《电阻应变》课件

电阻应变电阻应变是一种常用的测量应变的方法。该技术基于电阻与材料的应变之间的关系，通过测量电阻的变化来计算应变。一、应变的定义材料变形应变是指物体在受力作用下发生的形变程度，反映了材料的形变量与原始尺寸的比值。应力与应变应变与应力密切相关，应力是物体内部的抵抗形变的力，而应变则是材料对应力的响应。测量单位应变通常以无量纲的百分比或微应变（με）来表示，反映了形变的相对大小。二、应变的类型轴应变轴应变是指材料在拉伸或压缩作用下，其长度方向上的变形量与原长度之比。它是工程中最常见的应变类型，通常用ε表示，表示长度变化与原长度的比例关系。当物体受到拉伸力时，其长度会增加，因此轴应变为正值；当物体受到压缩力时，其长度会减少，因此轴应变为负值。剪应变剪应变是指材料在切向力的作用下，其形状发生变化，两个相邻截面之间的相对位移与材料的厚度之比。它描述了材料在切向力作用下所产生的变形，通常用γ表示。剪应变通常发生在材料受到剪切力时，例如在螺钉拧紧或金属板弯曲时。剪应变也常用于描述材料的刚度和强度。2.1轴应变11.定义轴应变是指物体在轴向拉伸或压缩时，其长度的变化量与原长度之比。22.公式轴应变可以用公式ε=ΔL/L表示，其中ε代表轴应变，ΔL代表长度变化量，L代表原长度。33.应用轴应变广泛应用于桥梁、建筑、机械等领域的结构强度分析，用于评估结构的受力情况和安全性能。2.2剪应变剪切力的作用当物体受到平行于其表面力的作用时，就会发生剪切应变。例如，螺丝钉拧紧时，会产生剪切应变。形变的形式剪切应变会导致物体发生形变，形变的大小与施加的剪切力成正比，也与物体的材料特性有关。2.3体积应变定义体积应变是指物体在受到外力作用下，体积发生的变化量与原体积之比。公式体积应变的计算公式为：体积应变=(体积变化量)/(原体积)。应用体积应变的概念在材料力学、流体力学等领域有着广泛的应用，例如计算材料的压缩性、流体的体积膨胀等。三、应变的测量方法11.机械式机械式应变测量方法通过直接测量物体形变来计算应变。常见的机械式应变计有应变片、应变仪等。22.电阻式电阻式应变测量方法利用电阻应变片将应变转换为电阻变化，通过测量电阻变化来计算应变。电阻式应变计具有高精度、高灵敏度等优点。33.光学式光学式应变测量方法利用光的干涉原理来测量应变，通过测量光程差来计算应变。光学式应变计具有非接触、高精度等优点。3.1机械式应变仪机械式应变测量主要依靠应变仪，其包含刻度盘和指针，可直观显示应变数值。杠杆原理应变仪通常利用杠杆原理将微小的形变放大，使其更容易被观察到。光学方法某些机械式方法使用光学仪器，例如显微镜，来精确测量微小的形变。3.2电阻式电阻应变片电阻应变片由金属丝或箔制成，其电阻会随应变而变化。该方法利用电阻变化来测量应变，具有高灵敏度、精度和可靠性的特点。惠斯通电桥惠斯通电桥是一种用于测量电阻的电路。它包含四个电阻，当桥路平衡时，电桥输出为零。通过测量电桥输出电压的变化来测量应变。信号放大由于电阻应变片产生的信号微弱，需要放大器来放大信号，以便进行测量和分析。放大器可以提高信号的强度和信噪比。3.3光学式莫尔条纹法莫尔条纹法利用两个光栅叠加产生干涉条纹，通过条纹的变化来测量应变。激光干涉法激光干涉法利用激光干涉原理测量应变，具有高精度和非接触测量等优点。数字图像相关法数字图像相关法利用图像处理技术，通过比较应变前后图像的差异来测量应变。四、电阻应变原理电阻应变计的工作原理基于材料的电阻变化与其应变之间的关系。当材料受到外力作用发生形变时，其内部的电子运动轨迹会发生变化，导致电阻发生改变。4.1金属电阻的变化电阻率变化金属电阻率受温度影响，温度升高时电阻率增大。应变引起金属材料体积变化，进而影响电阻率。几何尺寸变化金属丝发生拉伸时，长度增加，横截面积减小。长度增加导致电阻增大，横截面积减小也导致电阻增大。