材料力学实验课件解析

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1、一、电测法的基本原理概述 电测法的基本原理 力&应变综合参数测试仪系统原理示意图 电测法的优点 （1）灵敏度高，测量范围广。例如应变测量范围为 1-104应变，力或重力的测量范围为10-2-105N等。 （2）能进行静、动态测量，频响范围为050KHZ。 （）轻便灵活，适用于现场及野外等恶劣环境下进 行测试。电阻应变片最小标距仅0.mm。 （4）能在高、低温及高压液下等特殊条件下进行测量 。 （5）便于与微机联结进行数据采集与处理，可广泛应 用于生产管理的自动化及控制。 电测法的应用领域 直接应用于工业生产的现场实测与控制。 生产新产品前的模型设计实验。 高技术、现代科学领域中的应用。如机器人

2、工业、 原子能反应堆、航空、航天等诸方面的参数测试。 应用于运动力学测试。如运动步态测力平台、足底 压力分布测试、重心运动轨迹测试等。 应用于生物医学及康复事业，如患者行走步态测试 ，假肢参数测试等。 制造各种传感受器，如力、位移，压力传感器等。 直径为 0.003mm0.01mm 的合金丝绕成栅 状而成 1. 构造与种类 二、电阻应变片的工作原理 0.003mm0.01 mm的箔材经光 刻腐蚀工艺制 成敏感栅 2、电阻应变片的工作原理 -电阻应变效应 三、电测法测量电路及其工作原理 1.电桥基本特性 惠 斯 登 测 量 电 路 （当 时） 电桥基本特性：两相邻桥臂电阻所感受的应变代数值 相减

3、；而两相对桥臂电阻所感受的应变代数值相加。 这种作用也称为电桥的加减性。利用电桥的这一特性 ，正确地布片和组桥，可以提高测量的灵敏度、减少 误差、测取某一应变分量和补偿温度影响。 3.应变片在电桥中的接线方法 （1）半桥接线方法 （2）全桥接线方法 （3）桥臂系数 测量出的应变仪的读数d 与待测应变之比 FF 1单向应力状态 四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算 轴向拉压、纯弯曲、横力弯曲上下缘 FF R1 R2 R1R2 温度自补偿，测量 电压得到有效放大 ： 2已知主应力方向的二向应力状态 扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒 R1 R2 45o 45o 沿已知主应力方向 贴片

4、，采用温度自 补偿的半桥接法 3不知主应力方向的二向应力状态 45o3应变花： 90o 0o 45o 120o 0o 60o 60o3应变花： 应变计的粘贴工艺 和防护措施 应变计粘结剂 1氰基丙烯酸脂粘结剂 牌号为501、502、504和661等的粘结剂均属此类型 。这是一种化学反应型粘结剂。 2环氧树脂粘结剂 这种粘结剂是以环氧树脂为粘料，加入适量的固化 剂、增塑剂而成。环氧树脂是含有环氧基的线型高分子 化合物，加入固化剂后形成体型结构，具有很强的粘结 力。这种粘结剂具有绝缘电阻高、防水、耐油、耐化学 药品以及固化不收缩，不会造成应变计残余应力等优点 。虽然性脆，但加入适量的增塑剂可提高韧

5、性。 3酚醛树脂粘结剂 酚醛树脂应变胶，一般由酚醛树脂加入聚乙烯 醇缩醛等成份组成。市售的1720胶， JSF2胶和JSF4胶等属此类。这是一种热固 型粘结剂，具有强度高、耐温、 耐油、 耐水、耐老化和绝缘性能好等优点。由于需加 热固化，现场测试难于应用。 应变计的粘贴工艺 应变计的粘贴工艺包括： 1、构件测点部位的表面处理； 2、应变计的粘贴、固化； 3、导线的焊接； 4、应变计和引线的防护； 5、贴片质量检查。 这是电测技术中的一个关键环节，其 中任何一道工序的质量未能保证，都将直 接影响测试结果。 应变计准备 贴片前，将待用的应变计进行外观检查和阻 值测量。外观检查可凭肉眼或借助放大镜进

