材料力学实验指导书 (1)

1、材料力学实验指导书河北科技大学建筑工程学院2005年2月目录实验一 拉伸实验 2实验二 压缩实验7实验三 纯弯曲梁的正应力实验. 10实验四 材料弹性模量E和泊松比µ的测定 .14附录1 微控万能材料实验机 19附录2 组合式材料力学多功能实验台 20附录3 电测法的基本原理.22实验一 拉伸试验一、实验目的和实验要求1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力和抗拉强度。2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率和断面收缩率。3.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度。4.绘制低碳钢和灰铸铁的应力应变图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。5.学习和掌握材料的力学性能

2、测试的基本实验方法。二、实验原理1为了检验低碳钢拉伸时的机械性质，应使试样轴向受拉直到断裂，在拉伸过程中以及试样断裂后，测读出必要的特征数据（如；PS、Pb、l1、dl）经过计算，便可得到表示材料力学性能的四大指标：s、b、。2铸铁属脆性材料，轴向拉伸时，在变形很小的情况下就断裂，故一般测定其抗拉强度极限b。三、实验方法按照国家标准金属拉伸试验试样，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试

3、验段长度称为试样的标距，按试样的标距与横截面面积之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取或，矩形截面比例试样通常取或，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的与之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标实验开始后，观察实验软件绘出的拉伸过程中的-曲线，直至试件拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性质。（1）强度性能指标屈服应力（屈服点）试样在拉伸过程中荷载

4、不增加而试样仍能继续产生变形时的荷载（即屈服荷载）除以原始横截面面积所得的应力值，即抗拉强度试样在拉断前所承受的最大载荷除以原始横截面面积所得的应力值，即低碳钢是具有明显屈服现象的塑性材料，在均匀缓慢的加载过程中，-曲线上表现的屈服阶段的最小荷载（下屈服荷载）即为屈服荷载Fs。超过屈服荷载后，再继续缓慢加载直至试样被拉断，万能试验机读出的最大荷载即为极限荷载。当载荷达到最大载荷后，可以看到，在试样的某一部位局部变形加快，出现颈缩现象，随后试样很快被拉断。（2）塑性性能指标伸长率拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即式中：为试样的原始标距；为将拉断的试样对接起来后两标点之间的

5、距离。试样的塑性变形集中产生在颈缩处，并向两边逐渐减小。因此，断口的位置不同，标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样的中部，发生严重塑性变形的颈缩段全部在标距长度内，标距长度就有较大的塑性伸长量；若断口距标距端很近，则发生严重塑性变形的颈缩段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，在这种情况下，标距长度的塑性伸长量就小。因此，断口的位置对所测得的伸长率有影响。（a）（b）图1-1 测的移位法断面收缩率拉断后的试样在断裂处的最小横截面面积的缩减量与原始横截面面积的百分比，即式中：为试样的原始横截面面积；为拉断后的试样在断口处的最小横截面面积。2.测定灰铸铁拉伸时强度性能指标灰铸铁在拉伸过程

6、中，当变形很小时就会断裂，万能试验机读出的最大载荷除以原始横截面面积所得的应力值即为抗拉强度，即四、实验步骤1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标（1）依次合上主机、控制器、计算机系统的电源，一般要求预热15分钟。（2）在试样标距范围内的中间以及两标距点的内侧附近，分别用游标卡尺在相互垂直方向上测取试样直径的平均值为试样在该处的直径，取三者中的最小值作为计算直径。（3）调整横梁位置，以便夹持试件。（4）打开实验软件，联机，进行试样录入、参数设置。（5）将试件夹持在上下夹具内，将力、位移清零；然后加紧夹具，调整初载0.05mm/min。（6）点击“实验开始”，观察试样的屈服现象和颈缩现象，直至

