1、材 料 力 學 實 驗力學實驗中心力學實驗中心材 料 力 學 實 驗材材 料料 力力 學學 實實 驗驗材 料 力 學 實 驗力學實驗中心材料力學實驗 材料力學理論應力，應變分析理論實驗驗證零件疲勞設計校核構件動態強度設計校核構件零件靜動態應變（含變形）應力實測構件靜強度，剛度、穩定性設計、校核構件塑性設計強度校核一 緒論1、材料力學實驗與材料力學、材料力學實驗與材料力學材 料 力 學 實 驗力學實驗中心材 料 力 學 實 驗力學實驗中心2、材料力學實驗的主要內容、材料力學實驗的主要內容（1）材料力學性能測定材料力學性能測定 a，為構件設計提供材料的力學性能指標和參數。 如 等； b，材料材質復

2、驗； c，評定材料的熱處理工藝、焊接工藝； d，構件失效分析； e，研究新型合金材料。合成材料。（2）驗證理論驗證理論 驗證理論有三層意義kbpAvGE、，、1s)(驗證現有理論驗證新建立的理論修正、發展理論材 料 力 學 實 驗力學實驗中心力學實驗中心材 料 力 學 實 驗（3）應力分析實驗：應力分析實驗：主要介紹應變電測及光彈性實驗主要介紹應變電測及光彈性實驗特點：只要是變形固體，不管結構形狀、受力如何 復雜，也不必準確了解邊界條件，在某些特 殊條件下，用實驗方法甚至能比理論計算更 簡便、迅速準確的提供結果或結論。材 料 力 學 實 驗力學實驗中心力學實驗中心材 料 力 學 實 驗例例（1

3、 1）：）：1010萬萬kWkW大型變壓器真空箱的穩定性實驗大型變壓器真空箱的穩定性實驗失穩真空度（）不會失穩)(應變材 料 力 學 實 驗力學實驗中心力學實驗中心材 料 力 學 實 驗例例（2 2）：勝利埕北油田）：勝利埕北油田2525A A，管樁及導管應力實測。管樁及導管應力實測。 載荷復雜多變，邊界條件難于準確確定。載荷復雜多變，邊界條件難于準確確定。材 料 力 學 實 驗力學實驗中心力學實驗中心材 料 力 學 實 驗例例（3 3）：光彈性實驗）：光彈性實驗 全場顯示應力，特別適用開孔、開槽零件的全場顯示應力，特別適用開孔、開槽零件的 應力集中系數測定應力集中系數測定 材 料 力 學 實

4、 驗力學實驗中心材 料 力 學 實 驗力學實驗中心3、材料力學實驗的方法、材料力學實驗的方法（1）材料力學性能測定材料力學性能測定: 執行國家標準GB/T；（2）應力分析實驗：應力分析實驗：決定于實驗目的（3）要求：要求： 獨立完成 性能實驗結果表達：執行修約規定 表格形式的報告 曲線圖一律用方格紙描述，并用光滑曲線連接 應力分析保留小數后一到二位 材 料 力 學 實 驗力學實驗中心二 電測應力分析應變電測原理應變電測原理適用范圍：結構構件金屬、非金屬材料表面應力測量； 靜、動態（含沖擊）應變應力測量；高速 旋轉構件應力測量；結構高壓液下；高低 溫條件下的應力測量原理電阻應變儀應變計變形固體F

5、1F2FnF3廣義虎克定律應變分析0121、21、材 料 力 學 實 驗力學實驗中心1、金屬電阻絲的、金屬電阻絲的“應變效應應變效應”(1) )21 ( , )21 ( )21 ( , 2 , )1 ( ,ssotKRdRdKdRdRpdRdRldlAdAAdAldldRdRtAlR則令或Ks稱為金屬電阻絲的靈敏系數FFll材 料 力 學 實 驗力學實驗中心圖為康銅絲的 曲線，鎳鉻絲在小應變條件下 關系亦為直線RdRRdRRdRRdR材 料 力 學 實 驗力學實驗中心2、電阻應變計的工作原理、電阻應變計的工作原理（1）電阻應變計（片）構造。電阻應變計（片）構造。 利用金屬電阻絲應變效應制成用于

6、構件應變測量 的敏感元件材 料 力 學 實 驗力學實驗中心bl敏感柵（絲繞或箔柵）引出線基底（紙基或膠基）材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（2）使用使用 用特制的膠水粘貼于構件表面，絲柵長度平行于 待測應變方向。（3）原理原理 K 應變計靈敏系數，與Ks有區別 K通過實驗標定。 KRR材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（4）主要技術指標主要技術指標 a，初始電阻值R（） 測量必須數據，工程應變測量選R120 。 b，應變計靈敏系數K 由廠方提供，測量必須數據。 c，應變計標距l (或敏感柵尺寸bl ) 根據測試對象目的而定。 材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（5）應變計類型：應變計類型：

7、按構造分紙基浸膠絲繞式；膠基箔式； 半導體應變計；金屬底基焊接式等， 其他按測量應變范圍，按用途分，按使 用溫度分已不下數千種。 材 料 力 學 實 驗力學實驗中心應變計材 料 力 學 實 驗力學實驗中心應變計材 料 力 學 實 驗力學實驗中心應變計（單片放大）材 料 力 學 實 驗力學實驗中心3、應變電橋及其輸出、應變電橋及其輸出 測量電阻變化一般用惠斯登電橋（即4臂電橋），電源E1稱為橋壓。(2) )( )()(43214231434211143421114411RRRRRRRRRRRRRREURRIRRIERIRIUBDBDI1I4材 料 力 學 實 驗力學實驗中心 當R1R3=R2R4

