材料力学实验课件.pptx

1、千千 分分 表表 千分表利用齿轮放大原理制成，主要用于测量位移。工作时将细轴的触头紧靠在被测量的物体上，物体的变形将引起触头的上下移动，细轴上的平齿便推动小齿轮以及和它同轴的大齿轮共同转动，大齿轮带动指针齿轮，于是大指针相随转动 如大指针在刻度盘上每转动一格。表示触头的位移为1/1000mm，则放大倍数为1000，称为千分表。如大指针每转动一格表示触头的位移为1/100 mm，则称为百分表。大指针转动的圈数可由量程指针予以记忆。百分表格量程一般为510 mm，千分表则为3mm左右。安装千分表时，应使细轴的方向（亦即触头的位移方向）与被测点的位移方向一致。对细轴应选取适当的预压缩量。测量前可转动

2、刻度盘使指针对准零点。球铰式引伸仪4 引伸仪是测量试件变形并放大输出示值或信号的仪器。球铰式引伸仪是采用机械传递来测定试件拉伸变形的，其结构原理如图所示，它分为两部分：一部分是千分表，它通过齿轮机构，使用测杆的移动变为指针转动，靠齿轮比达到放大效果。千分表大指针走一格，表示测杆移动0.001mm，小指针走一格表示大指针走一圈，即1000格。5 二是变形传递架，结构原理如图所示。框架ABCD为固定试件的刚性结构，GD是变形传递臂，可绕球铰D点摆动。E、F点各有一对顶尖，可夹持试件。H处为可转动的定位圆柱，它的部分圆柱面被削除成与轴平行的平面，当圆柱面接触传递臂GD时，顶尖E、F距离正好为l0=1

3、00mm。千分表固定在表夹杆AI上，测杆压缩后与传递臂GD的平台G点接触，靠千分表内的弹簧使接触点保持在变形过程中不脱开。6 试件伸长后，带动传递臂GD摆动，因为GD=2FD，所以，试件EF之间的变形L传递到G点放大为2L，被千分表测得，所以千分表大指针每走一格，表示试件伸长1/2000mm，即引伸仪灵敏度f=1/2000mm/格。7一、球铰式引伸仪的安装步骤 将引伸仪表夹杆朝上平放桌上，转动定位圆柱使圆柱面与传递臂接触。将试件从框架缺口放入夹持位置且落在定位片上（定位片事先调好，使顶尖对准试件轴线），然后，拧紧顶尖螺丝，夹紧试件，拧紧程度为：顶尖接触试件表面后，再旋紧 90左右。将千分表插入

4、表夹杆的圆孔中，顶压测杆，使指针走完量程，即小指针约在1.0处，旋紧固定螺丝。转动定位圆柱，使其平面朝向传递臂，形成间隙，以使初变形立即直接传递给千分表。装好引伸仪的试件在拿取和装到试验机上时，注意要使千分表表面朝上。8二、安装球铰式引伸仪的注意事项是：1、根据试样尺寸调整定位块和顶尖，使小轴的尾部向上，限制上、下标距叉相对错对，把引伸仪套在试样上，使定位块与试样靠紧，旋紧活动顶尖，使顶尖嵌入试样约为0.050.01mm。2、调整接触螺钉，使千分表的量程指针指在量程的一半左右，用锁紧螺母锁紧接触螺钉，把千分表大指针调整到零位，把小轴尾部旋转向下，即可开始试验。9液 压 式万能材料试验机10 常

5、见的材料试验机可以做拉伸、压缩、剪切、弯曲试验，习惯上称为万能材料试验机。根据它的加力和测力的方式不同，可分为油压式、机械式及电子式。11一、构造 液压式万能材料试验机一般由三部分组成，分别为：1、加载部分 2、测力部分 3、操作部分（包括绘图装置）12 1、加载部分 在底座上由两根固定立柱和固定横梁组成一个刚性很大的承载框架，工作油缸固定在横梁上，在工作油缸的活塞上支撑着由上横梁、活动立柱和活动平台组成的一个活动框架，当油泵开启时，油液通过送油阀，经送油管进入工作油缸，把活塞连同活动平台一起顶起，这样，把试件安装于上夹头和下夹头之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试件将受到拉伸，若把

6、试件置放于两个承压板之间，则因固定横梁不动，而活动平台上升，试件将受到压缩，此外，实验开始前如欲调整上、下夹头之间的距离，则可开动电动机，驱动螺杆，便可使下夹头上升或下降，但电机不能用来给试件施加拉力。13 在拉伸空间，有上、下两个夹头，用来夹持拉伸试件，夹头有各种形式，常用的夹头是在梯形开口的上、下夹座内各有两块楔形夹块，楔面与梯形斜面接触，如图所示，两夹块相对端上有硬齿，以抓紧试件两端。当施加分离上、下夹头的垂直力P时，P被倾斜接触面分解成对夹块的水平夹持力F，随着P增大，F亦增大，保证夹紧试件而不滑动。142、测力部分 加载时，开动油泵电机，打开送油阀，油泵把油液送入工作油缸，并顶起工作

