材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課件

1、千千 分分 表表 千分表利用齒輪放大原理制成，主要用于測(cè)量位移。工作時(shí)將細(xì)軸的觸頭緊靠在被測(cè)量的物體上，物體的變形將引起觸頭的上下移動(dòng)，細(xì)軸上的平齒便推動(dòng)小齒輪以及和它同軸的大齒輪共同轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪帶動(dòng)指針齒輪，于是大指針相隨轉(zhuǎn)動(dòng) 如大指針在刻度盤上每轉(zhuǎn)動(dòng)一格。表示觸頭的位移為1/1000mm，則放大倍數(shù)為1000，稱為千分表。如大指針每轉(zhuǎn)動(dòng)一格表示觸頭的位移為1/100 mm，則稱為百分表。大指針轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)可由量程指針予以記憶。百分表格量程一般為510 mm，千分表則為3mm左右。 安裝千分表時(shí)，應(yīng)使細(xì)軸的方向（亦即觸頭的位移方向）與被測(cè)點(diǎn)的位移方向一致。對(duì)細(xì)軸應(yīng)選取適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量。測(cè)量前可轉(zhuǎn)

2、動(dòng)刻度盤使指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)。球鉸式引伸儀4 引伸儀是測(cè)量試件變形并放大輸出示值或信號(hào)的儀器。球鉸式引伸儀是采用機(jī)械傳遞來測(cè)定試件拉伸變形的，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示，它分為兩部分：一部分是千分表，它通過齒輪機(jī)構(gòu)，使用測(cè)桿的移動(dòng)變?yōu)橹羔樲D(zhuǎn)動(dòng)，靠齒輪比達(dá)到放大效果。千分表大指針走一格，表示測(cè)桿移動(dòng)0.001mm，小指針走一格表示大指針走一圈，即1000格。5 二是變形傳遞架，結(jié)構(gòu)原理如圖所示?？蚣蹵BCD為固定試件的剛性結(jié)構(gòu)，GD是變形傳遞臂，可繞球鉸D點(diǎn)擺動(dòng)。E、F點(diǎn)各有一對(duì)頂尖，可夾持試件。H處為可轉(zhuǎn)動(dòng)的定位圓柱，它的部分圓柱面被削除成與軸平行的平面，當(dāng)圓柱面接觸傳遞臂GD時(shí)，頂尖E、F距離正好為l0=

3、100mm。千分表固定在表夾桿AI上，測(cè)桿壓縮后與傳遞臂GD的平臺(tái)G點(diǎn)接觸，靠千分表內(nèi)的彈簧使接觸點(diǎn)保持在變形過程中不脫開。6 試件伸長后，帶動(dòng)傳遞臂GD擺動(dòng)，因?yàn)镚D=2FD，所以，試件EF之間的變形L傳遞到G點(diǎn)放大為2L，被千分表測(cè)得，所以千分表大指針每走一格，表示試件伸長1/2000mm，即引伸儀靈敏度f= 1/2000mm /格。7一、球鉸式引伸儀的安裝步驟 將引伸儀表夾桿朝上平放桌上，轉(zhuǎn)動(dòng)定位圓柱使圓柱面與傳遞臂接觸。將試件從框架缺口放入夾持位置且落在定位片上（定位片事先調(diào)好，使頂尖對(duì)準(zhǔn)試件軸線），然后，擰緊頂尖螺絲，夾緊試件，擰緊程度為：頂尖接觸試件表面后，再旋緊 90左右。將千分

4、表插入表夾桿的圓孔中，頂壓測(cè)桿，使指針走完量程，即小指針約在1.0處，旋緊固定螺絲。轉(zhuǎn)動(dòng)定位圓柱，使其平面朝向傳遞臂，形成間隙，以使初變形立即直接傳遞給千分表。 裝好引伸儀的試件在拿取和裝到試驗(yàn)機(jī)上時(shí)，注意要使千分表表面朝上。8二、安裝球鉸式引伸儀的注意事項(xiàng)是：1、根據(jù)試樣尺寸調(diào)整定位塊和頂尖，使小軸的尾部向上，限制上、下標(biāo)距叉相對(duì)錯(cuò)對(duì)，把引伸儀套在試樣上，使定位塊與試樣靠緊，旋緊活動(dòng)頂尖，使頂尖嵌入試樣約為0.050.01mm。2、調(diào)整接觸螺釘，使千分表的量程指針指在量程的一半左右，用鎖緊螺母鎖緊接觸螺釘，把千分表大指針調(diào)整到零位，把小軸尾部旋轉(zhuǎn)向下，即可開始試驗(yàn)。9液 壓 式萬能材料試驗(yàn)機(jī)

5、10 常見的材料試驗(yàn)機(jī)可以做拉伸、壓縮、剪切、彎曲試驗(yàn)，習(xí)慣上稱為萬能材料試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)它的加力和測(cè)力的方式不同，可分為油壓式、機(jī)械式及電子式。11一、構(gòu)造 液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)一般由三部分組成，分別為： 1、加載部分 2、測(cè)力部分 3、操作部分（包括繪圖裝置）12 1、加載部分 在底座上由兩根固定立柱和固定橫梁組成一個(gè)剛性很大的承載框架，工作油缸固定在橫梁上，在工作油缸的活塞上支撐著由上橫梁、活動(dòng)立柱和活動(dòng)平臺(tái)組成的一個(gè)活動(dòng)框架，當(dāng)油泵開啟時(shí)，油液通過送油閥，經(jīng)送油管進(jìn)入工作油缸，把活塞連同活動(dòng)平臺(tái)一起頂起，這樣，把試件安裝于上夾頭和下夾頭之間，由于下夾頭固定，上夾頭隨活動(dòng)平臺(tái)上升，試件將受到

6、拉伸，若把試件置放于兩個(gè)承壓板之間，則因固定橫梁不動(dòng)，而活動(dòng)平臺(tái)上升，試件將受到壓縮，此外，實(shí)驗(yàn)開始前如欲調(diào)整上、下夾頭之間的距離，則可開動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)螺桿，便可使下夾頭上升或下降，但電機(jī)不能用來給試件施加拉力。13 在拉伸空間，有上、下兩個(gè)夾頭，用來夾持拉伸試件，夾頭有各種形式，常用的夾頭是在梯形開口的上、下夾座內(nèi)各有兩塊楔形夾塊，楔面與梯形斜面接觸，如圖所示，兩夾塊相對(duì)端上有硬齒，以抓緊試件兩端。當(dāng)施加分離上、下夾頭的垂直力P時(shí)，P被傾斜接觸面分解成對(duì)夾塊的水平夾持力F，隨著P增大，F(xiàn)亦增大，保證夾緊試件而不滑動(dòng)。142、測(cè)力部分 加載時(shí)，開動(dòng)油泵電機(jī)，打開送油閥，油泵把油液送入工作油缸，

7、并頂起工作活塞給試件加載，同時(shí)，油液經(jīng)測(cè)力油管進(jìn)入測(cè)力油缸，并壓迫測(cè)力活塞，使它帶動(dòng)拉桿向下移動(dòng)，從而迫使擺桿和擺錘連同推桿繞支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，推桿偏轉(zhuǎn)時(shí)，推動(dòng)齒桿作水平移動(dòng)，于是驅(qū)動(dòng)示力盤的指針齒輪，使示力指針繞示力度盤中心旋轉(zhuǎn)。15 示力指針旋轉(zhuǎn)的角度與測(cè)力油缸活塞上的總壓力成正比，這樣示力指針的轉(zhuǎn)角便與工作油缸活塞上的總壓力成正比。示力指針的轉(zhuǎn)角便與工作油缸活塞上的總壓力，也就是試件所受載荷成正比，經(jīng)標(biāo)定便可使指針在示力度盤上直接指示載荷的大小。16 試驗(yàn)機(jī)配有不同質(zhì)量的擺錘可供選擇，對(duì)質(zhì)量不同的擺錘，使示力指針轉(zhuǎn)同樣的轉(zhuǎn)角，所需油壓并不相同，即載荷并不相同，所以示力度盤上由刻度表示的測(cè)力范圍與

