1、材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院電測實驗技術郭金泉郭金泉電阻應變及測量橋路電阻應變及測量橋路材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院 人類為了認識和改造客觀世界，就要以測試工作為基礎，并且隨著科學技術的不斷發展，人類研究對象越來越復雜，測量的范圍也也越來越廣泛，材料力學測試僅僅是其中的一方面。 材料力學測試主要包括常用材料基本力學性能的測試，以及應力、應變測試等等。一、概述材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院 研究力學問題一般有兩種途徑，即理論分析和實驗分析。兩者相輔相成。 實驗應力分析是用實驗分析方法確定受力構件的應變、應力的一門學科，是材料力

2、學測試的一個重要部分也是本門課程的主要研究內容。材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院 通過實驗應力分析可以檢驗和提高設計質量、提高工程結構的安全度和可靠性；可以減少材料消耗、降低生產成本；可以為發展新理論、設計新型結構、創新工藝以及應用新材料提供依據；可以推動理論分析的發展，并且能有效地解決許多理論上不能解決的實際問題，是一門不斷發展的學科。材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院二、實驗應力分析方法 實驗應力分析方法很多，主要有：應變電測法、光測法、脆性涂層法和應變機械測量法等。其中最廣泛應用的是應變電測法和光測法。材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化

3、學院 電阻應變測試方法：用電阻應變片測定構件表面的應變，再根據應變應力關系確定構件表面的應力狀態的一種實驗應力分析方法。 電測法中有電阻、電容、電感、電磁等多種方法。1、電測法材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院 （1）優點：有較高的靈敏度和精度，測量范圍廣，易于實現數字化和自動化，可在高溫、高壓、強磁、液下等特殊條件下使用，體積小，尺寸小，重量輕，可實現現場的實時檢測。 （2）缺點：只能測構表面的應變，不能全域性測量，受外界環境（如溫度）的影響。材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院2、光測法 光彈性法：它是利用偏振光通過具有雙折射效應的透明受力模型獲得干涉條紋

4、圖，再根據條紋與模型內主應力大小、方向的關系，得到模型內的應力分布情況，再由相似理論推導實物的應力。 光測法中有光彈性法、全息干涉法、激光散斑干涉法、云紋法等，其中以光彈性法應用比較廣泛。材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院三、電阻應變片金屬絲的電阻值，與其長度，截面積，電阻率的關系AlRAlRlnlnlnln構件受載后，產生應變，電阻值的相對變化AdAldldRdR1、電阻應變片工作原理材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院AdAldldRdRDdDAdA2ldlDdDldlmVdVmd)21 (ldlmRdR)21 ()21(ldlKRdRxKRRK為材料的靈

5、敏系數材料力學實驗材料力學實驗福州大學機械工程及自動化學院2、電阻應變片的構造 電阻應變片由敏感柵、引線、基底、蓋層、粘結劑組成。其構造如圖所示：福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗單軸應變片敏感柵只有一根軸線。 用于測量單向應變。應變花：雙軸二軸90三軸三軸45用于測量平面應力狀態。福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗四、應變測量電路若彈性模量GPaE200120R2K 用此應變片用于測量2MPa的應力時，其電阻的變化為:0024. 0RKR從前面的討論知道：電阻應變片的作用是將構件表面的應變轉變為電阻的變化。其關系式為：RKR福州大學機械工程及自動化學院材料

6、力學實驗材料力學實驗0024. 0RKR對電阻應變儀的要求？惠斯登電橋211RRUIACR1兩端的電壓降為：21111RRURRIUACAB顯然 太小了。為了便于測量，需將應變片的電阻變化轉換成電壓（電流）信號，再將信號放大，然后由指示儀（記錄儀）指示出應變值，這一任務是由電阻應變儀來完成的。R福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗R1兩端的電壓降為：21111RRURRIUACABR4兩端壓降43442RRURRIUACADBD兩端的輸出電壓)(43214231RRRRRRRRUUACBD如果各橋臂阻值變化則輸出電壓式中用iiRR福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學

7、實驗（精確公式）如果各橋臂阻值變化則輸出電壓式中用iiRRBD兩端的輸出電壓為：)(4433221144223311RRRRRRRRRRRRRRRRUUACBD若將上式展開，并將平衡條件（R1R3=R2R4）代人上式，且略去高階微量，同時考慮應變電橋中的等臂電橋和半等臂電橋，上式都可以簡化為：福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗)(444332211RRRRRRRRUUACBD)(44321ACBDKUU可以線性疊加，疊加原則：相鄰橋臂符號相反，相對橋臂符號相同。若四個橋臂為應變片，其靈敏度K均相同，代入 則電橋輸出電壓為 ：R R=K福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材

8、料力學實驗五幾種常用的組橋方式1. 單臂測量14ACBDKUU2. 半橋測量)(421ACBDKUU3. 全橋測量)(44321ACBDKUU4. 對臂測量)(431ACBDKUU5. 溫度補償4)(422111KURRRRRUUACttFACBD)(44321ACBDKUU福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗6. 串聯和并聯接線法 串聯).(1).(1)(12121nnlldunnRRRRKRRK所以：2.串聯后橋路電阻增大，在限定電流情況下可加大供橋電壓，加大輸出。1.串聯橋臂應變為各個應變計應變值的算術平均值福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗并聯nRRl

9、nlRRRR1.11121橋臂應變)1.111(1)(121nRRRRKRRKnlldu若各個應變計電阻改變量相同)(1llduRRK并聯后橋臂電阻減小，輸出電流可以提高。用電流表記錄有利。福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗六內力分離組合變形的構件，通過合理布置應變片位置和方位，并采用正確的組橋接法可以將應變單獨測量出來例1：偏心拉壓為消除偏心的影響在彈性桿件上對稱地貼了四個應變片MF1)(2MFMF3)(4MF福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗MF1)(2MFMF3)(4MF將各點結果代入公式Fdu)1 (24321儀器讀得的應變值與待測應變值的比成為橋臂系數，本例中橋臂系數為)1 (2福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗 例2，圓軸受扭矩和拉力共同作用，要求從扭矩中分離拉力影響TTTT4231FFFF4231接成全橋，可得Tdu44321福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗例3. 拉彎扭組合變形時應變測量NMF,分別代表軸向拉力，彎矩和扭矩在被測點450方向上引起的應變tNMF1tNMF2tNMF3tNMF4應變儀讀數為Ndu44321可以測得扭轉引起的切應力福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗薄壁圓筒的彎扭組合變形實驗福州大學機械工程及自動化學院材料力學實驗材料力學實驗彎矩引起的正