第三讲电测技术(静)

1、第三讲第三讲 结构静态应变量测技术及应用结构静态应变量测技术及应用一、电阻应变片一、电阻应变片 1、应变片的主要技术性能： 标距：指敏感栅在纵轴方向上的有效长度L。 规格：以使用面积LB表示。 电阻值：电阻应变仪测量电路中的电阻大多是120左右。灵敏系数：应变片的灵敏系数经厂家抽样实验确定。温度使用范围：主要取决于胶合剂的性质，可溶性胶合剂的工作温度约为-20+60；经化学作用而固化的胶合剂，其工作温度约为-60+200。 2 2、电阻应变片的工作原理、电阻应变片的工作原理 利用金属丝的电阻随其变形而改变的物理性质，即“电阻应变效应”制成的。 ALRAdALdLdRdR22LdLAdALdLL

2、dLCVdVCd)21 (0)21 (21KCRdR K0为金属丝的灵敏系数，其物理意义为单位应变引起的电阻的相对变化。 用金属丝制成的电阻应变片的灵敏系数K与金属丝的灵敏系数K0一般是不同的，因为应变片的敏感栅是将金属丝或箔作成了栅形，并粘贴在基底上，因而应变片的灵敏系数受粘贴剂、基底尺寸、基底材料和制造工艺的影响。当基底尺寸远大于敏感栅尺寸时，应变片的灵敏系数K与丝（箔）的灵敏系数K0间关系为 bsbEELAabhKK)1 (410式中 h基底和粘结剂层总厚度，b基底和粘结剂传递应变到敏感栅的过度区有效宽度，a过渡区的长度，A敏感栅的丝栅截面积，L敏感栅长，b基底和粘结剂层的泊松比，Es基

3、底粘结剂层弹性模量，Eb敏感栅材料弹性模量。过渡区长度a和宽度b可由试验得到，它们随敏感栅弹性模量和厚度以及粘结剂厚度增大而增大，随基底和粘结剂弹性模量泊松比增加而减小。 3 3、应变片灵敏系数的标定、应变片灵敏系数的标定 应变片的灵敏系数K是指，将应变片安装在处于单向应力状态下的试件上，它的电阻相对变化（R/R）与由此引起的试件表面轴向应变之比，即： RRK灵敏系数的标定可在纯弯曲梁或等强度梁上进行。 （1 1）真实应变）真实应变 的量测的量测 lclflh224312（2 2）电阻变化）电阻变化R/RR/R的量测的量测 加载后应变片电阻的变化R/R可用精度较高的电阻应变仪来量测。标定时将应

4、变片按半桥连接在应变仪上，应变仪上的灵敏系数调至K=2.0（该值并不是应变片的真实灵敏系数）。加载后从应变仪可读出量测应变 ，则应变片电阻的相对变化为 iiKRR 同一个应变片在相同荷载作用下，无论用什么样的方法量测所得到的电阻变化应相同，即由千分表（或百分表）测得应变 后，代入 式，计算出的电阻变化也应同上式计算出的电阻变化值，即 lliKRRiliKKRRliliKRRKniKK4 4、应变片的分类、应变片的分类 （1）丝栅式应变片丝栅式应变片 （2 2）箔式应变片）箔式应变片 箔式应变片的敏感栅是用厚度为25m（最薄的达0.35m）的金属箔片通过光刻腐蚀工艺制成的。 （3 3）特殊结构的

5、箔式应变片）特殊结构的箔式应变片 它的电阻值和灵敏系数能够进行调整。如调节A区可使电阻改变，K 值下降；B区使电阻改变而K值保持不变。 （5 5）半导体应变片）半导体应变片 （4）金属薄膜式应变片）金属薄膜式应变片 薄膜是指厚度在0.1m以下的膜，它是采用真空的溅射或真空沉积等方法，通过图形掩膜版，在基底材料上溅射或沉积一层电阻材料薄膜而制成的。 由半导体材料制成的应变片，当晶体受到外力作用时，其电阻率发生变化，这种性质称为压阻效应。它的灵敏系数比金属的高几十倍，敏感栅尺寸可很小。 （6）特殊应变片）特殊应变片 1 1）温度自补偿应变片）温度自补偿应变片 温度效应温度效应用应变片测量应变时，应

