《材料力学 第2版》课件 第9章 实验法

第9章实验应力分析1第9章实验应力分析§9.1概述§9.2电测应力分析的基本原理§9.3测量电桥的接法及应用§9.4二向应力状态下主应力已知时的应力测定§9.5二向应力状态下主应力未知时的应力测定2一.为什么要进行实验应力分析9.1概述

31.理论公式都是经过实验,提出假设,通过几何、物理、平衡关系推导而来.2.推导出的理论公式再经实践验证.3.对某些(受力、结构、形状)复杂构件,不满足材力理论公式的条件.4.新理论、新公式、新材料都要经过实验验证.一.实验应力分析的方法9.1概述

41.电测法-----主要介绍-----做两次实验2.光测法3.涂层法4.X射线法5.比拟法6.全息法9.2电测应力分析的基本原理

5一.转换原理构件F电阻的变化电压(电流)应变值应变片应变仪记录器(应变)(电阻)电测法-----非电量的电测量方法装置换算9.2电测应力分析的基本原理

61.电阻应变片丝绕式金属箔式9.2电测应力分析的基本原理

79.2电测应力分析的基本原理

8三部分基底---绝缘的薄纸,塑料片丝栅d=0.02~0.05mm镍铬,镍铜合金绕成栅引线d=0.15~0.18mm镀锡的铜线产品标定l---标距l=1---20mmlmin=0.2mm阻值R=50---200Ω一般120Ωl9.2电测应力分析的基本原理

92.转换原理与测点指定方向的应变成正比,即:K----灵敏系数,一般K=2将电阻片用特殊的胶贴在被测构件,预测的方向上.实验表明:电阻变化率9.2电测应力分析的基本原理

10二.测量原理及电阻应变仪由于被测构件变形小电阻变化很小通过仪器放大来测量静态电阻应变仪工作原理----电桥平衡[惠斯顿]电桥输出电压:电桥平衡ABCEDR1R2R3R49.2电测应力分析的基本原理

11当产生略高阶微量得9.2电测应力分析的基本原理

12

变换表盘,将因子变化成相应的应变系数,电桥输出利用ABCEDR1R2R3R49.2电测应力分析的基本原理

13结论(1)可以从电桥输出量的大小来确定应变值

r。若只有R1为工作片，则读数值(2)电桥输出为相邻两臂符号相反,相对两臂符号相同.(3)根据上述特性,相邻两臂可以消除等值同号应变成分，相对两臂可以消除等值异号应变成分。利用这一特性可解决温度补偿，提高测量精度.ABCEDR1R2R3R49.2电测应力分析的基本原理

14二.温度补偿受力----应变温度----应变要消除温度变化引起的应变

t由ABCEDR1R2R3R4相邻两臂贴法材料温度下R1受力(工作片)R2不受力(补偿片)采用相同电阻片方法一:温度补偿片法9.2电测应力分析的基本原理

15方法二:桥路补偿法ABCEDR1R2R3R4相邻两臂电阻片贴法构件温度下R1工作片R2工作片消除了工作片上由于温度变化而引起的变,达到了温度补偿.应采用相同由9.3测量电桥的接法及其应用

16两臂工作四臂工作两臂工作(1)实现温度补偿(2)从复杂变形中测出所需的应变成分(3)尽量扩大读数,以减小误差,提高精度.布片方案:由受力,所测内容确定.全桥半桥接桥方式达到目的单臂工作ABCEDR1R2R3R49.3测量电桥的接法及其应用

17电测法的主要优点:(3)静,动均可.(4)高低温,高压,液态下.(5)可遥测.(1)灵敏度高.(2)应变片尺寸小,粘贴牢.lmin=0.2mm电测法的主要缺点:(1)只便于构件表面应变的测量.(2)测整体应力分布,需很多测点,工作量大.(3)对应力集中的测量面不够精确.(4)仪器,导线多,现场易受环境的干扰.9.3测量电桥的接法及其应用

