材料力學實驗34

1、一、電測法的基本原理概述(i sh) 電測法的基本原理 共九十六頁力&應變綜合(zngh)參數(shù)測試儀系統(tǒng)原理示意圖 共九十六頁電測法的優(yōu)點（1）靈敏度高，測量范圍廣。例如應變測量范圍為1-104應變，力或重力的測量范圍為10-2-105N等。（2）能進行靜、動態(tài)測量，頻響范圍為050KHZ。（）輕便靈活，適用于現(xiàn)場及野外等惡劣環(huán)境下進行測試。電阻應變片最小標距僅0.mm。（4）能在高、低溫及高壓液下等特殊條件下進行測量。（5）便于與微機聯(lián)結(jié)進行數(shù)據(jù)采集與處理(chl)，可廣泛應用于生產(chǎn)管理的自動化及控制。共九十六頁電測法的應用領(lǐng)域直接應用于工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場實測(sh c)與控制。生產(chǎn)新產(chǎn)品前的模

2、型設(shè)計實驗。高技術(shù)、現(xiàn)代科學領(lǐng)域中的應用。如機器人工業(yè)、原子能反應堆、航空、航天等諸方面的參數(shù)測試。應用于運動力學測試。如運動步態(tài)測力平臺、足底壓力分布測試、重心運動軌跡測試等。應用于生物醫(yī)學及康復事業(yè)，如患者行走步態(tài)測試，假肢參數(shù)測試等。制造各種傳感受器，如力、位移，壓力傳感器等。共九十六頁直徑(zhjng)為0.003mm0.01mm的合金絲繞成柵狀而成 1. 構(gòu)造(guzo)與種類 二、電阻應變片的工作原理共九十六頁0.003mm0.01mm的箔材經(jīng)光刻腐蝕(fsh)工藝制成敏感柵 共九十六頁2、電阻應變(yngbin)片的工作原理 -電阻(dinz)應變效應 共九十六頁三、電測法測量(

3、cling)電路及其工作原理 1.電橋(din qio)基本特性惠斯登測量電路共九十六頁共九十六頁（當 時）共九十六頁電橋基本特性：兩相鄰橋臂電阻(dinz)所感受的應變代數(shù)值相減；而兩相對橋臂電阻(dinz)所感受的應變代數(shù)值相加。這種作用也稱為電橋的加減性。利用電橋的這一特性，正確地布片和組橋，可以提高測量的靈敏度、減少誤差、測取某一應變分量和補償溫度影響。共九十六頁3.應變(yngbin)片在電橋中的接線方法（1）半橋接線(ji xin)方法共九十六頁共九十六頁（2）全橋接線(ji xin)方法共九十六頁（3）橋臂系數(shù)(xsh)測量出的應變儀的讀數(shù)(dsh)d 與待測應變之比 共九十六頁

4、FF1單向應力(yngl)狀態(tài)四、幾種常見應力(yngl)狀態(tài)下的布片方式及應力(yngl)計算軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣FFR1R2R1R2溫度自補償，測量電壓得到有效放大：共九十六頁2已知主應力方向的二向應力(yngl)狀態(tài)扭轉(zhuǎn)、橫力彎曲的中性(zhngxng)軸、均勻內(nèi)壓的薄壁圓筒R1R245o45o沿已知主應力方向貼片，采用溫度自補償?shù)陌霕蚪臃ü簿攀?不知主應力方向的二向應力(yngl)狀態(tài)45o3應變(yngbin)花：90o0o45o共九十六頁120o0o60o60o3應變(yngbin)花：共九十六頁應變計的粘貼工藝和防護(fngh)措施共九十六頁 應變計粘結(jié)劑1氰基丙

5、烯酸脂粘結(jié)劑 牌號為501、502、504和661等的粘結(jié)劑均屬此類型。這是一種化學反應型粘結(jié)劑。2環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑 這種粘結(jié)劑是以環(huán)氧樹脂為粘料，加入適量的固化劑、增塑劑而成。環(huán)氧樹脂是含有環(huán)氧基的線型高分子化合物，加入固化劑后形成體型結(jié)構(gòu)，具有很強的粘結(jié)力。這種粘結(jié)劑具有絕緣電阻高、防水、耐油、耐化學藥品以及固化不收縮，不會造成應變計殘余應力等優(yōu)點(yudin)。雖然性脆，但加入適量的增塑劑可提高韌性。共九十六頁3酚醛樹脂粘結(jié)劑 酚醛樹脂應變膠，一般由酚醛樹脂加入聚乙烯醇縮醛等成份組成。市售的1720膠， JSF2膠和JSF4膠等屬此類。這是一種熱固型粘結(jié)劑，具有強度高、耐溫、 耐油、 耐水