7、活塞给试件加载，同时，油液经测力油管进入测力油缸，并压迫测力活塞，使它带动拉杆向下移动，从而迫使摆杆和摆锤连同推杆绕支点偏转，推杆偏转时，推动齿杆作水平移动，于是驱动示力盘的指针齿轮，使示力指针绕示力度盘中心旋转。15 示力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力成正比，这样示力指针的转角便与工作油缸活塞上的总压力成正比。示力指针的转角便与工作油缸活塞上的总压力，也就是试件所受载荷成正比，经标定便可使指针在示力度盘上直接指示载荷的大小。16 试验机配有不同质量的摆锤可供选择，对质量不同的摆锤，使示力指针转同样的转角，所需油压并不相同，即载荷并不相同，所以示力度盘上由刻度表示的测力范围与摆锤的质量

8、相匹配。17例如WE300型万能试验机的3种度盘如下：锤 重 度 量 A 060KN A+B 0150KN A+B+C 0300KN 实验时，为了保证测量载荷的精度，要根据试件情况事先估算载荷大小，再选用适宜的测力度盘。182、操作部分 操作部分由进油阀、回油阀和油泵开关等组成，进油阀打开，油缸进油加载，进油阀开得越大，加载速度越快。回油阀打开，回油卸载，操作时，注意开机试验前要关闭进、回油阀，开机后，再平缓地打开进油阀，逐渐增大进油量。否则，若在进油阀开口较大时开机，荷载突然增大，会引起冲击，甚至冲过屈服点或使试件迅速破坏，指针受过大动惯性影响，使无法准确测读力值。194、自动绘图器 在试验

9、机测力度盘的右侧装有自动绘图器，由记录笔、导轨架、描绘筒和线绳等组成。它的工作原理是，用一根拉线通过滑轮将自动绘图器滚筒与工作台连接。当试件受力变形时，工作台即上、下移动，滚筒也随之转动。自动绘图器的笔尖安装在测力部分的水平齿杆上，当试件上受力改变时，笔尖随之左右移动。这样在滚筒的记录纸上就能自动绘出试验过程中力和变形的关系曲线。滚筒的周向表示变形，轴向表示载荷。20二、操作步骤1、打开电源开关。2、检查送油阀和回油阀门是否处于关闭位置；检查夹头的类型和规格是否与试件相匹配；检查保险开关是否有效。3、根据估计的最大载荷Pmax选择适当的力值量程，并换好对应的摆锤。所选量程应使Pmax 在其40

10、%60%内为宜。214、调节机器零位。加载前，测力指针应指在度盘上的“零”点，否则必须加以调整。调整时，先开动油泵，将活动平台升起510mm左右，然后调整摆杆上的平衡铊，使摆杆保持铅直位置，再转动水平齿杆使指针对准“零”点。先升起活动平台才调整零点的原因是由于活动框架有很大的重量，需要一定的油压才能将它升起，但是这部分油压并未用来给试件加载，应加以消除。225、安装试件。拉伸试件如果空间不够，则须调整拉伸空间，在空载的情况下，用调位电机调节下夹头的位置，使夹持长度至少大于夹头长度的3/4，并应将试件夹正。安装压缩试件时，必须放置垫板，把试件摆正，确保对中，尽可能使试件只承受轴向荷载。236、拨

11、回随动指针与测力指针靠拢，使绘图装置纸笔就位，笔要处于零线位置，且保持适当压力。7、开动油泵电动机数分钟，检查运转是否正常。然后缓缓打开送油阀，慢速加载试验，读取试验数据。加载时，眼观测力指针，手控进油阀，平滑地调节进油量，使指针匀速转动。注意，不能用下夹头的调位电机给拉伸试件加载，以免电机超荷损坏。8、实验完毕，关闭送油阀，并立即停机，脱开绘图装置纸笔，然后取下被破坏的试件。缓缓打开回油阀，将油液泄回油箱，使活动平台回到原始位置。最后将一切机构复原，并清理机器。24三、注意事项1、试验前，一定要给油缸里充一些油，使活动平台上升少许，以消除自重。2、指针调零时，拧动水平齿杆要小心。不许抬压，以

12、免机构滑扣，毁坏精密丝扣和细牙轮。3、拉伸试件夹紧后，不得再调整下夹头的位置，同时也不能调整测力指针到零。4、不准用调位电机对试件施行加载和卸载。升、降方向不能直接变换，必须按停止按钮后再进行变换。255、开启油泵前，送油阀和回油阀一定要置于关闭位置，加载、卸载和回油均应缓慢进行。加载时，要求指针匀速平稳地走动，当试件将要受载时，立即减慢活动平台上升速度（关小送油阀门），严防送油阀开得过大，测力指针走得太快，致使试件受到冲击作用。6、机器开动后，操作不得擅自离开控制台，且注意力要集中，以免发安全事故。7、实验时不得触动摆锤，以免影响读数的准确。8、在实验过程中，如果听到异常声音或发生故障应立即

