力学测试基础总复习市公开课金奖市赛课一等奖课件

第一章测试技术概念测量定义：测量“是经过试验伎俩取得被测对象量值一个操作过程”。试验伎俩指测量工具或测量仪表。测量分类：工程测量——指对结果不考虑测量误差测量精密测量——指要求精细预计测量误差测量直接测量——指被测量与标准量直接进行比较或者用已经标定过到达标准器具、仪器对被测量直接测量间接测量——指测量与被测量有函数关系量值，然后依据函数关系确定被测量测量静态测量——指对静态量（即被测量在测量过程中固定不变）和准静态量（即被测量在测量过程中随时间缓慢改变）测量第1页测量方法：惯用方法有偏差测量、零位测量和微差测量。测量精度比较高，但测量过程比较复杂、费时。测量响应快，精度高，尤其适合于在线控制参数测量。测量简单、快捷、直观，但精度不高。测试系统传感级中间级终端级感受被测量（大小改变），并转换成对应输出信号（通常为电量）显示、统计或控制被测信号，普通是一个显示器或一个控制器，也可能是二者组合对信号进行变换、放大、传输或转换成后续要求统一信号第2页静态特征曲线——测试系统或测量装置输入-输出关系曲线。静态特征——指静态特征曲线形状一些性能，主要有1.线性度2.灵敏度3.滞后实际关系曲线与拟合直线吻合程度。由小到大，有大到小改变，输入-输出特征曲线不重合程度。第3页5.重复性6.零漂与温漂零漂：测量系统输入量不变，环境温度不变，而输出量随时间增加改变量称为零漂。温漂：测量系统输入量不变，环境温度发生改变，输出量随环境温度改变而产生改变量称为温漂。温漂中包含着零漂4.灵敏限与分辨率都是人为要求指针式仪表分辨率为最小刻度二分之一；数字式仪表分辨率为最终一位一个字。第4页第二章误差分析和数据处理误差定义:指被测量实测值（或测得值）与其真实值（或真值）之差。真值——客观真实值理论真值计量学要求真值相对真值测量误差=实测值–真值示值误差=指示值–真值（对于仪器仪表）误差表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差绝对误差=测得值–真值

=指示值–真值第5页误差起源：测量装置误差，测量环境误差，测量方法误差，测量人员误差。误差分类：随机误差，系统误差，粗大误差。随机误差特点误差大小、方向不固定误差总体服从统计规律误差平均值随测量次数增加逐步趋近于零

随机误差出现偶然性，大小、符号均不知随机误差特征随机误差分布出现必定性，符合统计规律，可用统计学方法来处理大多数服从正态分布规律第6页随机误差正态分布特点对称性单峰性有界性抵偿性（相消性）随机误差标准差标准差表征随机误差分散性大小小曲线高而窄，小误差出现概率多，大误差出现概率少，数据点密集，重复性好。大曲线平坦，大误差出现概率多，小误差出现概率少，数据分散，随机误差大。第7页系统误差分类

*

定值系统误差，特征：误差大小、符号均确定*

变值系统误差，特征：误差数值、符号按一定规律改变系统误差特点误差总体服从某一确定规律，如服从定值、线性、多项式、周期性等函数规律定值系统误差对残差无影响（残差中不存在系统误差），所以对标准差无影响，不过从正态分布曲线来看，平移了一个位置。第8页粗大误差特点误差无规律显著偏离测量值真值定值系统误差消除方法惯用有三种：抵消法，交换法，替换法变值系统误差消除方法惯用有二种：对称法，半周期法粗大误差属于异常值或坏值，应于剔除。测量数据精度：精密度，准确度（正确度），准确度（精度）。

误差反应了测量结果与真值之间差异，差异小，精度高，差异大，精度低。反应了测量结果中随机误差影响程度。反应了测量结果中系统误差影响程度反应了测量结果中随机误差和系统误差综合影响程度，表示测量结果与真值一致程度。第9页不确定度：是对测量精度（或测量准确度）评定方法，根据评定方法不一样分为A类评定和B类评定。误差是测量结果与真值之差，它以真值（或约定真值）为中心，说明测量结果与真值差异程度；而测量不确定度是以反应人们对测量认识不足程度，是以测量结果为中心，评定测量结果与被测量（真）值相符合程度。数据处理方法：表格法，图示法，经验公式法。一元线性回归方法：端值法，平均值法，最小二乘法。第10页第三章电阻应变测量原理及方法应变片工作特征灵敏系数测定条件电阻值测定条件不安装不受外力室温试件受单向应力作用应变片粘贴在试件上应变片轴线与试件受力方向一致应变片灵敏系数定义：在应变片轴线方向单向应力作用下，应变片电阻相对改变与粘贴应变片试件表面轴向应变之比值。第11页应变片粘贴在试件上温度恒定无外力（试件上）零点漂移测定条件