6、变片除能感受试件的应变外，由于环境温度变化的影响同样也使应变片电阻发生变化，这种变化称为温度效应。 温度使应变片阻值发生变化的原因有二：一是当温度改变时丝栅的阻值发生变化；二是试件材料与应变片丝栅的线膨胀系数不相等。因此当被测构件环境温度发生T的变化时，应变片的电阻变化为： tt ttRRRTKRRTRRtt t丝件;TRKRt丝件由于温度的变化产生的应变值 TKt丝件0tR丝件K2）裂缝扩展应变片）裂缝扩展应变片 在断裂力学试验中使用的裂缝扩展应变片，可检测构件在荷载作用下裂缝扩展过程和扩展速率。3）疲劳寿命应变片）疲劳寿命应变片这种应变片是由经过高温回火的康铜箔制成丝栅，夹在两层浸过环氧或

7、酚醛环氧的玻璃纤维布中制成的。当应变片承受循环荷载时，丝栅发生冷作硬化，使电阻发生变化，此种积累的电阻变化可由下式表示： ORqRhNlglglg1lg4）测压应变片）测压应变片 对于108Pa以上的静水压可用特殊的测压片进行测量。测压片的敏感栅用经过热处理的锰铜合金丝（箔）制成，敏感栅粘贴在聚酰亚胺薄膜或浸环氧树脂的玻璃纤维布的基底上。 5）大应变应变片（塑性应变片）大应变应变片（塑性应变片）大应变应变片如图所示，可以测量10%20%大应变或超弹性范围应变。大应变应变片采用双段引线，以免细的栅丝与粗引线在大变形时产生应力集中。箔式大应变应变片的引线应弯成弧形，然后再焊接。敏感栅是由经过大变形

8、处理后再进行退火的康铜箔制成，在整个应变范围内灵敏系数不变。 应变片量测主要特点是：应变片量测主要特点是：（1）结构简单、尺寸小、重量轻、一般不会干扰构件的应力状态，目前最小标距0.2mm的应变片适用于应力梯度变化较大的应变量测，安装方便；（2）灵敏度高，最小应变读数1（微应变，10-6m/m）； （3）测量应变量程大,一般为1042104，特殊的大应变电阻应变片可量测1052.5105应变量；（4）频率响应快，频响特性好；（5）使用寿命长，性能稳定可靠；（6）若将应变片通过转换元件制成各种用途的传感器，可测量力、压力、位移、扭矩、加速度等力学量，也可作为控制、监视用的敏感元件；（7）可用于高

9、低温（-273+2000）、高速、高压（上万个大气压）、液下（长期浸没于水中）强烈振动、强磁场、核辐射、和化学腐蚀等恶劣条件下的量测；（8）由于是电信号的传递，可进行远距离的量测； （9）应变量测输出的电信号，便于模拟或数字记录，易于实现测试全过程的自动控制和数据实时处理； （10）易于实现小型化，整体化。目前已有将测量电路甚至A/D转换与传感器组成一个整体，传感器可直接接入计算机进行数据处理，这就简化了测试系统。 应变量测主要缺点和局限性是：应变量测主要缺点和局限性是：（1）一般对测量构件表面的应变比较方便，若量测构件内部的应变就要埋入转换元件或采用埋入式应变片，这样会影响内部应力的分布；（

10、2）应变量测通常是单点测量，难以得到应变、应力场的全貌；（3）应变片所测应变值是应变片覆盖面积内构件表面的应变平均值，对于应力梯度较大的区域，测量误差较大；（4）在大应变情况下有较大的非线性，半导体的非线性更为明显；（5）应变片的输出信号较微弱，抗干扰能力较差，测试时要用屏蔽线。 二、电阻应变式传感器二、电阻应变式传感器 传感器一般由弹性元件、传感元件和测量电路三部分组成，有时还加上辅助电源，通常可用方框图表示 1 1、测力或称重传感器、测力或称重传感器 2 2、压力（压强）传感器、压力（压强）传感器 222222221833183xrEhpxrEhpr（1 1）膜片式压力传感器）膜片式压力传

11、感器 （2）筒式压力传感器筒式压力传感器 1)/(22nwDDEp对于薄壁圆筒，可用下式计算 5 . 012EpDn（3）组合式压力传感器组合式压力传感器 3、位移传感器位移传感器 3312hbElPx 4328dGDnPxPdGDnhbElx433382EahbP133kGdaEDhbnalx4333138132常用位移传感器结构示意图4 4、加速度传感器、加速度传感器 5 5、倾角传感器、倾角传感器 6 6、应变式土压力传感器（压力盒式传感器）、应变式土压力传感器（压力盒式传感器） （1 1）无油腔应变式土压力传感器）无油腔应变式土压力传感器 2 2、双弹性薄板式土压力传感器、双弹性薄板式