13、停机，进行检查和修理。26低碳钢弹性模量E的测定27 弹性模量弹性模量E是反映材料在拉伸（或压缩）时，抵抗弹性是反映材料在拉伸（或压缩）时，抵抗弹性变形能力的特征值，在工程上应用极广，测定变形能力的特征值，在工程上应用极广，测定E的方法较多，的方法较多，本节仅介绍机械量表测试法，引伸仪法测定低碳钢的弹性模本节仅介绍机械量表测试法，引伸仪法测定低碳钢的弹性模量量E。一、试验目的：一、试验目的：1、拉伸时在比例极限内，验证胡克定律，并测定低碳钢的弹、拉伸时在比例极限内，验证胡克定律，并测定低碳钢的弹性模量性模量E。2、熟悉球铰式引伸仪的正确使用方法。、熟悉球铰式引伸仪的正确使用方法。28二、试验设

14、备二、试验设备1、测、测E试验台试验台 该试验台配上引伸仪，作为材料力学实验教学中测定材料弹该试验台配上引伸仪，作为材料力学实验教学中测定材料弹性模量性模量E实验用。实验用。试件为低碳钢标准圆试件，直径试件为低碳钢标准圆试件，直径d=8mm，标距，标距l0=100mm。载荷增量载荷增量P=1000N，实验为四级加载，每个砝码重，实验为四级加载，每个砝码重25N；初载荷砝码初载荷砝码1个个16N。采用。采用1:40杠杆比放大。杠杆比放大。29 2、球铰式引伸仪、球铰式引伸仪 引伸仪是测量试件变形并放大输出示值或信号的仪器。球铰式引伸仪是采用机械传递来测定试件拉伸变形的，其结构原理如图所示，它分为

15、两部分：一部分是千分表，第二部分是变形传递架。303、游标卡尺、游标卡尺4、低碳钢标准圆试件、低碳钢标准圆试件31三、试验原理 测定材料的弹性模量通常采用拉伸试验。从低碳钢拉伸图P-l曲线中可以看到，在比例极限内，其变形与载荷间呈线性关系，即符合胡克定律，其关系式为：由此可得：（1）式中 l0-为试件的计算长度（或为引伸仪的标距）；A0-为试件的横截面面积；l-为已知载荷P时，l0长度内的绝对伸长。当l0、A0均为已知数据，再用引伸仪测得l，即可由上式计算出弹性模量E。00EAPlL lAPlE0032 为了验证胡克定律，并保证试验精确性，一般采用等量逐级加载法。即加一级载荷P，则从引伸仪读出

16、相应的变形伸长量l=Bf，这里，B为引伸仪读数；f为引伸仪灵敏度系数；当增加一级载荷增量P，则引伸仪读数增量为B，对应的变形伸长增量为l=Bf。因此，用增量法测定弹性模量E的计算式可由式（1）改写为：对试件逐级等量加载过程中，每级增加相等的载荷P时，如果测出的拉伸变形伸长量也等量增加l，这就验证了材料在应力不超过比例极限时，服从胡克定律。BfAlPE0033四、实验步骤1、量测试件直径 在试件标距范围内的两端和中间三处，每处用游标卡尺量取两个相互垂直方向的直径。取三处直径的算术平均值作为计算直径，以计算试件的横截面面积A0。本实验试件采用的是低碳钢标准圆试件，直径d=8mm，标距l0=100m

17、m。2、调节吊杆螺母，让杠杆尾端上翘一些，使之与满载时关于水平位置对称。在调节前，必须使两垫刀刃对正V型沟槽底，否则垫刀将由于受力不均匀而被压裂。343、把球铰式引伸仪装夹到标准试件上，引伸仪为精密仪器，装夹时要特别小心，以免使其受损。4、挂上砝码托盘，加上初载荷砝码16N，并记引伸仪千分表上的初始读数。5、本实验共分为四级荷载，每一级砝码为25N，因杠杆采用的是1:40杠杆比放大，所以试件每一级荷载为1000N。每加一次砝码记录一次引伸仪上的读数，直到全部测完，卸载并拆下引伸仪。加砝码时要缓慢放手，以免造成冲击，并注意防止砝码跌落而被砸伤。35梁梁 弯弯 曲曲正应力实验正应力实验36一、实验

18、目的：1、测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和 分布规律。2、验证纯弯曲梁的正应力计算公式。3、掌握电测法的基本原理。37二、实验设备 1、纯弯曲梁实验装置一套 2、静态数字电阻应变仪38纯弯曲梁实验装置391236728391110451、钢梁 2、定位板3、支座 4、试验机架5、加载手轮 6、拉杆7、加载横梁 8、测力仪9、加载系统10、载荷传感器11、加载压头40静态数字电阻应变仪41三、实验原理1、测定弯曲正应力 本实验装置采用的是低碳钢制成的矩形截面梁作为试件，搁在两支座上，当力P作用于辅助梁中央A点时，通过辅助梁将压力F分解为两个集中力P/2并分别作用于主梁的B、C两点，由梁的内力

