实验应力分析电测法应变计课件

1、第一讲 电阻应变片 1-1 电阻应变片的构造和工作原理 二、金属丝的电阻应变效应 一、构造（1-1） 式中： 电阻丝初始电阻（欧）； 变形后的电阻变化量（欧）； 电阻丝的线应变； 电阻丝的应变灵敏系数，表明灵敏程度。覆盖层引出线粘接剂基底敏感栅0KRRRR0K关于0K由物理学知，原电阻 （1-2）式中： 将式（1-2）取对数并微分，得 其中： 因为 D 表示电阻丝的初始直径，则AlRlDllA电阻丝的电阻率（ );mmm2电阻丝的初始长度（ ）；m电阻丝的截面积（ )。2mm（1-3）AAllRRddddDd2dDAAll d由于所以将式（1-4）代入式（1-3）可得 （1-3）AAllRRd

2、dddDd2dDAAll d（1-4）llAAd2dllDdDdd21d2dddllllRR（1-5） 联立式（1-1） ，即得0KRRd21sK（1-6） 三、电阻应变片的灵敏系数式中：敏感栅的初始电阻； 敏感栅的电阻变化量； 应变片粘贴处被测构件的线应变； 应变片的灵敏系数，它与敏感栅的形状、 粘贴剂、基底等因素有关。d21sK（1-6） 注：金属材料的值大于2，在0.5左右，而实验证明多数金属材料的值在弹性范围内为0.3左右，进入塑性范围则sK故 不可忽略。d片KRR（1-7） RR片K的测定fhbllP2lhf 测量片R补偿片电阻箱R n应变仪CAB闸刀开关nnRRRRRR在单向应力状

3、态下并使敏感栅沿轴向测定： 1. 加载下的应变读数 2. 卸载，并联电阻箱并调节 电阻箱电阻使其与加载时 的应变读数相同 注： 应变片不能重复使用 ，说明什么？片KRR片K1-2 电阻应变片的类型一、分类 用于测量单向应变 类型 主要特点 敏感栅材料 金属电阻应变片 半导体应变片 丝绕式 短接线式 箔式 横向效应大， 值分散度大，廉价 片K横向效应小，疲劳寿命低 横向效应小，散热条件好，蠕变小，疲劳寿命长 灵敏系数甚高，温度稳定性差 敏感栅形状 单轴 应变花 用于平面应力状态下测量主应变 分类方法 工作温度 低温 常温 中温 高温 工作温度低于-30 0C工作温度低为 60 350 0C工作温

4、度高于350 0C工作温度低为-30 60 0C类型 主要特点 分类方法 基底材料 耐湿、耐热及耐久性差 耐湿、耐热及耐久性较纸基好 高温片类型之一，用焊接方式安装于构件上 纸基 胶基 金属基底 临时基底 高温片类型之一类型 主要特点 分类方法 安装方法 粘贴式 多数常温、中温应变片为粘贴式 焊接式 金属基底高温应变片为焊接式 用途 一般用途 指用于应变测量的各种常规应变片 特殊用途 如半导体、防磁、防水、埋入式、双层应变片等 应变片式传感元件 如裂纹扩展片、疲劳寿命片、测温片、测压片等 二、常用应变片介绍 1丝绕式缺点：圆角过渡，横向效应大优点：价格便宜，粘贴方便片K优点：横向效应小， 精度

5、高缺点：焊点多，疲劳寿命短2短接线式，3箔式 敏感栅由0.0030.01mm 的应变合金箔，经光刻技术制成。 优点：（a）可制成各种形式；4应变花优点：可同时测量几个方向的应变（b）敏感栅的横向部分可做成比较宽的栅条，所以横向效应小；（c）厚度小，在构件表面附着较好，因而蠕变小、散热好、允许工作电流大。优点：缺点：5半导体式频率响应高（10-11秒）；片K大几十倍，可处理微弱信号；片K承受拉应变和压应变时， 值也稍有不同，受拉比受压高（35）%。1000如在 以上可产生46%的误差；使其温度稳定性较差；非线性大：6裂纹扩展片7疲劳寿命片温度系数大：电阻值和灵敏系数分散度也较大：横向效应几乎为零

6、；机械滞后小；频带宽，体积小。1-3 应变片的横向效应一、产生 以丝绕式应变片为例 敏感栅直线部分伸长 xlllsd设半圆弧上任一微段处的应变为，则)cos()(21)(212121整个圆弧部分的伸长为00rddllrss)(21)(2121yxrrdsld1x2yr敏感栅曲线部分伸长 设应变片有 n 条敏感栅，则有n-1个半圆形回转部分，则总长度、总伸长分别为rnnlL) 1( yxyxxsrnrnnlrnnllnlnL2) 1(2) 1(2)(21) 1() 1(所以ysxssKrnKLrnnlKLLRR2) 1(2) 1(2 （1-8） 令ysxsKKrnKKLrnnl2) 1(2) 1

7、(2则yyxxKKRR （1-9） 式（1-9）说明：1在平面应变场中，纵向应变和横向应变同时影响电阻的变化率， 并呈线性关系。yKsK2、只是敏感栅尺寸和电阻丝敏感系数的函数，与敏感无关。 xK栅在应变场中的位置xxRRK/0y当 时，横向效应 H ：rnnlrnKKHxy) 1(2) 1( （1-10） 式（1-9）可写成 )(yxxHKRR （1-11） yyxxKKRR （1-9） xK3轴向灵敏系数 :yK 横向灵敏系数 :yyRRK/0 x当 时，二、横向效应带来的误差 0yxy0 在 , 0（其中是标定梁材料的横向变形系数）这种特定条件下 )1 ()(0HKHKRRxxyxx而应

