1、實驗五純彎曲梁正應力實驗、試驗目的1、熟悉電測法的基本原理。2、進一步學會靜態電阻應變儀的使用。3、用電測法測定鋼梁純彎曲時危險截面沿高度分布各點的應力值。二、試驗裝置1、材料力學多功能實驗裝置2、CM-1C型靜態數字應變儀三、試驗原理本試驗裝置采用低碳鋼矩形截面梁，為防止生銹將鋼梁進行電鍍。矩形截面鋼梁 架在兩支座上，加載荷時，鋼梁中段產生純彎曲變形最大，是此鋼梁最危險的截面。為 了解中段危險截面純彎曲梁應力沿高度方向分布情況，采用電測法測出加載時鋼梁表面 沿高度方向的應變情況，再由。實=Eg實得到應力的大小。試驗前在鋼梁上粘貼5片應變 片見圖51，各應變片的間距為h，即把鋼梁4等分。在鋼梁

2、最外側不受力處粘貼一片4R6作為溫度補償片。對于純彎曲梁，假設縱向纖維僅受單向拉伸或壓縮，因此在起正應力不超過比例極限時，可根據虎克定律進行計算:a =Ec實實E為剛梁的彈性模量，e實是通過電測法用電阻應變儀測得的應變值。四、電測法基本原理1、電阻應變法工作原理電測法即電阻應變測試方法是根據應變應力關系，確定構件表面應力狀態的一 種實驗應力分析法。將應變片緊緊粘貼在被測構件上，連接導線接到電橋接線端子上一當構件受力構件產生應4應變片電阻值隨之變化應變儀內部的惠斯登電橋將電阻值的變化轉變成正比的電壓信號電阻應變儀內部的放大、相敏、檢波電路轉換顯示器讀出應變量。2、電阻應變片1）電阻應變片的組成由

3、敏感柵、引線、基底、蓋層和粘結劑組成，其構造簡圖如圖52所示。敏感柵 能把構件表面的應變轉換為電阻相對變化。由于它非常敏感，故稱為敏感柵。它用厚度 為0.0020.005mm的銅合金或銘合金的金屬箔，采用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過 程制成，簡稱箔式應變。它粘貼牢固、散熱性能好、疲勞壽命長，并能較好的反映構件 表面的變形，使測量精度較高。在各測量領域得到廣泛的應用。圖52電阻應變片構造簡圖2）電阻應變片種類電阻應變片按敏感柵的結構形狀可分為：單軸應變片：單軸應變片一般是指具有一個敏感柵的應變片。應變花（多軸應變片）：具有兩個或兩個以上軸線相交成一定角度的敏感柵制成的應變 片稱為多軸應變片，也

4、稱為應變花。其敏感柵可由金屬絲或金屬箔制成。采用應變花可 方便地測定平面應變狀態下構件某一點處的應變。3）應變靈敏系數（K）將應變片貼在單向應力狀態的試件表面，且其軸向與應力方向重合。在單向應力作 用下，應變片的電阻相對變化 R/P與試件表面沿應變片軸線方向的應變之比值，稱 為應變片的靈敏系數K=（A R/P）席應變片靈敏系數是使用應變片的重要數據。它主要取決于敏感柵的材料、型式和幾 何尺寸。應變片的靈敏系數受到多種因素的影響，無法由理論求得，是由制造廠經抽樣 在專門的設備上進行標定，并于包裝上注明。常用的應變片靈敏度系數為22.4。當我們使用應變片時，必須在測量前進行校準。校準方法：根據應變

5、片的K值，查 表51，再根據表內K值所對應的標定值，來調節靜態應變儀。表51k值校準值、1.91.9522.052.12.152.22.252.32.35120Q52635182500048784762465145454444434742553、CM-1C型靜態數字應變儀通過應變片可以將試件的應變轉換為應變片的電阻變化。但通常這種電阻變化是 很小的。為了便于測量，需將應變片的電阻變化轉換成電壓（或電流）信號，再通過電子放大器將信號放大，然后由指示儀或記錄器指示出應變數值。這一任務由靜態電阻應 變儀來完成。靜態電阻應變儀中電橋的作用是將應變片的電阻變化轉換成電壓變化。見 圖5-3CM-1C型靜態

6、數字應變儀前后面板靜態數字應變儀內部主要由惠斯頓電橋組成，它可把電阻變化轉換成電壓（或電流） 信號。電橋結構如圖4-3所示。電橋各橋臂電阻分別為RR2、R3、R4，其中的任一 個都可以是應變片或電阻。電橋的A、C為輸入端，接直流電源，輸入電壓為V0；而B、 D為輸出端，輸出電壓為VBD。下面分析當RR2、R3、R4變化時，電橋輸出電壓VBD 的大小。圖5-3 CM-1C型靜態數字應變儀前后面板圖5-4惠斯頓電橋T V / fT? _i_T? 、 T V / fT? _i_T?、I1=V0/（R1+R3）I2=V0/（R3+R4）由電工原理可知：電流I1、I2為BD端輸出電壓為:R1R4VBD=