12、土压力传感器 （3 3）带油腔应变式土压力传感器）带油腔应变式土压力传感器 三、三、 应应 变变 测测 量量 1、电阻应变仪的测量电路、电阻应变仪的测量电路 电桥是将应变片（或应变片式传感器）所感受到的应变转换为电压或电流信号的一种测量电路。电桥测量电路是由电阻应变片或电阻应变片与电阻组成桥臂，电阻应变片接入电桥中的方式有1/4桥（单臂桥）、半桥、全桥，可根据测量需要进行选择。 43213241RRRRRRRRUUg（1）1/4桥路 在四支桥臂中，仅有一个桥臂的电阻是外接的应变片（工作片），而其余桥臂采用无感电阻的桥路称1/4桥路。 KUURRURRRRRRRUg44222（2）半桥桥路 在桥

13、路中R1、R2为应变片，R3、R4为应变仪内的固定电阻。 )(421432211322411KUURRRRRRRRRRRRUg（3）全桥桥路 当四个桥臂均为应变片，且均发生电阻变化时，即R1R1+R1，R2R2+R2，R3R3+R3，R4R4+R4，则可得下式： 4321432143212432143213241442422KURRRRRRRRUURRRRRRRRRRRURRRRRRRRRRRRRRUg桥路的性质桥路的性质： 桥路电压的输出与各桥臂的电阻变化（或应变）的代数和桥路电压的输出与各桥臂的电阻变化（或应变）的代数和近似为线性关系；且与相邻桥臂应变变化之差，相对桥臂应变近似为线性关系；

14、且与相邻桥臂应变变化之差，相对桥臂应变变化之和成正比。变化之和成正比。 当相邻桥臂的应变变化大小相等，符号相同；相对桥臂应变变化大小相等符号相反，不改变电桥的平衡状态，此时无法量测所需要的应变值。与此相反，若相邻桥臂的应变变化大小相等，符号相反；相对桥臂应变变化大小相等，符号相同，则电压输出增加一倍，因而提高了量测的灵敏度。（在推导过程中，假定了RR，而略去了分母中R的影响，得出电桥输出电压与应变成正比的结论。） 43214KUUg 如果能合理利用桥路的性质，不仅能提高测量精度，还能从复杂受力构件中测出与某种内力相应的应变，从而可知该测点的应力或应力状态，进而计算结构的内力分量。 2 2、桥臂

15、上应变片的串联与并联、桥臂上应变片的串联与并联 nUKUg14n21 桥臂的应变片串联接法、并联接法时并不能提高电桥的输出，其应变读数为各单片应变读数的平均值。 四、静态量测的若干技术问题的讨论四、静态量测的若干技术问题的讨论（一）应变状态分析、应变花应变状态分析、应变花 用叠加原理可导出平面问题直角坐标系中应变分量x、y、xy与任意方向应变m、n、mn的关系如下: 2cos2sin2sin22cos222sin22cos22yxyxnmyxyxyxnyxyxyxm 为了用实验方法求x、y、xy，就需要通过该点在xy平面内，沿任意三个方向粘贴应变片 。 为了粘贴方便和简化计算，往往将三个敏感栅

16、制在同一基底上形成应变花，一般应变花的角度成0、45和90或0、60和120。 （二）量测技术（二）量测技术 影响应变量测因素有很多，如温度、湿度、应变片粘贴方向、长导线的电阻和电容等。 1、温度影响及补偿方法、温度影响及补偿方法温度补偿有两种方法：桥路补偿法；应变片自补偿法。（1）桥路补偿法）桥路补偿法(利用桥路的性质利用桥路的性质)：1）将与R1阻值相同的应变片R2粘贴在一个与试件材料相同的试块上（不受外力作用），将其置于试件附近，使其与试件有相同的温度变化。将R1、与R2组成半桥，测试结果仅为试件受力后产生的应变值。2）某些结构或构件存在着应变符号相反，比例关系已知，温度条件又相同的二个

