桥,有以下两种情况：,(1)全桥测量,在测量电桥的四个桥臂上全部接电阻应变计，称为,全桥接线法,2)对臂测量,13.3 电阻应变仪2全桥接线法 等臂电桥有以下两,22,13.4,常温静态,应变测量,(1)研究构件的应力应变分布规律；,13.4.1,静态测量的实施,(2)研究构件的强度问题；,(3)研究构件局部位置的应力集中；,(4)研究构件所受的载荷状况1.,静态应变测量的目的,13.4 常温静态应变测量(1)研究构件的应力应,23,2.,静态应变测量的一般步骤,13.4 常温静态应变测量,(1),根据测量目的和要求选择测点位置，确定应变计的布置和组桥方案；,(2),根据构件尺寸、材料、测量精度要求和应力梯度，选择应变计种类、栅长和型式，并预先检查电阻值，按阻值不同分组使用；,(3),根据测量精度要求、数据采集的数目和速度来选择使用手动平衡的静态电阻应变仪、自动记录的数字式应变仪或其他数据采集、处理系统；,2.静态应变测量的一般步骤 13.4 常温静态应变,24,(4),应变计的粘贴、布线、防护和检查；,13.4 常温静态应变测量,(5),应变仪的调试；,(6),加载测量；,(7)测量数据分析及完成报告。

4)应变计的粘贴、布线、防护和检查；13.4 常,25,在构件表面上任一点沿着主应力方向粘贴一个应变计，测得应变后，便可由单向应力状态的胡克定律求得主应力值13.4.2,测点位置及方位的确定,式中,E,为被测构件材料的弹性模量1.,已知主应力方向的单向应力状态,13.4 常温静态应变测量,在构件表面上任一点沿着主应力方向粘贴一个应变计，测得应变后，,26,可沿两个主应力方向各粘贴一个应变计由广义胡克定律求得主应力,2.,已知主应力方向的二向应力状态,13.4 常温静态应变测量,式中，为被测构件材料的泊松比可沿两个主应力方向各粘贴一个应变计由广义胡克定律求得主应力,27,可在被测点处粘贴一个三轴应变花测量三个线应变,3.,未知主应力方向的二向应力状态,13.4 常温静态应变测量,求得,以 电阻应变计方向为参考轴方向,可在被测点处粘贴一个三轴应变花测量三个线应变 3.未知,28,主应力方向和主应变方向一致，得到,主应力为,13.4 常温静态应变测量,主应变为,主应力方向和主应变方向一致，得到主应力为 13.4,29,。