1、工程实验力学第1章绪论1.1概述1.2测量的基本概念1.3实验应力分析的基本方法1.1概述实验应力分析，是一门用实验方法分析受力构件的应变和应力等力学参量的学科，也是一门与工程实际密切联系的学科。研究力学问题有两种途径，即理论分析和实验分析，两者相辅相成。一方面，实验的结果常常为新理论的建立提供依据，新理论的提出和理论计算的结果需要通过实验来验证；另一方面，实验的设计和实施需要理论分析做指导。实验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和可靠性，可以达到减少材料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。它还可以为发展新理论、设计新型结构以及新材料的应用提供依据。实验应力分析的方法很多，主要有
2、电测法、光测法等。随着科学技术和工农业生产的高速发展，对应力和应变测试技术也提出了更高和更新的要求。1.2测量的基本概念1.2.1直接测量和间接测量1.2.2测量系统的静态特性1.2.1直接测量和间接测量一个完整的测量系统主要包括以下三部分：(1)传感级是系统的信息敏感部件，用来感受被测量，并将其转换成与被测量成一定函数关系(通常是线性关系)的另一种物理量(通常为电量)。(2)中间级是用来将传感器输出的信号转换成便于传输、显示、记录的信号并进行放大的装置。(3)终端级是一个显示器、记录仪或某种形式的控制器，用来显示或记录被测量的大小或输出与被测量相应的控制信号，以供应用。1.2.2测量系统的静
3、态特性静态特性曲线的性质，主要有以下几个方面。1.线性度2.灵敏度3.滞后4.灵敏限与分辨率5.重复性6.零漂与温漂图1-1测量系统的线性度1.线性度2.灵敏度3.滞后图1-2测量系统的滞后4.灵敏限与分辨率当输入量由零逐渐加大时，存在着某个最小值，在该值以下，系统不能检测到输出，但这个最小值一般不易确定，为此规定一个最小输出值，而与它相应的输入值即为系统能够检测到输出的最小输入值，称为灵敏限。如果输入量从任意非零值缓慢地变化，将会发现在输入量变化值没有超过某一数值之前，系统不能检测到输出量变化，因此存在一个最小输入变化量。为了便于确定，规定了一个最小输出变化量，而与它相应的输入变化量即为系统
4、能够检测到输出量变化的最小输入变化量，称为分辨率。5.重复性当进行多次重复测量时，输入量由小到大或由大到小重复变化，而对应于同一输入量，其输出量亦不相同，这种偏差称为重复性误差。常用全量程中的最大重复性误差与满量程的百分数来表示测量系统的重复性指标。6.零漂与温漂对于测量系统输入量不随时间变化的静态测量，当环境温度不变时，输出量随时间变化，称为零漂。由外界环境温度的变化引起的输出量变化，称为温漂。1.3实验应力分析的基本方法1.3.1应变电测法1.3.2光测法1.3.1应变电测法电阻应变测试法的优点是：1)测量灵敏度和精度高。2)测量范围广。3)频率响应好。4)应变计尺寸小，最小的应变计栅长可
5、短到0.178mm，因此重量轻、安装方便，不会影响构件的应力状态，而且可进行应力梯度较大的应变测量。5)由于在测量过程中输出的是电信号，因此易于实现数字化、自动化及无线电遥测。6)可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。7)可制成各种传感器，测量力、位移、加速度等物理量。8)适用于在工程现场应用。1.3.1应变电测法电阻应变测试法的缺点是：1)通常只能测量构件表面的应变，而不能测构件内部的应变。2)一个电阻应变计只能测定构件表面一个点沿某一个方向的应变，故不能进行全域性的测量。3)只能测得电阻应变计栅长范围内的平均应变值，因此对应变梯度大的应力场测量误差较大。4)易受外界环境(如温度
6、)的影响。1.3.2光测法光测法的特点是：1)全场测量。2)高灵敏度。3)直观。4)可以进行无损检测。5)可以进行三维应力分析，这是光测法特有的优点，其他方法只能进行表面的测试，即使将传感元件置于被测物的内部，也只能进行逐点的测量。1.3.2光测法根据光测力学发展的现状，下列几方面的工作应加以重视和研究。1)扩大在工程问题中的应用，更好地为工农业生产和新学科服务，如水利、土建、机械、造船、航空到核电、宇航、材料等新兴的工业。2)进一步发挥光测法在科学研究领域的作用，研究塑性、粘弹性、蠕变、各向异性、动态特性、微细观以及高温、高压、热辐射下的材料性能及塑性力学、断裂力学、生物力学和复合材料力学中的本构关系问题。3)应用最新科技成就提高现有光测法的精度和灵敏度，使之更方便、迅速有效地进行现场实测，如最新的激光、视频和计算机技术等。4)发挥交叉学科的优势，如数学中的数值计算与处理、小波变换、傅里叶变换、分形，相关运算；光学中的光外差技术，光学CT技术，视频技术和计算机中的采集、控制和数字图像处理都已经在光测法中得到了应用。1.3.2光测法