17、或四个测点，可以将这些应变片中应变符号不同的应变片接在相邻的桥臂上，这样在等臂的条件下，即都为工作应变片，又互为温度补偿片。（2）应变片自补偿法：）应变片自补偿法：当找不到一个合适的位置来安装温度补偿片时，或者工作片与补偿片的温度变化不相等时，应采用温度自补偿片。2、湿度影响、湿度影响 环境湿度会对电阻应变测量带来许多不利的影响，主要反应在以下几个方面：（1） 粘贴胶受潮后软化膨胀、粘结力下降，降低胶层传递应变的能力；（2）胶层吸潮后膨胀，迫使应变片伸长，增加附加电阻，当电流通过应变片时，温度升高，水分蒸发且胶层收缩，应变片随着缩短，电阻又减小，使其读数不稳定；（3）引起绝缘电阻下降，造成应变

18、读数不稳定，甚至无法测量。为避免环境湿度的影响，应变片在粘贴过程中要采取有效的防潮措施。 3 3、应变片栅长的选择、应变片栅长的选择 应变片量测的是栅长范围内的平均应变，其误差由栅长和栅长范围内的应变梯度决定。 设应变片栅长范围内应变分布可用多项式表示： 332210 xaxaxaax 只有当产生的应变为均匀应变或按线性规律变化时，才能用栅长L内的平均应变 代表栅长中点M的应变 。 aM对于按二次函数变化的应变，平均应变为 32/22100LaLaaLdxLxa而中点M的应变为 422210LaLaaM 与 之差为 aM2212LaMa4 4、应变片粘贴偏位的影响、应变片粘贴偏位的影响 应变片

19、粘贴方位若与预定的基准方位不重合，会给测量带来一定的误差 设预定贴片的基准线与该点主应变方向的夹角为，则基准线方向与主方向应变间的关系为： 2cos222121)(2cos222121sin2sin2cos2cos22121 当主方向已知时，沿主方向贴片误差最小，而沿45方向贴片误差最大。 例如：对于平面应力状态，例如1=-2，则有 sin2sin212cossin)2sin(2e若=0，=1时，e=0.06%；=5时，e=1.5%。若=30，=1时，e=6.10%；=5时，e=32%。 对于3-60应变花，其误差等于零。所以若主应变方向未知时，选用3-60应变花比3-45应变花角偏差引起的误

20、差小。 5 5、长导线的影响、长导线的影响 进行远距离量测时，由于导线较长，导线电阻r与应变片电阻R相比不可忽略，导线分布电容也较大，这将影响应变测量结果。若工作片和补偿片的导线受不同温度影响时，也带来读数误差。 （1）导线电阻的影响 导线电阻r与应变片电阻R是串联在应变仪桥臂上的，而导线电阻不随应变发生变化。导线电阻的存在必然使应变测量值减小，必须按不同桥路接法进行修正。 AB桥臂的电阻为R=R+2r KrRR2RrR2RrRRrR2（2）导线电容的影响 导线间分布电容，只有在使用交流供桥的应变仪时才考虑其影响。若桥路中初始电容已平衡，则导线的电容影响可不考虑。若导线的间距受外界（如风、水流

21、）因素的影响而发生抖动，使导线间的电容发生变化，则会影响测量的精度。分布电容的存在会影响电桥灵敏度，一般由此引起的测量误差可写成： %100222RCec（3）导线温度的影响 因一般用的铜导线有较大的电阻温度系数（约410-3/），若测量应变片和补偿应变片的导线温度变化不同（例如相差1，导线电阻RL为应变片电阻的1%时），所引起的附加应变约20。因此在测量时导线的长度、规格及导线所处的温度环境应相同。当导线长度较长时，若工作片与补偿片的导线受不同温度影响，也会带来读数误差。由于导线的温度不同而引起的应变读数（即温度漂移值）为 rRKTrt线式中 导线电阻温度系数； r导线电阻值（1/4桥、全桥

22、为2r，半桥为r）； T温度改变值。 6 6、应变片横向效应的影响、应变片横向效应的影响 应变片的敏感栅除轴向直线外，还有圆弧形（或垂直于轴向的短直线）的横栅。当应变片变形时，不仅有沿栅长方向的电阻变化，还有横向的电阻变化，这横向的影响称为横向效应。横向效应采用横向效应系数H来表示，它是横向灵敏系数KB和轴向灵敏系数KL之比，一般H3%。 LBKKH 1222121111HKKHKKKKKKRRLiLBLi HKKL1五、残余（初始）应力测量五、残余（初始）应力测量 金属结构或机器零件经过焊接方法加工后，会在其内部产生焊接残余应力，残余应力的峰值往往达到或超过基本材料的屈服极限 。当这些焊接构