在以上条件下，应变随时间增加而改变称为零漂。蠕变测定条件应变片粘贴在试件上温度恒定试件上外力恒定（或应变恒定）

在以上条件下，应变随时间增加而改变称为蠕变。横向效应系数定义：指应变片圆弧部分灵敏系数比上直线部分灵敏系数乘上百分数。第12页热输出测定条件应变片总电阻改变率应变片横向效应应变片粘贴在试件上试件无外力温度发生改变试件无约束力第13页读数应变为四桥臂上应变片感受应变之代数和电阻应变片测量电路及其应用电桥输出电压应变仪读数应变第14页电桥特征1.相邻桥臂，应变同号，应变代数值相减

应变异号，应变代数值相加2.相对桥臂，应变同号，应变代数值相加

应变异号，应变代数值相减半桥接线法与全桥接线法最大区分是半桥接线法：测量电桥半个桥是应变片（两片应变片）另半个桥是电阻（仪器内部）；全桥接线法：测量电桥四个桥臂上均为应变片（四片应变）。测量电桥接桥方式单臂半桥接线法双臂半桥接线法对臂全桥接线法四臂全桥接线法串、并联接线法第15页利用电桥特征可实现1.消除测量时环境温度改变引发误差2.增加读数应变d

，提升测量灵敏度3.在复杂应力状态下，测出某一内力分量引发应变利用好电桥特征，关键在于接测量电桥。复习：3.6.4测量电桥连接与测量灵敏度，熟悉电桥连接与测量灵敏度关系

3.9测量电桥应用，熟练掌握不一样组桥方式与其结果关系，而且掌握主要应变-应力换算（弯曲切应力、扭转切应力）了解掌握这两节全部例题（不是背书）第16页*判断1

与2绝对值谁大？*用这两个应变片组成双臂半桥测哪个内力分量引发应变？*注意扭矩方向！四桥臂串联或并联全桥，读数应变应该是几倍表面弯曲应变等？电测与桥路相关都是选择题第17页另一类是这么选择题，给了贴片位置，应变片号以及桥路形式，让你依据题意把应变号写到电桥桥臂上。例：见下列图，要求测F2力引发弯曲应变和F力引发压缩应变。给了两种桥路形式F2力引发（）F力引发（）R1R2R1RRR3赔偿片仪器内部电阻F1F2F弯曲应变

压缩应变第18页类似上面受力形式，到时看清题意要求，在哪些位置布片了，要求测哪个分力引发应变，然后确定哪个号应变片放在哪个桥臂上。第19页第四章金属材料力学性能及测试原理试件：按国家标准，对于百分比试样

L0=10d0

L0=5d0

金属材料力学性能指标：强度指标、塑性指标、弹性指标。

以拉伸性能为主对于圆试样强度指标测定时速度：在弹性范围内，按应力速率加载，超过弹性范围后按应变速率加载。第20页依据新国家标准，强度指标ReH，ReL，屈服强度指标

Rp，Rt，Rr

要求强度指标

Rm抗拉强度指标受力状态下测定卸力状态下测定塑性指标：A断后伸长率

Z断面收缩率A——均匀变形和非均匀变形

ε——标距范围内平均变形

注意：A断后伸长率与应变ε之区分第21页试样长度L0对测截面收缩率Z无影响试样直径d0对测截面收缩率Z略有影响弹性指标：E、μ、G，在材料弹性范围内测定。

试样拉伸断口距邻近标距距离小于等于1/3L0时，测断后长度要用断口移中方法。注意移中处理时偶数格和奇数格测量计算不一样。同材料，同直径，不一样长度，测得断后伸长率A不一样，断面收缩率Z相同。第22页低碳钢、铸铁在拉伸、压缩、扭转破坏时断口形式以及引发破坏原因。

低碳钢拉伸时，破坏前出现颈缩，因为颈缩中心部分处于三向应力状态，所以，中心部分被拉坏，边缘部分仍是单向应力状态，所以，边缘部分沿450方向由切应力引发破坏；压缩时，越压越扁，不会破坏；扭转时，沿与轴线垂直截面由切应力引发破坏。因为低碳钢属于拉、压强度相等材料，而剪切强度低于拉、压强度。

铸铁拉伸时由拉应力引发破坏；压缩时，沿450方向由切应力引发破坏；扭转时，沿450方向由拉应力引发破坏。因为铸铁抗拉强度低于抗剪强度，抗剪强度低于抗压强度。第23页力学测试误差分析考试考试地点：A3201，A3202