8、擺錘的質(zhì)量相匹配。17例如WE300型萬能試驗(yàn)機(jī)的3種度盤如下： 錘 重 度 量 A 060KN A+B 0150KN A+B+C 0300KN 實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了保證測(cè)量載荷的精度，要根據(jù)試件情況事先估算載荷大小，再選用適宜的測(cè)力度盤。182、操作部分 操作部分由進(jìn)油閥、回油閥和油泵開關(guān)等組成，進(jìn)油閥打開，油缸進(jìn)油加載，進(jìn)油閥開得越大，加載速度越快。回油閥打開，回油卸載，操作時(shí)，注意開機(jī)試驗(yàn)前要關(guān)閉進(jìn)、回油閥，開機(jī)后，再平緩地打開進(jìn)油閥，逐漸增大進(jìn)油量。否則，若在進(jìn)油閥開口較大時(shí)開機(jī)，荷載突然增大，會(huì)引起沖擊，甚至沖過屈服點(diǎn)或使試件迅速破壞，指針受過大動(dòng)慣性影響，使無法準(zhǔn)確測(cè)讀力值。194、自動(dòng)繪

9、圖器 在試驗(yàn)機(jī)測(cè)力度盤的右側(cè)裝有自動(dòng)繪圖器，由記錄筆、導(dǎo)軌架、描繪筒和線繩等組成。它的工作原理是，用一根拉線通過滑輪將自動(dòng)繪圖器滾筒與工作臺(tái)連接。當(dāng)試件受力變形時(shí)，工作臺(tái)即上、下移動(dòng)，滾筒也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。自動(dòng)繪圖器的筆尖安裝在測(cè)力部分的水平齒桿上，當(dāng)試件上受力改變時(shí)，筆尖隨之左右移動(dòng)。這樣在滾筒的記錄紙上就能自動(dòng)繪出試驗(yàn)過程中力和變形的關(guān)系曲線。滾筒的周向表示變形，軸向表示載荷。20二、操作步驟1、打開電源開關(guān)。2、檢查送油閥和回油閥門是否處于關(guān)閉位置；檢查夾頭的類型和規(guī)格是否與試件相匹配；檢查保險(xiǎn)開關(guān)是否有效。3、根據(jù)估計(jì)的最大載荷Pmax選擇適當(dāng)?shù)牧χ盗砍蹋Q好對(duì)應(yīng)的擺錘。所選量程應(yīng)使Pma

10、x 在其40%60%內(nèi)為宜。214、調(diào)節(jié)機(jī)器零位。加載前，測(cè)力指針應(yīng)指在度盤上的“零”點(diǎn)，否則必須加以調(diào)整。調(diào)整時(shí)，先開動(dòng)油泵，將活動(dòng)平臺(tái)升起510mm左右，然后調(diào)整擺桿上的平衡鉈，使擺桿保持鉛直位置，再轉(zhuǎn)動(dòng)水平齒桿使指針對(duì)準(zhǔn)“零”點(diǎn)。先升起活動(dòng)平臺(tái)才調(diào)整零點(diǎn)的原因是由于活動(dòng)框架有很大的重量，需要一定的油壓才能將它升起，但是這部分油壓并未用來給試件加載，應(yīng)加以消除。225、安裝試件。拉伸試件如果空間不夠，則須調(diào)整拉伸空間，在空載的情況下，用調(diào)位電機(jī)調(diào)節(jié)下夾頭的位置，使夾持長度至少大于夾頭長度的3/4，并應(yīng)將試件夾正。安裝壓縮試件時(shí)，必須放置墊板，把試件擺正，確保對(duì)中，盡可能使試件只承受軸向荷載

11、。236、撥回隨動(dòng)指針與測(cè)力指針靠攏，使繪圖裝置紙筆就位，筆要處于零線位置，且保持適當(dāng)壓力。7、開動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)數(shù)分鐘，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。然后緩緩打開送油閥，慢速加載試驗(yàn)，讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。加載時(shí)，眼觀測(cè)力指針，手控進(jìn)油閥，平滑地調(diào)節(jié)進(jìn)油量，使指針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。注意，不能用下夾頭的調(diào)位電機(jī)給拉伸試件加載，以免電機(jī)超荷損壞。 8、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，并立即停機(jī)，脫開繪圖裝置紙筆，然后取下被破壞的試件。緩緩打開回油閥，將油液泄回油箱，使活動(dòng)平臺(tái)回到原始位置。最后將一切機(jī)構(gòu)復(fù)原，并清理機(jī)器。24三、注意事項(xiàng)1、試驗(yàn)前，一定要給油缸里充一些油，使活動(dòng)平臺(tái)上升少許，以消除自重。2、指針調(diào)零時(shí)，擰動(dòng)水平齒桿要小心

12、。不許抬壓，以免機(jī)構(gòu)滑扣，毀壞精密絲扣和細(xì)牙輪。3、拉伸試件夾緊后，不得再調(diào)整下夾頭的位置，同時(shí)也不能調(diào)整測(cè)力指針到零。4、不準(zhǔn)用調(diào)位電機(jī)對(duì)試件施行加載和卸載。升、降方向不能直接變換，必須按停止按鈕后再進(jìn)行變換。255、開啟油泵前，送油閥和回油閥一定要置于關(guān)閉位置，加載、卸載和回油均應(yīng)緩慢進(jìn)行。加載時(shí)，要求指針勻速平穩(wěn)地走動(dòng)，當(dāng)試件將要受載時(shí)，立即減慢活動(dòng)平臺(tái)上升速度（關(guān)小送油閥門），嚴(yán)防送油閥開得過大，測(cè)力指針走得太快，致使試件受到?jīng)_擊作用。6、機(jī)器開動(dòng)后，操作不得擅自離開控制臺(tái)，且注意力要集中，以免發(fā)安全事故。7、實(shí)驗(yàn)時(shí)不得觸動(dòng)擺錘，以免影響讀數(shù)的準(zhǔn)確。8、在實(shí)驗(yàn)過程中，如果聽到異常聲音或

13、發(fā)生故障應(yīng)立即停機(jī)，進(jìn)行檢查和修理。26低碳鋼彈性模量E的測(cè)定27 彈性模量彈性模量E是反映材料在拉伸（或壓縮）時(shí)，抵抗彈性是反映材料在拉伸（或壓縮）時(shí)，抵抗彈性變形能力的特征值，在工程上應(yīng)用極廣，測(cè)定變形能力的特征值，在工程上應(yīng)用極廣，測(cè)定E的方法較多，的方法較多，本節(jié)僅介紹機(jī)械量表測(cè)試法，引伸儀法測(cè)定低碳鋼的彈性模本節(jié)僅介紹機(jī)械量表測(cè)試法，引伸儀法測(cè)定低碳鋼的彈性模量量E。一、試驗(yàn)?zāi)康模阂弧⒃囼?yàn)?zāi)康模?、拉伸時(shí)在比例極限內(nèi)，驗(yàn)證胡克定律，并測(cè)定低碳鋼的彈、拉伸時(shí)在比例極限內(nèi)，驗(yàn)證胡克定律，并測(cè)定低碳鋼的彈性模量性模量E。2、熟悉球鉸式引伸儀的正確使用方法。、熟悉球鉸式引伸儀的正確使用方法。

14、28二、試驗(yàn)設(shè)備二、試驗(yàn)設(shè)備1、測(cè)、測(cè)E試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)臺(tái) 該試驗(yàn)臺(tái)配上引伸儀，作為材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中測(cè)定材料彈該試驗(yàn)臺(tái)配上引伸儀，作為材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中測(cè)定材料彈性模量性模量E實(shí)驗(yàn)用。實(shí)驗(yàn)用。 試件為低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓試件，直徑試件為低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓試件，直徑d=8mm，標(biāo)距，標(biāo)距l(xiāng)0=100mm。 載荷增量載荷增量P =1000N，實(shí)驗(yàn)為四級(jí)加載，每個(gè)砝碼重，實(shí)驗(yàn)為四級(jí)加載，每個(gè)砝碼重25N；初載荷砝碼初載荷砝碼1個(gè)個(gè)16N。采用。采用1:40杠桿比放大。杠桿比放大。29 2、球鉸式引伸儀、球鉸式引伸儀 引伸儀是測(cè)量試件變形并放大輸出示值或信號(hào)的儀器。球鉸式引伸儀是采用機(jī)械傳遞來測(cè)定試件拉伸變形的，其結(jié)構(gòu)