23、件投入使用时，它们所受载荷引起的工作应力与其内部的焊接残余应力相叠加，将导致焊接构件产生二次变形和焊接残余应力重新分布。焊接残余应力和变形在一定条件下会严重影响焊件的强度、刚度、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等。因此，对焊接残余应力进行研究分析和测量，掌握其产生和存在规律性，是为了对其采取各种技术措施，改善其分布特性，以期提高焊接结构或接头的承载能力，延长使用寿命，预防失效事故。s 焊接残余应力的产生和分布：焊接残余应力的产生和分布： 焊接时一般采用集中热源在局部加热，因此在焊件上产生不均匀温度场。这种温度场在绝大多数情况下是非线性分布的。不均匀温度场使材料不均匀膨胀，处于高温区域的材料

24、在加热过程中的膨胀量大，受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由地进行。于是焊件中出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部压缩塑性应变。在冷却过程中，已经经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现一个与焊接加热时方向大致相反的内应力场。 金属构件在焊接过程中由于受到局部加热而在焊缝及其附近区域产生压缩塑性变形区，该区是产生焊接残余应力的根本因素。在焊接过程中，随时间而变化的内应力为焊接瞬时应力。 焊后当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的内应力焊后当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的内应力则为焊接残余应力则为焊接残余应力。 焊后残留于焊件上的变形则为焊接残

25、余变形焊后残留于焊件上的变形则为焊接残余变形。 在实际焊接构件中，残余应力分布是由一定规律的，一般都是以双向应力或三向应力状态出现。焊接应力和变形的分布和大小取决于：焊接应力和变形的分布和大小取决于： 材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点，焊件的形状、尺寸和温度场。而温度场又与材料的导热系数、比热、密度以及焊接工艺参量和条件密切相关。 由于焊接过程的温度变化范围大，上述材料的各种系数有很大的起伏，特别是牵涉到材料的相变时，可能引起焊接应力的反复。这些情况使焊接应力变形问题十分复杂，因此在实践中往往采用理论和数值分析与实验相结合的方法来掌握焊接应力变形的规律和影响因素，最终达到预测、控制和调整它们

26、的目的。 经过长期的实践和研究，发现焊接残余应力具有如下一些特性：(1) 自相平衡特性自相平衡特性 焊接残余应力是内应力的一种，拉、压应力同时存在于一个构件中，并且互相平衡。在无外界因素干扰的情况下，拉、压应力的分布特征将长期保持稳定。(2) 遵循应力叠加原理遵循应力叠加原理 未经消除残余应力的焊接构件投入使用时，由载荷所引起的工作应力将与焊接残余应力互相叠加。如果两种应力的性质不同、方向相反，叠加的结果将提高构件的承裁能力；如果两种应力的性质和方向相同，叠加后的应力数值往往在构件的局部区域超过材料的屈服极限。后一种情况对塑性和韧性较好的材料，将不降低其强度而仅仅影响其刚度，但对于脆性材料的构

27、件，叠加后的高应力水平可能导致局部破坏或提前失效。(3)产生产生“应力重分布应力重分布”现象现象 当焊件的外部因素(如载荷、温度等)引起的应力与残余应力相叠加超过后，将在焊件的局部区域产生塑性变形，如果此时消除外部因素的作用，构件不但不能回复原有的几何形状，而且还将改变残余应力的分布情况，应力峰值将减小。把上述现象称为“二次变形。和“应力重分布”。二次变形将使构件的形状和尺寸精度发生变化，降低其使用性能，而应力重分布则使残余应力的数值降低，可以提高焊件的承载能力和使用寿命。在某些工程结构上利用残余应力重分布的特性，进行所谓超载试验。以改善焊接残余应力的分布，已被证明是行之有效的技术措施之一。

