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1、材料力学第九章 吉林第1页，此课件共27页哦9.1 概概 述述一一.为什么要进行实验应力分析为什么要进行实验应力分析1.理论公式都是经过实验理论公式都是经过实验,提出假设提出假设,通过通过 几何、物理平衡关系推导而来几何、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推导出的理论公式再经实践验证.3.对某些对某些(受力、结构、形状受力、结构、形状)复杂构件复杂构件,不不 满足材力理论公式的条件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新理论、新公式、新材料都要经过实验 验证验证.第2页，此课件共27页哦二二.实验应力分析的方法实验应力分析的方法1.电测法电测法-主要
2、介绍主要介绍-做两次实验做两次实验2.光测法光测法-实验课介绍实验课介绍3.涂层法涂层法4.X射线法射线法5.比拟法比拟法6.全息法全息法第3页，此课件共27页哦9.2 电测应力分析的基本原理电测应力分析的基本原理 电测法电测法-非电量的电测量方法非电量的电测量方法装置装置换算换算(应变应变)(电阻电阻)一一.转换原理转换原理构件构件F电阻的变化电阻的变化电压电压(电流电流)应变值应变值(应变片应变片)(应变仪应变仪)(记记录录器器)第4页，此课件共27页哦1.电阻应变片电阻应变片商品形式商品形式丝绕式丝绕式金属箔式金属箔式基底基底-绝缘的薄纸绝缘的薄纸,塑料片塑料片丝栅丝栅d=0.02-0.
3、05mm镍铬镍铬,镍铜合金绕成栅镍铜合金绕成栅引线引线 d=0.15-0.18mm 镀锔的铜线镀锔的铜线三三部部分分产品标定产品标定l-标距标距 l=1-20mm lmin=0.2mm阻值阻值 R=50-200 一般一般120第5页，此课件共27页哦2.转换原理转换原理K-灵敏系数灵敏系数,一般一般K=2将电阻片用特殊的胶贴在被测构件将电阻片用特殊的胶贴在被测构件,预测预测 的方向上的方向上.实验表明实验表明:电阻变化率电阻变化率 与测点指定方向的应变与测点指定方向的应变 成正比成正比,即即:试验中试验中K=2.08第6页，此课件共27页哦二二.测量原理及电阻应变仪测量原理及电阻应变仪由于被测
4、构件变形小由于被测构件变形小电阻变化很小电阻变化很小通过仪器放大来测量通过仪器放大来测量静态电阻应变仪工作原理静态电阻应变仪工作原理-电桥平衡电桥平衡 惠斯顿惠斯顿电桥输出电压电桥输出电压:ABCEDR1R2R3R4电桥平衡电桥平衡第7页，此课件共27页哦当产生当产生略高阶微量得略高阶微量得第8页，此课件共27页哦电桥输出电桥输出利用利用 转换成转换成变换表盘变换表盘,将因子将因子 变化成相应的应变系数变化成相应的应变系数,第9页，此课件共27页哦R1R2R3R4若若Ri为固定电阻，则为固定电阻，则i=0R2R1例如，例如，R3和和R4为固定电阻，为固定电阻，则则第10页，此课件共27页哦R2
5、R1半桥温补，半桥温补，R2为温度补偿片为温度补偿片全桥温补，全桥温补，R2、R4为温度补偿片，为温度补偿片，R3和和R1应变一样应变一样R1R2R3R4第11页，此课件共27页哦R2R1半桥互补，半桥互补，R2与与R1应变相反应变相反全桥互补，全桥互补，R3和和R1应变一样，应变一样，R2、R4应变与应变与R1和和R3相反相反R1R2R3R4第12页，此课件共27页哦结论结论:转转(1)电桥的输出电压电桥的输出电压 指示器指针的偏指示器指针的偏在一定应变条件下在一定应变条件下,桥臂电阻的变化率桥臂电阻的变化率或应变片感受的应变或应变片感受的应变 成线性关系成线性关系,可以从可以从电桥输出量的
6、大小来确定应变值电桥输出量的大小来确定应变值.(当然要当然要知道知道 的关系的关系),若只有若只有R1为工作片为工作片则读数值则读数值(2)电桥输出为相邻两臂符号相反电桥输出为相邻两臂符号相反,相对两臂相对两臂符号相同符号相同.(3)根据上述特性根据上述特性,相邻两臂可以消除等值同相邻两臂可以消除等值同号成分号成分 温度补偿温度补偿.相对两臂可以消除等相对两臂可以消除等值异号应变成分值异号应变成分 提高测量精度提高测量精度.第13页，此课件共27页哦三三.温度补偿温度补偿受力受力-变形变形(应变应变)测量测量温度温度-变形变形(应变应变)要设法消除温度变化引起的应变的原因要设法消除温度变化引起