8、变片所测出的电阻相对变化为xKRR片所以xKHK)1 (0片（1-12） 式（1-12）就是在特定条件下（xy0y,0），标出来的应变片灵敏系数。在其它材料（0）的试件上，或在 0/xy的应变场下，仍使用上述条件测出的 片K 值（即厂家提供的K值），则从应变仪上读出的应变不再是真实应变，而是 HHKHHKKRRyxxyxxx001)1 ()(/误差为%1001%1000 xxyxxxxHHe%)(HHxy100100（1-13） xKHK)1 (0片（1-12） xyKKH/在应变片几何形状一定后，为定值；exy/只是应变场的函数。故误差%100)(100 xyHHe对于一般丝式及箔式应变片，

9、H 皆为百分之几的量级，作为近似，可取 HHH01于是，式（1-13）可写成 %100)(0 xyHe0也为定值。标定梁材料选定后，e = 0。0/xy的特定应变场情况下，在 由此可看出，若取 H = 5%, 对于单向应力状态，当应变片沿应力方向粘贴时，即使构件材料与标定材料的 值相差0.2，由横向效应带来的误差只有1%。285. 00，则误差 %2 .15e讨论：%4 . 6e；1xy时， 当 若标定梁材料为钢， 285. 00，仍取H = 5%，2xy，若 则接近或大于10%。例如：一个承受单向拉伸的试件，在其横向方向贴片测量应变，此时333. 31xy，仍取 H = 5 %， 测点的应变

10、比例为 说明什么？%100)(0 xyHe%6 . 3e；1xy时， 当 三、横向效应的修正 理论值：直角应变花横向效应误差修正)()(9000HKRRx)()(09090HKRRx读数值： HHKRR0900001/)(片HHKRR009090901/)(片式中：K 片为厂家提供的灵敏系数。)(11900200HHH)(110902090HHH解得 9000H09090H简化 应力计算：应力计算：方法1：将修正后的应变结果代入物理关系式)(1)(122xyyyxxEE方法2：将测量结果值直接代入物理关系式 xy设由单向拉伸试件测得的应变为 、，而它们的真值分别为xy、则带有横向效应误差的弹性

11、模量、横向变形系数分别为 HHEHHEyxxxx11100HHHHyxxyxy1090设由构件某点测得的互相垂直的两个方向的应变分别为、090它们的真值分别为 、，则有 )(190020E)()(1 ()()1 (09090022HHHHHHE)1)()1)(1 (290022HHE同理可得90090290)(1E可见，横向效应误差自动消除。HHHHHHHHHE0090090020111)1(111109002)(1EHHEHHEyxxxx11100HHHHyxxyxy1厂家提供应包括：每包平均值、单个值、与平均值的最大偏差1-4 应变片的工作特性一、应变片电阻（R）未经粘贴、未受力、室温时测

12、定的电阻值。推荐系列 60、120、200、350、500、1000欧 二、灵敏系数片K 当应变片粘贴在单向应力状态试件上时，如果轴线与应力方向重合，则应变片电阻相对变化与轴线应变的比值称为应变片的灵敏系数。三、机械滞后 Zj 定义：加载与卸载曲线不重合现象 处理： 进行三次以上预加载 产生原因：敏感栅、基底、jCxz机械应变指示应变粘接剂残余变形 四、零点漂移 P 和蠕变原因：胶层在传递应变的开始阶段出现的“滑动”零漂：保持恒温、无机械应变下，零点变化原因：通电流后的温度效应、粘接剂固化不充分、 制造和粘贴应变片过程中造成的初应力 蠕变：应变指示随时间稍有下降五、应变极限j 在室温条件下，在

13、贴有应变片的试件上加载，当应变仪的指示应变与机械应变的相对误差达到10%时，此时的机械应变定义为应变片的极限应变。 一般短期测量，通常要求50200兆欧，用低于100伏的高阻表测量 六、绝缘电阻 Rm 应变片的敏感栅及引出线与被测构件间的绝缘电阻。应变片绝缘电阻降低会降低测量灵敏度、影响测量精度、产生零漂xy七、横向效应系数 H 单向应变场零应变方向的应变片指示应变与同一应变片粘贴在平行于单向应变方向的指示应变的比值，并以百分数表示。轴向灵敏系数 xxxRRK)(横向灵敏系数 xyyRRK)(横向效应系数 %100 xyKKH%100)()(xyxyxxxyKKRRRRH片片八、应变片疲劳寿命 在恒定幅值的交变应力作用下，应变片连续工作，直到产生疲劳损坏时的循环次数。静态测量时，一般不考虑此参数。 2被测点的应变性质静态、动态 1-5 应变片的选用和粘贴工艺一、选用 1工作环境温度、湿度、磁场等 3被测点的应力状态单向、平面对金属、塑料都有很强的粘接力，使用温度-50+600C低于10 0C保存，国产牌号 KH501及 KH502二、粘接剂1氰基丙烯酸脂粘接剂 化学反应型：吸收空气中微量水分产生聚合反应而固化，形成坚固胶层。 4测量精度可在极短时间内（几十秒至数分钟）固化，数小时后即可应用 二、粘接剂1氰基丙稀酸脂粘接剂 绝缘电阻高、抗湿、抗热、固