北京理工大学理学院力学系：《工程力学》（下册）第十八章 实验应力分析（18.1-18.7）

工程力学(C) (下册) (32) 北京理工大学理学队力学系韩斌

工程力学（C） 北京理工大学理学院力学系 韩斌 ( 32) （下册）

§18实验应力分析 实验应力分析—利用实验的方法,测定构件 的应力或应变的技术。 重要性:(1)是固体力学三大支柱(理论分析 数值计算、实验)之一。 (2)复杂的工程问题,当无法进行理论分析 或误差太大时,直接实验的结果最为有效。 实验应力分析的原理: 不易观测的力学量 易测出的物理量 (应力、应变) 电测法转变为电压、电流 光测法转变为光强、相位

§18 实验应力分析 实验应力分析 ——利用实验的方法，测定构件 的应力或应变的技术。 重要性：（1）是固体力学三大支柱（理论分析、 数值计算、实验）之一。 （2）复杂的工程问题，当无法进行理论分析 或误差太大时，直接实验的结果最为有效。 实验应力分析的原理： 不易观测的力学量 （应力、应变） 易测出的物理量 电测法——转变为电压、电流 光测法——转变为光强、相位

§181应变电测法 应变电测法在测量硬件上主要由3部分组成: 1.电阻应变片:作为传感器将应变量转换成可测量 的电量参数。 2.测量电桥:组成各种测量电路。 3.电阻应变仪:输入测量电路获取的信号加以放大 并转换成实际应变值

§18.1 应变电测法 应变电测法在测量硬件上主要由3部分组成： 1.电阻应变片：作为传感器将应变量转换成可测量 的电量参数。 2.测量电桥：组成各种测量电路。 3.电阻应变仪：输入测量电路获取的信号加以放大 并转换成实际应变值

18.1电阻应变片的工作原理 1.金属丝的电阻应变效应 根长l,横截面积A,电阻率p的金属丝,电阻R 表示为: R 两边取微分,得: R=c+、 两边同除以R,得: dr dp de dA R

18.1 电阻应变片的工作原理 1.金属丝的电阻应变效应 一根长 l ,横截面积 A ,电阻率ρ的金属丝，电阻 R 表示为： A R  =  两边取微分，得： dA A d A d A dR 2    = + −   两边同除以R，得： A d d dA R dR = + −     l A

考虑圆形截面金属丝,直径为D则:A=zD2dA=xDD da dD 4 于是 -2v -LvE D 称为电阻率的变化率。实验表明与体积变化 率成正比 即22=m2=m(E+62+1)=m(1-2) 式中为材料的泊松比,m为材料的比例常数。 上两式代入 dr do de dA R l A (1+2v)+m(1-2)=Ks:E R

考虑圆形截面金属丝，直径为D 则： 2 4 A D  = dA DdD 2  = 于是 = 2 = −2 = −2   d D dD A dA 式中ν为材料的泊松比，m为材料的比例常数。  = +  + −   =  m KS R dR [(1 2 ) (1 2 )] 即        ( ) (1 2 ) = = m 1 + 2 + 3 = m − V dV m d  d 称为电阻率的变化率。实验表明与体积变化 率成正比 A d d dA R dR = + −     上两式代入 l A

圆形截面单根金属丝的电阻应变效应: dR Ka R 其中为金属丝的纵向线应变。 K=1+2v+m(1-2V) 称为单根金属丝的灵敏度系数。K在一般情况下 可以认为是常数。 金属丝的电阻变化率与纵向线应变成正比

其中ε为金属丝的纵向线应变。  Ks R dR = 称为单根金属丝的灵敏度系数。KS 在一般情况下 可以认为是常数。 圆形截面单根金属丝的电阻应变效应： K =1+ 2 + m(1− 2 ) S 金属丝的电阻变化率与纵向线应变成正比

182电阻应变片 3 1:敏感栅;2:基底;3:引线;4:定位线 把电阻应变片贴附于被测构件表面,将感应沿栅线方 向的线应变,引起应变片的电阻变化率可以表示为: dR =KE(181) R 其中K称为应变片的灵敏度系数。由于应变片构造 上的原因,K与K不等,而且K<K

18.2 电阻应变片 1：敏感栅；2：基底；3：引线；4：定位线 1 3 4 2 把电阻应变片贴附于被测构件表面，将感应沿栅线方 向的线应变，引起应变片的电阻变化率可以表示为： 其中K称为应变片的灵敏度系数。由于应变片构造 上的原因，K与Ks不等，而且K<Ks 。 K R dR = (18.1)

应变片的主要参数: .几何尺寸:bx1=2mm×3mm~60mmx150mm等 2名义电阻值:60g2~1209±1g 3应变片的灵敏度系数K:生产厂家标定,如: 2.17±0.01

应变片的主要参数 ： 1.几何尺寸：bl=2mm 3mm  60mm 150mm等 2.名义电阻值：60  120  ±1  3.应变片的灵敏度系数 K：生产厂家标定，如： 2.17 ±0.01

应变片的粘贴过程: 1.应变片检查:电阻值,引线等 2.被测件表面处理:除锈-砂纸打磨,除污渍-丙酮清 洗,刻定位线 3.应变片的粘贴:常用粘贴剂-502胶,双组分环氧 树脂等 4.检查与连接导线:用欧姆表检查,焊接引线 5.保护:防潮,绝缘-石蜡,松香,环氧树脂等

应变片的粘贴过程： 1.应变片检查:电阻值,引线等. 2.被测件表面处理:除锈-砂纸打磨,除污渍-丙酮清 洗,刻定位线. 3.应变片的粘贴:常用粘贴剂-502胶,双组分环氧 树脂等 4.检查与连接导线:用欧姆表检查,焊接引线. 5.保护:防潮,绝缘-石蜡,松香,环氧树脂等

18.3测量电桥电路与应变仪 1直流电桥的工作原理 B RR-R R AC R (R1+R2)(R3+R4) 2 C Cn平衡条件: R R RR=RR D (18.2) AC

18.3 测量电桥电路与应变仪 1.直流电桥的工作原理 UBD C D A B UAC R4 R3 R1 R2 ( )( ) 1 2 3 4 1 3 2 4 R R R R R R R R UBD UAC + + − = 平衡条件： = 0 UBD R1 R3 = R2 R4 (18.2)