7、的应变的原因:(1)温度变温度变,电阻变电阻变.(2)电阻片丝栅材料的温度系数与被测物电阻片丝栅材料的温度系数与被测物不同不同.方法一方法一:桥路补偿法桥路补偿法由由相邻两臂相同的相邻两臂相同的电阻片电阻片贴法贴法构件上构件上温度下温度下温度产生的电阻变温度产生的电阻变化化(应变变化应变变化)是同是同号的号的,自动抵消自动抵消,达达到了互补到了互补.第14页，此课件共27页哦方法二方法二:温度补偿法温度补偿法相邻两臂相邻两臂电阻片电阻片贴法贴法材料材料温度下温度下受力件受力件(工作片工作片)不受力件不受力件(补偿片补偿片)消除了工作片上由于温度变化而引起的消除了工作片上由于温度变化而引起的变变
8、,达到了温度补偿达到了温度补偿.应应采用相同采用相同第15页，此课件共27页哦9.3 测量电桥的接法及其应用测量电桥的接法及其应用(1)实现温度补偿实现温度补偿(2)从复杂变形中测出所需的应变从复杂变形中测出所需的应变 成分成分(3)尽量扩大读数尽量扩大读数,以减小误差以减小误差,提提 高精度高精度.布片方案布片方案:由受力由受力,所测内容确定所测内容确定.全桥全桥半桥半桥四臂工作四臂工作两臂工作两臂工作接桥方式接桥方式达到目的达到目的两臂工作两臂工作单臂工作单臂工作第16页，此课件共27页哦电测法的主要优点电测法的主要优点:(3)静静,动均可动均可.(4)高低温高低温,高压高压,液态下液态下
9、.(5)可遥测可遥测.(1)灵敏度高灵敏度高.(2)应变片尺寸小应变片尺寸小,粘贴牢粘贴牢.lmin=0.2mm电测法的主要缺点电测法的主要缺点:(1)只便于构件表面应变的测量只便于构件表面应变的测量.(2)测整体应力分布测整体应力分布,需很多测点需很多测点,工作量大工作量大.(3)对应力集中的测量面不够精确对应力集中的测量面不够精确.(4)仪器仪器,导线多导线多,现场易受环境的干扰现场易受环境的干扰.第17页，此课件共27页哦纯弯曲梁正应力的测量纯弯曲梁正应力的测量RCRC、半桥半桥互补互补接法接法ce e=e e2rrEEe e=s sc2ce eaFaRCRC、第18页，此课件共27页哦
10、9.4 二向应力状态下主应力方向已知二向应力状态下主应力方向已知 时的应力测定时的应力测定当主应力方向已知时当主应力方向已知时,沿主应力方向贴片沿主应力方向贴片,测测出两个主应变出两个主应变.根据接桥方式找出读数应变与根据接桥方式找出读数应变与真实应变的关系真实应变的关系,再由广义胡克定律求应力再由广义胡克定律求应力.例例9.3 圆轴扭转圆轴扭转,已知已知力计算公式力计算公式.R1R2R3R4求求 ,主应力主应力.确定布片确定布片,接桥方案接桥方案并导出应并导出应第19页，此课件共27页哦R1R2R3R4ABCDR1R2R3R4解解:应力分析应力分析沿与轴线成沿与轴线成 方向为主方方向为主方向
11、向,故沿主应力方向布片故沿主应力方向布片.采用全桥接法采用全桥接法.第20页，此课件共27页哦R1R2R3R4ABCDR1R2R3R4由广义胡克定律由广义胡克定律:第21页，此课件共27页哦9.4 二向应力状态下主应力方向未知二向应力状态下主应力方向未知 时的应力测定时的应力测定第七章第五节应变分析中曾提到应变分析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在工程中的应用,即介绍了应变花即介绍了应变花.若已知任意三个方向的应变若已知任意三个方向的应变,可求任意方向可求任意方向的应变或主应变的应变或主应变.测测第22页，此课件共27页哦的分布来选择适宜的应变花的分布来选择适宜的应变花.一般
12、选用便于计算的一般选用便于计算的 值值.根据受力根据受力,应力应力第23页，此课件共27页哦弯扭组合变形实验弯扭组合变形实验:ABlhFABA第24页，此课件共27页哦1.消弯测扭消弯测扭A将将 片与片与 片接半桥片接半桥.量为异号量为异号.同号同号,在该两方向的分在该两方向的分因因 在该两方向的分量为在该两方向的分量为故消去了弯曲的故消去了弯曲的第25页，此课件共27页哦2.消扭测弯消扭测弯AB引起的拉应力引起的拉应力.半桥半桥,测得的即弯曲引起的测得的即弯曲引起的A点应变花点应变花 片受弯曲片受弯曲引起的压应力引起的压应力.将将A,B应变花上应变花上 片接成片接成.B点应变花点应变花片受弯曲片受弯曲第26页，此课件共27页哦补偿片补偿片3.测主应力的大小测主应力的大小将将 ,片分别与补片分别与补偿片接半桥测得偿片接半桥测得 ,.代入代入 ,公式公式即可求出主应变即可求出主应变.然后根据广义胡克定律求然后根据广义胡克定律求出主应力出主应力.第27页，此课件共27页哦