工程實驗力學(xué)第5章-常溫靜態(tài)應(yīng)變測量課件

1、工程實驗力學(xué)第5章常溫靜態(tài)應(yīng)變測量5.1靜態(tài)測量的實施及穩(wěn)定性5.2應(yīng)變計柵長的選擇5.3應(yīng)變計粘貼方位誤差的分析5.4測點位置及方位的確定5.5測量結(jié)果的修正5.1靜態(tài)測量的實施及穩(wěn)定性5.1.1靜態(tài)測量的實施5.1.2靜態(tài)測量穩(wěn)定性5.1.1靜態(tài)測量的實施常溫靜態(tài)應(yīng)變測量，簡稱靜態(tài)應(yīng)變測量或靜態(tài)測量，其目的通常有以下幾種：1)研究構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。2)研究構(gòu)件的強度問題。3)研究構(gòu)件局部位置的應(yīng)力集中。4)研究構(gòu)件所受的載荷狀況。靜態(tài)應(yīng)變測量的一般步驟如下：1.確定測量方案2.選擇應(yīng)變計3.測量儀器及設(shè)備選擇和檢測4.應(yīng)變計的安裝、接線、防護(hù)和檢查5.測量6.測量結(jié)果分析及完成報告5

2、.1.1靜態(tài)測量的實施5.1.2靜態(tài)測量穩(wěn)定性1.靜態(tài)測量穩(wěn)定性的影響因素2.靜態(tài)測量穩(wěn)定性的檢測1.靜態(tài)測量穩(wěn)定性的影響因素(1)應(yīng)變計絕緣電阻變化的影響粘貼良好、膠層完全固化與干燥的應(yīng)變計，其絕緣電阻可達(dá)104M。(2)溫度變化的影響當(dāng)環(huán)境溫度變化，特別是不均勻的劇烈變化時，應(yīng)變計和測量導(dǎo)線的電阻都會發(fā)生變化，這在測量中將引起較大的讀數(shù)漂移。(3)應(yīng)變計的預(yù)載處理試驗表明，粘貼好的應(yīng)變計在初次使用時，常常有明顯的讀數(shù)漂移。(4)抗干擾處理在外界電磁場干擾的環(huán)境中進(jìn)行測量時，為了防止其對讀數(shù)的影響，應(yīng)該采用金屬屏蔽線作為測量導(dǎo)線，而且屏蔽層應(yīng)妥善接地。1.靜態(tài)測量穩(wěn)定性的影響因素(5)其他因

3、素的影響很多工藝方面的因素都會影響測量的穩(wěn)定性，如應(yīng)變計粘結(jié)劑未完全固化、導(dǎo)線焊接質(zhì)量不高、接線柱接觸不良等，都會引起讀數(shù)漂移，這些因素一經(jīng)查明應(yīng)立即排除。(1)應(yīng)變計絕緣電阻變化的影響圖5-1應(yīng)變計絕緣電阻變化的影響2.靜態(tài)測量穩(wěn)定性的檢測(1)系統(tǒng)的綜合漂移如果是在結(jié)構(gòu)的彈性范圍內(nèi)進(jìn)行測量，則可以采取在卸載后記錄讀數(shù)的方法來確定綜合漂移值。(2)應(yīng)變儀的零漂在多點測量時，可將兩個標(biāo)準(zhǔn)精密電阻分別作為工作片與補償片，接在預(yù)調(diào)平衡箱的某一個通道上。(3)環(huán)境變化引起的漂移在構(gòu)件的測點附近，放置一材料與構(gòu)件相同但不承受載荷的物塊。5.2應(yīng)變計柵長的選擇5.3應(yīng)變計粘貼方位誤差的分析圖5-2貼片方

4、位不準(zhǔn)引起的誤差5.4測點位置及方位的確定5.4.1已知主應(yīng)力方向的單向應(yīng)力狀態(tài)5.4.2已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)5.4.1已知主應(yīng)力方向的單向應(yīng)力狀態(tài)構(gòu)件在外力作用下，若被測點為單向應(yīng)力狀態(tài)，則主應(yīng)力方向已知，只有主應(yīng)力的值是一個未知量。此時只需在該點沿主應(yīng)力的方向粘貼一個應(yīng)變計，測得應(yīng)變后，由單向應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律即可求得主應(yīng)力 =E (5-2)式中，E為被測構(gòu)件材料的彈性模量。5.4.2已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)如果測點應(yīng)力狀態(tài)是二向的，并且其主應(yīng)力的方向已確定，那么只有兩個未知量，即1和2的值。例如圖5-3所示的承受內(nèi)壓作用的薄壁容器，其表面