6、、耐老化和絕緣性能好等優(yōu)點。由于需加熱(ji r)固化，現(xiàn)場測試難于應用。共九十六頁應變計的粘貼(zhnti)工藝 應變計的粘貼工藝包括： 1、構(gòu)件測點部位的表面處理； 2、應變計的粘貼、固化； 3、導線的焊接； 4、應變計和引線的防護； 5、貼片質(zhì)量檢查。 這是電測技術(shù)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中任何一道工序(gngx)的質(zhì)量未能保證，都將直接影響測試結(jié)果。共九十六頁應變計準備(zhnbi) 貼片前，將待用的應變計進行外觀檢查和阻值測量。外觀檢查可憑肉眼或借助放大鏡進 行，目的在于觀察敏感柵有無銹斑，缺陷，是否排列整齊，基底和覆蓋層有無損壞，引線是否完好。阻值測量可用4位惠斯登電橋或數(shù)字歐姆表，目

7、的在于檢查敏感柵是否有斷路(dun l)、短路，并進行阻值分選，對于共用溫度補償?shù)囊唤M應變計，阻值相差不得超過0.5。同一次測量的應變計，靈敏系數(shù)必須相同。共九十六頁構(gòu)件(gujin)表面處理 對于鋼鐵等金屬構(gòu)件，首先是清除表面油漆、氧 化層和污垢；然后磨平或銼平，并用細砂布磨光。通 常稱此工藝(gngy)為“打磨”。打磨光潔度應達5左右。對非 常光滑的構(gòu)件，則需用細砂布沿45方向交叉磨出一些 紋路，以增強粘結(jié)力。打磨面積約為應變計面積的5倍 左右。打磨完畢后，用劃針輕輕劃出貼片的準確方位。 表面處理的最后一道工序是清洗。即用潔凈棉紗 或脫脂棉球蘸丙酮或其它揮發(fā)性溶劑對貼片部位進行 反復擦洗，

8、直至棉球上見不到污垢為止。共九十六頁 1、除油、除繡和除污； 2、磨平 、拋光； 3、清洗(qngx)干凈 構(gòu)件表面處理(chl)總結(jié) 共九十六頁502膠貼片工藝(gngy) 貼片工藝隨所用粘結(jié)劑不同而異，用502膠貼片的過程是，待清洗劑揮發(fā)后，先在貼片位置滴一點502膠，用應變計背面將膠水涂勻，然后用鑷子撥動應變計，調(diào)整位置和角度。定位后，在應變計上墊一層聚乙烯或四氟乙烯薄膜，用手指輕輕擠壓出多余的膠水和氣泡。待膠水初步固化后即可松開。 粘貼好的應變計應保證位置準確，粘結(jié)牢固(log)、膠層均勻、無氣泡和整潔干凈。共九十六頁一、貼片條件： 加壓同化，用高溫(gown)橡膠保護應變片，用一般的

9、 夾子加壓。二、固化方法：兩次加熱固化； 1、第一次加熱到135 恒溫時間：2小時 2、自然冷卻到室溫； 3、第二次加熱到165 恒溫時間：2小時 4、處理應變片周圍清潔，涂上一層薄薄的704保 護膠水； 5、加工結(jié)束601膠貼片工藝(gngy) 共九十六頁601膠貼片示意圖共九十六頁導線的焊接(hnji)與固定 粘結(jié)劑初步固化后，即可進行焊線。常溫靜態(tài)測量可使用雙芯多股銅質(zhì)塑料線作導線，動態(tài)測量應使用三芯或四芯屏蔽電纜作導線。 應變計和導線間的連接最好通過接線端子，焊點應確保(qubo)無虛焊。導線最好與試件綁扎固定，導線兩端應根據(jù)測點的編號作好標記。 共九十六頁貼片質(zhì)量檢查 貼片質(zhì)量檢查包

10、括外觀檢查、電阻和絕緣電阻測量。外觀檢查主要觀察貼片方位是否正確(zhngqu)，應變計有無損傷，粘貼是否牢固和有無氣泡等。測量電阻值可以檢查有無斷路、短路。絕緣電阻是最重要的受檢指標。絕緣好壞取決于應變計的基底，粘貼不良或固化不充分的應變計往往絕緣電阻低。共九十六頁應變計及導線(doxin)的防護 應變計受潮會降低絕緣電阻和粘結(jié)強度，嚴重時會使敏感柵銹蝕；酸，堿及油類浸入甚至會改變基底和粘結(jié)劑的物理性能。 為了防止大氣中游離水分和雨水、露水的浸入，在特殊環(huán)境下防止酸、堿、油等雜質(zhì)侵入，對已充分干燥、固化，并已焊好導線的應變計，應立即涂上防護層。 常用室溫防護劑有： 1凡士林；2蜂蠟(fngl