19、分析知道，BC段上的剪力为零，而弯矩M=Pa/2，因此梁的BC段发生纯弯曲。P22PMQxxaaLPPaABCD22P22Pa42 纯弯曲梁受力状态及有关尺寸见上图。纯弯曲梁材料为钢，其弹性模量E=210GN/m2，在梁的纯弯曲段内已粘贴好两组应变片，每组8片，分别为18和1*8*号应变片，各片距中心层的距离在下图中已标出。图4图343 由理论推导得出梁纯弯曲时横截面上的任一点正应力表达式为式中 M横截面上的弯矩；Iz梁横截面对中性轴z的惯性矩；y 需求应力的点离中性轴的距离。增量表达式为iziyIMiziyIM44 为了验证此理论公式的正确性，在梁纯弯曲段的侧面，沿不同的高度粘贴了电阻应变片

20、，测量方向均平行于梁轴，布片方案及各片的编号如图中所示。当梁加载变形时，利用电阻应变仪测出各应变片的应变值，然后根据单向应力状态的胡克定律求出各点实测的应力值：纵横纵横45 根据单向受力假设，梁横截面上各点均处于单向应力状态，应用轴向拉伸时的胡克定律，即可通过测定的各点应变，计算出相应的实验应力。采用增量法，各点的实测应力增量表达式为 实i=E实i式中E钢梁的弹性模量；i 为测量点，i=1、2、3、4、5、6、7；实i 各点的实测应变平均增量；实i 各点的实测应力平均增量。46 根据材料力学中纯弯曲梁的平面假设，沿梁横截面高度的正应变分布规律应当是直线。另外材料力学中还假设梁在纯弯曲段内是单向

21、应力状态，为此，我们在梁的下表面粘贴有与7号片和7*号片垂直的8号片和8*号片，当梁受力变形后，可测得8和8*，根据泊松比 ，可由 计算得到和，若近似等于时，则证明梁纯弯曲段内近似于单向应力状态。纵横纵横纵横*7*878或47 以上两个算式适用于比例极限以内，故梁的加载必须在此范围内进行。为了随时观察变形与荷载的线性关系，实验时第一次采用增量法加载，即每增加等量荷载P，测读各点的应变一次，观察各次的应变增量是否也基本相同。然后，再重复加载从零至最终荷载两次，以便了解重复性如何。由于应变片是按中性层上下对称布置的，因此，在每次加载、测读应变值后，还可以分析其对称性，最后，取三次最终荷载所测得的应

22、变平均值计算各点的应力值实。iziyIMii实实E48 本实验用电测法测量应变，采用半桥温度补偿接法，如图所示。因是多点测量，且7个测量点的温度条件相同，为了方便测量，7片测量片共用1片温度补偿片，即公共补偿的办法。49 通过同一点实测应力的增量与理论应力增量计算结果比较，算出相对误差，即可验证纯弯曲梁的正应力计算公式。将计算的各个测点的实测应力平均增量标在截面高度为纵坐标，应力大小为横坐标的平面内，并连成曲线，即可与横截面上应力理论分布情况相比较。50四、实验步骤1、测量钢梁的截面尺寸：高度h=40mm，宽度b=20mm，跨度L=620mm，加载点到支座距离a=150mm。钢梁的材料为低碳钢

23、，其弹性模量E=2.1105MPa。2、应变仪准备：a、接通静态数字电阻应变仪电源，按下“开”按钮，仪 器面板上显示屏发光数管亮起，进行预热。图351 b、调整应变仪灵敏度系数（K值），使用K值不同的应变片有不同的标定值，可查阅仪器说明书附表内K值所对应的标定值，在测量前进行校准。首先在仪器反面A、B、C接线柱上接上标准电阻，旋紧。D1DD2接线柱上用金属片连接旋紧。采用半桥测量法，再将前面板上的选择开关转到“1”位置上，调整平衡电位器“1”使指示表数字显示全为零。按下“标定”按钮，调整“调幅”电位器，调到指示表上显示出所需的标定值，再按出“标定”开关。此步骤可省略，辅导老师在实验前已作调整。

24、52 c、查看应变仪12点接线板，钢梁上贴有7片应变片的两根引出导线依次接在17点的“AB”接线柱上，一片补偿片的两根引出导线接在17点中任意一点“BC”接线柱上作公共补偿。d、要使各测量点的电桥处于平衡状态，须调零。将选择开关转到“1”位置，使指示表数字显示全为零，按此方法依次调整“27”点。533、本实验采用转动手轮加载的方法，载荷的大小由与载荷传感器相连接的测力仪显示。每增加载荷量P，通过2根加载拉杆，使得钢梁距两端支座各为a处分别增加作用力P/2。缓慢转动手轮均匀加载，每增加一级载荷，记录一次钢梁横截面上各测点的应变读数一次，观察各次的应变增量是否基本相同。然后，再重复加载从零至最终载

