第7章-应力应变测量ppt课件

1、第三篇 起重运输机械典型参数测量,起重运输机械的基本参数是反映机械设备特征、性能及运行状态的物理参数，其产品检测的内容包括: 性能检测 （1）几何参数：外形尺寸、起升高度、工作幅度、轨距、跨度、回转半径等参数； （2）运动及动态特性参数：速度、位移、加速度及振动频率等动态特性参数； （3）电参数：电流、电压、功率因素等参数。 机电传动、钢结构检测 （ 1 ）力、能参数：力、力矩（扭矩）、应力、压力、流量、温度及功率等参数； （ 2 ）强度、刚度：应力、应变，位移（变形），挠度 （ 3 ）焊接质量检测,安全装置检测 超载限制装置、行程限制装置、夹轨器、锚定装置等,外观质量检测 机房、司机室、梯子

2、栏杆走道的外观质量检验，油漆质量检验。 重点：典型的参数测量有：力、应力应变、振动及设备状态检测与故障诊断。 结合本专业特点，本课程重点介绍：应力应变测量、振动测量、设备状态检测与故障诊断的检测技术等知识,第七章 应力应变测量,一、应变测量技术：应变电测法 应变电测法是用电阻应变片先测出构件的表面应变，再 根据应力、应变的关系式来确定构件表面应力状态的一种实 验应力分析方法。 二、应力应变测量 静态应变测量：利用静态应变仪测量系统 动态应变测量：利用动态应变仪测量系统 本章学习重点： 1.贴片方法和应力应变换算 2.常用型材测点位置布置 3.金属结构应力应变测量方法与测量步骤,7-2 贴片方法

3、和应力应变换算,应变电测法应用问题： 首先遇到的是如何贴片，贴片方位问题，取决于应力状态。 其次，测出应变值后，如何换算成应力值，运用材料力学知识。 下面就单向应力状态和平面应力状态（主应力方向已知和主应力方向未知）的应力和应变换算和贴片方法加以介绍,一、单向应力状态,在单向拉伸或压缩外力作用下，其变形如图所示，沿轴向方向贴有电阻应变片R。 从材料力学莫尔圆可以看出： 测片方位：沿轴向应力方向贴应变片，测得后，用公式求出大小,二、平面应力状态（主应力方向已知,1、单元体0111受平面应力的作用。这时变形为0222： 产生应变在x方向上有变形 ， 在y方向上有变形 。 2、然后，再受 的作用，

4、这时0222变为 0333： 产生应变在y方向产生变形 ， 在x方向产生变形,3.因此在 、 的共同作用下，单元体在x方向的变形为 ，y方向的变形为 若用应力表达，则为 贴片方位： 沿 和 的方向各贴一枚应变片（或直角应变花），测得 、 值，即可求出 和 值,三、平面应力状态（主应力方向未知,1、任意方向的应变 前提：主应力 、 的大小未知， 方向也未知，有三个未知数。 存在：正应力 ， ,剪应力 应变： 、 ， （剪应变） 单元体ABCD在平面应力状态变形为ABCD， 单元体AC方向上的应变与 、 和 之间的关系，AC变形至AC位置： AC方向上的总应变为： 或,2、贴片方位,为了测得 、

5、和三个数值，可以在被测构件上的同一个测点以三个不同的方向进行测量（如 三片 应变花），并对3个不同方向上的应变进行测量，当这三个方向与x轴的夹角分别为 、 、 时，即可求解下列方程组： 测点上3个方向的角（ 、 和 ）通常预先设定的（根据3片应变花的夹角 、 和 ）。若能测得这三个方向上的应变值 、 和 ，就能算出三个未知数 、 和,3、计算 ， ， 大小,通过测出 、 、 大小，即可求出 ， ， 式中： 为剪切弹性模量,4、求出主应力与主应力的方向,主应力的计算公式： 主应力（与x轴夹角）的方向 式中： 主应力 和x轴的夹角,5、常用应变花应用举例,实际测量中， （1）主应力计算公式（贴三片

6、 应变花） （2）主应力计算公式（贴三片 应变花） （3）主应力方向（ 与 轴线的夹角,7-3 常用结构型材的测点布置,一、结构型材断面的应力分布 港口机械的金属结构基本上是由角钢、槽钢、工字钢、 T型钢、钢管等型材或由钢板焊成的箱形结构所组成。由 各种形式材料组成的结构，通常承受拉(压)、弯、扭等几 种外力的作用，其断面上的应力分布比较复杂。 结构型材的断面型式较多，通常有：矩形断面，圆形 断面，工字形断面，槽形断面，箱形断面。 例：箱形断面的受力状态,a轴向力均布 b弯曲正应力沿主惯性轴呈线形分布。 c剪应力最大值一般出现在主惯性轴处。 d扭转问题：非约束只有剪应力 约束有剪应力和扇形正应

7、力,箱形断面应力分布 开口薄壁结构断面应力分布 工字形断面，槽形断面 归纳：各种断面的应力分布规律： a断面上通常只有两种力：正应力、剪应力 b断面角点处只有正应力，而无剪应力（相当于单向应力状态）。正应力的最大值出现在角点处。 c剪应力的分布形式根据其断面形状不同而不同，一般来说，最大剪应力产生在中性轴处（主惯性轴处,二、应变片在测量断面上的布置（测点布置与贴片方法,最大正应力法角点法 （1）贴片方法：在箱形断面角点处分别贴4枚应变花。 （2）箱形梁断面应力分布：在外力拉（压）、弯曲、扭（转）矩作用下，正应力分布如图7-10所示,其测点1，2，3，4的正应力分别为： 然后根据测量得到的 、