15、原理如圖所示，它分為兩部分： 一部分是千分表，第二部分是變形傳遞架。303、游標(biāo)卡尺、游標(biāo)卡尺4、低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓試件、低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓試件31三、試驗(yàn)原理 測(cè)定材料的彈性模量通常采用拉伸試驗(yàn)。從低碳鋼拉伸圖P-l曲線中可以看到，在比例極限內(nèi)，其變形與載荷間呈線性關(guān)系，即符合胡克定律，其關(guān)系式為：由此可得： （1） 式中 l0-為試件的計(jì)算長度（或?yàn)橐靸x的標(biāo)距）； A0-為試件的橫截面面積； l-為已知載荷P時(shí)，l0長度內(nèi)的絕對(duì)伸長。 當(dāng)l0、A0均為已知數(shù)據(jù)，再用引伸儀測(cè)得l，即可由上式計(jì)算出彈性模量E。00EAPlL lAPlE0032 為了驗(yàn)證胡克定律，并保證試驗(yàn)精確性，一般采用等量逐級(jí)加載法

16、。即加一級(jí)載荷P，則從引伸儀讀出相應(yīng)的變形伸長量l=Bf，這里，B為引伸儀讀數(shù)；f為引伸儀靈敏度系數(shù)；當(dāng)增加一級(jí)載荷增量P，則引伸儀讀數(shù)增量為B，對(duì)應(yīng)的變形伸長增量為l=Bf 。因此，用增量法測(cè)定彈性模量E的計(jì)算式可由式（1）改寫為： 對(duì)試件逐級(jí)等量加載過程中，每級(jí)增加相等的載荷P時(shí)，如果測(cè)出的拉伸變形伸長量也等量增加l，這就驗(yàn)證了材料在應(yīng)力不超過比例極限時(shí)，服從胡克定律。BfAlPE0033四、實(shí)驗(yàn)步驟1、量測(cè)試件直徑 在試件標(biāo)距范圍內(nèi)的兩端和中間三處，每處用游標(biāo)卡尺量取兩個(gè)相互垂直方向的直徑。取三處直徑的算術(shù)平均值作為計(jì)算直徑，以計(jì)算試件的橫截面面積A0。本實(shí)驗(yàn)試件采用的是低碳鋼標(biāo)準(zhǔn)圓試件

17、，直徑d=8mm，標(biāo)距l(xiāng)0=100mm。2、調(diào)節(jié)吊桿螺母，讓杠桿尾端上翹一些，使之與滿載時(shí)關(guān)于水平位置對(duì)稱。在調(diào)節(jié)前，必須使兩墊刀刃對(duì)正V型溝槽底，否則墊刀將由于受力不均勻而被壓裂。343、把球鉸式引伸儀裝夾到標(biāo)準(zhǔn)試件上，引伸儀為精密儀器，裝夾時(shí)要特別小心，以免使其受損。4、掛上砝碼托盤，加上初載荷砝碼16N，并記引伸儀千分表上的初始讀數(shù)。5、本實(shí)驗(yàn)共分為四級(jí)荷載，每一級(jí)砝碼為25N，因杠桿采用的是1:40杠桿比放大，所以試件每一級(jí)荷載為1000N。每加一次砝碼記錄一次引伸儀上的讀數(shù)，直到全部測(cè)完，卸載并拆下引伸儀。加砝碼時(shí)要緩慢放手，以免造成沖擊，并注意防止砝碼跌落而被砸傷。35梁梁 彎彎

18、曲曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)36一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、測(cè)定梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力大小和 分布規(guī)律。2、驗(yàn)證純彎曲梁的正應(yīng)力計(jì)算公式。3、掌握電測(cè)法的基本原理。37二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置一套 2、靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀38純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置391236728391110451、鋼梁 2、定位板3、支座 4、試驗(yàn)機(jī)架5、加載手輪 6、拉桿7、加載橫梁 8、測(cè)力儀9、加載系統(tǒng)10、載荷傳感器11、加載壓頭40靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀41三、實(shí)驗(yàn)原理1、測(cè)定彎曲正應(yīng)力 本實(shí)驗(yàn)裝置采用的是低碳鋼制成的矩形截面梁作為試件，擱在兩支座上，當(dāng)力P作用于輔助梁中央A點(diǎn)時(shí)，通過輔助梁將壓力F分解為兩個(gè)集中力P/2并分

19、別作用于主梁的B、C兩點(diǎn)，由梁的內(nèi)力分析知道，BC段上的剪力為零，而彎矩M=Pa/2，因此梁的BC段發(fā)生純彎曲。P22PMQxxaaLPPaABCD22P22Pa42 純彎曲梁受力狀態(tài)及有關(guān)尺寸見上圖。純彎曲梁材料為鋼，其彈性模量E=210GN/m2，在梁的純彎曲段內(nèi)已粘貼好兩組應(yīng)變片，每組8片，分別為18和1*8*號(hào)應(yīng)變片，各片距中心層的距離在下圖中已標(biāo)出。圖4圖343 由理論推導(dǎo)得出梁純彎曲時(shí)橫截面上的任一點(diǎn)正應(yīng)力表達(dá)式為式中 M橫截面上的彎矩； Iz梁橫截面對(duì)中性軸z的慣性矩； y 需求應(yīng)力的點(diǎn)離中性軸的距離。 增量表達(dá)式為iziyIMiziyIM44 為了驗(yàn)證此理論公式的正確性，在梁純

20、彎曲段的側(cè)面，沿不同的高度粘貼了電阻應(yīng)變片，測(cè)量方向均平行于梁軸，布片方案及各片的編號(hào)如圖中所示。當(dāng)梁加載變形時(shí)，利用電阻應(yīng)變儀測(cè)出各應(yīng)變片的應(yīng)變值，然后根據(jù)單向應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律求出各點(diǎn)實(shí)測(cè)的應(yīng)力值：縱橫縱橫45 根據(jù)單向受力假設(shè)，梁橫截面上各點(diǎn)均處于單向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)用軸向拉伸時(shí)的胡克定律，即可通過測(cè)定的各點(diǎn)應(yīng)變，計(jì)算出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力。采用增量法，各點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力增量表達(dá)式為 實(shí)i=E實(shí)i式中E鋼梁的彈性模量； i 為測(cè)量點(diǎn)，i =1、2、3、4、5、6、7； 實(shí)i 各點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變平均增量； 實(shí)i 各點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力平均增量。46 根據(jù)材料力學(xué)中純彎曲梁的平面假設(shè)，沿梁橫截面高度的正應(yīng)變分布規(guī)律應(yīng)

21、當(dāng)是直線。另外材料力學(xué)中還假設(shè)梁在純彎曲段內(nèi)是單向應(yīng)力狀態(tài)，為此，我們?cè)诹旱南卤砻嬲迟N有與7號(hào)片和7*號(hào)片垂直的8號(hào)片和8*號(hào)片，當(dāng)梁受力變形后，可測(cè)得8和8* ，根據(jù)泊松比 ，可由 計(jì)算得到和，若近似等于時(shí)，則證明梁純彎曲段內(nèi)近似于單向應(yīng)力狀態(tài)?？v橫縱橫縱橫*7*878或47 以上兩個(gè)算式適用于比例極限以內(nèi)，故梁的加載必須在此范圍內(nèi)進(jìn)行。為了隨時(shí)觀察變形與荷載的線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)第一次采用增量法加載，即每增加等量荷載P，測(cè)讀各點(diǎn)的應(yīng)變一次，觀察各次的應(yīng)變?cè)隽渴欠褚不鞠嗤Ｈ缓?，再重?fù)加載從零至最終荷載兩次，以便了解重復(fù)性如何。由于應(yīng)變片是按中性層上下對(duì)稱布置的，因此，在每次加載、測(cè)讀應(yīng)變值后