25、荷2，最后取3次最终载荷所测得的各点的应变平均值计算点的实测应力4、实验完毕，卸去载荷，将试验仪器恢复原状。54五、实验结果处理1、根据测得的各点应变值，计算出各点的平均应变的增量值实i，由实i=E实i计算1、2、3、4、5、6、7各点的应力增量。2、根据 计算各点的理论应力增量并与实i相比较。3、将不同点的实i与理i绘在截面高度为纵坐标，应力大小为横坐标平面内，即可得到梁截面上的实验与理论的应力分布曲线，将两者进行比较即可验证应力分布和应力公式。zii理IMy55六、注意事项六、注意事项1 1、不要随意拉动导线或触碰钢梁上的电阻、不要随意拉动导线或触碰钢梁上的电阻 应变片。应变片。2 2、为

26、防止试件过载，手轮加载时不要超过、为防止试件过载，手轮加载时不要超过 5KN5KN，超载会损坏传感器和试验件。，超载会损坏传感器和试验件。3 3、实验结束后，先卸除梁上荷载，再关闭、实验结束后，先卸除梁上荷载，再关闭 测力仪和应变仪电源。测力仪和应变仪电源。56电测法简述57一、应变电测原理简介 在实验应力分析的多种方法中，电测法应用最广泛。所谓电测法就是将力学量如：位移、速度、变形等非电量转换成电量来进行测量的一种实验方法。将非电量（变形、力等）的变化，通过转换元件转换成电量（电阻、电感、电容等）的变化，然后，再把测得的电量变化反转换为欲测定的非电量，这种方法叫非电量的电测法。58 电测法主

27、要由电阻应变片和电阻应变仪组成。将非电量通过敏感元件转换成电量的转换元件，称为电阻应变计（简称电阻片或应变片）。实际应用时，将电阻片粘贴在被测构件上，当构件变形时，应变片的电阻值将发生相应的变化，利用电阻应变仪（简称应变仪）将该电阻的变化测定出来，换算成应变值输出，就可获得所测定的应力或应变值。59二、电阻应变片1、构造 电阻应变片是将应变转换成电阻变化的转换元件，一般由敏感栅、引出线、基底层、覆盖层和黏结剂组成，敏感栅是应变片的主要元件，由金属丝或者金属箔制成，基底层和覆盖层起定位和保护应变片的几何形状的作用，也起到与被测构件之间电绝缘作用，引出线是用于连接导线的过渡部分，黏结剂把敏感栅基底

28、和覆盖层牢固地黏结成一个整体。60 电阻应变片的工作原理是把应变片牢固地粘贴于试件上，使应变片与试件同步变形，金属丝电阻值就发生变化。612、应变片的工作原理 通过应变片的介绍而知，应变片是由特殊金属电阻丝所组成，由物理学可知，金属丝的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比。并与电阻率有关，它们的关系式为 (1)ALR62 如果金属电阻丝沿其轴线方向受力而产生变形，由电阻值也随之发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。为了得到两者之间的关系，可将式（1）取对数并微分得 (2)式中dL/L-金属丝长度的相对变化。它可用应变表示，即 (3)dRddLdARLALdL63 金属丝处于单向受力状态

29、，它的截面面积A的相对变化dA/A和式（3）间的关系可根据泊松效应表示为 (a)布尔兹曼定理表明，金属电阻率的变化率d/与体积变化率成正比，即 (b)同样，应用泊松效应 (c)LdLAdA2VdVmdLdLVdV)21(64将式（a）、式（b）、式（c）、代入式则可得 (4)式中，为常数，令其为K0，则上式可写成LdLmRdR21212121mdRddLdARLA65 (5)而dL/L是电阻丝的长度变化率，即它的应变，则 (6)上式说明，电阻丝的电阻变化率与其应变成正比，比例系数K0称为电阻丝的灵敏系数。0KRdRLdLKRdR066应变片的栅状电阻丝同样有这种关系：用增量形式表示，则为 (7

30、)上式说明，电阻丝的电阻变化率是该电阻丝所产生的应变变化的K倍。实验表明，K值在很大范围内保持常量，称K为电阻丝的灵敏系数，它与敏感栅的材料和几何形状等有关，K的数值一般由制造厂家用标准应变设备抽样标定后，提供给使用者的。KRdRKRR67 使用应变片时，将应变片用特殊的胶水粘贴在测点处，随试件共同变形。若试件贴片处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），从而引起应变片的电阻产生相对变化，并且在一定应变范围内，电阻丝的电阻变化率与应变变化率成正比。因此，由上式可知，通过应变片，就可以将测量应变量的问题转化为测量电阻改变量R的问题。而电阻改变量R可接入适当的电路中，它将引起

31、电信号的变化，经过放大、处理后，便能测定该信号并转换成应变显示出来。KRR683、电阻应变片的种类 应变片的种类很多，常温应变片有：（1）金属丝绕式应变片（2）金属箔式应变片（3）半导体应变片69 (1)金属丝绕式应变片 这种应变片一般采直径为0.010.05mm的镍铬合金的金属丝绕制成栅状，称为敏感栅。贴在两层薄纸片（或塑料片）中，两端用直径为0.10.2mm的镀银铜线引出，以供测量时焊接导线之用。其构造如图所示。这类应变片敏感栅的横向部分呈圆弧形，其横向效应较大，故测量精度较差，而且端部圆弧部分制造困难，形状不易保证，同一批片之中，其性能分散性较大，还由于耐温、耐湿性能不好，现已被其它类型