8、、 ，求得获得断面内力,3）结论： 断面角点处没有剪应力存在，属单向应力状态，该正应 力即为主应力。因此沿断面棱线方向上贴一单片，就可 以测得主应力大小。 2.载荷分量测量法 载荷分量测量法是根据断面各载荷的应力成分分布 特性和测量电桥的加减特性，从多种应力成分中直接测 得某一种应力成分数值的方法（如某第5章中介绍的 “测拉除弯”、“测弯除拉”等,1）贴片方位：图7-15 （2）特点： a可直接测量所需的载荷分量。 b应变片布置在断面的主惯性轴上。 c断面上的正应力和剪应力分别进行测量，然后选 第四强度理论进行强度校核。 d测量不同的载荷分 量由不同的接桥方法来进 行测量。 缺点：测不出翘曲正

9、 应力。对于主惯性轴对称 的断面，不受翘曲正应力 的干扰，而无主惯性轴对 称的断面有干扰又无法测 出,3.剪应力分量,1)贴片位置贴在断面主惯性轴上（剪应力最大） (2)贴片方位沿主轴线和方向（换算成应力最方便） (3)应力换算 由图7-3原理，得： 整理得,上两式相减，得 4平面应力状态测量（测点布置） （1）贴片：应变花 （2）计算主应力大小和方向。 （3）适用于薄壁结构中的板与板的交接处，此处不仅有较大的正应力，而且有较大的剪应力。 四、应力合成与强度校核（略讲） 通常用第四强度理论进行校核,7-4 起重机金属结构应力测量,一、金属结构应力测量的任务 应力、应变测量应用任务：（测量目的和

10、任务） 1校核性测量：验证结构强度（刚度）是否满足理论计算要求。例如，新产品鉴定性检测。 2改进性测量（节约化）：产品改进，确定安全储备，减轻结构自重。 3优选性测量：各种设计产品的方案比较、试验研究性检测。 4.增潜性测量：产品改造，提高结构承载能力。 主要目的：是测量金属结构主要受力部位的应变、应力，进行强度、刚度校核，并且可通过动态测量，测出结构的动态特性,二、测量断面的选择 (1)理论设计计算书(含内力图)提供的具有代表性的载荷大的危险断面； (2)载荷复杂（受力复杂），需要详细分析的断面； (3)断面形状不规则，有突变处的截面； (4)在现场测量中，对布片测量工作是方便的、安全的断面

11、； 三、测量断面上应变片布置原则： 1、根据应力分布状态：单向平面应力状态 （1）主应力方向已知： 轴向受力构件应变片可在断面上、下或左、右沿轴向布置。 受弯构件最大弯矩处断面的边缘或四角沿轴向布置。 压弯构件断面上四角不少于四片轴向布置。 （2）主应力方向未知： 受弯构件的正应力与剪应力较大的部位； 断面形状不规则或有突变处； 汇交力系的杆件节点部位。 2、重要受力部位：贴双片，提高测量值的可靠性 3、对称结构断面：可适当减少布片、数量，例如单边布片,四、应力应变测量的一般步骤与方法,1、预先准备工作 （1）测量断面的选择和布点方案确定 （2）测试仪器准备：应变片、导线、器具、仪器准备 2、

12、现场测试准备工作： （1）贴片工作：应变花粘贴位置表面打磨、清洁、贴片。 （2）测量导线布置、连接，测试仪器布置。 （3）测量仪器调试 3.现场测试工作 根据测试工况和载荷情况，分别测量 静态、动态应力。做好测试数据记录。 4.测试数据处理工作和整理测试报告 举例1 ：图7-21所示门座起重机的结 构应力应变测量： 强度测量 刚度测量 举例2：岸桥结构测量,举例2：岸桥结构测量,岸桥结构测点布置图,测试工况,8号岸桥静载 应力检测结果 (单位：MPa,G）与额定载荷作用下产生的应力值,Q）进行综合处理，其应力值为 8号岸桥,G),Q)= 15.6+66.6=82.2MPa,G),Q)=18.2

13、+59.7=77.9MPa,G),Q)=45.5+81.6=127.1MPa,G),Q)=44.5+89.5=134.4MPa,G),Q)=68.7+155.2=223.9MPa,G),Q)=59.4+136.2=195.6MPa 另外，小车位于前臂梁中部位起吊载荷（第种工况）时，前臂梁B1、B2测点静载合成应力为,G),Q)=22.9+101.5=124.4MPa,G),Q)=21.6+99.0=120.6MPa,G）与额定载荷作用下产生的应力值,Q）进行综合处理，其应力值为 8号岸桥,G),Q)= 15.6+66.6=82.2MPa,G),Q)=18.2+59.7=77.9MPa,G),Q

14、)=45.5+81.6=127.1MPa,G),Q)=44.5+89.5=134.4MPa,G),Q)=68.7+155.2=223.9MPa,G),G),Q)=22.9+101.5=124.4MPa,G),Q)=21.6+99.0=120.6MPa,G）与额定载荷作用下产生的应力值,Q）进行综合处理，其应力值为 8号岸桥,G),Q)= 15.6+66.6=82.2MPa,G),Q)=18.2+59.7=77.9MPa,G),Q)=45.5+81.6=127.1MPa,G),Q)=44.5+89.5=134.4MPa,G),Q)=68.7+155.2=223.9MPa,G),G),Q)=22.9+101.5=124.4MPa,G),Q)=21.6+99.0=120.6MPa,G）与额定载荷作用下产生的应力值,G),Q)= 15.6+66.6=82.2MPa,G),Q)=18.2+59.7=77.9MPa,G),Q)=45.5+81.6=127.1MPa,G),Q)=44.5+89.5=134.4MPa,G),Q)=68.7+155.2=223.9MPa,G),G),Q)=22.9+101.5=124.4MPa,G),Q)=21.6+99.0