《结构强度试验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构强度试验报告（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、结构强度分析的电测方法实验目的：1、掌握电阻应变测试的原理及方法2、熟悉电阻应变片的安装工艺3、熟悉电阻应变测试的仪器和设备4、通过实验确定工程构件和工程结构在危险截面下的主应力5、确定构件和结构的最大承载能力6、验证圣维南原理7、数据处理及测量不确定度分析实验器材：NH-04多功能组合实验装置、TS3863力指示器、YJ-4501A静态数字电阻应变仪、 实验件、电阻应变片（R=120欧姆，Ks = 2.20）和导线若干。实验原理：1、电阻应变片的工作原理。(1)dR = K 8 =(1 + 2 日)+ d P / P LeR S8式（1）是电阻应变片的工作原理表达式，式中Ks是应变片的应变灵
2、敏系数。可见应 变片是通过应变灵敏系数将应变值转化成为电阻的相对变化值。选用合适的应变电阻丝，在 适当的范围就可以得到电阻应变片的dR/Re的线性变化关系。2、电阻应变片的测量电桥的工作原理。图1惠斯通电桥如图1所示，是由四个电阻应变片组成的惠斯通电桥。电桥的输出电压与电阻的关系 如式（2）所示：、UACR R - R R(R + R )(R + R ) AC（2）1）在实验测量中为了提高测量的精度，通常使电桥的初始电压输出值为0，即通过调节电 阻使之满足r1r4=r2r3。调零后电桥的输出电压就完全归因于桥臂电阻的阻值变化。2）设电桥各个桥臂的电阻增量分别为ARI、AR2. AR3 AR4，
3、则电桥的输出电压可以表示 为：（3）(R + R )( R + R ) - (R + R )( R + R ) U =11442233- U0(R + R + R + R )(R + R + R + R ) AC展开式(3)，考虑到式RF4=R2R3，略去AR/R的二次项，得到R R R R R R122-3+4 )(R +R )2RRRR121234 R )Rf R R、Rf R11+3+22 +4R + RRRR+RRR 12V 13 12V24 1 +UAC（4）一般而言，在电阻应变仪的设计中普遍采用两种方案：（1）等臂电桥。各个桥臂电阻的 初始值相等，（2）对输出端对称的半等臂电桥。R
4、=r2=r，r3=r4=r，rr，。可见无 论哪一种方案，都满足平衡条件，且满足R1=R2，则式（4）可以化为：.UR R2 R R3 +R R4 )R(1 一RU = ac0411 f R2 R3 R4 R )（5 ）1 + -21V R1+2R2+3R3+ 4R4 式（5）便是测量电桥输出电压和桥臂电阻相对变化值之间的关系，两者呈现非线性关 系。通常的实验情况下，电阻的相对变化很小可以忽略，式（5）可以简化为：U AC R R 2 R3 R（6）04RRRR通常用式（6）近似地描述电桥输出电压和桥臂电阻相对变化值之间的线性变化关系。 在四个桥臂中接入相同的电阻应变片并结合式（1）就可以得到
5、测量电桥的基本原理表达式:U = U Ac （ - - + ）（7）041234式（7）中K是应变片的应变灵敏系数，1、2、马、4分别是四个电阻应变片所测量 构件处的应变值。由式（7）可以看出，相邻桥臂应变值代数相减，相对桥臂应变值代数相 加。3）温度补偿。当电阻应变片安装在无外力作用，无约束的构件表面时，在温度变化的 情况下，由于温度效应，它的电阻会发生相应的变化，这样在测量应变中就含有温度变化产 生的温度应变，使结果与机械应变出现偏差。通常可以采用两种线路补偿的方法消除：a） 温度补偿片补偿，在测量电路中接入一个无约束无应变的补偿片，位于工作应变片的相邻桥 臂；b）工作应变片补偿，将工作应
6、变片接入相邻的测量桥臂中使得彼此产生的温度应变相 互抵消。4）几种典型的测量电桥如下图所示：（没有加下标的电阻是电阻应变仪内部的固定电阻，带下标没有阴影的是温度补偿片，带下标和阴影的是电阻应变片）图2（a）U=w ，图 2(b)U = FC ( )0410412图3（a）UU K= AC( + )， 图 3 (b) U = -A( + )0414041234（8）3、电阻应变仪的工作原理。K & = K(-+)0 d1234式（8）是电阻应变仪的工作原理表达式，式中K0是应变仪的灵敏系数，8d是应变仪的读数应变。所以，只要调节应变仪的灵敏系数，使之满足K0=K,就有电阻应变仪测量试 件应变值的
