·90· 工程科学学报，第39卷，第1期 K K 温控装置为高温炉部分提供稳定的热环境.加载 wG WWWWr- 装置施加恒定机械载荷，如图5所示，该部分是整个电 测系统的核心部件，主要由被测构件通过加载轮和电 子挠度计配合实现恒力和恒位移两种加载方式.测量 装置用于测量应变并进行初步的数据处理，整个系统 77777777777777777元 777777777777777777 实物如图6所示. 图3应变片蠕变过程 Fig.3 Schematic diagram of the creep process of the strain gauge 被测构件 定，对构件缓慢加载后保持稳定，分析弹簧K与K, 连接销 的交点G的受力状态，可以得到应变片栅丝的相对 蠕变为 长连接片 短连接片 1-【a叫小 (1) Eo 一石英棒 式中：e,为受力后的理论应变；△e为应变片指示应变 高温保护罩 基座 随时间发生的稳态变化；为时间，s;「表示材料蠕变的 挠度测量杆 电子挠度计 特征量，「=/K,其倒数1/r又称为相对蠕变速度， m…Nl 受力连接杆 进一步可得式(1)中弹性常数K和K,与应变片 的几何特征以及栅丝和胶层的材料参数有关，代表应 图5加载装置的三维模型 变栅丝的拉伸弹簧为， Fig.5 3D model of the loading device k (2) 式中：A为应变栅丝的横截面积，mm2:L为应变栅丝的 测量长度，mm:E,为应变栅丝的弹性模量，MPa 将基底和胶层视作一个整体，代表胶层和基底弹 性特征的弹簧的弹性常数为， D。E K=a2(1+) (3) 式中，D为应变片由基底进入栅丝的过渡区尺寸，mm; d为应变片的厚度，mm;E,为基底和胶层的弹性模量， MPa;T为基底和胶层的横向收缩系数. 图6高温应变电测系统实物 2高温应变栅丝蠕变电测系统及蠕变研究 Fig.6 Photo of the high temperature strain gauge electrical measure- ment system 2.1高温应变栅丝蠕变电测系统 本文设计的高温应变栅丝蠕变电测系统工作原理 2.2高温应变电测系统的蠕变输出研究 如图4所示.应变片粘贴在构件表面后，将该部分整 高温应变电测系统所采用矩形截面简支梁作为被 体安装在电测系统的高温炉内.整个系统可分为温 测构件，利用砝码重量施加左右对称的相等载荷，力学 控、加载和测量三个基本装置 模型如图7.图7为左右对称的四点弯曲简支梁，两个 力加载的中间段为纯弯曲.根据材料力学可得表面应 温控装置 加载装置 测量装置 变的理论值[2-] 电阻丝和 挠度计 被测构件 热电偶 12ho.. 应变计 80=3D-40 (4) 式中，L为简支梁的长，h为简支梁的厚度，a为力的加 温控器 砝码 数据采集 载点到同侧支撑点的距离，ω为简支梁中点挠度.可 图4高温应变片电测系统的原理图 通过控制千分表的读数确定加载的位移， Fig.4 Principle scheme of the high temperature strain gauge electri- 根据简支梁的弯矩方程、挠度方程、曲率半径方程 cal measurement system 以及诺顿蠕变定律，构件的第二阶段稳态蠕变速率可工程科学学报,第 39 卷,第 1 期 图 3 应变片蠕变过程 Fig. 3 Schematic diagram of the creep process of the strain gauge 定,对构件缓慢加载后保持稳定,分析弹簧 K1 与 K2 的交点 G 的受力状态,可以得到应变片栅丝的相对 蠕变为 驻着 着0 = 1 - exp [ - K2 r(1 + K2 / K1 ) ·t ]. (1) 式中:着0为受力后的理论应变;驻着 为应变片指示应变 随时间发生的稳态变化;t 为时间,s;r 表示材料蠕变的 特征量,r = 滋 / K2 ,其倒数 1 / r 又称为相对蠕变速度, m·N - 1 . 进一步可得式(1) 中弹性常数 K1 和 K2 与应变片 的几何特征以及栅丝和胶层的材料参数有关,代表应 变栅丝的拉伸弹簧为, K1 = 2A L Es . (2) 式中:A 为应变栅丝的横截面积,mm 2 ;L 为应变栅丝的 测量长度,mm;Es 为应变栅丝的弹性模量,MPa. 将基底和胶层视作一个整体,代表胶层和基底弹 性特征的弹簧的弹性常数为, K2 = D d · Eg 2(1 + 滋T ) . (3) 式中,D 为应变片由基底进入栅丝的过渡区尺寸,mm; d 为应变片的厚度,mm;Eg 为基底和胶层的弹性模量, MPa;滋T 为基底和胶层的横向收缩系数. 2 高温应变栅丝蠕变电测系统及蠕变研究 图 4 高温应变片电测系统的原理图 Fig. 4 Principle scheme of the high temperature strain gauge electri鄄 cal measurement system 2郾 1 高温应变栅丝蠕变电测系统 本文设计的高温应变栅丝蠕变电测系统工作原理 如图 4 所示. 应变片粘贴在构件表面后,将该部分整 体安装在电测系统的高温炉内. 整个系统可分为温 控、加载和测量三个基本装置. 温控装置为高温炉部分提供稳定的热环境. 加载 装置施加恒定机械载荷,如图 5 所示,该部分是整个电 测系统的核心部件,主要由被测构件通过加载轮和电 子挠度计配合实现恒力和恒位移两种加载方式. 测量 装置用于测量应变并进行初步的数据处理,整个系统 实物如图 6 所示. 图 5 加载装置的三维模型 Fig. 5 3D model of the loading device 图 6 高温应变电测系统实物 Fig. 6 Photo of the high temperature strain gauge electrical measure鄄 ment system 2郾 2 高温应变电测系统的蠕变输出研究 高温应变电测系统所采用矩形截面简支梁作为被 测构件,利用砝码重量施加左右对称的相等载荷,力学 模型如图 7. 图 7 为左右对称的四点弯曲简支梁,两个 力加载的中间段为纯弯曲. 根据材料力学可得表面应 变的理论值[12鄄鄄15] : 着0 = 12h棕ss 3L 2 - 4a 2 . (4) 式中,L 为简支梁的长,h 为简支梁的厚度,a 为力的加 载点到同侧支撑点的距离,棕ss为简支梁中点挠度. 可 通过控制千分表的读数确定加载的位移. 根据简支梁的弯矩方程、挠度方程、曲率半径方程 以及诺顿蠕变定律,构件的第二阶段稳态蠕变速率可 ·90·