7、试样被拉断为止，试验结束。（7）进入“数据管理”，进行查询、打印，并分别记录Fs、Fb。（8）取下拉断后的试样，将断口吻合压紧，用游标卡尺量取断口处的最小直径和两标点之间的距离。2.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标（1）测量试样的尺寸。（2）调整横梁位置。（3）打开实验软件，进行试样录入、参数设置。（4）将试件夹持在上下夹具内，将力、位移清零；然后加紧夹具，调整初载0.05mm/min。（5）点“实验开始”，直至试样被拉断为止，试验结束。（6）进入“数据管理”，进行查询、打印，并记录Fb。五、实验设备和仪器1.WDW3100微控电子万能实验机。2.游标卡尺（0.02mm）。 六、实验数据的记录与

8、计算1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标表11 试件原始尺寸材料标距L0（）直径（）最小横截面面积A0（）横截面1横截面2横截面3（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均低碳钢铸铁表1-2 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算试 样 尺 寸实 验 数 据实验前： 标 距 直 径 实验后： 标 距 最小直径 屈服载荷 最大载荷 屈服应力 抗拉强度 伸 长 率 断面收缩率 拉断后的试样草图试 样 的 拉 伸 图2.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标表1-2 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算试 样 尺 寸实 验 数 据实验前： 直 径 最大载荷 抗拉强度

9、 拉断后的试样草图试 样 的 拉 伸 图3.拉伸试验结果的计算精确度（1）强度性能指标（屈服应力和抗拉强度）的计算精度要求为，即：凡的数值舍去，而的数值化为，的数值者则进为。（2）塑性性能指标（伸长率和断面收缩率）的计算精度要求为，即：凡的数值舍去，而的数值化为，的数值则进为。 七、注意事项1.实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程，严禁开“快速”档加载。开动万能试验机后，操作者不得离开工作岗位，实验中如发生故障应立即停机。2.引伸仪系精密仪器，使用时须谨慎小心，不要用手触动指针和杠杆。安装时不能卡得太松，以防实验中脱落摔坏；也不能卡得太紧，以防刀刃损伤造成测量误差。3.加载时速度要均

10、匀缓慢，防止冲击。 八、思考题1.低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同？2.测定材料的力学性能有何实用价值？3.你认为产生试验结果误差的因素有哪些？应如何避免或减小其影响？实验二 压缩试验 一、实验目的1.测定低碳钢压缩时的强度性能指标：屈服应力。2.测定灰铸铁压缩时的强度性能指标：抗压强度。3.绘制低碳钢和灰铸铁的压缩图，比较低碳钢与灰铸铁在压缩时的变形特点和破坏形式。 二、实验试样按照国家标准GB731487金属压缩试验方法，金属压缩试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆柱体试样、正方形柱体试样和板状试样三种。其中最常用的是圆柱体试样和正方形柱体试样

11、，如图2-1所示。根据试验的目的，对试样的标距作如下规定：的试样仅适用于测定；（或）的试样适用于测定、和；（或）的试样适用于测定和。其中（或）。 （a） （b）图2-1 压缩试样（a）圆柱体试样；（b）正方形柱体试样 三、实验原理与方法1.测定低碳钢压缩时的强度性能指标低碳钢在压缩过程中，当应力小于屈服应力时，其变形情况与拉伸时基本相同。当达到屈服应力后，试样产生塑性变形，随着压力的继续增加，试样的横截面面积不断变大直至被压扁。故只能测其屈服载荷，屈服应力为式中：为试样的原始横载面面积。2.测定灰铸铁压缩时的强度性能指标灰铸铁在压缩过程中，当试样的变形很小时即发生破坏，故只能测其破坏时的最大载

12、荷，抗压强度为 四、实验设备和仪器1.WDW3100微控电子万能实验机。2.游标卡尺（0.02mm）。五、实验步骤（1）依次合上主机、控制器、计算机系统的电源，一般要求预热15分钟。（2）检查试样两端面的光洁度和平行度，并涂上润滑油。用游标卡尺在试样的中间截面相互垂直的方向上各测量一次直径，取其平均值作为计算直径。（3）调整横梁位置，以便放置试件。（4）检查球形承垫与承垫是否符合要求。将试样放进万能试验机的上、下承垫之间，并检查对中情况。（5）打开实验软件，联机，进行试样录入、参数设置。调整初载0.05mm/min。（6）点击“实验开始”，缓慢加载，直至被压缩产生明显的鼓状变形或灰铸铁试件被压