32、的应变片所取代。70 (2)金属箔式应变片 这种应变片的敏感栅是用厚度为0.0020.008mm的铜镍合金或镍铬合金的金属箔，采用刻制、制版、光刻及腐蚀等工艺过程而制成，简称箔式应变片，由于制造工艺自动化，可大量生产，从而降低了成本，而且还能把敏感栅制成为各种形状和尺寸的应变片，尤其可以制造栅长很小的应变片，以适应不同测试的需要。箔式应变片还具有以下诸多优点，制造过程中敏感栅的横向部分能够做成较宽的栅条，减小了横向效应；由于栅箔薄而宽，因而粘贴牢固，整体散热性能好、疲劳寿命长，并能较好地反映构件表面的变形，使其测量精度高，同一批量应变片性能比较稳定可靠。因此，在工程上得到广泛的使用。71 (3

33、)半导体应变片 这种应变片的敏感栅是由锗或硅等半导体材料制成，通常用单晶硅的一直条形作为敏感栅，在同等的应变下，其电阻的相对改变量比前述两种应变片都要大很多，用数字式欧姆表就能测出它的电阻变化，因此，可作为高灵敏度传感器的理想敏感元件。此外，还有很多专用应变片，如剪切应变片，多轴应变片（应变花）、高温应变片、残余应力应变片等。72三、电测法的工作原理:电阻应变片粘贴在被测构件表面的被测点上，当构件受外力作用产生变形时，应变片将随之产生相应的变形，应变片的阻值发生变化，通过电阻应变仪中的电桥将此电阻值变化转化为电压或电流的增量，加以放大，最后换算成应变值给出。73四、测量电路原理 通过应变片可以

34、将试件的变形转换为应变片的电阻变化。但通常这种电阻变化是很小的、为便于测量，往往将其置于适当的电路中以转换成电压（或电流）的变化，经过电子放大器放大后，由指示仪或记录器指示出应变数值。而这一任务是由电阻应变仪来完成，它是按惠斯登电桥原理设计而成的。为了测量，就要测得R/R，而R/R是通过电桥测得的，电桥如图所示。74 设电桥各桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4，其中的任意一个都可以是应变片电阻。电桥的A、C端为输入端，拉上电压为UAC的直流电源，而B、D端为输出端，输出电压为UBD，且 UBD=UAB UAD=I1R1 I2R4 （1）由欧姆定律可知 UAC=I1（R1+R2）=I2(R3+

35、R4)故有 432211,RRUIRRUIACAC75将I1、I2代入式（1）UBD=UAB UAD=I1R1 I2R4经整理后得到 (2)当电桥平衡时，UBD=0，由式（2）可得电桥平衡条件为 R1R3=R2R4 （3）43214231RRRRRRRRUUACBD76 设电桥四个桥臂的电阻R1=R2=R3=R4=R，均为粘贴在构件上的四个应变片，且在构件受力前电桥保持平衡，即UBD=0，在构件受力后，各应变片的电阻改变分别为R1、R2、R3、R4时，电桥失去平衡，将有一个不平衡电压UBD输出，其增量为 （4）44332211RRURRURRURRUUBDBDBDBDBD77由式（2）可得将以

36、上四式代入式（4）可得ACBDACBDACBDACBDURRRRRRRRUURRRRRRRRUURRRRRRRRUURRRRRRRRU44243434433243433322221212211221211143214231RRRRRRRRUUACBD78 （5）当桥臂电阻全等或对称，即R1=R2=R3=R4或R1=R2、R3=R4时，则将上式代入式（5），则有 （6）将 代入式（6），则有ACBDURRRRRRRRRRRRRRRRU443324343221122121412434322121RRRRRRRR443322114RRRRRRRRUUACBDKRR79 （7）式（7）表明，输出电压的

37、增量UBD与桥臂上的应变组合（12+34）成正比，如将电压增量按单位读数UACK/4指示，则能直接读出应变组合（12+34）的大小，即输出读数 ds=12+34 (8)式（8）是应变电测的最重要的关系式，各种应变测量方法均以此式为依据。43214KUUACBD80 应变片在测量电桥中有各种接法。实际测试中，常利用电桥基本特性而采用不同的接线方法，来达到以下目的：实现温度补偿；从复杂的变形中测出所需要的应变分量；扩大应变读数；减少测量误差；提高测量灵敏度。测量电桥的各桥臂电阻可以全部是或部分是应变片。81（1）半桥接线法 若在测量电桥中的AB和BC臂上接应变片，而另外两臂CD和DA接应变仪内部的