22、，還可以分析其對(duì)稱性，最后，取三次最終荷載所測(cè)得的應(yīng)變平均值計(jì)算各點(diǎn)的應(yīng)力值實(shí)。iziyIMii實(shí)實(shí)E48 本實(shí)驗(yàn)用電測(cè)法測(cè)量應(yīng)變，采用半橋溫度補(bǔ)償接法，如圖所示。因是多點(diǎn)測(cè)量，且7個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度條件相同，為了方便測(cè)量，7片測(cè)量片共用1片溫度補(bǔ)償片，即公共補(bǔ)償?shù)霓k法。49 通過同一點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力的增量與理論應(yīng)力增量計(jì)算結(jié)果比較，算出相對(duì)誤差，即可驗(yàn)證純彎曲梁的正應(yīng)力計(jì)算公式。 將計(jì)算的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力平均增量標(biāo)在截面高度為縱坐標(biāo)，應(yīng)力大小為橫坐標(biāo)的平面內(nèi)，并連成曲線，即可與橫截面上應(yīng)力理論分布情況相比較。50四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量鋼梁的截面尺寸： 高度h=40mm，寬度b=20mm， 跨度L=62

23、0mm，加載點(diǎn)到支座距離a=150mm。 鋼梁的材料為低碳鋼，其彈性模量E=2.1105MPa。2、應(yīng)變儀準(zhǔn)備： a、接通靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀電源，按下“開”按鈕，儀 器面板上顯示屏發(fā)光數(shù)管亮起，進(jìn)行預(yù)熱。圖351 b、調(diào)整應(yīng)變儀靈敏度系數(shù)（K值），使用K值不同的應(yīng)變片有不同的標(biāo)定值，可查閱儀器說明書附表內(nèi)K值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)定值，在測(cè)量前進(jìn)行校準(zhǔn)。首先在儀器反面A、B、C接線柱上接上標(biāo)準(zhǔn)電阻，旋緊。D1DD2接線柱上用金屬片連接旋緊。采用半橋測(cè)量法，再將前面板上的選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“1”位置上，調(diào)整平衡電位器“1”使指示表數(shù)字顯示全為零。按下“標(biāo)定”按鈕，調(diào)整“調(diào)幅”電位器，調(diào)到指示表上顯示出所需的標(biāo)定值

24、，再按出“標(biāo)定”開關(guān)。此步驟可省略，輔導(dǎo)老師在實(shí)驗(yàn)前已作調(diào)整。52 c、查看應(yīng)變儀12點(diǎn)接線板，鋼梁上貼有7片應(yīng)變片的兩根引出導(dǎo)線依次接在17點(diǎn)的“AB”接線柱上，一片補(bǔ)償片的兩根引出導(dǎo)線接在17點(diǎn)中任意一點(diǎn)“BC”接線柱上作公共補(bǔ)償。 d、要使各測(cè)量點(diǎn)的電橋處于平衡狀態(tài)，須調(diào)零。將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“1”位置，使指示表數(shù)字顯示全為零，按此方法依次調(diào)整“27”點(diǎn)。533、本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)動(dòng)手輪加載的方法，載荷的大小由與載荷傳感器相連接的測(cè)力儀顯示。每增加載荷量P，通過2根加載拉桿，使得鋼梁距兩端支座各為a處分別增加作用力P /2。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪均勻加載，每增加一級(jí)載荷，記錄一次鋼梁橫截面上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變讀數(shù)

25、一次，觀察各次的應(yīng)變?cè)隽渴欠窕鞠嗤?。然后，再重?fù)加載從零至最終載荷2，最后取3次最終載荷所測(cè)得的各點(diǎn)的應(yīng)變平均值計(jì)算點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力4、實(shí)驗(yàn)完畢，卸去載荷，將試驗(yàn)儀器恢復(fù)原狀。54五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1、根據(jù)測(cè)得的各點(diǎn)應(yīng)變值，計(jì)算出各點(diǎn)的平均應(yīng)變的增量值實(shí)i，由實(shí)i=E實(shí)i計(jì)算1、2、3、4、5、6、7各點(diǎn)的應(yīng)力增量。2、根據(jù) 計(jì)算各點(diǎn)的理論應(yīng)力增量并與實(shí)i相比較。3、將不同點(diǎn)的實(shí)i與理i繪在截面高度為縱坐標(biāo)，應(yīng)力大小為橫坐標(biāo)平面內(nèi)，即可得到梁截面上的實(shí)驗(yàn)與理論的應(yīng)力分布曲線，將兩者進(jìn)行比較即可驗(yàn)證應(yīng)力分布和應(yīng)力公式。zii理IMy55六、注意事項(xiàng)六、注意事項(xiàng)1 1、不要隨意拉動(dòng)導(dǎo)線或觸碰鋼梁上的電

26、阻、不要隨意拉動(dòng)導(dǎo)線或觸碰鋼梁上的電阻 應(yīng)變片。應(yīng)變片。2 2、為防止試件過載，手輪加載時(shí)不要超過、為防止試件過載，手輪加載時(shí)不要超過 5KN5KN，超載會(huì)損壞傳感器和試驗(yàn)件。，超載會(huì)損壞傳感器和試驗(yàn)件。3 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先卸除梁上荷載，再關(guān)閉、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先卸除梁上荷載，再關(guān)閉 測(cè)力儀和應(yīng)變儀電源。測(cè)力儀和應(yīng)變儀電源。56電測(cè)法簡(jiǎn)述57一、應(yīng)變電測(cè)原理簡(jiǎn)介 在實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的多種方法中，電測(cè)法應(yīng)用最廣泛。所謂電測(cè)法就是將力學(xué)量如：位移、速度、變形等非電量轉(zhuǎn)換成電量來進(jìn)行測(cè)量的一種實(shí)驗(yàn)方法。 將非電量（變形、力等）的變化，通過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電量（電阻、電感、電容等）的變化，然后，再把測(cè)得的電量

27、變化反轉(zhuǎn)換為欲測(cè)定的非電量，這種方法叫非電量的電測(cè)法。58 電測(cè)法主要由電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀組成。 將非電量通過敏感元件轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，稱為電阻應(yīng)變計(jì)（簡(jiǎn)稱電阻片或應(yīng)變片）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將電阻片粘貼在被測(cè)構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件變形時(shí)，應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，利用電阻應(yīng)變儀（簡(jiǎn)稱應(yīng)變儀）將該電阻的變化測(cè)定出來，換算成應(yīng)變值輸出，就可獲得所測(cè)定的應(yīng)力或應(yīng)變值。59二、電阻應(yīng)變片1、構(gòu)造 電阻應(yīng)變片是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化的轉(zhuǎn)換元件，一般由敏感柵、引出線、基底層、覆蓋層和黏結(jié)劑組成，敏感柵是應(yīng)變片的主要元件，由金屬絲或者金屬箔制成，基底層和覆蓋層起定位和保護(hù)應(yīng)變片的幾何形狀的作用，也起到與被測(cè)

28、構(gòu)件之間電絕緣作用，引出線是用于連接導(dǎo)線的過渡部分，黏結(jié)劑把敏感柵基底和覆蓋層牢固地黏結(jié)成一個(gè)整體。60 電阻應(yīng)變片的工作原理是把應(yīng)變片牢固地粘貼于試件上，使應(yīng)變片與試件同步變形，金屬絲電阻值就發(fā)生變化。612、應(yīng)變片的工作原理 通過應(yīng)變片的介紹而知，應(yīng)變片是由特殊金屬電阻絲所組成，由物理學(xué)可知，金屬絲的電阻R與其長度L成正比，與其截面積A成反比。并與電阻率有關(guān)，它們的關(guān)系式為 (1)ALR62 如果金屬電阻絲沿其軸線方向受力而產(chǎn)生變形，由電阻值也隨之發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。為了得到兩者之間的關(guān)系，可將式（1）取對(duì)數(shù)并微分得 (2) 式中dL/L-金屬絲長度的相對(duì)變化。它可用應(yīng)

29、變表示，即 (3)dRddLdARLALdL63 金屬絲處于單向受力狀態(tài)，它的截面面積A的相對(duì)變化dA/A和式（3）間的關(guān)系可根據(jù)泊松效應(yīng)表示為 (a) 布爾茲曼定理表明，金屬電阻率的變化率d/與體積變化率成正比，即 (b)同樣，應(yīng)用泊松效應(yīng) (c)LdLAdA2VdVmdLdLVdV)21 (64將式（a）、式（b）、式（c）、代入式則可得 (4) 式中， 為常數(shù)，令其為K0，則上式可寫成LdLmRdR21212121mdRddLdARLA65 (5) 而dL/L是電阻絲的長度變化率，即它的應(yīng)變，則 (6)上式說明，電阻絲的電阻變化率與其應(yīng)變成正比，比例系數(shù)K0稱為電阻絲的靈敏系數(shù)。0KRd

