1、材 料 力 学,实验应力分析,9,第九章 实验应力分析,9.1 概述,9.2 电测应力分析的基本原理,9.3 测量电桥的接法及应用,9.4 二向应力状态下主应力已知时 的应力测定,9.1 概 述,一. 为什么要进行实验应力分析,1. 理论公式都是经过实验, 提出假设, 通过 几何、物理平衡关系推导而来.,2. 推导出的理论公式再经实践验证.,3. 对某些(受力、结构、形状)复杂构件, 不 满足材力理论公式的条件.,4. 新理论、新公式、新材料都要经过实验 验证.,二. 实验应力分析的方法,1. 电测法-主要介绍-做两次实验,2. 光测法-实验课介绍,3. 涂层法,4. X射线法,5. 比拟法,
2、6. 全息法,9.2 电测应力分析的基本原理,一. 转换原理,1. 电阻应变片,丝绕式,金属箔式,三部分,基底-绝缘的薄纸,塑料片,丝栅d=0.020.05mm镍铬,镍铜合金绕成栅,引线 d=0.150.18mm 镀锔的铜线,产品标定,l-标距 l=1-20mm lmin=0.2mm,阻值 R=50-200 一般120,与测点指定方向的应变 成正比, 即:,2. 转换原理,K-灵敏系数, 一般K=2,将电阻片用特殊的胶贴在被测构件,预测 的方向上. 实验表明:电阻变化率,二. 测量原理及电阻应变仪,由于被测构件变形小,电阻变化很小,通过仪器放大来测量,静态电阻应变仪工作原理-电桥平衡惠斯顿,电
3、桥输出电压:,电桥平衡,当产生,略高阶微量得,变换表盘, 将因子 变化成相应的应变 系数,电桥输出,利用,结论,(1)可以从电桥输出量的大小来确定应变值r。,若只有R1为工作片，,则读数值,(2)电桥输出为相邻两臂符号相反,相对两臂,符号相同.,(3)根据上述特性, 相邻两臂可以消除等值同号应变成分，相对两臂可以消除等值异号应变成分。利用这一特性可解决温度补偿，提高测量精度.,三. 温度补偿,受力- 应变,温度- 应变,要消除温度变化引起的应变t,由,相邻两臂,贴法,材料,温度下,R1受力 (工作片),R2不受力 (补偿片),采用相同,电阻片,方法一: 温度补偿片法,相邻两臂,电阻片,贴法,构
4、件,温度下,R1工作片,R2工作片,消除了工作片上由于温度变化而引起的,采用相同,方法二: 桥路补偿法,由,两臂工作,四臂工作 两臂工作,9.3 测量电桥的接法及其应用,(1)实现温度补偿,(2)从复杂变形中测出所需的应变成分,(3)尽量扩大读数, 以减小误差, 提高精度.,全桥,半桥,单臂工作,电测法的主要优点:,(3) 静, 动均可.,(4) 高低温, 高压, 液态下.,(5) 可遥测.,(1) 灵敏度高.,电测法的主要缺点:,(1) 只便于构件表面应变的测量.,(2) 测整体应力分布,需很多测点,工作量大.,(3) 对应力集中的测量面不够精确.,(4) 仪器,导线多,现场易受环境的干扰.
5、,例1 已知E， , 测定max, 试确定布片、接桥方案。,解：第一方案，,分析：,1 =/E,2 =/E,设,1 = M +t,则,2 = M+t,采用半桥接法,上下表面,由胡克定律,r 是实际应变M 的两倍，提高了测量灵敏度。,若上下表面温度相同，可实现温度补偿。,若上下温度不同,温度补偿片R3 (下) ，R4 (上),t1,t2,第二方案，,全桥接法：,全桥接法,第三方案，,上下表面,分析：,例2 通过应变测量(1)求偏心载荷F;(2) 求e.试确定布片、接桥方案。截面bh,解：,Ra=N+M+t,Rb=NM+t,采用全桥接法,Ra，Rb应对臂，,(1)测F,Rc，Rd温补片，,由胡克定
6、律,y,Ra=N+M+t,Rb=NM+t,y,采用半桥接法,Ra，Rb应临臂，,(2) 求e.（测M=Fe）,9.4 二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定,当主应力方向已知时, 沿主应力方向贴片, 测,出两个主应变.根据接桥方式找出读数应变与,真实应变的关系,再由广义虎克定律求应力.,解: 应力分析,采用全桥接法.,由广义虎克定律:,例3,圆轴拉、弯、扭组合, 已知,要求测出FN、Mx、M，试确定布片,接桥方案,并导出FN、Mx、M与r之间的关系式。,解：1.测量FN,采用全桥接法,因为,采用半桥接法,2.测量M,3.测量Mx,采用全桥接法,将R1、R2、R3、R4贴于中性轴,分析：,由广义虎克定律:,9.4 二向应力状态下主应力方向未知时的应力测定,第七章第五节应变分析中曾提到应变分析,在工程中的应用, 即介绍了应变花.,若已知任意三个方向的应变, 可求任意方向,的应变或主应变.,测,的分布来选择适宜的应变花.,一般选用便于计算的 值. 根据受力, 应力,谢谢!,