28、(4)没有明显的外部表现没有明显的外部表现 焊接残余应力和残余变形是同时产生的。残余变形是生产单位极为重视的，而残余应力的存在则不易被察觉，甚至往往被忽略。焊件在服役过程中，一旦发现残余应力的存在和作用时，它早已造成某种事故，例如精度下降或局部破坏等。因此，通过测试等手段掌握焊接残余应力的分布，就成为控制和改善它的先决技术措施。残余应力测试方法有两大类：(1)物理方法 如X射线法、超声法和磁性应变法。(2)机械方法 实际是采用应变电测方法测残余应力。 （一）钻孔法测量残余应力的基本原理（一）钻孔法测量残余应力的基本原理 钻孔前，应变片R1（r、）的应力状态为： 2sin)(212cos)(21

29、)(212cos)(21)(212102121021210rr钻孔后R1点应力状态为2sin23122cos312122cos431212224421144212221122442122211rarararararararr钻孔前后应力变化即释放应力为： 2sin2322cos3222cos4322224421014421222101224421222101rarararararararrrrrr)(1)(1rrrEE由平面应力状态的广义虎克定律 2cos41321212244212221rararaEr2cos41321212244212221rararaE224422413212)1 (r

30、araEBraEA2cos2121BAr3212133221212212121112cos2cos2cosBABABArrr若1=，2=+90，3=+225则上式可写成： 2sin2cos2cos212133212122212111BABABArrr122132213221212 , 1222414tgBA式中A，B称为释放系数，为主残余应力1与应变片R1栅长方向间的夹角。 （二）用实验方法测定释放系数（二）用实验方法测定释放系数 用单向拉伸试件测定A，B ，应变花中R1与试件的轴线重合 此时，2=0，=0， 222121BA1钻孔后R1的释放应变；2钻孔后R2的释放应变； =P/A，A为试件

31、的截面积。 测试释放系数时应注意的问题： （1）测释放系数的试件材料应与测残余应力的结构（或零件）材料相同，并进行退火处理，使之不存在初始应力。 （2）拉力P应均匀地施加在试件的截面上，并使=P/A1/3s（s为材料的屈服极限）。 （3）钻孔中心距试件边界应大于或等于8d，试件厚度应大于或等于4d，在同一试件上进行多钻孔测定A，B时，相邻两孔中心距离应大于或等于（58）d，因此时d为钻孔孔径。 （4）应尽量消除钻孔时产生的切削应力。 0r（三）钻孔法测残余应力的实验技术及误差分析（三）钻孔法测残余应力的实验技术及误差分析 附加应变附加应变 用麻花钻或铣刀加工小孔，由于切削而在孔壁引起塑性变形，

32、从而产生附加应力。这种附加应变必须从测量中消除。有人提出用电火花加工、化学腐蚀、激光打孔等方法加工小孔，附加应变都可以很小，但目前还未见到有关这方面的报道。有些材料如高强钢、淬火后零件、玻璃、陶瓷等材料，很难用钻头钻孔，另外用钻头钻孔会产生较为离散的附加应变。国内外现行的打孔方法有两种：1）喷砂打孔法）喷砂打孔法2）极高速钻孔法）极高速钻孔法 大量的实验研究表明，附加应变与测点的原有残余应力有关。测点处如原有为拉应力，则拉应力越大，附加应变也越大，若为压应力，则压应力越大，附加应变越小，甚至为零。 误差分析误差分析残余应力测试误差主要来源于以下几方面：钻孔中心与应变花中心不重合；孔径分散、孔的

33、不圆度及孔深误差；钻孔时产生的附加应变；构件厚度较大，残余应力在厚度方向非均匀分布等； 一般残余应力的测量误差在5%10%之内。 （四）消除残余应力的方法（四）消除残余应力的方法： 1.高温回火法 （1）整体高温回火； （2）局部高温回火； 2.加载法 （1）机械拉伸法； （2） 温差拉伸法； 3激振法 (1) 振动法； (2) 爆炸法。对接板试件纵向残余应力分布图（五）其他测试方法简介（五）其他测试方法简介 1、X射线法射线法 金属材料是由按一定点阵排列的晶体组成的，而晶体内某一取向的晶面之间的距离是一定的。若能测量出自由状态(无应力状态)下的晶面间距与在某一应力作用下的晶面间距的差值，就能