30、RLdLKRdR066應(yīng)變片的柵狀電阻絲同樣有這種關(guān)系：用增量形式表示，則為 (7)上式說明，電阻絲的電阻變化率是該電阻絲所產(chǎn)生的應(yīng)變變化的K倍。實(shí)驗(yàn)表明，K值在很大范圍內(nèi)保持常量，稱K為電阻絲的靈敏系數(shù)，它與敏感柵的材料和幾何形狀等有關(guān)，K的數(shù)值一般由制造廠家用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變?cè)O(shè)備抽樣標(biāo)定后，提供給使用者的。KRdRKRR67 使用應(yīng)變片時(shí)，將應(yīng)變片用特殊的膠水粘貼在測(cè)點(diǎn)處，隨試件共同變形。若試件貼片處沿電阻絲方向發(fā)生線變形時(shí)，電阻絲也隨著一起變形（伸長或縮短），從而引起應(yīng)變片的電阻產(chǎn)生相對(duì)變化，并且在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，電阻絲的電阻變化率與應(yīng)變變化率成正比。因此，由上式可知，通過應(yīng)變片，就可以將測(cè)量應(yīng)

31、變量的問題轉(zhuǎn)化為測(cè)量電阻改變量R的問題。而電阻改變量R可接入適當(dāng)?shù)碾娐分?，它將引起電信?hào)的變化，經(jīng)過放大、處理后，便能測(cè)定該信號(hào)并轉(zhuǎn)換成應(yīng)變顯示出來。KRR683、電阻應(yīng)變片的種類 應(yīng)變片的種類很多，常溫應(yīng)變片有：（1）金屬絲繞式應(yīng)變片（2）金屬箔式應(yīng)變片（3）半導(dǎo)體應(yīng)變片69 (1) 金屬絲繞式應(yīng)變片 這種應(yīng)變片一般采直徑為0.010.05mm的鎳鉻合金的金屬絲繞制成柵狀，稱為敏感柵。貼在兩層薄紙片（或塑料片）中，兩端用直徑為0.10.2mm的鍍銀銅線引出，以供測(cè)量時(shí)焊接導(dǎo)線之用。其構(gòu)造如圖所示。這類應(yīng)變片敏感柵的橫向部分呈圓弧形，其橫向效應(yīng)較大，故測(cè)量精度較差，而且端部圓弧部分制造困難，形

32、狀不易保證，同一批片之中，其性能分散性較大，還由于耐溫、耐濕性能不好，現(xiàn)已被其它類型的應(yīng)變片所取代。70 (2) 金屬箔式應(yīng)變片 這種應(yīng)變片的敏感柵是用厚度為0.0020.008mm的銅鎳合金或鎳鉻合金的金屬箔，采用刻制、制版、光刻及腐蝕等工藝過程而制成，簡(jiǎn)稱箔式應(yīng)變片，由于制造工藝自動(dòng)化，可大量生產(chǎn)，從而降低了成本，而且還能把敏感柵制成為各種形狀和尺寸的應(yīng)變片，尤其可以制造柵長很小的應(yīng)變片，以適應(yīng)不同測(cè)試的需要。箔式應(yīng)變片還具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)，制造過程中敏感柵的橫向部分能夠做成較寬的柵條，減小了橫向效應(yīng)；由于柵箔薄而寬，因而粘貼牢固，整體散熱性能好、疲勞壽命長，并能較好地反映構(gòu)件表面的變形，使

33、其測(cè)量精度高，同一批量應(yīng)變片性能比較穩(wěn)定可靠。因此，在工程上得到廣泛的使用。71 (3) 半導(dǎo)體應(yīng)變片 這種應(yīng)變片的敏感柵是由鍺或硅等半導(dǎo)體材料制成，通常用單晶硅的一直條形作為敏感柵，在同等的應(yīng)變下，其電阻的相對(duì)改變量比前述兩種應(yīng)變片都要大很多，用數(shù)字式歐姆表就能測(cè)出它的電阻變化，因此，可作為高靈敏度傳感器的理想敏感元件。 此外，還有很多專用應(yīng)變片，如剪切應(yīng)變片，多軸應(yīng)變片（應(yīng)變花）、高溫應(yīng)變片、殘余應(yīng)力應(yīng)變片等。72三、電測(cè)法的工作原理: 電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件表面的被測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)構(gòu)件受外力作用產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)變片將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變形，應(yīng)變片的阻值發(fā)生變化，通過電阻應(yīng)變儀中的電橋?qū)⒋穗娮柚底兓?/p>

34、轉(zhuǎn)化為電壓或電流的增量，加以放大，最后換算成應(yīng)變值給出。73四、測(cè)量電路原理 通過應(yīng)變片可以將試件的變形轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的電阻變化。但通常這種電阻變化是很小的、為便于測(cè)量，往往將其置于適當(dāng)?shù)碾娐分幸赞D(zhuǎn)換成電壓（或電流）的變化，經(jīng)過電子放大器放大后，由指示儀或記錄器指示出應(yīng)變數(shù)值。而這一任務(wù)是由電阻應(yīng)變儀來完成，它是按惠斯登電橋原理設(shè)計(jì)而成的。 為了測(cè)量，就要測(cè)得R/R，而R/R是通過電橋測(cè)得的，電橋如圖所示。 74 設(shè)電橋各橋臂電阻分別為R1、R2、R3、R4，其中的任意一個(gè)都可以是應(yīng)變片電阻。電橋的A、C端為輸入端，拉上電壓為UAC的直流電源，而B、D端為輸出端，輸出電壓為UBD，且 UBD=

35、UAB UAD=I1R1 I2R4 （1）由歐姆定律可知 UAC= I1（R1+R2）=I2(R3+R4)故有 432211,RRUIRRUIACAC75將I1、I2代入式（1） UBD= UAB UAD=I1R1 I2R4經(jīng)整理后得到 (2) 當(dāng)電橋平衡時(shí)，UBD=0，由式（2）可得電橋平衡條件為 R1R3=R2R4 （3）43214231RRRRRRRRUUACBD76 設(shè)電橋四個(gè)橋臂的電阻R1=R2=R3=R4=R，均為粘貼在構(gòu)件上的四個(gè)應(yīng)變片，且在構(gòu)件受力前電橋保持平衡，即UBD=0，在構(gòu)件受力后，各應(yīng)變片的電阻改變分別為R1、R2、R3、R4時(shí)，電橋失去平衡，將有一個(gè)不平衡電壓UBD

36、輸出，其增量為 （4）44332211RRURRURRURRUUBDBDBDBDBD77由式（2） 可得將以上四式代入式（4）可得ACBDACBDACBDACBDURRRRRRRRUURRRRRRRRUURRRRRRRRUURRRRRRRRU44243434433243433322221212211221211143214231RRRRRRRRUUACBD78 （5） 當(dāng)橋臂電阻全等或?qū)ΨQ，即R1=R2=R3=R4或R1=R2、R3=R4時(shí)，則將上式代入式（5），則有 （6）將 代入式（6），則有ACBDURRRRRRRRRRRRRRRRU443324343221122121412434322

37、121RRRRRRRR443322114RRRRRRRRUUACBDKRR79 （7） 式（7）表明，輸出電壓的增量UBD與橋臂上的應(yīng)變組合（12+34）成正比，如將電壓增量按單位讀數(shù)UACK/4指示，則能直接讀出應(yīng)變組合（12+34）的大小，即輸出讀數(shù) ds =12+34 (8) 式（8）是應(yīng)變電測(cè)的最重要的關(guān)系式，各種應(yīng)變測(cè)量方法均以此式為依據(jù)。43214KUUACBD80 應(yīng)變片在測(cè)量電橋中有各種接法。實(shí)際測(cè)試中，常利用電橋基本特性而采用不同的接線方法，來達(dá)到以下目的：實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；從復(fù)雜的變形中測(cè)出所需要的應(yīng)變分量；擴(kuò)大應(yīng)變讀數(shù)；減少測(cè)量誤差；提高測(cè)量靈敏度。 測(cè)量電橋的各橋臂電阻可以