请同学们带好学生证、计算器，提前10分钟抵达A3201，A3202试验室外走廊处，等候进入考场。各班考试时间安排以下

第24页考试时间考试班级考试人数13:45~14:452109011102~3837人2109011201~033人14:50~15:502109011204~39，重修40人6月11日（18周星期一)第25页关于力学测试与误差分析

课程考试规则和给分标准

一．

考试形式：闭卷二．

考试时间：60分钟三．

给分标准：1．基本概念题（包含测试技术概念、误差分析和数据处理、电阻应变测量原理及方法、金属材料力学性能及测试原理4部分）共8题，共计48分；第26页2．试验

共计52分

依据试验汇报项目分配以下：

试验仪器和设备5分写全使用试验仪器和设备满分

试验原理10分画出桥路接线图：5分试验结果处理计算公式：5分

试验步骤10分

写出简单试验步骤：3分灵敏系数：

4分试验结束恢复：3分第27页

试验数据10分三遍数据或增量三遍：4分

加初载：3分数据准确性：3分

试验结果12分

结果正确满分

思索题5分答案正确

满分

第28页普通试验装置都包含三部分

1．试验件部分２．加力部分（给试验件加力，判断加力方向）３．测力显示部分试验规范1．只要试验允许，试验前必须加卸载，最少三遍（消除机械滞后等）2．只要试验允许，试验前必须加初载，普通为满载荷

5%~10%（或依据设备特点固定初载荷值）（以排除机械间隙等）3．试验数据，普通做三遍，取平均值第29页已做试验分析：1．等强度梁试验装置a.怎样测表面应变（弯曲应变）b.用单臂半桥（多点公共赔偿）c.双臂半桥d.对臂全桥e.四臂全桥f.串并联首先观察应变片布片（粘贴）位置，分析应变改变规律。等强度梁试验装置第30页Fy

然后确定：要求计算（测）多大载荷下应力或应变？

200克，共测了5个200克，从0（砝码盘重量为初载）至1000克。这称为增量加载。两个目标：一是可观察等强度梁在材料弹性阶段，其应力或应变是线性改变，二是依据试验要求，只要试验允许数据最少测三遍，取三遍平均值。这个试验数据实际上测量了5遍，取5遍平均值计算。第31页该试验考试时注意：2.纯弯曲梁试验装置

试验中，计算（测）梁在F力为1KN

作用下，沿梁横截面高度应力（应变）分布规律。实际测了4遍，取了4遍平均值。c.

假如要求测定应力，那就经过虎克定律计算b.要求用何种组桥方式，测量上表面，还是下表面，依据要求组桥测量。a.要求测多大载荷下应变或应力，如400克、600克等，依据载荷考虑怎样加载，若不够用增量加载方式，就用从复加在方式。第32页纯弯曲梁试验装置注意加力方向，往下是给梁加力。手轮旁边有指示标签。第33页该试验考试时注意：

不会要求做分布曲线，只会要求测量距中性层某个距离层面在某力作用下应力，看清要求中性层以上距离，还是以下

距离，或是上、下表面。（10mm，15mm，20mm）该设备最大载荷5KN，若要求测梁在F力为2KN

或3KN

或

4KN作用时应力，应怎样加载，怎样组桥试验？记住编号与中性层距离关系。经过虎克定律计算应力。依据载荷考虑怎样加载，若不够用增量加载方式，就用从复加在方式。第34页3.弯扭组合试验装置弯扭组合试验装置该试验考试时注意：测定弯矩引发正应力、扭矩引发切应力（剪应力）、剪力引发弯曲剪应力（切应力）。因为是确定应力，必须有应力-应变换算。正应力上、下表面，单向应力状态，用虎克定律切应力（剪应力），用A、C点应变片，用广义虎克定律第35页TF第36页TTFSFS+M第37页d=4T全桥第38页4.拉压试验装置该试验考试时注意：1.板试件在某力作用下轴向应力。会给定F

力2.测定板试件弹性模量E。会给定应变值F拉压试验装置

对臂全桥

第39页四臂全桥依据虎克定律

可求得E

用对臂全桥四臂全桥第40页

主通道0CBA赔偿B’——C’测量通道A、B、C、DABCD123456789101112第41页1.看清题意，测什么（或测哪个位置），有没有组桥要求，有，则按要求组桥，没有，则自己确定，选择灵敏度大组桥方式，并将接桥方式画出，画惠斯顿电桥形式。2.测定应变还是应力，测应力，则写出应变-应力换算公式。3.确定加载方案，按试验要求测得相关数据，并处理数据，得到结果。第42页1．分析各种测量方法中温度赔偿实现方法。