8、 或 R1/R2=R4/R3 時 UBD0稱為電橋的平衡條件。 實測時，隨著構件的受力變形R1R4發生變化為R1 R1 R1， R2 R2 R2， R3 R3 R3， R4 R4 R4 代入（2）式)()()(43432121442233111RRRRRRRRRRRRRRRREUUBDBD可見iURRU 或)(4)(44321143211KERRRRRRRREUBD略去分子當中的高階微量，分母當中的R項，經整理得（3）材 料 力 學 實 驗力學實驗中心 說明電橋輸出電壓的變化與四個橋臂電阻變化的總和成正比或與測點應變總和成正比。 其次，對角橋臂電阻變化率或應變相加，鄰臂的電阻變化率或應變相減。

9、這種規律稱為電橋輸出的加減特性。 （3）式簡化結果產生的誤差不會超過5，根據其原理可以制成專門用于測量的電阻應變儀。材 料 力 學 實 驗力學實驗中心4、數字電阻應變儀、數字電阻應變儀（1）電原理框圖電原理框圖 電壓變換器電壓變換器橋壓E1電源電源放大器放大器濾波器濾波器A/D數顯表頭數顯表頭模數轉換U電橋電橋材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（2）YE2538程控應變儀面板結構及其使用方法程控應變儀面板結構及其使用方法 材 料 力 學 實 驗力學實驗中心使用方法 （1）組橋 a，1/4橋接法 （靜態多點應變測量常用 的接法），橋路形式bR-1，所有測量片 均接AB，連接片連于BB。共用一枚補

10、 償片。 b，半橋接法 AB,BC接應變片，橋路bR-2, c，全橋接法 四個橋臂均接應變片，多用于傳感 器電路，橋路bR-4 21RRr4321RRRRr （2）K，R設定 （3）平衡、測量(有關詳細的使用方法由實驗室多媒體室介紹，或見網上資料)材 料 力 學 實 驗力學實驗中心 該儀器特點是各通道可以獨立選擇不同的測量橋路形式、使用不同K的應變計和不同R的應變計。材 料 力 學 實 驗力學實驗中心5、有關應變電測法的若干問題、有關應變電測法的若干問題（a） 溫度變化會產生 電阻變化（b）應變計線膨脹系數 與被測工件線膨脹系數 不同，溫度變化會產生 附加電阻變化 ，必須設法消除 )1 ( 0

11、TAlRtt中sgKRRRRRttttt/ , 產生tRtR（1），溫度補償材 料 力 學 實 驗力學實驗中心溫度補償方法溫度補償方法 a，補償塊補償法 FttFr)(FF(補償塊必須與被測工件同材料且置于被測工件旁)材 料 力 學 實 驗力學實驗中心溫度補償方法溫度補償方法 b，工作片補償法 不允許單獨設置補償塊的構件應變測量用工作 片補償法必須已知泊松比 )1 ( )()( 21FtFtFRRrR1R2R1R2ABC)1/(vrF c，補償應變片必需接于測量應變片的鄰臂材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（2）應變計的串連及其應用)(21)(214 )(21)(214 224 4221112

12、211121dcbadcbadcbadcbaKERRRRRRRRERRRRRRERRRREURRRRRRRR串連的2枚應變片所測的應變自動取平均RaRbRcRdABCR1R2材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（3）靜態多點應變測量 當測點較多，希望加一次載荷能同時讀下所有測點應變時，可利用1/4橋接法，事先把所有測點接到應變儀的AB橋臂上，共用一枚補償片接于公共補償橋臂上，利用測點轉換按鍵同時讀出各個測點的應變。材 料 力 學 實 驗力學實驗中心用途用途 （a）偏心受拉壓構件測軸向應變 （b）測材料彈性模量時用串連半橋 測量電路FtttwFtwFRRr 21)()(21 21材 料 力 學 實

13、 驗力學實驗中心6、應變片式傳感器及其設計概要、應變片式傳感器及其設計概要 不同結構形式的彈性元件應變片組成不同用途的應變式傳感器。可用于測拉、壓力，彎矩、扭矩、加速度、位移（或變形）、傾角等。 高比例極限材料。 低彈性模量的材料。 應變片貼于應變的敏感區，并利用全橋測量的加減 特性使輸出靈敏度最大。材 料 力 學 實 驗力學實驗中心例例：園環式小負載拉壓力傳感器：園環式小負載拉壓力傳感器mmakNPGPaEMPabtWFaMp11 2max210, 900 611817. 0max2 . 02材料材 料 力 學 實 驗力學實驗中心按貼片要求 取b8mm （1）（2）t取3mm時 （3）應變 （4）全橋接法 MPap3605 . 212 . 0 MPa333386/11120001817. 02max6101665/E61066604r材 料 力 學 實 驗力學實驗中心（5）輸出靈敏度，設E15V， K=2.0mVmvKEUr65.16 1066602500041461 靈敏度3.33mV/V， 合適若要求能分辨1N力，則最小輸出為8.3 V，相當于3/N有足夠