7、原理表达式： = - - + （9）d 12344、试件最大允许载荷的计算。设有载荷P作用于试件上，通过测量得出试件危险点的主应力分别为气，a 2 , a 3。采用第三强度理论进行强度校核，得出试件危险点的相当应力：a = a - a所以试件的最允许载荷为：amax = 丁 X Pr5、试件危险截面分析。如图4试件一为对称梁结构其危险截面为中间集中载荷作用处即A处。因为梁两拐(11)角出形状变化较大，可能造成较大应力集中亦为危险截面，即B处。如图4试件二在A处由于构件的横向宽度较小，容易产生应力集中，属于构件中的危 险截面。但由于不知道应力的主方向，所以应用三轴45应变花来确定应力的主方向。在
8、B 处由于构件的厚度较薄，也是试件的危险截面，并且易知此处所收应力为纯剪切，故应力的 主方向为45。如图4试件三具有双向轴对称性，所以只要分析四分之一圆环的特性就可以知道整个圆 环的应力应变状态。根据材料力学，由加载情况可知A处和B处为试件的危险截面，即应 力应变最大的位置。对于截面A可知，其主要受到弯矩和切应力的作用，其应力的主方向 为与轴线成45方向，在此位置贴片。同理，在B处由于弯矩与压应力同向，所以可以直接 确定主应力的方向就是垂直方向。故只需在圆环垂直方向内外侧贴应变片即可。按照第三章当中对应变片测试桥路的介绍，合理的安排应变片的测试桥路，就可以在已 知应力主方向的前提下，测出试件某
9、处的主应变值进而计算处主应力。通过合理的组桥方式 还可以测出在不同外力单独作用下产生的应变。实验步骤：1、打磨：在试件上要贴片的位置（危险截面）用砂纸进行打磨，去除表面杂质。2、清洗：对打磨好的部位用丙酮进行清洗。3、贴片：按下图所示在危险截面粘贴应变片。试件一试件二试件三图5贴片试件示意图4、焊线：把应变片的引脚与导线用锡焊焊接起来。5、检查贴片、焊线：保证贴片位置、数量无误，没有虚焊存在。6、组桥：连接电路，将各个应变片分别按照半桥接线法中的单臂测量方法接入应变 仪的各个通道中。7、预加载：对试件一以4kg为上限反复加载加载34次后卸载，对试件二三先以1KN为 上限反复加载34次后卸载。然
10、后对试件一加0.5kg初载，置零；对试件二三加0.1KN 载荷，置零。8、测量：根据有限元模拟及理论分析，确定如下加载方案试件一：Pmin=14kg，Pmax=56kg，AP=14kg，逐步加载，重复 3 次试件二：Pmin=500N，Pmax=2100N，AP=400N，逐步加载，重复 3 次试件三：Pmin=500N，Pmax=2100N，AP=400N，逐步加载，重复 4 次 记录应变仪的应变显示值。9、连接电路。将个应变片分以单臂半桥的方式接入测量仪，按照7、8的方式进行试验。10、拆除电路，关闭电源并整理实验器材拆线，整理仪器。实验数据:表1试件一结果记录通道234578910111
11、214kg1441158794153487574487128kg301236173188301891421429314242kg45635126628845513621421414021056kg600455352378587173274274178271通道234578910111214kg15112310098146436969477128kg309246189196298871401409514142kg47236528729945512920921014121356kg605461365381586164264265178267通道234578910111214kg1541199197
12、149447172477028kg310242179194302881421439414142kg45434726528644312820520713720556kg604455356380590169271273181271表2试件二结果记录通道2345500N39-77-31-18900N82-158-58-331300N120-238-89-521700N163-322-122-722100N204-402-153-90通道2345500N48-72-28-15900N79-157-60-301300N116-238-90-491700N154-325-132-762100N185-409-167-99通道2345500N42-75-29-17900N82-158-58-341300N122-237-88-521700N161-317-121-722100N200-397-154-90表3试件三结果记录通道1345500N261-203183-245900N518-415370-5041300N784-619548-7511700N1046-827734-10032100N