34、计算出作用应力的大小来。x射线衍射法就是以晶面间距作为应变测量的基长（标距），通过测量晶面间距的变化来确定应力数值的。 2、磁测法、磁测法 铁磁物体在磁场中磁化时，沿磁化方向上的长度会伸长或缩短，称之为磁致伸缩效应不同材料的磁致伸缩效应是不同的。有的随着磁场强度的增加而伸长，有的则缩短。以铁言，在磁化方向上会伸长，而在垂直于磁化方向上反而缩短。这种现象称之为正磁致伸缩效应。在初始磁化阶段，在具有正磁致伸缩效应的铁磁体中，当施以弹性变形(即有应力作用)时，沿拉伸方向上磁化所消耗的能量要比垂直于拉伸方向时小得多，即在拉伸方向较易磁化。这样，由于应力的作用，原来宏观上各方向导磁率相同的磁各向同性体，

35、变为磁各向异性体。磁性法测定残余应力就是通过测得某一小范围内各个方向的导磁率的变化，来反映出这区域的应力状态的。用高导磁材料制成的传感器(探头)与受力物体表面接触，形成一闭合问路。当应力变化时，磁场发生变化，探头磁路中的磁通也发生变化。这样，通过探头中的感应线圈，可以将磁场变化转向为电流变化，并由电流变化测出应力变化。 3、超声波法、超声波法 声弹性研究表明，没有应力作用时超声波在各向同性的弹性体内的传播速度，与有应力作用时的传播速度是不同的。传播速度的差异与所作用的主应力的大小有关。因此，如果能分别测得，无应力和有应力作用时弹性体内横波和纵波传播速度的变化，就可以解得主应力。六、高压液下应变

36、量测六、高压液下应变量测 高压液下应变量测需解决三个特殊问题：高压液下应变量测需解决三个特殊问题： 1、应变片与导线的防护问题； 2、引线装置与密封问题； 3、压力效应的补偿问题。 （一）应变片与导线的防护应变片与导线的防护 1、机械防护 2、涂层防护 涂层法是在应变片上和引出线周围涂一层或几层具有以下特性材料：良好的绝缘性和粘结能力、有较好的塑性、低弹模、无毒无腐蚀作用、稳定的压力和温度效应、可在常温下固化、使用方便等特点。 （二）引线装置（二）引线装置 （三）压力效应（三）压力效应 粘贴于高压液下容器内壁的应变片，除随容器受压变形引起电阻值的变化外，因受高压的作用应变片将产生附加应变，带来

37、测量误差，这种现象称为压力效应。必须将它从应变读数中扣除或用补偿的方法将其消除。 1 1、试块法：、试块法： 容器内的试块受三向均匀压力，因此应变读数中包括试块变形产生的应变p和压力效应产生的应变c和温度产生的应变t11tcp容器外的试块只受温度的影响 22tpEpppEp211试块在三向均匀压力作用下的应变为 pEc2121tt2 2、圆筒轴向应变法、圆筒轴向应变法 将两个应变片分别粘贴在圆筒内外壁对应的位置。根据弹性理论分析的结果，容器内外壁轴向应变应相等。按半桥接法 。 AB桥臂（R1）产生的应变：111tcLBC桥臂（R2）产生的应变：222tL则应变仪上的读数为： )(2211tLt

38、cL2121,ttLLc（四）高压液下应变量测（四）高压液下应变量测 在高压液下随着压力的增加，介质温度将发生变化，例如，压力每上升10MPa，油温升高1.2，水温升高0.7。贴在容器内部的应变片的温度也将随之发生变化。因此，必须采取温度补偿措施。同时由于压力效应的存在，必须尽可能地通过补偿的方法消除其影响。 AB桥臂1111tcLBC桥臂 222tcp pttccLtcptcL212112211121)()(21ttpEccL21211pEL21121cc七、旋转构件的应变量测七、旋转构件的应变量测 在旋转状态下，测量应力应变时需着重解决以下几个问题： （1）应变片温度补偿问题。（2）应变片和导线的防护问题。（3）待测的旋转信号与静止仪器的连接问题。 （一）温度补偿问题（一）温度补偿问题旋转构件的温度升高主要有两个原因：（1）运动构件在高温介质中工作。（2）旋转构件在高速运动时与周围空气摩擦使构件温度升高。因此对于旋转构件的应变量测来说，温度补偿是一个非常重要的问题。 （二）应变片和导线的防护应变片和导线的防护 旋转构件上的应变片和导线，除受温度影响外还承受较大的惯性力和气流冲刷力。若不进行很好的防护，可能会使应变片尤其是导线从构件上剥离，使实验无法进行。因此旋转构件应变片和导线的防护也是一个非常重要的问题。 导线的防护主要有