13、坏时，点击试验结束。（7）进入“数据管理”，进行查询、打印，并分别记录低碳钢试件的屈服荷载Fs、灰铸铁的最大荷载Fb。并注意观察试件的变形现象。六、实验数据的记录与计算表1-4 测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算材料试样直径实 验 数 据实验后的试样草图试样的压缩图低碳钢屈服载荷 屈服应力 灰铸铁最大载荷 抗压强度 七、注意事项1.实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程，严禁开“快速”档加载。开动万能试验机后，操作者不得离开工作岗位，实验中如发生故障应立即停机。2低碳钢压缩实验时，要密切观察试件的变形情况，到一定程度时适时结束实验，以免发生危险。3.加载时速度要

14、均匀缓慢，防止冲击。八、思考题1.比较低碳钢和灰铸铁在拉伸与压缩时所测得的和的数值有何差别？2.仔细观察灰铸铁的破坏形式并分析破坏原因。实验三 纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的1学习使用电阻应变仪，初步掌握电测方法。2测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律。3验证纯弯曲梁的正应力计算公式。二、实验仪器设备和工具1. 组合实验台中纯弯曲梁实验装置2. 力应变综合参数测试仪3. 游标卡尺三、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为 式中M为弯矩，Iz为横截面对中性轴的惯性矩；y为所求应力点至中性轴的距离。为了测量梁在纯弯曲

15、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3-1）。 P/2 P/21#2#3#h4#5# a a b L图 3-1 应变片在梁中的位置当梁受弯曲时，即可测出各点处的轴向应变（i=1、2、3、4、5）。由于梁的各层纤维之间无挤压，根据单向应力状态的虎克定律，求出各点的实验应力 为：（i=1、2、3、4、5）式中E是梁材料的弹性模量。实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。采用增量法加载，每增加等量的载荷P，测得各点相应的应变增量为，求出的平均值，依次求出各点的应力增量为： （3-1）把与理论公式算出的应力增量： （3-2）加以比较从而验证理论公式

16、的正确性。从图 3-l的试验装置可知，M应为： （3-3）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各应变片到中性层的距离yi。拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10Pmax左右），算Pmax（Pmax4000N），分46级加载。3根据加载方案，调整好实验加载装置。4按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。5加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值i，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2 6作完实验后，卸

17、掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。五、实验结果处理1. 实验值计算根据测得的各点应变值i求出应变增量平均值代入胡克定律计算。各点实验应力计算： 2 理论值计算载荷增量 P= N弯距增量 M=P·a/2= N·m各点理论值计算：3 绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力i实和i理，以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置yi，选用合适的比例绘出应力分布图。表3-1实验值与理论值的比较测 点理论值i理 （MPa）实际值i实 （MPa）相对误差12345表3-2 试件相关数据应变片至中性层距离（

18、mm）梁的尺寸和有关参数Y1宽 度 b = 20 mmY2高 度 h = 40 mmY3跨 度 L = 600 mmY4载荷距离 a = 125 mmY5弹性模量 E = 210 GPa 泊 松 比 = 0.26惯性矩Iz=bh3/12=1.067×10-7m4 表3-3 实验数据载荷NP50010001500200025003000P500500500500500 各 测点电阻应变仪读数µ1PP平均值2PP平均值3PP平均值4PP平均值5PP平均值六、思考题1影响实验结果准确性的主要因素是什么？2弯曲正应力的大小是否受弹性模量E的影响？3实验时没有考虑梁的自重，会引起误差

19、吗？为什么？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？实验四 材料弹性模量E和泊松比µ的测定一、实验目的1. 测定常用金属材料的弹性模量E和泊松比µ。2. 验证胡克（Hooke）定律。二、实验仪器设备和工具1. 组合实验台中拉伸装置2. 力应变综合参数测试仪3. 游标卡尺三、实验原理和方法 试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图4-1。在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片R1、R1和一对横向应变片R2、R2，以测量轴向应变和横向应变。P P R1 R1 R1 R R R2 R2 R2 b h