18例1已知E，

,

测定

max,试确定布片、接桥方案。MMR1R2解：第一方案，分析：R1

R2

1

=

M+

t

则

2

=

M+

t

采用半桥接法DR2R1CAB9.3测量电桥的接法及其应用

19DR2R1CABR1R2MM上下表面由胡克定律

r是实际应变

M的两倍，提高了测量灵敏度。若上下表面温度相同，可实现温度补偿。R1

9.3测量电桥的接法及其应用

20R1

R2

MMABCDR1R2R3R4若上下温度不同温度补偿片R3(下)

，R4(上)t1t2第二方案，全桥接法：9.3测量电桥的接法及其应用

21全桥接法ABCDR1R2R3R4第三方案，R1R2MMt1t2上下表面R1R4R3R49.3测量电桥的接法及其应用

22分析：RaRb例2通过应变测量(1)求偏心载荷F;(2)

求e.试确定布片、接桥方案。截面b

hxFexFF

e解：Ra

N+

MRb

N

M

Ra=

N+

M+

t

Rb=

N

M+

t采用全桥接法Ra，Rb应对臂，ABCDRaRcRbRd(1)测FRc，Rd温补片，yzbh9.3测量电桥的接法及其应用

23RaRbFF

e由胡克定律ABCDRaRcRbRdxRa

N+

MyzRa

NRa

M9.3测量电桥的接法及其应用

24RaRbFF

eRa

N+

MRb

N

M

Ra=

N+

M+

t

Rb=

N

M+

txDRbRaCAB采用半桥接法Ra，Rb应邻臂，(2)

求e.（测M=Fe）yzbh9.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

25当主应力方向已知时,沿主应力方向贴片,测出两个主应变.根据接桥方式找出读数应变与真实应变的关系,再由广义胡克定律求应力.圆轴扭转,已知E和μ,求τmax

,正应力。MeMe例2确定布片,接桥方案,并导出应力计算公式.9.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

26解:应力分析采用全桥接法.MeMe沿与轴线成450方向为主方向,故沿主应力方向布片.R1R2R3R4ABCDR1R2R3R49.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

27由广义胡克定律:MeMeR1R2R3R4ABCDR1R2R3R49.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

28RbRa例3圆轴拉、弯、扭组合,已知d,

E,μ,要求测出FN、

Mx、M，试确定布片,接桥方案,导出FN、Mx、M与

r之间的关系式。MxMxMMFNFN解：1.测量FN采用全桥接法因为ABCDRaRbRcRd9.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

29RbRaMxMxMMFNFNABCDRaRcRbRd9.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

30RbRa采用半桥接法2.测量MDRbRaCABMxMxMMFNFN9.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

31MxMxMMFNFN3.测量Mx采用全桥接法ABCDR1R2R3R4R1R2R3R4将R1、R2、R3、R4贴于中性轴分析：9.4二向应力状态下主应力方向已知时的应力测定

32由广义虎克定律:MxMxMMFNFNABCDR1R2R3R4R1R2R3R49.5二向应力状态下主应力方向未知时的应力测定

33第七章第五节应变分析中曾提到应变分析在工程中的应用,即介绍了应变花.若已知任意三个方向的应变,可求任意方向的应变或主应变.测9.5二向应力状态下主应力方向未知时的应力测定

34的分布来选择适宜的应变花.一般选用便于计算的值.根据受力,应力35弯扭组合变形实验ABlhFABA9.5二向应力状态下主应力方向未知时的应力测定

361.消弯测扭

将00片与900片接半桥.因σ在该两方向的分量为同号,τ在该两方向的分量为异号.故消去了弯曲的σA900009.5二向应力状态下主应力方向未知时的应力测定

372.消扭测弯AB的拉应力.半桥,测得的即弯曲引起的σA点应变花450

片受弯曲引起的压