第3-3章 应力应变测量(电阻应变测量技术)

1、 Sichuan UniversitySichuan University1 13-33-3根据被测对象的应力状态，选择测点和布置应变片和合理接桥是实测时应根据被测对象的应力状态，选择测点和布置应变片和合理接桥是实测时应首先解决的问题。首先解决的问题。1 1 布布片和桥接的一般原则片和桥接的一般原则力学：力学：首先考虑应力集中区和边界上的危险点，选择主应力最大、首先考虑应力集中区和边界上的危险点，选择主应力最大、最最能反映力学规律的点贴能反映力学规律的点贴片。片。电路电路：利用结构对称点，利用电桥的加减特性，合理选择贴片利用结构对称点，利用电桥的加减特性，合理选择贴片位置、位置、方位方位和组桥

2、方式和组桥方式，可以达到稳定补偿、提高灵敏度、降低非线性误，可以达到稳定补偿、提高灵敏度、降低非线性误差和消除其他影响因素的目的。差和消除其他影响因素的目的。荷载荷载测量：测量：避开应力避开应力应变非线形区贴应变非线形区贴片片检验检验：在在已知应力部位安排测点，检验结果的可靠性。已知应力部位安排测点，检验结果的可靠性。 Sichuan UniversitySichuan University2 23-33-3一、一、 布片和接桥布片和接桥组成的测量电桥：组成的测量电桥：半桥接法和全桥接法。半桥接法和全桥接法。 半桥接法：两个应变片作电桥的相邻臂，另两臂用应变仪电桥盒半桥接法：两个应变片作电桥的

3、相邻臂，另两臂用应变仪电桥盒中精密无感电阻中精密无感电阻。工作半桥工作半桥与桥盒的与桥盒的1 1、2 2、3 3接线柱相连，并通过短接片与电桥盒中精密无感电阻接线柱相连，并通过短接片与电桥盒中精密无感电阻连接，组成测量电路，接入应变仪。连接，组成测量电路，接入应变仪。 全桥接法：电桥四个臂均由应变片构成。消除导线电阻的影响，全桥接法：电桥四个臂均由应变片构成。消除导线电阻的影响，提高提高灵敏度。灵敏度。工作应变片组成的全桥工作应变片组成的全桥与桥盒的与桥盒的1 1、2 2、3 3、4 4接线柱相连，此测量电路通过电桥盒接入接线柱相连，此测量电路通过电桥盒接入应变仪。应变仪。 Sichuan U

4、niversitySichuan University3 33-33-3 Sichuan UniversitySichuan University4 4二、二、 温度温度补偿：补偿：3-33-3 温度对应变片电阻值影响大，现场测量误差不可忽视，必须温度对应变片电阻值影响大，现场测量误差不可忽视，必须设法消除，消除的方法是温度补偿设法消除，消除的方法是温度补偿！1 1）应变片的温度效应：应变片的温度效应：因环境温度变化引起的虚假应变。因环境温度变化引起的虚假应变。电阻丝的电阻温度变化。电阻丝的电阻温度变化。应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。 Sichua

5、n UniversitySichuan University5 5二、二、 温度温度补偿：补偿： 2 2）温度补偿方法）温度补偿方法温度温度自补偿应变片自补偿应变片法：法：通过对应变片的敏感栅材料和制造通过对应变片的敏感栅材料和制造工艺上采取措施，使其在一定温度范围内的工艺上采取措施，使其在一定温度范围内的RtRt=0=0，该方，该方法常用法常用于中、于中、高温下的应变测量；高温下的应变测量；桥路桥路补偿法：补偿法：用于用于常温下常温下。是通过布片和桥接的方法消除。是通过布片和桥接的方法消除温度影响。温度影响。3 3）桥）桥路补偿法：路补偿法：补偿块补偿块补偿法补偿法工作片补偿法工作片补偿法3

6、-33-3 Sichuan UniversitySichuan University6 6二、二、 温度补偿温度补偿3 3）桥路补偿法：）桥路补偿法：补偿块补偿法：补偿块补偿法：图图a a构件上的工作片和补偿块上的补偿片，接成板桥构件上的工作片和补偿块上的补偿片，接成板桥( (图图C C），），桥臂桥臂R1R1为工作片，桥臂为工作片，桥臂R2R2为温度补偿应变片，阻值为温度补偿应变片，阻值R1=R2R1=R2，k k也相同，粘贴工艺也相同，粘贴工艺也相同，处于相同温度场中，但补偿块不受力，故温度变化导致也相同，处于相同温度场中，但补偿块不受力，故温度变化导致R1R1和和R2R2的阻值的阻值变化

7、相同，根据电桥变化相同，根据电桥( (相减相减) )特性，电桥不会因温度变化而输出。故可消除温度特性，电桥不会因温度变化而输出。故可消除温度影响。影响。3-33-3当单纯补偿片所用的补偿板和待测当单纯补偿片所用的补偿板和待测材料不同时，材料不同时，产生的虚假应变值产生的虚假应变值f f为多大？为多大？4321仪 Sichuan UniversitySichuan University7 7二、二、 温度补偿温度补偿3 3）桥路补偿法：）桥路补偿法：3-33-3当单纯补偿片所用的补偿板和待测材当单纯补偿片所用的补偿板和待测材料不同时，料不同时，产生的虚假应变值产生的虚假应变值f f为多大？为多大