38、固定电阻R，则称为半桥接线法，如图所示。由于CD和DA桥臂间接固定电阻，不感受应变，即应变为零。由公式 ds=12+34 可得到应变仪的读数应变为 ds=1282（2）全桥接线法 在测量电桥的四个桥臂上全部都接感受应变的工作片，称为全桥接线法，如图所示。此法既能提高灵敏度，实现温度补偿（互补），又可消除导线过长的影响、同时还降低接触电阻的影响。此时应变仪的读数应变由公式（1）即可得出 ds=12+3483 电桥的四个桥臂上都接感受应变的工作片，且R1=R2=R3=R4，此时，温度应变可以互相补偿。若在构件的受拉区粘贴R1、R3产生拉应变，在受压区粘贴R2、R4产生压应变，即负值。由上式可得到d

39、s=1(2)+3(4)=4 测 显而易见，采用该法，测读值为测的4倍，灵敏度比只用一个工作片R1明显地提高了。84五、温度补偿 粘贴在构件上的应变片，其电阻值一方面随构件变形而变化，另一方面，当环境温度变化时，应变片丝栅的电阻值也将随温度改变而变化。同时，由于应变片的线膨胀系数与构件的线膨胀系数不同，也将引起应变片电阻值发生变化。这种因环境温度变化引起的应变片电阻值变化，其数量级与应变引起的电阻变化相当。这两部分电阻变化同时存在，使测得的应变值中包含了温度变化的影响而引起的虚假应变，会带来很大的误差，不能真实反映构件因受力引起的应变，因此，在测量中必须消除温度变化的影响。85 消除温度影响的措

40、施是温度补偿。一般温度补偿方法是采用桥路补偿法，它是利用电桥特性来进行补偿的。桥路补偿法一般采用补偿块法和工作片补偿法两种。861、补偿块法如图所示，把粘贴在受力构件上的应变片称为工作片R1，以相同阻值的应变片贴在材料和温度都与构件相同的补偿块上，作为R2称为补偿片，R3、R4为仪器内部的标准电阻。此时由工作片得到的应变为1=1P+t，其中1P是载荷引起的应变，t是温度变化引起的应变。而补偿片不受力只有温度应变，并且因材料和温度都与构件相同，产生温度应变也应与构件一样，即2=t。87以R3、R4组成的半桥不感受应变。故有3=4=0，它们产生的温度影响在公式ds=12+34中相互抵消，计算公式如

41、下 ds=12+34 =1P+t t =1P由此可见在应变读数ds 中已消除了温度影响。882、工作片补偿法 如图所示，这种方法不需要专门的补偿块和补偿片，而是在同一受构件上粘贴应变片R1和R2，分别贴在悬臂梁的受拉区和受压区，并按半桥接线。R3、R4为仪器内的标准电阻，构成另一半桥。R1和R2应变值分别是：1=1P+t，2=2P+t，由悬臂梁的同一截面其应变等值异号可将R2产生的应变写成2=1P+t。89R3、R4组成的半桥不感受应变，同理可得：3=4=0，温度影响相互抵消，于是将以上各应变量代入ds=12+34可得：ds=12+34 =1P+t（1P+t）=1P+t+1Pt =2 1P由此

42、可见温度应变也已自动消除。903、当采用全桥测量时，电桥四个桥臂都是工作片，由于它们处在相同的温度条件下，相互抵消了温度的影响。大家可以根据公式ds=12+34进行演算。91 目前应变片电测技术已成为实验应力分析中广泛应用的一种方法。其主要优点是：1、应变片尺寸小、重量轻，一般不影响构件的工作状态和应力分布。2、测量灵敏度、精度高。应变最小分辨率可达1微应变（），常静载测量时精度可达1%。3、测量应变的范围广。可由1微应变到几万微应变。4、频率响应好。可测量010万赫兹的动应变。925、可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。6、由于测量过程中输出的是电信号，因此容易实现自动化、数字

43、化，并能进行远距离测量和无线电遥测。7、通用性好。不但适用于测量应变，而且可制成各种高精度传感器，用于测量载荷、位移、加速度、扭矩等力学量。93 不过该测量方法也有它的缺点，主要表现在只能测量构件表面某一方向的应变，且应变片有一定栅长，只能测定栅长范围内的平均应变，因此对于应力集中及应变梯度大的应力场进行测量时会引起较大的误差。我们主要介绍在一般环境下应变片电测原理及测试方法。94 静态电阻应变仪主要用于实验应力分析及静态强度研究中测量结构及材料任意点的应变，其主要特点是将应变仪与平衡箱二者合为一体，配上相应的传感器，可以测力、扭矩、位移、温度等物理量，是在研究设计中作非破坏性试验的静态应变的

44、测量分析的一种重要工具。静态电阻应变仪有多种型号，原理基本相同。这里仅介绍YJ-31型静态电阻应变仪。95电阻应变仪96电电阻应变片粘贴技术阻应变片粘贴技术a。应变片检查分选特别注意同一试验的应变片批号最好一致（灵敏系数K相同）同一测区的应变片阻值基本一致（在仪器的可调范围内能满足电桥的初始平衡条件R1R3=R2R4根据测点的应力梯度和试件的材料均匀性选择应变片的合适标距9798b。测点处理测点表面应平整、无锈、无浮浆混凝土表面一般用环氧树脂打底抹平测点表面用酒精或丙酮清洗测点位置准确，应变片长边方向与所测应变方向相同99C。应变片粘贴粘贴用胶一般为502等快干胶或环氧树脂类慢干胶快干胶适用于