5、各點為二向應(yīng)力狀態(tài)，且主應(yīng)力方向已知。此時，只需沿兩個主應(yīng)力方向各粘貼一個應(yīng)變計，分別測出兩個主應(yīng)變1和2(可采用半橋接法中的單臂測量技術(shù))。然后由廣義胡克定律即可求得主應(yīng)力1和21=E1-2(1+2)2=E1-2(2+1) (5-3)式中，為被測構(gòu)件材料的泊松比。5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)圖5-3承受內(nèi)壓作用的薄壁容器5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)圖5-4三個應(yīng)變計測量一點處的主應(yīng)力5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)圖5-5平面應(yīng)力狀態(tài)1)在主方向雖不確切知道，但大體上可以估計到的情況下，以用三軸45應(yīng)變花為好。2)如果在測量前對

6、主方向無法估計，就應(yīng)采用三軸60應(yīng)變花。5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)表5-1應(yīng)變花的應(yīng)力應(yīng)變計算公式5.4.3未知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)表5-1應(yīng)變花的應(yīng)力應(yīng)變計算公式表5-1應(yīng)變花的應(yīng)力應(yīng)變計算公式5.5測量結(jié)果的修正在實際測量時，由于各種因素的影響會在測量讀數(shù)中產(chǎn)生一定的誤差。其中，有一些是因為使用條件的限制所不可避免，主要包括：1)應(yīng)變計的電阻值與應(yīng)變儀的設(shè)計電阻值不一致。2)應(yīng)變計的靈敏系數(shù)與應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)不一致。3)應(yīng)變計的橫向效應(yīng)。4)長導(dǎo)線的影響。5.5.1應(yīng)變計電阻值不同的修正5.5.2應(yīng)變計靈敏系數(shù)不同的修正5.5.3應(yīng)變計橫向效應(yīng)的修正5.5.4長導(dǎo)線影響及其

7、修正5.5測量結(jié)果的修正5.5.1應(yīng)變計電阻值不同的修正我國生產(chǎn)的應(yīng)變儀的電橋，通常是按使用電阻值為120的應(yīng)變計而設(shè)計的。測量時，如果采用其他電阻值的應(yīng)變計，就會改變測量電橋的輸出阻抗，從而破壞原來電橋輸出阻抗與放大器輸入阻抗之間的匹配關(guān)系。對于不同型號的電阻應(yīng)變儀，因為線路設(shè)計的不同，由這種改變而產(chǎn)生的影響是不同的，因而對應(yīng)變測量讀數(shù)的影響也不相同。對于采用雙電橋零位法測量原理的靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，使用不同電阻值的應(yīng)變計，對應(yīng)變測量讀數(shù)基本無影響。對于采用單電橋偏位法測量原理的靜(或動)態(tài)電阻應(yīng)變儀，使用不同電阻值的應(yīng)變計，將會影響應(yīng)變測量讀數(shù)，因而需要對讀數(shù)進(jìn)行修正。而且誤差還與電橋的接線方

8、式有關(guān)，全橋接線法產(chǎn)生的誤差與半橋接線法產(chǎn)生的誤差是不同的。5.5.2應(yīng)變計靈敏系數(shù)不同的修正設(shè)應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)為K0，測量時使用的應(yīng)變計的靈敏系數(shù)為K。對于靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，只有在K=K0的情況下，讀數(shù)值才等于實際應(yīng)變值。因此，在靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上，都設(shè)有靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)裝置。測量時，只要根據(jù)所用應(yīng)變計的K值調(diào)節(jié)應(yīng)變儀靈敏系數(shù)，使得K=K0，應(yīng)變儀的讀數(shù)就等于實際應(yīng)變值。若應(yīng)變計靈敏系數(shù)K超出了應(yīng)變儀靈敏系數(shù)K0的調(diào)節(jié)范圍，或一臺應(yīng)變儀上接有幾種不同靈敏系數(shù)的應(yīng)變計，應(yīng)變儀的讀數(shù)就不可能等于實際應(yīng)變值，就需要進(jìn)行修正。方法是在測量時可以將應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)K0調(diào)節(jié)為某一數(shù)值(一般采用K0=2)，測量之后對應(yīng)變儀的讀數(shù)d進(jìn)行修正，修正公式為 =K0Kd (5-8)5.5.3應(yīng)變計橫向效應(yīng)的修正1