38、全部是或部分是應(yīng)變片。81（1）半橋接線法 若在測(cè)量電橋中的AB和BC臂上接應(yīng)變片，而另外兩臂CD和DA接應(yīng)變儀內(nèi)部的固定電阻R，則稱為半橋接線法，如圖所示。由于CD和DA橋臂間接固定電阻，不感受應(yīng)變，即應(yīng)變?yōu)榱?。由公?ds =12+34 可得到應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)?ds =1282（2）全橋接線法 在測(cè)量電橋的四個(gè)橋臂上全部都接感受應(yīng)變的工作片，稱為全橋接線法，如圖所示。此法既能提高靈敏度，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償（互補(bǔ)），又可消除導(dǎo)線過長的影響、同時(shí)還降低接觸電阻的影響。此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變由公式（1）即可得出 ds =12+3483 電橋的四個(gè)橋臂上都接感受應(yīng)變的工作片，且R1=R2=R3=R4，此

39、時(shí)，溫度應(yīng)變可以互相補(bǔ)償。若在構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼R1、R3產(chǎn)生拉應(yīng)變，在受壓區(qū)粘貼R2、R4產(chǎn)生壓應(yīng)變，即負(fù)值。由上式可得到ds =1(2)+3(4 )=4 測(cè) 顯而易見，采用該法，測(cè)讀值為測(cè)的4倍，靈敏度比只用一個(gè)工作片R1明顯地提高了。84五、溫度補(bǔ)償 粘貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片，其電阻值一方面隨構(gòu)件變形而變化，另一方面，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，應(yīng)變片絲柵的電阻值也將隨溫度改變而變化。同時(shí)，由于應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)與構(gòu)件的線膨脹系數(shù)不同，也將引起應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化。這種因環(huán)境溫度變化引起的應(yīng)變片電阻值變化，其數(shù)量級(jí)與應(yīng)變引起的電阻變化相當(dāng)。這兩部分電阻變化同時(shí)存在，使測(cè)得的應(yīng)變值中包含了溫度變化的影響而

40、引起的虛假應(yīng)變，會(huì)帶來很大的誤差，不能真實(shí)反映構(gòu)件因受力引起的應(yīng)變，因此，在測(cè)量中必須消除溫度變化的影響。85 消除溫度影響的措施是溫度補(bǔ)償。 一般溫度補(bǔ)償方法是采用橋路補(bǔ)償法，它是利用電橋特性來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹蚵费a(bǔ)償法一般采用補(bǔ)償塊法和工作片補(bǔ)償法兩種。861、補(bǔ)償塊法如圖所示，把粘貼在受力構(gòu)件上的應(yīng)變片稱為工作片R1，以相同阻值的應(yīng)變片貼在材料和溫度都與構(gòu)件相同的補(bǔ)償塊上，作為R2稱為補(bǔ)償片，R3、R4為儀器內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻。此時(shí)由工作片得到的應(yīng)變?yōu)? =1P+t，其中1P是載荷引起的應(yīng)變， t是溫度變化引起的應(yīng)變。而補(bǔ)償片不受力只有溫度應(yīng)變，并且因材料和溫度都與構(gòu)件相同，產(chǎn)生溫度應(yīng)變也應(yīng)與構(gòu)

41、件一樣，即2 =t。87以R3、R4組成的半橋不感受應(yīng)變。故有3=4 = 0，它們產(chǎn)生的溫度影響在公式ds =12+34中相互抵消，計(jì)算公式如下 ds =12+34 =1P+t t =1P由此可見在應(yīng)變讀數(shù)ds 中已消除了溫度影響。882、工作片補(bǔ)償法 如圖所示，這種方法不需要專門的補(bǔ)償塊和補(bǔ)償片，而是在同一受構(gòu)件上粘貼應(yīng)變片R1和R2，分別貼在懸臂梁的受拉區(qū)和受壓區(qū)，并按半橋接線。R3、R4為儀器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，構(gòu)成另一半橋。R1和R2應(yīng)變值分別是： 1 =1P+t ，2 = 2P+t，由懸臂梁的同一截面其應(yīng)變等值異號(hào)可將R2產(chǎn)生的應(yīng)變寫成2 = 1P+t 。89R3、R4組成的半橋不感受應(yīng)變

42、，同理可得： 3=4 = 0，溫度影響相互抵消，于是將以上各應(yīng)變量代入ds =12+34可得：ds =12+34 =1P+t （ 1P+t ） =1P+t + 1Pt =2 1P由此可見溫度應(yīng)變也已自動(dòng)消除。903、 當(dāng)采用全橋測(cè)量時(shí)，電橋四個(gè)橋臂都是工作片，由于它們處在相同的溫度條件下，相互抵消了溫度的影響。大家可以根據(jù)公式ds =12+34進(jìn)行演算。91 目前應(yīng)變片電測(cè)技術(shù)已成為實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析中廣泛應(yīng)用的一種方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是：1、應(yīng)變片尺寸小、重量輕，一般不影響構(gòu)件的工作狀態(tài)和應(yīng)力分布。2、測(cè)量靈敏度、精度高。應(yīng)變最小分辨率可達(dá)1微應(yīng)變（ ），常靜載測(cè)量時(shí)精度可達(dá)1%。3、測(cè)量應(yīng)變的范圍廣

43、?？捎?微應(yīng)變到幾萬微應(yīng)變。4、頻率響應(yīng)好。可測(cè)量010萬赫茲的動(dòng)應(yīng)變。925、可在高溫、低溫、高速旋轉(zhuǎn)及強(qiáng)磁場(chǎng)等環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。6、由于測(cè)量過程中輸出的是電信號(hào)，因此容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化，并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量和無線電遙測(cè)。7、通用性好。不但適用于測(cè)量應(yīng)變，而且可制成各種高精度傳感器，用于測(cè)量載荷、位移、加速度、扭矩等力學(xué)量。93 不過該測(cè)量方法也有它的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在只能測(cè)量構(gòu)件表面某一方向的應(yīng)變，且應(yīng)變片有一定柵長，只能測(cè)定柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，因此對(duì)于應(yīng)力集中及應(yīng)變梯度大的應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)引起較大的誤差。 我們主要介紹在一般環(huán)境下應(yīng)變片電測(cè)原理及測(cè)試方法。94 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀主要用于實(shí)

44、驗(yàn)應(yīng)力分析及靜態(tài)強(qiáng)度研究中測(cè)量結(jié)構(gòu)及材料任意點(diǎn)的應(yīng)變，其主要特點(diǎn)是將應(yīng)變儀與平衡箱二者合為一體，配上相應(yīng)的傳感器，可以測(cè)力、扭矩、位移、溫度等物理量，是在研究設(shè)計(jì)中作非破壞性試驗(yàn)的靜態(tài)應(yīng)變的測(cè)量分析的一種重要工具。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀有多種型號(hào)，原理基本相同。這里僅介紹YJ-31型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。95電阻應(yīng)變儀96電電阻應(yīng)變片粘貼技術(shù)阻應(yīng)變片粘貼技術(shù)a。應(yīng)變片檢查分選特別注意同一試驗(yàn)的應(yīng)變片批號(hào)最好一致（靈敏系數(shù)K相同）同一測(cè)區(qū)的應(yīng)變片阻值基本一致（在儀器的可調(diào)范圍內(nèi)能滿足電橋的初始平衡條件R1R3 =R2R4根據(jù)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力梯度和試件的材料均勻性選擇應(yīng)變片的合適標(biāo)距9798b。測(cè)點(diǎn)處理測(cè)點(diǎn)表面應(yīng)平整

45、、無銹、無浮漿混凝土表面一般用環(huán)氧樹脂打底抹平測(cè)點(diǎn)表面用酒精或丙酮清洗測(cè)點(diǎn)位置準(zhǔn)確，應(yīng)變片長邊方向與所測(cè)應(yīng)變方向相同99C。應(yīng)變片粘貼粘貼用膠一般為502等快干膠或環(huán)氧樹脂類慢干膠快干膠適用于短期量測(cè)，防潮性能較環(huán)氧樹脂差、操作時(shí)間短慢干膠在粘貼后需要較長時(shí)間（24小時(shí)）的固化時(shí)間，期間需加壓、加溫以促使固化100d。固化處理在室溫15度以上，濕度60%以下固化12天（環(huán)氧樹脂類慢干膠）氣溫低、濕度大，在自然固化12小時(shí)后用人工加溫（環(huán)氧樹脂類慢干膠）采用502類的快干膠可以不做特殊的固化處理101e。粘貼質(zhì)量檢查粘貼牢固，位置、方向準(zhǔn)確無短路、斷路現(xiàn)象，阻值與粘貼前相同電阻應(yīng)變片沒有氣泡、折