6、 行，目的在于观察敏感栅有无锈斑，缺陷，是 否排列整齐，基底和覆盖层有无损坏，引线是 否完好。阻值测量可用4位惠斯登电桥或数字欧 姆表，目的在于检查敏感栅是否有断路、短路， 并进行阻值分选，对于共用温度补偿的一组应 变计，阻值相差不得超过0.5。同一次测量的 应变计，灵敏系数必须相同。 构件表面处理 对于钢铁等金属构件，首先是清除表面油漆、氧 化层和污垢；然后磨平或锉平，并用细砂布磨光。通 常称此工艺为“打磨”。打磨光洁度应达5左右。对 非 常光滑的构件，则需用细砂布沿45方向交叉磨出一些 纹路，以增强粘结力。打磨面积约为应变计面积的5倍 左右。打磨完毕后，用划针轻轻划出贴片的准确方位。 表面

7、处理的最后一道工序是清洗。即用洁净棉纱 或脱脂棉球蘸丙酮或其它挥发性溶剂对贴片部位进行 反复擦洗，直至棉球上见不到污垢为止。 1、除油、除绣和除污； 2、磨平 、抛光； 3、清洗干净 构件表面处理总结 502胶贴片工艺 贴片工艺随所用粘结剂不同而异，用502胶贴 片的过程是，待清洗剂挥发后，先在贴片位置滴 一点502胶，用应变计背面将胶水涂匀，然后用 镊子拨动应变计，调整位置和角度。定位后，在 应变计上垫一层聚乙烯或四氟乙烯薄膜，用手指 轻轻挤压出多余的胶水和气泡。待胶水初步固化 后即可松开。 粘贴好的应变计应保证位置准确，粘结牢固 、胶层均匀、无气泡和整洁干净。 一、贴片条件： 加压同化，用

8、高温橡胶保护应变片，用一般的 夹子加压。 二、固化方法：两次加热固化； 1、第一次加热到135 恒温时间：2小时 2、自然冷却到室温； 3、第二次加热到165 恒温时间：2小时 4、处理应变片周围清洁，涂上一层薄薄的704保 护胶水； 5、加工结束 601胶贴片工艺 601胶贴片示意图 导线的焊接与固定 粘结剂初步固化后，即可进行焊线。常温静态测 量可使用双芯多股铜质塑料线作导线，动态测量应使 用三芯或四芯屏蔽电缆作导线。 应变计和导线间的连接最好通过接线端子，焊点 应确保无虚焊。导线最好与试件绑扎固定，导线两端 应根据测点的编号作好标记。 贴片质量检查 贴片质量检查包括外观检查、电阻和绝缘电

9、 阻测量。外观检查主要观察贴片方位是否正确， 应变计有无损伤，粘贴是否牢固和有无气泡等。 测量电阻值可以检查有无断路、短路。绝缘电阻 是最重要的受检指标。绝缘好坏取决于应变计的 基底，粘贴不良或固化不充分的应变计往往绝缘 电阻低。 应变计及导线的防护 应变计受潮会降低绝缘电阻和粘结强度，严 重时会使敏感栅锈蚀；酸，碱及油类浸入甚至 会改变基底和粘结剂的物理性能。 为了防止大气中游离水分和雨水、露水的 浸入，在特殊环境下防止酸、碱、油等杂质侵 入，对已充分干燥、固化，并已焊好导线的应 变计，应立即涂上防护层。 常用室温防护剂有： 1凡士林；2蜂蜡；3石蜡，炮油和松香 混合物；4环氧树脂 应变片灵

10、敏系数 K值的测定 应变片灵敏系数K值的测定装置 我们知道： 则有： 在这里: 式中：f 为等强度梁加力点处的挠度 (此挠度从百分表上读出) H 为等强度梁的厚度 L 为等强度梁的标距 等强度梁装置测测 的 优缺点 优点： 避免等强度梁弹性模量E值带来的误差 缺点： 受固定端不够牢和百分表头与等强度 量接触的不稳定性的影响， 挠度值f不易 测准。 黄陂蟠龙大桥T形梁检测现场 热电厂玻璃钢托架挠度检测 粮仓屋顶检测 粮仓屋顶检测 洛阳热电厂烟囱检测现场 材料（钢筋混凝土）高211米 洛阳热电厂烟囱检测现场 洛阳热电厂烟囱检测现场 洛阳热电厂烟囱检测 武重C5250/2-13020横梁检测 武重C