45、短期量测，防潮性能较环氧树脂差、操作时间短慢干胶在粘贴后需要较长时间（24小时）的固化时间，期间需加压、加温以促使固化100d。固化处理在室温15度以上，湿度60%以下固化12天（环氧树脂类慢干胶）气温低、湿度大，在自然固化12小时后用人工加温（环氧树脂类慢干胶）采用502类的快干胶可以不做特殊的固化处理101e。粘贴质量检查粘贴牢固，位置、方向准确无短路、断路现象，阻值与粘贴前相同电阻应变片没有气泡、折皱电阻应变片与试件间的绝缘度达到200M以上，在恶劣环境应达到500M以上(一般用兆欧表测量102f。导线连接保证引出线不与试件形成短路电阻应变片基底与接线端子间的引出线长度以35mm为宜，太

46、长则易短路保证量测导线轻微拉动时，引出线不被拉断导线各连接点应可靠连接，无虚焊103g。防潮防护短期量测且在干燥环境下可不做防潮处理长期观测或在潮湿环境下必须进行防潮处理，一般用硅橡胶密封粘贴在钢筋上浇灌入混凝土时，必须用纱布和环氧树脂密封，防止混凝土浇注过程中损坏电阻应变片104粘贴在混凝土上的应变片（L3dmax）105106粘贴在钢结构上的电阻应变片107四、实用组桥方法四、实用组桥方法进行测量时，先要根据测量目的选择构件上被测点的位置，然后根据被测点的应力状态，合理利用桥路特性，提高测试灵敏度。（b）测量出所要求的内力（a）消除补偿块补偿工作片补偿t（c）尽量使应变仪输出应变 提高d1

47、081、拉压变形测量的组桥方法测定图示受拉构件的拉伸应变方案1（1/4桥路）在构件表面沿应力方向粘贴一工作片 ，在补偿块上粘贴同规格应变片 （补偿块材料与被测件材料相同，置于相同的温度场中）。1R2R1R感受的应变有：1pt2R感受的应变有：2t109该1/4桥路达到了以下目的1）消除了因温度变化引起的应变 ；t2）只测出了由载荷P引起的拉伸应变 。p在同一温度场中，相同，接成1/4桥线路进行单臂测量时应变仪读数为：tpttpd)(21110方案2 半桥测量2pt 1pt接成半桥应变仪的读数为：d12ptptp()()(1)拉伸应变为：dp1+在杆件表面沿轴向和横向分别粘贴 和 ，此时：1R2

48、R可见，这种半桥组桥法：3）使应变仪读数增大 倍，提高了测量灵敏度。(1)1）消除了由温度变化而引起的应变 ；t2）测出载荷P作用下引起的拉伸应变 ；p111方案3 全桥测量（拉压荷载传感器）112拉压传感器原理pdppdpCDABDABCDACDBCABBDAEAPKUU)1(2)1(2)(41113 2、测定材料弹性模量E和泊松比E和 可以在实验机上作拉伸实验进行测定。由于试件可能会有初曲率，另外试验机机头难免会存在一些偏心作用使试件两面应变不相同，即试件除产生拉伸应变外，还附加了弯曲变形，因此在测量中需消除除弯曲变形的影响。114（a）测量弹性模量E在构件两侧面对称位置上沿其轴线y方向粘

49、贴两工作应变片，另外在补偿块上粘贴补偿片，并分别将和接入相对两桥臂，组成全桥，此时各应变片的应变量是：14RR、23RR、14RR、23RR、1pMt23t4pMt115应变仪读数应变为：yd1234p2此时由轴向拉伸变形引起的应变为：pyd12可见在读数应变中消除了弯曲变形和温度变化的影响。若试件面积为A，得到弹性模量：pyd2PE=A116 (b)测量泊松比在构件两侧面对称位置上，沿与试件轴线垂直的x方向贴两个应变片 ，另外在补偿片上贴两个温度补偿片 。将 和 分别接入两相对桥臂组成全桥。此时各应变片的应变是：14R R14R R23R R23R R1pMt()23t4pMt()仪器的读数

50、应变：xd1234p2 将 代入上式，可得材料泊松比为：pyd/2xdyd|1173、扭转变形测定图示（a）圆轴的扭转切应力。圆轴扭转时，表面各点为纯剪切应力状态，其主应力大小和方向，如图（b）所示，即在与轴线分别成 方向上有最大拉应力 和最大压应力 ，且 在 作用方向有最大拉应变 ，在 方向有最大压应变 ，且绝对值相等，因此可沿 方向粘贴应变片 和 。451313 1nn3451R2R118此时：1nt2nt 接半桥测量，应变仪读数应变为：d12n2扭矩在 方向所引起的应变为：1nd12根据广义胡克定律可得：n1311+()EE由此可得：nnE2G1将 代入上式，得扭转剪应力：dGnd121