46、皺電阻應(yīng)變片與試件間的絕緣度達(dá)到200M以上，在惡劣環(huán)境應(yīng)達(dá)到500M以上(一般用兆歐表測(cè)量102f。導(dǎo)線連接保證引出線不與試件形成短路電阻應(yīng)變片基底與接線端子間的引出線長度以35mm為宜，太長則易短路保證量測(cè)導(dǎo)線輕微拉動(dòng)時(shí)，引出線不被拉斷導(dǎo)線各連接點(diǎn)應(yīng)可靠連接，無虛焊103g。防潮防護(hù)短期量測(cè)且在干燥環(huán)境下可不做防潮處理長期觀測(cè)或在潮濕環(huán)境下必須進(jìn)行防潮處理，一般用硅橡膠密封粘貼在鋼筋上澆灌入混凝土?xí)r，必須用紗布和環(huán)氧樹脂密封，防止混凝土澆注過程中損壞電阻應(yīng)變片104粘貼在混凝土上的應(yīng)變片（L3dmax）105106粘貼在鋼結(jié)構(gòu)上的電阻應(yīng)變片107四、實(shí)用組橋方法四、實(shí)用組橋方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，

47、先要根據(jù)測(cè)量目的選擇構(gòu)件上被測(cè)點(diǎn)的位置，然后根據(jù)被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，合理利用橋路特性，提高測(cè)試靈敏度。（b）測(cè)量出所要求的內(nèi)力（a）消除補(bǔ)償塊補(bǔ)償工作片補(bǔ)償t（c）盡量使應(yīng)變儀輸出應(yīng)變 提高d1081、拉壓變形測(cè)量的組橋方法測(cè)定圖示受拉構(gòu)件的拉伸應(yīng)變方案1（1/4橋路）在構(gòu)件表面沿應(yīng)力方向粘貼一工作片 ，在補(bǔ)償塊上粘貼同規(guī)格應(yīng)變片 （補(bǔ)償塊材料與被測(cè)件材料相同，置于相同的溫度場(chǎng)中）。1R2R1R感受的應(yīng)變有：1pt2R感受的應(yīng)變有：2t109該1/4橋路達(dá)到了以下目的1）消除了因溫度變化引起的應(yīng)變 ；t2）只測(cè)出了由載荷P引起的拉伸應(yīng)變 。p在同一溫度場(chǎng)中， 相同，接成1/4橋線路進(jìn)行單臂測(cè)量時(shí)

48、應(yīng)變儀讀數(shù)為：tpttpd)(21110方案2 半橋測(cè)量2pt 1pt接成半橋應(yīng)變儀的讀數(shù)為：d12ptptp() ()(1) 拉伸應(yīng)變?yōu)椋篸p1+在桿件表面沿軸向和橫向分別粘貼 和 ，此時(shí)：1R2R可見，這種半橋組橋法：3）使應(yīng)變儀讀數(shù)增大 倍，提高了測(cè)量靈敏度。(1)1）消除了由溫度變化而引起的應(yīng)變 ；t2）測(cè)出載荷P作用下引起的拉伸應(yīng)變 ；p111方案3 全橋測(cè)量（拉壓荷載傳感器）112拉壓傳感器原理pdppdpCDABDABCDACDBCABBDAEAPKUU)1 (2)1 (2)(41113 2、測(cè)定材料彈性模量E和泊松比E和 可以在實(shí)驗(yàn)機(jī)上作拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。由于試件可能會(huì)有初曲率

49、，另外試驗(yàn)機(jī)機(jī)頭難免會(huì)存在一些偏心作用使試件兩面應(yīng)變不相同，即試件除產(chǎn)生拉伸應(yīng)變外，還附加了彎曲變形，因此在測(cè)量中需消除除彎曲變形的影響。114（a）測(cè)量彈性模量E在構(gòu)件兩側(cè)面對(duì)稱位置上沿其軸線y方向粘貼兩工作應(yīng)變片，另外在補(bǔ)償塊上粘貼補(bǔ)償片，并分別將和接入相對(duì)兩橋臂，組成全橋，此時(shí)各應(yīng)變片的應(yīng)變量是：14RR、23RR、14RR、23RR、1pMt23t4pMt115應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋簓d1234p2此時(shí)由軸向拉伸變形引起的應(yīng)變?yōu)椋簆yd12可見在讀數(shù)應(yīng)變中消除了彎曲變形和溫度變化的影響。若試件面積為A，得到彈性模量：pyd2PE=A116 (b)測(cè)量泊松比在構(gòu)件兩側(cè)面對(duì)稱位置上，沿與試件軸

50、線垂直的x方向貼兩個(gè)應(yīng)變片 ，另外在補(bǔ)償片上貼兩個(gè)溫度補(bǔ)償片 。將 和 分別接入兩相對(duì)橋臂組成全橋。此時(shí)各應(yīng)變片的應(yīng)變是：14R R14R R23R R23R R1pMt() 23t4pMt() 儀器的讀數(shù)應(yīng)變：xd1234p2 將 代入上式，可得材料泊松比為：pyd/2xdyd|1173、扭轉(zhuǎn)變形測(cè)定圖示（a）圓軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，表面各點(diǎn)為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，其主應(yīng)力大小和方向，如圖（b）所示，即在與軸線分別成 方向上有最大拉應(yīng)力 和最大壓應(yīng)力 ，且 在 作用方向有最大拉應(yīng)變 ，在 方向有最大壓應(yīng)變 ，且絕對(duì)值相等，因此可沿 方向粘貼應(yīng)變片 和 。451313 1nn3451R2R11

51、8此時(shí)：1nt2nt 接半橋測(cè)量，應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋篸12n2扭矩在 方向所引起的應(yīng)變?yōu)椋?nd12根據(jù)廣義胡克定律可得：n1311+()EE由此可得：nnE2G1將 代入上式，得扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：dGnd121194、彎曲變形(a)測(cè)定圖示懸臂梁的彎曲應(yīng)變梁彎曲時(shí)，在同一截面上，上表面受拉，下表面受壓，且壓拉在同一截面上、下表面沿桿件軸向各貼一個(gè)應(yīng)變片，此時(shí)各應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)椋?Mt2Mt 120接成半橋，則應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋篸12M2故梁上表面貼片處的彎曲應(yīng)變?yōu)椋篗d12可見這樣布片和接線，使應(yīng)變儀讀數(shù)為梁彎曲應(yīng)變的兩倍，提高了測(cè)量靈敏度。1214、彎曲變形(b)測(cè)定圖示懸臂端的集中力梁彎曲時(shí)，

52、在截面m-m上，上表面拉應(yīng)變?yōu)閙，下表面壓應(yīng)變?yōu)?m，在截面n-n上，上表面拉應(yīng)變?yōu)閚，下表面壓應(yīng)變?yōu)?nEWPlEWalPnm)(tntntmtm4321aEWPEWPadd2234211225、組合變形桿件的應(yīng)變分離（1）分別測(cè)量圖示桿件承受彎曲和拉伸變形時(shí)的彎曲應(yīng)變和拉伸應(yīng)變。（a）測(cè)定彎曲應(yīng)變M在桿件的上下表面沿軸向粘貼應(yīng)變片 ，并按照（b）圖接成半橋。此時(shí)各應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)椋?2R R1pMt2pMt123應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋篸12pMtptM()()2彎曲應(yīng)變?yōu)椋篗d12可見這樣貼片和接線，消除軸向力和溫度變化的影響，測(cè)出僅由彎矩引起的彎曲應(yīng)變。124（b）測(cè)定拉伸應(yīng)變p在桿上下表面分