4.2合金电阻的变化合金材料合金电阻应变片常采用康铜或镍铬合金制成，具有较好的电阻温度特性。康铜是一种铜镍合金，具有良好的导电性和抗腐蚀性。电阻变化合金电阻应变片在受到拉伸应力时，其电阻值会增加，在受到压缩应力时，其电阻值会减小。电阻变化的大小与应变的大小成正比，该比例系数称为应变敏感系数。4.3应变敏感系数定义应变敏感系数是应变计在特定材料上产生的电阻变化与应变变化之间的比率。影响因素应变敏感系数受多种因素影响，包括材料的类型、温度和应变的大小。重要性它是将电阻变化转换为应变变化的关键参数，直接影响测量结果的准确性。五、应变计的构造应变计是应变测量系统的核心元件，其主要功能是将微小的应变转换为可测量的电信号。应变计通常由敏感元件、绝缘层、保护层和引线组成。5.1栅线应变片11.结构栅线应变片由金属丝或箔制成的细线构成，这些细线平行排列并固定在绝缘基板上。22.敏感方向栅线应变片的敏感方向是指应变片测量应变的方向，通常是沿栅线方向。33.尺寸和形状栅线应变片的尺寸和形状根据应用需求而有所不同，常见的形状有矩形、圆形和环形。5.2自粘应变片粘合性自粘应变片具有粘合层，可以直接粘贴在被测物体表面。集成化常与测量电路集成，方便使用。便携性体积小，便于携带和使用。5.3薄膜应变片制造工艺薄膜应变片采用真空溅射或电镀技术，在基底材料上沉积一层薄膜金属。高精度薄膜应变片具有高精度、高灵敏度和高稳定性等优点。应用广泛广泛应用于航空航天、机械制造、土木工程、医疗设备等领域。六、应变计的工作原理应变计的工作原理主要基于电阻应变效应，即金属导体的电阻会随着其长度和横截面积的变化而改变。当应变片受到外力作用发生形变时，其电阻值也会随之改变，这种电阻变化与应变之间存在着线性关系，可以通过测量电阻变化来间接测量应变。6.1布里奇电路1平衡状态电桥平衡，输出电压为零2应变片变化电阻变化，桥路失衡3电压输出输出电压与应变成比例惠斯通电桥是应变计测量系统中常用的电路。在平衡状态下，桥路输出电压为零。当应变片受到应变影响时，其电阻发生变化，导致桥路失衡。桥路输出电压与应变片电阻变化成比例，从而反映出应变的大小。6.2应变片的布置1单轴应变片单轴应变片通常用于测量单一方向的应变，例如拉伸或压缩应变。将应变片粘贴在结构上，并使其敏感轴与待测应变方向一致。2双轴应变片双轴应变片包含两个敏感轴，分别测量两个垂直方向的应变。这种布置适用于需要测量复合应变的情况，例如弯曲或扭转。3玫瑰花形应变片玫瑰花形应变片包含多个敏感轴，以星形排列。这种布置可以测量多个方向的应变，适用于复杂应力状态的分析。6.3温度补偿温度影响温度变化会影响应变片的电阻，导致测量误差。因此，需要进行温度补偿。补偿方法通常采用温度敏感元件或补偿电路，以抵消温度变化带来的影响。补偿效果温度补偿可以提高应变计测量的精度，确保数据可靠性。七、应变计的应用应变计在工程领域有着广泛的应用，可用于测量各种结构的应力应变。7.1静态测量桥梁结构应变计可以用于监测桥梁结构的应力变化，确保桥梁的安全性和耐久性。建筑物监测应变计可以用于监测建筑物结构的应力变化，评估建筑物的稳定性和安全性。管道检测应变计可以用于监测管道内部的压力变化，评估管道材料的受力情况，防止管道破裂。7.2动态测量动态应变动态应变指的是随时间变化的应变。动态测量主要应用于结构振动分析、冲击试验、疲劳测试等领域。测量方法常用的动态测量方法包括：应变计结合信号放大器和数据采集系统，以及光纤应变传感器。应用领域动态测量在桥梁、建筑物、机械设备、航空航天器等领域广泛应用，用于监测结构的动态响应。数据分析通过对动态测量数据进行分析，可以获得结构的振动频率、振幅、能量等信息，为结构安全评估和设计优化提供依据。7.3实例分析1桥梁结构应变计可用于监测桥梁的结构安全，例如监测桥梁的应力状态和变形情况。2飞机机翼应变计可用于监测飞机机翼的应力状态，确保其在飞行过程中不会发生断裂。3压力容