应变、应力测量课件.ppt

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1、第五章应变、应力测量☆了解电阻应变测量系统的组成☆掌握电阻应变式传感器的工作原理☆掌握应变和应力的测量电路☆掌握应变和应力的与测量方法1第五章应变、应力测量5.1电阻应变测量技术：1.定义：利用电阻应变片测定构件的表面应变，再根据应力、应变的关系，确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。2.电阻应变测量系统的组成：1）电阻应变片（简称应变片）2万多种。2）电阻应变仪（电阻应变测量装置）数百余种3）记录仪器种类繁多，磁带机、X-Y记录仪、光线示波器、微型计算机等。2第五章应变、应力的测量3.基本工作原理：将应变片固定在被测构件上，当构件变形时，电阻应变片的电阻值发生相应的变化。通过电阻

2、应变测量装置（简称应变仪）可将电阻应变片中的电阻值的变化测定出来，换算成应变或输出与应变呈正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应力或应变值。3第五章应变、应力的测量5.2电阻应变式传感器：电阻应变式传感器可测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简便等优点。电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片和半导体应变片两类。4第五章应变、应力的测量1.金属电阻应变片常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。1）应变片的结构：它由敏感元件、引出线、基底、覆盖层组成，用粘贴剂粘贴在一起，如图所示。5第五章

3、应变、应力的测量6第五章应变、应力的测量1.敏感元件，2.覆盖层，3.引出线，4.基底7第五章应变、应力的测量8第五章应变、应力的测量⑴敏感元件（又称敏感栅）：感受构件的变形，并将机械应变转换成电阻变化。一般有金属丝、半导体、光刻栅状。⑵覆盖层：固定和保护敏感元件。⑶引出线：从敏感元件引出电信号，并与测量导线连接。⑷基底：固定和保护敏感元件、使敏感元件与构件绝缘、与粘贴剂一起把构件的变形传给敏感元件。主要有纸基（热稳定性和抗潮湿性稍差，绝缘强度高）和胶基（有机聚合物：环氧树脂、酚醛树脂，耐热、耐久、耐湿，能较好满足各种使用要求。）⑸粘结剂：粘贴时，使用与基底材料类型相同的粘结剂9第五章应

4、变、应力的测量栅长：敏感栅纵轴方向的长度称为栅长，用“L”表示。对于有圆弧端的敏感栅，栅长是指圆弧内侧间的距离。栅宽：在垂直于纵轴方向上，敏感栅外侧之间的距离称为栅宽，用“B”表示。10第五章应变、应力的测量2）应变片的工作原理：以金属材料为敏感元件的应变片，测量试件应变的原理是基于金属丝的应变效应，即金属丝的电阻随其变形而改变的一种物理特性。设有一根圆截面的金属丝如图所示，其原始电阻ρ—金属丝的电阻率；11第五章应变、应力的测量电阻应变效应ΔllDd12第五章应变、应力的测量式中，R—金属丝的原始电阻；l—金属丝的长度；A—金属丝的截面积；D—金属丝的截面直径。13第五章应变、应力的测

5、量将R=ρl/A取对数再微分得：当金属丝受轴向力P作用被拉伸后，由于应变效应，其电阻也将发生变化。由上式可知，金属丝电阻变化的大小与其几何尺寸和电阻率的变化有关。当金属丝的长度伸长Δl，面积缩小ΔA，电阻率的变化为Δρ。14第五章应变、应力的测量15第五章应变、应力的测量其中，Δl/l为金属丝的轴向应变，即：ΔD很小，ΔD2≈0，16第五章应变、应力的测量式中，ε—金属丝的轴向应变；μ—金属材料的泊松比。令17第五章应变、应力的测量则：k0—单根金属丝的灵敏系数；根据实验得知：大多数金属的k0是一个常数，其值随材料不同而异。可见，金属丝在产生应变效应时，应变与电阻变化率ΔR/R是成线性关

6、系的。“ε与ΔR/R成线性关系。”这是实验与测试技术的一个重要前提。18第五章应变、应力的测量对于应变片有式中，k—应变片的灵敏系数，由实验求得。ε—试件的应变，是无量纲的量。常用微应变表示“με”1微应变相当于长度为1米的试件其变形为1微米时的相对变形量。1με=10-619第五章应变、应力的测量20第五章应变、应力的测量2.应变片的工作特性1）应变片的灵敏系数k：为了表示应变片的电阻变化与试件应变之间的关系，在ΔR/R=kε中引入了应变片灵敏系数k，由于影响应变片k值的因素很复杂，故目前无法用理论方法推导得出，而只能用实验来测得。由四步来完成。21第五章应变、应力的测量第一步：规定

7、统一测定条件。①试件材料的泊松比为μ0=0.285；②沿应变片纵轴线方向单向应力作用。第二步：将应变片的电阻变化率与试件表面上的应变片粘贴区域内的轴向应变之比作为应变片的灵敏系数k；即:第三步：测取应变片k值的装置（纯弯梁或等强度梁），22第五章应变、应力的测量第四步：测取k值的方法。①将应变片贴在专用装置上，并加载；②用仪器测出应变片的电阻变化；③梁的应变值用仪器测得或计算得出；④计算得到k值。由于每只应变片只能使用一次，无法逐只