20、 补偿块P P 图 4-1 拉伸试件及布片图1. 弹性模量E的测定由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量P作用下，产生的应变增量，并求出的平均值。设试件初始横截面面积为A0，又因，则有 上式即为增量法测E的计算公式。式中 A0 试件截面面积, 轴向应变增量的平均值.用上述板试件测E时，合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。下面讨论几种常见的组桥方式。(1) 单臂测量（图42a） R4BR1CRUabAR3DE 工作片 补偿片 R4 机内电阻

21、(a)B B R1 R R1 R2 R1 R R1 R2UabUab ACAC R3 R4 R3 R4 D DEE(b) (c)B B R1 R R1 R2UabUab ACAC R R1 R2 R1 D DEE(d) (e) 图42 几种不同的组桥方式实验时，在一定载荷条件下，分别对前、后两枚轴向应变片进行单片测量，并取其平均值（11）/2。显然（n0）代表载荷（PnP0）作用下试件的实际应变量。而且消除了偏心弯曲引起的测量误差。（2）轴向应变片串连后的单臂测量（图42b）为消除偏心弯曲引起的影响，可将前后两轴向应变片串联后接在同一桥臂（AB）上，而邻臂（BC）接相同阻值的补偿片。受拉时两枚

22、轴向应变片的电阻变化分别为R=R1 + RM R1RMRM为偏心弯曲引起的电阻变化，拉、压两侧大小相等方向相反。根据桥路原理，AB桥臂有 R/R = (R1 + RM + R1RM)/( R1 + R1) =R1/R1 因此轴向应变片串联后，偏心弯曲的影响自动消除，而应变仪的读数就等于试件的应变即p =d，很显然这种测量方法没有提高测量灵敏度。（3）串联后的半桥测量（图42c）将两轴向应变片串联后接AB桥臂；两横向应变片串联后接BC桥臂，偏心弯曲的影响可自动消除，而温度影响也可自动补偿。根据桥路原理 d1234 其中1p；2p, p代表轴向应变，为材料的泊松比。由于3、4 为零，故电阻应变仪的

23、读数应为dp（1）有 pd/（1）如果材料的泊松比已知，这种组桥方式使测量灵敏度提高（1）倍。（4）相对桥臂测量（图42d）将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂（AB、CD），两温度补偿片接在相对桥臂（BC、DA），偏心弯曲的影响可自动消除。根据桥路原理 d2 p测量灵敏度提高2倍。（5）全桥测量按图42（e）的方式组桥进行全桥测量，不仅消除偏心和温度的影响，而且测量灵敏度比单臂测量时提高2（1）倍，即 d2 p（1）2. 泊松比的测定利用试件上的横向应变片和纵向应变片合理组桥，为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量P作用下，

24、横向应变增量和纵向应变增量。求出平均值，按定义 便可求得泊松比。四、实验步骤1设计好本实验所需的各类数据表格。2测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A0。见附表13拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10% Pmax左右），估算Pmax（该实验载荷范围Pmax5000N），分46级加载。4根据加载方案，调整好实验加载装置。5按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图35d所示相对桥臂测量方法），调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量

25、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。见附表2，半桥单臂测量数据表格,其他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。7作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。附表1 （试件相关数据）试件厚度h（mm）宽度b（mm）横截面面积A0=bh（mm2）截面截面截面平均弹性模量 E = 210 GPa泊松比 = 0.26附表2 （实验数据）载荷（N）P10002000300040005000P1000100010001000轴向应变读数 111平均值111平均值1平均值1平均值平均值横