11、)；3石蠟，炮油和松香混合物；4環(huán)氧樹脂共九十六頁 應變片靈敏(ln mn)系數(shù) K值的測定共九十六頁應變片靈敏系數(shù)(xsh)K值的測定裝置共九十六頁 我們知道： 則有： 在這里(zhl): 式中：f 為等強度梁加力點處的撓度 (此撓度從百分表上讀出) H 為等強度梁的厚度 L 為等強度梁的標距共九十六頁等強度(qingd)梁裝置測測 的優(yōu)缺點優(yōu)點： 避免等強度梁彈性模量E值帶來的誤差缺點： 受固定端不夠(bgu)牢和百分表頭與等強度量接觸的不穩(wěn)定性的影響， 撓度值f不易測準。共九十六頁黃陂蟠龍大橋(d qio)T形梁檢測現(xiàn)場共九十六頁共九十六頁熱電廠玻璃鋼托架(tu ji)撓度檢測共九十六頁

12、糧倉屋頂(w dn)檢測共九十六頁糧倉(lin cn)屋頂檢測共九十六頁洛陽熱電廠煙囪(yncng)檢測現(xiàn)場材料（鋼筋混凝土）高211米共九十六頁洛陽熱電廠煙囪(yncng)檢測現(xiàn)場共九十六頁洛陽熱電廠煙囪(yncng)檢測現(xiàn)場共九十六頁洛陽(lu yn)熱電廠煙囪檢測共九十六頁武重C5250/2-13020橫梁(hn lin)檢測 共九十六頁武重C5250/2-13020橫梁(hn lin)檢測現(xiàn)場共九十六頁應變片粘貼(zhnti)位置及彎矩圖共九十六頁粘貼(zhnti)應變片 共九十六頁應變片粘貼(zhnti)位置共九十六頁實驗三 純彎曲(wnq)梁的正應力實驗 一、目的與要求 1、用電測

13、法測量受純彎曲梁的正應力(yngl)的分布，驗證 彎曲應力的理論計算公式的正確性。2、學習電阻應變儀使用操作方法 3、測量純彎曲梁的最大撓度及驗證梁撓度計算公式。共九十六頁多功能電測試驗裝置共九十六頁共九十六頁二、實驗設(shè)備(shbi)和工具1.XL3416型純彎曲梁實驗裝置2.XL2118C型力應變綜合(zngh)參 數(shù)測試儀3.游標卡尺純彎曲梁實驗裝置共九十六頁XL2118C型力應變綜合(zngh)參數(shù)測試儀共九十六頁實驗(shyn)現(xiàn)場共九十六頁三、實驗(shyn)原理1. 驗證(ynzhng)純彎曲梁的正應力計算公式由梁的內(nèi)力分析知，BC段的剪力為零，彎矩為一常量，因此梁的BC段為純彎曲

14、段。在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維間無正應力的假設(shè)，可得梁橫截面上任一點的正應力計算公式為 共九十六頁為了測量梁在純彎曲時橫截面上正應力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側(cè)面不同(b tn)高度，平行于軸線貼有應變片，如圖所示。 共九十六頁 在不同的橫截面上的不同位置布置不同的測點，啟發(fā)學生去研究(ynji)：通過這些測點的測量，你能夠測量到什么？不能測量到什么？如何(rh)思考問題共九十六頁共九十六頁共九十六頁實驗采用半橋單臂、公共補償、多點測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載荷(zi h)F，測出各點的應變增量 ，分別取各點應變增量的平均值 ， 依次求出各點的應變增量 ，將實測應

15、力值與理論應力值 進行比較，以驗證彎曲(wnq)正應力公式。 共九十六頁純彎矩截面(jimin)正應力分布共九十六頁四、實驗(shyn)步驟1.設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)(shj)表格。2.測量矩形截面梁的寬度b和高度h、載荷作用點到梁支點距離a及各應變片到中性層的距離 。 3.將實驗裝置上傳感器的五芯航空插頭連接到力應變綜合參數(shù)測試儀背面的五芯航空插座上，插上電源，將開關(guān)置開，預熱20分鐘，并檢查該裝置是否處于正常實驗狀態(tài)。4.輸入傳感器量程及靈敏度和應變片靈敏系數(shù)（一般首次使用時已調(diào)好，如實驗項目及傳感器沒有改變，可不必重新設(shè)置）。共九十六頁5.擬訂加載方案。先選取適當?shù)某踺d荷P0（一般取

16、P0 =10Pmax左右），估算Pmax，分46級加載。6.分清各測點應變片引線，按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器和實驗加載裝置，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。7.根據(jù)加載方案加載。首先在不加載的情況下將測力量和應變量調(diào)至零；然后均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點應變的初始讀數(shù)；再分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應變片的應變值，直到最終載荷。實驗至少重復(chngf)兩次。8.做完實驗后，卸掉載荷，拆除接線，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，實驗資料交指導教師檢查簽字。 共九十六頁五、實驗(shyn)結(jié)果處理共九十六頁六、實驗報告共九十六頁共九十六頁共九十六頁實驗

