《应力应变测量》课件

应力应变测量课程大纲应力应变测量概述定义、应用、测量变量与测量量应力、应变关系基本概念、应力应变关系曲线测量原理与方法应变片原理、应变仪工作原理数据处理与分析数据采集、分析方法什么是应力应变测量？应力应变测量是研究材料或结构在载荷作用下，其内部应力和应变变化规律的技术。它通过测量材料或结构的形变来间接计算其内部的应力状态。应力应变测量是材料力学、结构力学、机械工程、土木工程、航空航天等领域的重要研究方法，在结构设计、性能测试、故障诊断等方面发挥着至关重要的作用。应力应变测量的应用材料性能测试确定材料的强度、弹性模量、屈服强度等关键参数，用于材料选择和设计优化。结构健康监测评估结构的安全性，识别潜在的缺陷和损伤，提高结构耐久性和安全性。机械装备诊断分析机械设备的运行状态，识别故障和异常，及时进行维护和修理。测量变量与测量量应力施加在物体上的外力应变物体在应力作用下的形变其他测量量温度，湿度，振动应力的概念拉应力当外力作用于物体时，物体内部的分子会被拉开，产生拉伸应力。压应力当外力作用于物体时，物体内部的分子会被挤压，产生压缩应力。剪应力当外力作用于物体表面时，物体内部的分子会被切断，产生剪切应力。应变的概念应变是指物体在外力作用下发生的形变程度，通常用应变率来表示。应变率是指物体在受力方向上单位长度的形变量。应变是材料在受力后产生的形变，它反映了材料的变形能力。应变可以用应变计或其他测量方法来测量，用于分析结构的强度和稳定性，以及预测材料的失效情况。应力与应变的关系1正比关系在弹性范围内，应力与应变成正比关系。2胡克定律该关系由胡克定律描述，即应力等于应变乘以材料的弹性模量。3非线性关系超出弹性范围，应力与应变之间的关系不再呈线性，并可能出现屈服、强化、断裂等现象。测量原理及方法1应力应变测量原理2应变片法利用应变片将应变转换为电信号3光学测量法利用光学原理测量形变4数字图像相关法利用图像分析技术测量形变应变片基本原理电阻应变片应变片是一种将机械应变转换为电阻变化的传感器。它通常由一个金属箔片组成，箔片上粘贴着一个电阻丝。工作原理当物体发生形变时，电阻丝的长度和横截面积会发生变化，从而改变电阻值。应变片通过测量电阻变化，间接测得物体的应变大小。应变片的类型金属箔应变片最常见的类型，利用金属箔的电阻变化来测量应变。半导体应变片利用半导体材料的电阻变化来测量应变，灵敏度更高。光纤应变片利用光纤的折射率变化来测量应变，抗电磁干扰能力强。应变片的使用1粘贴应变片需要粘贴在测试物体表面2连接应变片与应变仪连接3测量应变仪测量应变应变仪的结构应变仪是用于测量应变的仪器，其结构一般包含以下部分：传感器：用于将机械应变转换为电信号。放大器：用于放大传感器输出的微弱电信号。显示器：用于显示应变值。数据采集系统：用于记录和存储应变数据。应变仪的工作原理电阻变化应变片粘贴在被测物体表面，当物体受力变形时，应变片也会随之发生变形，其电阻值也随之发生变化。惠斯通电桥应变片与其他电阻元件组成惠斯通电桥，当应变片电阻值变化时，电桥输出电压也会发生变化。信号放大应变仪将电桥输出的微弱电压信号放大，并将放大后的信号显示在仪表上。应变仪的校验定期校准确保应变仪的准确性，以获得可靠的测量结果。标准砝码使用已知重量的标准砝码进行校验，以确定应变仪的误差范围。校准曲线通过校准过程，建立应变仪的校准曲线，用于校正测量结果。应力应变测量系统传感器应变片、压力传感器、加速度计等，用于采集目标物体的应力应变信息。信号调理电路放大、滤波、转换等，将传感器输出的微弱信号处理成可供数据采集系统识别的信号。数据采集系统将处理后的信号数字化，并存储到计算机中，以便进行后续分析。数据处理与分析软件对采集到的数据进行分析、计算，得出应力应变分布、结构强度等信息。数据采集系统传感器应力应变传感器将物理量转化为电信号，如应变片、压力传感器等。数据采集器数据采集器负责将传感器信号数字化并存储，可选择不同的采样率和精度。软件数据采集软件用于配置采集参数、控制采集过程，并进行实时数据显示和存储。数据处理与分析1数据采集收集来自传感器和测量仪器的数据。2数据预处理数据清洗、过滤和校正。3数据分析运用统计方法和模型进行分析。4结果解释将分析结果转化为可理解的信息。应力应变测量实例应力应变测量在许多领域都有着广泛的应用，下面是一些常见的实例：静载试验：例如，测试桥梁或建筑物的承载能力动载试验：例如，测试飞机机翼的振动特性疲劳试验：例如，测试材料在反复载荷下的寿命静载试验1定义在结构上施加静止负载，并监测其变形、应力和应变的变化。2目标评估结构的承载能力和材料的力学性能。3步骤负载施加、数据采集、分析和结果解释。动载试验1振动模拟重复性振动载荷2冲击模拟突然冲击载荷3疲劳模拟交变载荷疲劳试验1循环载荷重复施加应力，模拟实际工况。2裂纹萌生材料内部发生微观裂纹。3裂纹扩展裂纹逐渐长大，最终导致断裂。4疲劳寿命材料在特定载荷下，所能承受的循环次数。材料性能测试拉伸试验测定材料在拉伸载荷作用下的力学性能，如抗拉强度、屈服强度、伸长率等。压缩试验测定材料在压缩载荷作用下的力学性能，如抗压强度、压缩模量等。弯曲试验测定材料在弯曲载荷作用下的力学性能，如弯曲强度、弯曲模量等。冲击试验测定材料在冲击载荷作用下的力学性能，如冲击韧性、冲击强度等。硬度试验测定材料抵抗局部压痕的能力，如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。桥梁结构监测1安全评估监测桥梁结构的安全状况，及时发现潜在风险2维护管理为桥梁维护和维修提供科学依据3性能分析评估桥梁结构的承载能力和使用寿命航空航天领域应力应变测量对于评估火箭发动机和航天器结构的安全性至关重要。卫星和航天器上的应力应变测量有助于监测其在极端环境下的性能。机械装备诊断故障诊断通过应力应变测量识别机械设备的潜在故障，例如裂纹、疲劳和磨损。性能评估评估设备的运行状态和性能，并预测未来可能出现的故障。维护优化根据诊断结果，优化设备的维护计划，降低维护成本，提高设备使用寿命。结构健康监测实时监控利用传感器收集结构数据，实时监测结构健康状况，识别潜在风险。预测性维护通过数据分析预测结构未来可能出现的故障，提前进行维护，降低风险。寿命延长及时发现问题，采取相应措施，延长结构的使用寿命，提高安全性。其他应用领域土木工程桥梁、隧道、建筑物的应力应变测量，保证工程结构的安全可靠性。机械制造机械部件的应力应变分析，提高设计效率，延长使用寿命。能源领域风力发电机的叶片、核反应堆的压力容器等，安全监测，保证运行安全。生物医学人体组织、器官的应力应变研究，促进医疗诊断和治疗。趋势展望人工智能与自动化AI与自动化技术将进一步提升应力应变测量的精度和效率。物联网与传