26、向应变读数222平均值222平均值2平均值2平均值平均值五、实验结果处理1. 弹性模量计算 2. 泊松比计算 六、思考题1. 分析纵、横向应变片粘贴不准，对测试结果的影响。2. 根据实验测得的E实、实值与已知E理、理值作对比，分析误差原因。3. 采用什么措施可消除偏心弯曲的影响？附录1 微控万能材料试验机微控万能材料试验机是采用各类传感器进行力和变形检测，通过微机控制的新型机械式试验机。由于采用了传感技术、自动化检测和微机控制等先进的测控技术，它不仅可以完成拉伸、压缩、弯曲、剪切等常规试验，还能进行材料的断裂性能研究以及完成载荷或变形循环、恒加载速率、恒变形速率、蠕变、松弛和应变疲劳等一系列静

27、、动态力学性能试验。现以WDW3100万能材料试验机为例，简单介绍其构造原理和使用方法（见图11）。该机采用全数字化控制，配备载荷传感器、电子引伸计、光电位移编码器等传感器，机械加载部分采用直流伺服控制系统控制预应力滚珠丝杠带动横梁移动。一、工作原理在测试系统接通电源后，微机按试验前设定的数值发出横梁移动指令，该指令通过伺服控制系统控制主机内部的伺服电机转动，经过皮带、齿轮等减速机构后驱动左、右丝杠转动，由活动横梁内与之啮合的螺母带动横梁上升或下降。装上试样后，试验机可通过载荷、应变、位移传感器获得相应的信号，该信号放大后通过A/D进行数据采集和转换，并将数据传递给微机。微机一方面对数据进行处

28、理，以图形及数值形式在微机显示器上反映出来；另一方面将处理后的信号与初始设定值进行比较，调节横梁移动改变输出量，并将调整后的输出量传递给伺服控制系统，从而可达到恒速率、恒应变、恒应力等高要求的控制需要。二、操作方法由于WDW3100微控万能材料试验机采用了全数字化控制技术，因此，其工作过程均通过软件操作来实现。下面结合软件来介绍操作方法。1、依次合上主机、控制器、计算机系统的电源，一般要求预热一会儿。2、直接点击计算机桌面上的图标，打开软件，进入试验方法模式，如以前已编好了试验方法，可直接点击进入；如果没有，可查找合适的试验法。3、选定所要的试验方法后，输入相关的试验参数，如：加载速率、试样尺

29、寸、数据采集模式和所需试验结果等，最后存储方法。4、安装试样，检查设备的上下限保护是否设置正确。5、启动试验，并注意观察，若发生意外立即终止试验。6、试验完成后，存储试验数据，根据需要提供试验分析结果或打印试验报告。7、将主机的横梁回位，以免接着试验时，造成软件与主机连接不上。8、实验完毕，关闭软件，关闭计算机系统，关闭控制器，关闭主机电源，最后切断总电源。9、清洁主机，填写设备使用记录。图11 微控万能材料试验机结构简图1-主机；2滚珠丝杠；3活动横梁；4齿轮传动机构； 5 伺服电机；6试件；7光电位移编码器；8力传感器；9电子引伸计；10点动控制按钮附录2 组合式材料力学多功能实验台一、构

30、造及工作原理1外形结构实验台为框架式结构，分前后两片架，其外形结构如图2-1。前面 后面图2-1 组合式材料力学多功能实验台外形结构图1.传感器； 2.弯曲梁附件； 3.弯曲梁； 4.三点挠度仪；5.千分表（用户需另配）； 6.悬臂梁附件； 7.悬臂梁；8.扭转筒； 9.扭转附件； 10.加载机构； 11.手轮；12.拉伸附件； 13.拉伸试件； 14.可调节底盘2加载原理加载机构为内置式，采用蜗轮蜗杆及螺旋传动的原理，在不产生对轮齿破坏的情况下，对试件进行施力加载，该设计采用了两种省力机械机构组合在一起，将手轮的转动变成了螺旋千斤加载的直线运动，具有操作省力，加载稳定等特点。3工作机理实验台