单臂半桥、对臂全桥组桥均由温度赔偿片实现温度赔偿；双臂半桥、四臂全桥、串、并联半桥组桥均由工作片实现温度自赔偿。2．采取串联或并联组桥方式，能否提升测量灵敏度？为何？

采取串联或并联组桥方式，不能提升测量灵敏度。因为不论串、并联均不能改变，不能提升读数应变。3．当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致时，将粘贴在被测件上应变片组成单臂半桥测量电路，被测件受力后，应变仪读到应变是否是被测件表面应变？试验二思索题第43页

电桥测量灵敏度是测量电桥所感受被测件上应变灵敏程度。P66

当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致，组成单臂半桥测量电路时，应变仪读到应变即为被测件表面应变。4．电桥测量灵敏度是否指用应变片组成测量电桥所感受被测件上应变灵敏程度？5.将粘贴在被测件上应变片组成测量电桥接至应变仪上，未对被测件作用外力，但应变仪有读数应变，问该读数应变是由什么原因引发？

该读数应变是因为四桥臂电阻阻值不完全相等，造成电桥不平衡所引发。

第44页1.比较应变片6和7（或应变片4和5）应变值，可得到什么结论？4和5，6和7应变相等，符号相反，对称于中性层，纵向纤维间无挤压。

试验三思索题

2.应变片测量应变是：a.应变片栅长中心处应变？

b.应变片栅长长度内平均应变？

c.应变片栅长两端点处平均应变？应变片测量应变是应变片栅长长度内平均应变3.本试验中对应变片栅长尺寸有没有要求？为何？第45页

本试验中对应变片栅长尺寸无要求。因为应变片测量应变是应变片栅长长度内平均应变，而纯弯曲梁在纯弯曲段内沿梁轴线方向应变是均匀，沿梁横截面高度应变是线性分布。

依据公式，实测应变分别为：274.5、206、137。

4．应变片灵敏系数K为2.24，应变仪灵敏系数K仪为2.12，已知读数应变分别为290，218，145，问实测应变为多少？5．能经过加长或增加应变片敏感栅线数方法改变应变片电阻值来改变应变片灵敏系数？为何？第46页

用加长或增加应变片敏感栅线数方法改变应变片电阻值，不能改变应变片灵敏系数，因为应变片灵敏系数与电阻改变率相关，即试验四讨论

1.不一样约束支撑条件下，细长压杆失稳时变形特征有何不一样？

不一样约束支撑条件下，细长压杆失稳时变形特征不一样，两端铰支撑时，变形对称，在处，变形最大，为失稳截面；而一端固定一端铰支撑时，则在处，变形最大，为失稳截面；后者临界力

第47页2.临界力测定结果和理论计算结果之间差异主要是由哪些因数引发？

临界力测定结果和理论计算结果之间差异主要影响原因有：a）压杆受一对P力作用，P力作用偏心会影响测量结果；b）压杆重复测试，产生预弯曲，会影响测量结果；

c）应变片粘贴位置与失稳截面有差异，会影响测量结果；d）理论计算力学模型与实际不完全一致，会引发计算结果与实测结果差异，比如压杆长度，在一端固定一端铰支撑时，压杆长度实际尺寸是小于350mm。第48页1.测定由弯矩、剪力、扭矩所引发应变，还有哪些接线方法，请画出测量电桥接法。试验六思索题a．测量弯矩引发应变，还能够用R5

或R11与赔偿片组成单臂半桥，见图；

b．测量扭矩引发应变见下列图；c．测量剪力引发应变见下列图；

第49页2.本试验中能否用二轴450应变花替换三轴450应变花来确定主应力大小和方向？为何？

本试验中A、C两点能够用二轴450应变花替换三轴450应变花，B、D两点不能够。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知，只要求主应力大小，两个未知数，只要用两个应变片就能够了。

第50页3.本试验中，测定剪力FS引发剪应力时，是否有其它力影响？若存在其它力影响，请画出仅测定剪力FS引发剪应力布片图以及组桥接线图。有弯矩引发应变影响TTFSFSM-M-M第51页试验一思考题1.测定材料力学性能为何要用标准试件？

为了排除试件尺寸对材料塑性指标A测试结果影响，便于进行不一样材料间塑性指标A比较。2．材料拉伸时有哪些力学性能指标？

材料拉伸时力学性能指标有强度指标：上屈服强度ReH、下屈服强度ReL；要求非百分比延伸强度Rp，要求残余延伸强度Rr，要求总延伸强度Rt，抗拉强度Rm；塑性指标：断后伸长率A，断面收缩率Z；弹性指标：弹性模量E，泊松比。第52页3．测定断后伸长率