8、？4321仪工作片补偿法：工作片补偿法：图图b b、c c中，与上述不同的是，中，与上述不同的是，R2R2和和R1R1贴在同一构件贴在同一构件上，既参与了工作，又起到了温度补偿作用，消除了温度影响，又上，既参与了工作，又起到了温度补偿作用，消除了温度影响，又提高了灵敏度。图提高了灵敏度。图b b中，因中，因1=-21=-2，R1R1和和R2R2为接成半桥的相邻两为接成半桥的相邻两臂，电桥测试精度提高了一倍。在两贴片位置的应变关系已知时，臂，电桥测试精度提高了一倍。在两贴片位置的应变关系已知时，可采用此法。可采用此法。 Sichuan UniversitySichuan University8

9、83-33-3三、各种应力状态下的应力应变测量三、各种应力状态下的应力应变测量1、单向、单向应力状态下的应力应力状态下的应力应变测量：应变测量： 拉压测量，最简单方法是半桥补偿块补偿法，即沿轴向粘贴一拉压测量，最简单方法是半桥补偿块补偿法，即沿轴向粘贴一个工作片，补偿块上贴一个补偿片，接成半桥测量，但该法不能消个工作片，补偿块上贴一个补偿片，接成半桥测量，但该法不能消除偏心弯矩引起的附加应变，所以，实测时，一般采用：除偏心弯矩引起的附加应变，所以，实测时，一般采用： 半桥四片补偿块补偿法测拉半桥四片补偿块补偿法测拉压压 全桥四片测拉压全桥四片测拉压 Sichuan UniversitySich

10、uan University9 93-33-3半桥四片补偿块补偿法测拉半桥四片补偿块补偿法测拉压：压：圆柱体受拉贴片，补偿块与构件材料圆柱体受拉贴片，补偿块与构件材料相同，补偿片与工作片性能相同，接成半桥相同，补偿片与工作片性能相同，接成半桥(图图b)对工作片，有 R1=RP+RW+R1t R1=RPRW+R1t对补偿片，有 R2=R2t R2=R2tRRVRRRRRRRRRRVUptttWptwpBD41)22(412211由上式可以看出，仪器读数为由拉伸(压缩)引起的真实应变，消除了偏心的影响，同时也可以看出，串联应变片虽不能提高电桥灵敏度，但可以增加桥压，提高电桥的输出. P、w、t分别

11、表示拉、弯、温度引起的电阻变化 Sichuan UniversitySichuan University10103-33-3问题：问题： 1 1、上述四片应变片、上述四片应变片在接桥时，可以随意在接桥时，可以随意互换吗互换吗？ 2 2、可以采、可以采用半桥接法吗？用半桥接法吗？全桥四片测拉全桥四片测拉压：图为圆柱体偏心受拉，接成全桥，各压：图为圆柱体偏心受拉，接成全桥，各桥臂阻值变化为：桥臂阻值变化为：R1=RP+ RW+R1tR2=-RP RW+R2tR3=RP RW+R3tR4=-RP RW+R4t仪器读数为由拉伸(压缩)引起的真实应变数的2(1十) RRVRRRRRRRRVUpBD)1

12、(241)(414321 Sichuan UniversitySichuan University11113-33-3 2、主应力、主应力方向已知的平面应力测量方向已知的平面应力测量 E 1222212111 EE （1）若测点是单向应力状态，贴片应在主应力方向，通过应变仪测得主应）若测点是单向应力状态，贴片应在主应力方向，通过应变仪测得主应变，则该点主应力为变，则该点主应力为（2）若被测点是二）若被测点是二向向应力状态，且其应力应力状态，且其应力1、2方向方向已知已知，工作应变片，工作应变片R1和和R2贴在主应力方向，而补偿片贴在主应力方向，而补偿片R3、R4贴在不受力的补偿块上，分别测出贴

13、在不受力的补偿块上，分别测出1、2方向方向的应变的应变1、2，可用下式计算，可用下式计算21234 Sichuan UniversitySichuan University12123-33-3 3. 主应力方向未知的平面应力测量主应力方向未知的平面应力测量在同一部位三个方向布设应变在同一部位三个方向布设应变片，只要片，只要测得三个方向的线应变测得三个方向的线应变、 (下式下式) ，就可通过下列方程组求出，就可通过下列方程组求出x、y、xy。 cossinsincoscossinsincoscossinsincos222222xyyxxyyxxyyx Sichuan UniversitySich

14、uan University13133-33-3 3. 主应力方向未知的平面应力主应力方向未知的平面应力测量测量 )1(21)(1)(22 xyxyxyyyxxEEE yxxyxyyxyx 2arctan21222221从而求出主应力及其方向从而求出主应力及其方向从而求出主应力及其方向从而求出主应力及其方向从而求出主应力及其方向从而求出主应力及其方向地下结构和岩体工程测试中，地下结构和岩体工程测试中，地下结构和岩体工程测试中，地下结构和岩体工程测试中，地下结构和岩体工程测试中，地下结构和岩体工程测试中，主应力的方向往往未知，故主应力的方向往往未知，故主应力的方向往往未知，故主应力的方向往往未知，故主应力的方向往往未知，故主应力的方向往往未知，故常采用应变花常采用应变花常采用应变花常采用应变花常采用应变花常采用应变花 Sichuan UniversitySichuan University14143-33-3 3. 主应力方向未知的平面应力主应力方向未知的平面应力测量测量 （1）等角应变花）等角应变花 （2）直角应变花）直角应变花 xyxy Sichuan UniversitySichuan University15153-33-3 3. 主应力方向未知的平面应力主应力方向未知的平面应力测量测量 23arctan213311)1(32221E（1）等角应变花（钻孔应力解除法）等角应