53、別粘貼兩個(gè)工作應(yīng)變片R1和R2，另外在補(bǔ)償塊上粘貼兩個(gè)補(bǔ)償片R3和R4。將R1、R2和R3、R4接入兩個(gè)相對(duì)橋臂，組成全橋。此時(shí)各應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)椋簯?yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋簍ttPtP4321Pd24231125由P引起的拉伸應(yīng)變?yōu)椋嚎梢娺@樣貼片、組橋，消除了彎矩的影響，測(cè)出的是僅由軸向拉力引起的拉伸應(yīng)變。dP21126（2）測(cè)定圖示圓軸在拉伸、彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。在圓軸上成 方向貼四個(gè)應(yīng)變片，組成全橋。45若以 和 分別代表軸向拉力，彎矩和扭矩引起的被測(cè)點(diǎn)在 方向的應(yīng)變，則各應(yīng)變片的應(yīng)變?yōu)椋?5pM、n1pMnt2pMnt3pMnt4pMnt127應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋篸1234n4由扭矩作用引

54、起被測(cè)點(diǎn)在 方向的應(yīng)變?yōu)椋?5nd14由廣義胡克定律得扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：dG2可見采用這樣組橋，消除了彎矩、軸向力和溫度變化的影響，測(cè)出了所需要的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變，增大讀數(shù)應(yīng)變，提高測(cè)量靈敏度。注意：因?yàn)閼?yīng)變片只能測(cè)線應(yīng)變，而扭轉(zhuǎn)（彎曲）剪應(yīng)力引起的線應(yīng)變?cè)?最大，所以測(cè)剪應(yīng)變只能在 方向貼片，測(cè)正應(yīng)力可沿 方向貼片。454501288、幾種常用的應(yīng)變式荷載量測(cè)傳感器129五、電阻應(yīng)變測(cè)量常見故障及處理1、橋路不能平衡130五、電阻應(yīng)變測(cè)量常見故障及處理2、測(cè)量結(jié)果不穩(wěn)定131五、電阻應(yīng)變測(cè)量常見故障及處理3、測(cè)量結(jié)果漂移偏大132五、電阻應(yīng)變測(cè)量常見故障及處理4、測(cè)量過程中突然短時(shí)間斷電而試驗(yàn)又不能重新

55、開始133電測(cè)法測(cè)試材料的彈性模量E和泊松比134一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定常用金屬材料的彈性模量E和泊松比2、驗(yàn)證胡克定律3、學(xué)習(xí)掌握電測(cè)法的基本原理和電阻應(yīng)變儀的操作135二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、拉伸測(cè)E試驗(yàn)裝置 2、靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀 3、游標(biāo)卡尺圖10136三、實(shí)驗(yàn)原理和方法 材料在比例極限范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變呈線性關(guān)系，即=E比例系數(shù)E稱為材料的彈性模量，可由此式計(jì)算，即 設(shè)試件的初始橫截面面積為A0，在軸向拉力P作用下，橫截面上的正應(yīng)力為 把上式代入可得 只要測(cè)得試件所受的載荷P和與之對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，變可由上式算出彈性模量E。E0AP0APE 137 受拉試件軸向伸長，必然引起橫向收縮。設(shè)軸向應(yīng)變?yōu)?/p>

56、，橫向應(yīng)變?yōu)?。試?yàn)表明，在彈性范圍內(nèi)，兩者之比為一常數(shù)。該常數(shù)稱為橫向變形系數(shù)或泊松比，用表示，即138 軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變的測(cè)試方法如圖所示，在板試件中央前后的兩面沿著試件軸線方向貼應(yīng)變片R1和R1 ，沿著試件橫向貼應(yīng)變片R2和R2 ，補(bǔ)償塊上貼有4枚規(guī)格相同的溫度補(bǔ)償片。為了消除試件初曲率和加載可能存在偏心引起的彎曲影響，采用全橋接線法。圖12圖11139圖12圖11140 實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了驗(yàn)證胡克定律，采用等量逐級(jí)加載法，分別測(cè)量在相同載荷增量 作用下的軸向應(yīng)變?cè)隽?和橫向應(yīng)變?cè)隽?。若各?jí)應(yīng)變?cè)隽看笾孪嗤@就驗(yàn)證了胡克定律。141四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量試件。 試件寬度為10mm，厚度為0.8

57、mm。 2、應(yīng)變儀準(zhǔn)備： a、接通靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀電源，按下“開”按鈕，儀器面板上顯示屏發(fā)光數(shù)管亮起，進(jìn)行預(yù)熱。 142 b、調(diào)整應(yīng)變儀靈敏度系數(shù)（K值），使用K值不同的應(yīng)變片有不同的標(biāo)定值，可查閱儀器說明書附表內(nèi)K值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)定值，在測(cè)量前進(jìn)行校準(zhǔn)。首先在儀器反面A、B、C接線柱上接上標(biāo)準(zhǔn)電阻，旋緊。D1DD2接線柱上用金屬片連接旋緊。采用半橋測(cè)量法，再將前面板上的選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“1”位置上，調(diào)整平衡電位器“1”使指示表數(shù)字顯示全為零。按下“標(biāo)定”按鈕，調(diào)整“調(diào)幅”電位器，調(diào)到指示表上顯示出所需的標(biāo)定值，再按出“標(biāo)定”開關(guān)。此步驟可省略，輔導(dǎo)老師在實(shí)驗(yàn)前已作調(diào)整。143 c、查看應(yīng)變儀反面1

58、0點(diǎn)接線板，鋼梁上貼有五片應(yīng)變片的兩根引出導(dǎo)線依次接在15點(diǎn)的“AB”接線柱上，一片補(bǔ)償片的兩根引出導(dǎo)線接在15點(diǎn)中任意一點(diǎn)“BC”接線柱上作公共補(bǔ)償。 d、要使各測(cè)量點(diǎn)的電橋處于平衡狀態(tài)，須調(diào)零。將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“1”位置，用螺絲刀調(diào)平衡電位器“1”，使指示表數(shù)字顯示全為零，按此方法依次調(diào)整“25”點(diǎn)的平衡電位器。1443、本實(shí)驗(yàn)采用砝碼加載。重復(fù)進(jìn)行三次，第一次用等量增載法，每塊砝碼重40N，分三級(jí)加載，首先記錄載荷為零的初應(yīng)變，以后每增加一級(jí)載荷，記錄一次應(yīng)變值。注意觀察各級(jí)應(yīng)變?cè)隽壳闆r。4、實(shí)驗(yàn)完畢，卸去載荷，將試驗(yàn)儀器恢復(fù)原狀。145六、注意事項(xiàng)1、不要隨意拉動(dòng)導(dǎo)線或觸碰鋼梁上的電阻應(yīng)

59、變片。2、不要隨意調(diào)整應(yīng)變儀上的調(diào)幅電位器。3、注意：拉伸板試件允許最大載荷為注意：拉伸板試件允許最大載荷為3.5KN3.5KN146(3) 半導(dǎo)體應(yīng)變片 這種應(yīng)變片的敏感柵是由鍺或硅等半導(dǎo)體材料制成，通常用單晶硅的一直條形作為敏感柵，在同等的應(yīng)變下，其電阻的相對(duì)改變量比前述兩種應(yīng)變片都要大很多，用數(shù)字式歐姆表就能測(cè)出它的電阻變化，因此，可作為高靈敏度傳感器的理想敏感元件。147（1）半橋接線法 若在測(cè)量電橋中的AB和BC臂上接應(yīng)變片，而另外兩臂CD和DA接應(yīng)變儀內(nèi)部的固定電阻R，則稱為半橋接線法，如圖所示。由于CD和DA橋臂間接固定電阻，不感受應(yīng)變，即應(yīng)變?yōu)榱?。由公?ds =12+34 可

60、得到應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)?ds =12148(1)電阻應(yīng)變量測(cè)的橋路連接方法UBDKU1412()149（2）全橋接線法 在測(cè)量電橋的四個(gè)橋臂上全部都接感受應(yīng)變的工作片，稱為全橋接線法，如圖所示。此法既能提高靈敏度，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償（互補(bǔ)），又可消除導(dǎo)線過長的影響、同時(shí)還降低接觸電阻的影響。此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變由公式（1）即可得出 ds =12+34150 電橋的四個(gè)橋臂上都接感受應(yīng)變的工作片，且R1=R2=R3=R4，此時(shí)，溫度應(yīng)變可以互相補(bǔ)償。若在構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼R1、R3產(chǎn)生拉應(yīng)變，在受壓區(qū)粘貼R2、R4產(chǎn)生壓應(yīng)變，即負(fù)值。由上式可得到ds =1(2)+3(4 )=4 測(cè) 顯而易見，采用該法，