31、采用蜗杆和螺旋复合加载机构，通过传感器及过渡加载附件对试件进行施力加载，加载力大小经拉压力传感器由力应变综合参数测试仪的测力部分测出所施加的力值；各试件的受力变形，通过力应变综合参数测试仪的测试应变部分显示出来。二、注意事项1. 每次实验最好先将试件摆放好，仪器接通电源，打开仪器预热约20分钟左右，讲完课再作实验。2. 各项实验不得超过规定的终载的最大拉压力。3. 加载机构作用行程为50mm，手轮转动快到行程末端时应缓慢转动，以免撞坏有关定位件。4. 所有实验进行完后，应释放加力机构，最好拆下试件，以免闲杂人员乱动损坏传感器和有关试件。5. 蜗杆加载机构每半年或定期加润滑机油，避免干磨损，缩短

32、使用寿命。附录3 电测法的基本原理电测法的基本原理是用电阻应变片测定构件表面的线应变，再根据应变应力关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法是将电阻应变片粘贴的被测构件表面，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，然后通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压（或电流）的信号，由记录仪进行记录，就可得到所测定的应变或应力。电测法的优点：（1）测量灵敏度和精度高。其最小应变为1（微应变，1=10-6）。在常温静态测量时，误差一般为13%；动态测量时，误差在35%范围内。（2）测量范围广。可测±12×

33、;104;力或重力的测量范围10-2105N等。（3）频率响应好。可以测量从静态到数105Hz动态应变。（4）轻便灵活。在现场或野外等恶劣环境下均可进行测试。电测法测量电路及其工作原理1 电桥基本特性通过电阻应变片可以将试件的应变转换成应变片的电阻变化，通常这种电阻变化很小。测量电路的作用就是将电阻应变片感受到的电阻变化率R/R变换成电压（或电流）信号，再经过放大器将信号放大、输出。测量电路有多种，惠斯登电路是最常用的电路，如图31。设电桥各桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4，其中任一桥臂都可以是电阻应变片。电桥的A、C为输入端接电源E，B、D为输出端，输出电压为UBD。从ABC半个电桥来看

34、，A、C间的电压为E，流经R1的电流为I1E /（R1R2）R1两端的电压降为 B R1 R2 UAB=I1R1=R1E/(R1+R2) UBD同理，R3两端的电压降为 A C UAD=I3R3=R3E/(R3+R4) R3 R4 D因此可得到电桥输出电压为E 图31UBD= UAB- UAD= R1E/(R1+R2)- R3E/(R3+R4)= (R1R4-R2R3)E/(R1+R2)(R3+R4)由上式可知，当R1R4=R2R3 或 R1/R2R3/R4时，输出电压UBD为零，成为电桥平衡。设电桥的四个桥臂与粘在构件上的四枚电阻应变片联接，当构件变形时，其电阻值的变化分别为:R1+R1 、

35、R2+R2、R3+R3 、R4+R4 ，此时电桥的输出电压为经整理、简化并略去高阶小量，可得当四个桥臂电阻值均相等时即:R1R2R3R4R，且它们的灵敏系数均相同，则将关系式 R/RK带入上式，则有电桥输出电压为 （31）由于电阻应变片是测量应变的专用仪器，电阻应变仪的输出电压UBD是用应变值d直接显示的。电阻应变仪有一个灵敏系数K0，在测量应变时，只需将电阻应变仪的灵敏系数调节到与应变片的灵敏系数相等。则d = ,即应变仪的读数应变d 值不需进行修正，否则，需按下式进行修正 K0 d K （32）则其输出电压为由此可得电阻应变仪的读数应变为 (33)式中1 、2、3、4 分别为R1、R2、R3、R4感受的应变值。上式表明电桥的输出电压与各桥臂应变的代数和成正比。应变的符号由变形方向决定，一般规定拉应变为正，压应变为负。由上式可知，电桥具有以下基本特性：两相邻桥臂电阻所感受的应变代数值相减；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。2 温度补偿电阻应变片对温度变化十分敏感。当环境温度变化时，因应变片的线膨胀系数与被测构件的线膨胀系数不同，且敏感栅的电阻值随温度的变化而变化，所以测得应变将包含温度变化的影响，