7、VBA-V da=I1R1 TiR4=（）%R1+R2r3+r4R1R3- R2R4=V0（Ri+R2）（R3+R4）當RiR3=R2R4時電橋平衡，VBD=0測量時，先使材料不受外力作用，電橋調平衡使VBD=0這樣顯示器讀數為零，當材 料受力時，橋臂四片電阻應變片產生微小電阻變化： R、 R2、 R3、 R4。于是電 壓輸出不為零。通過信號放大顯示器直接讀出數值來。應變儀上讀數就是測量橋所測綜 合應變值： d= 產 2+ 產 4本次試驗選用的CM-1C型靜態數字電阻應變儀具體使用，在實驗室內講解。4、溫度補償粘貼在被測構件測點上的應變片，如果周圍環境變化時，應變片柵絲的電阻 應變值也將隨著溫

8、度改變而變化；同時，又因為柵絲材料和被測構件材料的膨脹系數不 同，應變片被迫拉長或縮短，使柵絲電阻值也發生變化，這種由于溫度改變引起的虛假 應變，并不是由于載荷作用而引起的，如果只想測定構件承受在載荷作用下的變形，就 應該設法消除它。消除的辦法就是溫度補償。在常溫應變測量中溫度補償的方法是采用橋路補償法。這種方法簡單、經濟、補償 效果好。這是利用電橋特性來進行溫度補償的。橋路補償法可以分為以下兩種：1）補償塊補償法其材料應與被測構件相同，但不受外力，并將它置與構件被測點附近，使補償片 與工作片處于同一溫度場中。2）工作片補償法這種方法不需要補償塊和補償片，而是在同一被測試件上粘貼幾個工作應變片

9、，將 它們接入電橋中。當試件受力且測點環境溫度變化時，每個應變片的應變中都包含外力 和溫度變化引起的應變，根據電橋基本特性，在應變儀的讀數應變中即可消除溫度變化 所引起的虛假應變，而得到所需測量的應變。因此工作應變片既參加工作，又起到了溫 度補償的作用。5、應變片在電橋中的接線方法應變片在應變儀的測量電橋中有各種接法。在實際測量中，常利用電橋基本特 性并采用不同的接線方法，來達到以下目的：a、實現溫度補償；b、從復雜的變形中測出所需要的應變分量；c、擴大應變儀的讀數，以減少誤差，提高測量靈敏度。測量電橋是用于測量應變的，其各橋臂電阻可以全部是或部分是應變片。在應變測 量中，常采用以下幾種接線方

10、法：1）全橋接線法 d=C 產 2+ 產 4測量電橋的四個橋臂上全部接電阻應變片，稱為全橋接線法（或全橋線路）。對于 等臂電橋，此時應變儀的讀數應變由公式即可得出： 實際測量時，可有以下兩種情況：a、全橋測量：電橋的四個橋臂上都接工作應變片。b、相對兩臂測量：電橋相對兩臂接工作應變片，另相對兩臂接溫度補償應變片。2）半橋接線法若在測量電橋的橋臂AB和BC上接電阻應變片，而另外兩臂AD和CD接電阻應 變儀的內部固定電阻R，則稱為半橋接線法。由于橋臂AD和CD接固定電阻，不感受 應變，因此對于等臂電橋，按公式可得到應變儀的讀數為： d= 18 2實際測量時，可有以下兩種情況：a、半橋雙臂測量：電橋

11、的兩橋臂AB和BC上均接工作應變片。b、半橋單臂測量：電橋的兩橋臂AB和BC上，任意橋臂接工作應變片，而另一橋臂接 溫度補償應變片。五、試驗步驟1、試驗前的準備了解鋼梁材料：低碳鋼彈性模量E=2 X 105MPa測出鋼梁尺寸（單位：mm）L=800a=300b=10h=20c=5砝碼重量P=40N檢查鋼梁支座位置及加載的位置，保證加力準確。2、應變儀準備1）接通電源，預熱半小時。2）靈敏度調節：K=2.08 標定48083、進行試驗測純彎曲梁由上至下r1r5點應變值，了解應力分布情況。1）試驗中用半橋單臂連接。將R1兩根引線接于靜態數字應變儀背部第一個電橋的A、 B端，R2接到第二個電橋的A、

12、B端，同理將R3R5接線。補償片R6接到變換器旁邊 的A0 B0上，相當于110個電橋BC點都接了補償片R6，應變儀的測量電橋被接好。2）用螺絲刀調節15個電橋相應旋鈕使顯示器顯示為零，這時應變儀的測量電橋被調 節平衡。在調節儀器靈敏度。3）本試驗加載為“增量法”，每次增加等量載荷 P （40N），共加三次砝碼記錄三組讀數，填入表中。以便觀察各點應變的線性程度。然后利用第n次減第n-1次得到增量， 求出增量平均值，即為 。勇單位為 即10-6S。最后帶入試驗值公式計算應 力。實 實4、結束工作試驗完畢，卸下砝碼關閉儀器電源，從儀器接線柱上拆下接線并將試驗裝置復原。六、注意事項1、接完線后不要隨便移動儀器，保持其內部穩定，防止接線脫落。2、接線時一定將導線全部壓緊，以免應變值不斷變化。3、加載砝碼時要輕輕、平穩地加在砝碼盤上，切勿重擊。加卸砝碼都要緊慎，防止掉 落傷人。七、數據記錄處理1、 鋼梁材料：低碳鋼彈性模量E=2X105MPa2、鋼梁尺寸（單位：mm）L=800a=300b=10h=203、 砝碼重量P=40N4、試驗數據記錄5、計算1)理論值計算在純彎曲部分，與AP相應的彎矩分別為： M=1 Pa2由公式。=世里理