应力分析电测法

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1、第一章应力分析电测法§1-1概述实验应力分析，是利用实验的方法来测定构件内应力或应变的一种技术。它在工程应用领域是确定构件的承载能力，验证理论分析结果，改进构件设计的i种重要手段。目丽，实验应力分析技术已经形成一门学科并广泛应用于机械、动力、土木、水利、航空、材料化工和生物力学等领域。应力分析试验是利用物理原理，把不易测量的力学量，如应力、应变等，转换成易测量的其他物理量，如光强、电压等，并且这种转换在理论上有确定的关系。这样，可以通过测量这些物理量得到相应力学量的确定关系。电测应力分析是利用金屈丝的“电阻■应变"效应实现应变一电压转换的一种力学实验技术。于20世纪30年代逐步应用丁工程

2、测试。20世纪50年代，出现箔式应变计，由于箔式应变计便于大批量、标准化制造，使电测法逐步规范化和规模化，使之成为测量物体表面应变的一种常规测试方法。口前商品化的应变计达2万余种，应用范围扩展到振动、高温、高压、液下、高速、强辐射等极端环境卜•的测量。应变电测法也是某些力学量传感器的技术基础，广泛应用于传感器的设计。应变电测法的主耍缺点是：一只应变计仅能测量物体表而一点的某个方向的应变。因此，需要多点、多方向布设应变计，才能得到全场测量的近似值。另外，应变计存在有限面积，当贴附于测点时，反映的应变是片基面积内的平均应变。对于高应变梯度测试精度较差。本章将介绍应变电测法——简称“电测法”基

3、木原理与试验技术。§1-2应变电测法原理应变电测法是利用金属丝的“电阻应变效应''测量构件表面应变的一种实验应力分析技术。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口J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传换成实际应变值。一.电阻应变片的工作原理1.金属丝的电阻应变效应一根长1,横截面积A,电阻率p的金屈丝，电阻R表示为：RA当金属丝受到轴向拉伸作用，上式两边取微分，有：dR两边同时除以R,得：dRdddA(1-1)「RAAd.d'2dAAA考虑圆形截面金属丝，直径为D贝山A于是dAdDd2~2ADd

4、4D2dA2DdD另外，试验表明，电阻率的变化率d与体积变化率dV成正比，即：VmdVdlm(12)V1式中v为金屈材料的泊松比；m为比例常数。将上两式代入式(1・1)得：dRdl.12,ml2..12,ml2.(1-2)R1其屮£为金虑丝的纵向线应变。一般地，可将式(1-2)写成如下形式：dRKs(1-3)R式中Ks.12.mi2.称为单根金屈丝的灵墩度系数,Ks在一般情况下是常数。式(1-3)表明，金屈丝的电阻变化率dR/R与其发生的线应变£成正比，此1.电阻应变片为了便于应用，金属丝通常制成栅状且附着于特定的片基上，构成电阻式应变传感器，称为“电阻应变片”，简称“应变片”，又称“应

5、变计二目前工程上常用的"箔式"应变片的典型构造如图1-1所示，其构造为1:敏感栅；2：基底；3：引线；4：定位线。冷用的电阻应变计由敏感栅、基底、粘结剂、覆盖层和引线组成。早期的应变计墩感栅由细金屈丝绕成栅形，金屈丝的直径一般为10〜50微米，材料通常采用高电阻率、高电阻■应变灵敏度的铜鎳合金或鎳路合金；随后发展的敏感栅，选择质量更高、稳定性更好的金属箔，栅形由光刻制成，其厚度在3〜6微米，长度最小可达到0.2毫米。基底和盖层初期为纸质，口前多采用环氧树脂、酚醛树脂或聚乙烯醇缩醛。引线一般采用镀锡或镀银的细铜丝。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

6、化率可以表示为：dRK(1-4)R其中KK与Ks不等，而且K<Ks。一.应变片的主要参数1.几何尺寸：指皱感栅的“宽x长”尺寸用BxL表示。工程上使用的应变片在长度尺寸上，最小0.2mm,最大可达150mm。由于测量的应变是敏感栅范围内的“平均应变匕所以，当沿测量方向上应变梯度较大时宜选用较小尺寸的应变片，以提高测量精度；反之选用较大尺寸的应变片，以增加测量灵敏度。2.名义电阻值：同一生产批次应变片的电阻平均值。常用值为12001Q3.应变片的灵嫩度系数K：同一生产批次应变片的灵蝕度系数均值。通常由厂家通过实验测定。常用值为2.170.01o以上参数是电测法试验中必须给出的，所以，

7、生产厂家要在产品包装上标出。另外，还有一些参数是在某些特殊实验屮需要考虑的，如：在频率较高的动态测量屮，要考虑“机械滞后J在大变形测量屮要考虑“应变极限”等参数。这些参数通常厂家并不给出，可根据具体情况通过实验测定。一.应变片的粘贴应变片是通过粘贴在构件表面使之与构件发生相同的应变来工作的，所以应变片的粘贴将直接影响测量精度。卜•面简单介绍应变片的粘贴方法：1.应变片检查：首先观察敏感栅外观冇无损坏，引线焊接是否可靠；然后用万用表测