17、與理論(lln)的應力分布曲線 共九十六頁數(shù)據(jù)表的填寫(tinxi)格式序號荷載P（N）測點1測點2累計增量累計增量累計增量00200120-1312012-13-12201324025-252012-1336037-382014-1448051-5220-1314510065-65平均值共九十六頁 誤差原因(yunyn)分析應變片的選擇、焊接、粘貼；理論公式；力傳感器的誤差；應變儀的精度；裝置和矩形截面梁的相關(guān)參數(shù)、幾何尺寸誤差；操作技術(shù)熟練程度共九十六頁七、思考題 1.若在梁的同一高度處沿軸線方向兩面都貼有應變(yngbin)片，請考慮是否有其他接線方法，并在實驗時應用。2.影響實驗結(jié)果準

18、確性的主要因素是什么？3.彎曲正應力的大小是否受彈性模量E的影響？4.梁彎曲的正應力公式并未涉及材料的彈性模量E，而實測應力值的計算卻用上了彈性模量E，為什么？5.實驗時沒有考慮梁的自重，會引起誤差嗎？為什么？共九十六頁實驗四 彎扭組合(zh)應力測定實驗一、目的與要求1.用電測法測定平面(pngmin)應力狀態(tài)下一點的主應力的大小和方向，并與理論計算值進行比較。2.測定薄壁圓筒在彎扭組合變形作用下的彎矩和扭矩。3.掌握電阻應變花的使用。二、實驗設(shè)備和工具1.XL3415型彎扭組合實驗裝置2.XL2118C型力應變綜合參數(shù)測試儀3.游標卡尺共九十六頁實驗(shyn)現(xiàn)場共九十六頁三、實驗原理(

19、yunl)和方法 當在扇臂端加一集中外力時，薄壁圓筒將產(chǎn)生彎扭組合變形(bin xng)，實驗裝置及其計算簡圖和內(nèi)力圖如圖。 共九十六頁貼片截面(jimin)BD為被測位置，截面(jimin)上的各種應力分布如圖。 共九十六頁貼片截面BD各點的應力狀態(tài)分析如圖所示。由應力狀態(tài)分析可知構(gòu)件表面上的、點為平面應力狀態(tài)，B點的應力有 和 ，在測量(cling)時可分別測量(cling)；、點為純剪切應力狀態(tài)。 共九十六頁1.測定(cdng)主應力大小和方向共九十六頁共九十六頁共九十六頁2.測定(cdng)彎矩共九十六頁3.測定(cdng)扭矩共九十六頁（2）其他方法(fngf)：利用A、C兩點處的應

20、變花共九十六頁四、實驗(shyn)步驟1.設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2.測量力臂的長度a和測點距力臂的距離L，確定試件有關(guān)參數(shù)。3.將實驗裝置上力傳感器的五芯航空插頭連接到力應變綜合參數(shù)測試儀背面的五芯航空插座上，插上電源，將開關(guān)置開，預熱20分鐘，并檢查該裝置是否處于正常實驗狀態(tài)。4.輸入傳感器量程及靈敏度和應變片靈敏系數(shù)（一般首次使用(shyng)時已調(diào)好，如實驗項目及傳感器沒有改變，可不必重新設(shè)置）。共九十六頁5.擬訂加載方案，根據(jù)設(shè)計要求，初載P0100N，終載Pmax500N，分46級等增量加載。6.分清各測點應變片引線，將薄壁圓筒上的應變片按不同測試(csh)要求接到綜合參數(shù)

21、測試(csh)儀上，并調(diào)整好儀器，檢查整個測試(csh)系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。完成以下列參數(shù)的測定：（1）主應力大小(dxio)、方向測定：將B、D兩點的 方向的應變片按半橋單臂、公共溫度補償法組成測量線路進行測量。 （2）測定彎矩：將B和D兩點的兩只 方向的應變片按半橋雙臂組成測量線路進行測量（ ， 為儀器讀數(shù)）。 共九十六頁（3）測定扭矩：將B點的-450，450和D點450，-450方向的四只應變片按全橋方式組成測量(cling)線路進行測量(cling)（ ， 為儀器讀數(shù)）。 也可以根據(jù)實驗要求，自行設(shè)計組橋方案。（對（2）、（3）項，請根據(jù)各點的應力狀態(tài)(zhungti)分析圖，至少設(shè)計一種其他的組橋方案）。7.加載。首先在不加載的情況下將測力量和應變量調(diào)至零；然后緩慢均勻加載至初載荷P0，記下各點應變的初始讀數(shù)；再分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點應變片的應變值，直到最終載荷。實驗至少重復兩次。共九十六頁8.做完實驗后，卸掉