11、5250/2-13020横梁检测现场 应变片粘贴位置及弯矩图 粘贴应变片 应变片粘贴位置 实验三 纯弯曲梁的正应力实验 一、目的与要求 1、用电测法测量受纯弯曲梁的正应力的分布，验证 弯曲应力的理论计算公式的正确性。 2、学习电阻应变仪使用操作方法 3、测量纯弯曲梁的最大挠度及验证梁挠度计算公式。 多功能电测试验装置 二、实验设备和工具 1.XL3416型纯弯曲梁实验装置 2.XL2118C型力应变综合参 数测试仪 3.游标卡尺 纯弯曲梁实验装置 XL2118C型力应变综合参数测试仪 实验现场 三、实验原理 1. 验证纯弯曲梁的正应力计算公式 由梁的内力分析知，BC段 的剪力为零，弯矩为一常

12、量，因此梁的BC段为纯弯 曲段。 在纯弯曲条件下，根据平 面假设和纵向纤维间无正 应力的假设，可得梁横截 面上任一点的正应力计算 公式为 为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律， 在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有 应变片，如图所示。 在不同的横截面上的不同位置布置不同的测在不同的横截面上的不同位置布置不同的测 点，启发学生去研究：通过这些测点的测量，你能点，启发学生去研究：通过这些测点的测量，你能 够测量到什么？不能测量到什么？够测量到什么？不能测量到什么？ 如何思考问题如何思考问题 实验采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载 采用增量法，即每增加等量的载荷F，测出各点

13、的应 变增量 ，分别取各点应变增量的平均值 ， 依次求出各点的应变增量 ，将实测应力 值与理论应力值 进行比较，以 验证弯曲正应力公式。 纯弯矩截面正应力分布 四、实验步骤 1.设计好本实验所需的各类数据表格。 2.测量矩形截面梁的宽度b和高度h、载荷作用点到梁 支点距离a及各应变片到中性层的距离 。 3.将实验装置上传感器的五芯航空插头连接到力应 变综合参数测试仪背面的五芯航空插座上，插上电源， 将开关置开，预热20分钟，并检查该装置是否处于正常 实验状态。 4.输入传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般 首次使用时已调好，如实验项目及传感器没有改变，可 不必重新设置）。 5.拟订加载方案

14、。先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10Pmax左右），估算Pmax，分46级加载。 6.分清各测点应变片引线，按实验要求接好线，调整 好仪器和实验加载装置，检查整个测试系统是否处于正 常工作状态。 7.根据加载方案加载。首先在不加载的情况下将测力 量和应变量调至零；然后均匀缓慢加载至初载荷P0，记 下各点应变的初始读数；再分级等增量加载，每增加一 级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终 载荷。实验至少重复两次。 8.做完实验后，卸掉载荷，拆除接线，关闭电源，整 理好所用仪器设备，清理实验现场，实验资料交指导教 师检查签字。 五、实验结果处理 六、实验报告 实验与理论的应力分布曲

15、线 数据表的填写格式 序 号 荷载P（N）测点1测点2 累计增量累计增量累计增量 00200120-13 12012-13 -12 2013 24025-25 2012 -13 36037-38 20 14-14 48051-52 20-13 14 510065-65 平 均 值 误差原因分析 应变片的选择、焊接、粘贴； 理论公式； 力传感器的误差； 应变仪的精度； 装置和矩形截面梁的相关参数、几何 尺寸误差； 操作技术熟练程度 七、思考题 1.若在梁的同一高度处沿轴线方向两面都贴有应变片 ，请考虑是否有其他接线方法，并在实验时应用。 2.影响实验结果准确性的主要因素是什么？ 3.弯曲正应力的

16、大小是否受弹性模量E的影响？ 4.梁弯曲的正应力公式并未涉及材料的弹性模量E， 而实测应力值的计算却用上了弹性模量E，为什么？ 5.实验时没有考虑梁的自重，会引起误差吗？为什么 ？ 实验四 弯扭组合应力测定实验 一、目的与要求 1.用电测法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和 方向，并与理论计算值进行比较。 2.测定薄壁圆筒在弯扭组合变形作用下的弯矩和扭矩。 3.掌握电阻应变花的使用。 二、实验设备和工具 1.XL3415型弯扭组合实验装置 2.XL2118C型力应变综合参数测试仪 3.游标卡尺 实验现场 三、实验原理和方法 当在扇臂端加一 集中外力时，薄 壁圆筒将产生弯 扭组合变形，实 验装置及其计算 简图和内力图如 图。 贴片截面BD为被测位置，截面上的各种应力分布如图 。 贴片截面BD各点的应力状态分析如图所示。由应力 状态分析可知构件表面上的、点为平面应力状态 ，B点的应力有 和