【重庆大学机械工程测试技术】10应变应力测量

1、第10章 应变、应力测试,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,第10章 应变、应力测试,重庆大学,机械学院 测试中心,尹爱军,10.1 概述,应变测试原理框图,电阻应变片,测量电路,显示与记录仪器或计算机,R,u或i,应变测试的特点：,用途广泛 动态特性好 测量范围大 适应性强,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,10.2 应变片的选择,敏感栅材料的选择,底基材料的选择,栅长与栅厚的选择,灵敏系数的选择,测试环境的选择,在特殊条件下对应变片的选择,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,10.3 应变测量电路,应变测试中，应变片感受的应变很微弱，其电阻相对变化率R/R很小，因此需要专门

2、的测量电路进行放大，并将其转换成电信号加以检测，通过对被测应变性质（拉或压）的鉴别，再输入显示、记录仪表进行显示记录，或输入计算机、分析仪器进行分析处理。通常采用电桥电路对信号进行变换或放大。,10.3.1 直流电桥,直流电桥电路,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,(1) 直流电桥平衡条件，输出电压,当电桥平衡时，即：,此时输出电压U=0,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,(2) 半桥单臂联接 电桥输出电压,式中：,（一般情况下，R1R1）,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,(3) 半桥单臂联接电桥电压灵敏度,1）电桥电压灵敏度KV正比于供桥电压E，但供桥电压受限于应变片允许

3、的工作电流。故一般情况下，不依赖增大E来实现电压灵敏度的提高。 2）电桥电压灵敏度KV还与桥臂比n存在函数关系。恰当选择桥臂比n的值，可获得较高的电桥电压灵敏度。 3）n=1时，R1= R2= R3= R4组成等臂电桥，KV有最大值，即电桥电压灵敏度。 4）当E、为定值时，电桥的输出电压及灵敏度为定值，且与桥臂电阻值的大小无关。,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,(4) 半桥单臂联接非线性误差,对于全等臂电桥（n=1），有,（电阻的相对变化量为 ）,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,（5）差动电桥及其补偿原理,双臂电桥输出电压：,全桥联接电桥输出电压：,双臂电桥电路,机械工程测试原

4、理与技术 应变、应力测试,10.3.2 交流电桥,供桥电压采用交流电源,桥臂不再是直流电桥中的“纯电阻”，而是呈复阻抗特性。可分别用Z1 、Z2 、Z3 、Z4表示四个桥臂的电抗，分别代替桥臂电阻R1 、R2 、R3 、R4，得到如下的适用于交流电桥的平衡关系式。,典型交流电桥平衡电路,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,10.3.3 放大电路（极间耦合、零漂）,（1）交流放大式测量电路,（2）直流放大式测量电路,y6D-3动态电阻应变仪原理框图,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,10.4 布片与组桥,10.4.1 布片的一般原则,1、根据试验目的布片 鉴定性试验，主要是了解结构承受

5、危险载荷时是否安全可靠，应力状态是否符合设计要求。因此，应选择结构的危险点处布片。 研究性试验，主要测定应力的分布曲线，以验证计算理论和方法的合理性，除选择危险点布片外，还要在内力变化大的主应力点和形状尺寸变化大的点处布片。 2、根据结构分析布片 结构和外载对称的工况，可在结构的对称面上布片，可减少测点数量。若需要校核其准确性，可在另一侧面布置校核点即可获得整体结构的应力状态。 3、根据应力方向布片 分析结构应力性质进行布片。对于已知的单向应力状态，应沿应力方向布片。对于平面应力状态，应采用单向布片结合应变花进行测量，通过计算获得主应力值。,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,10.4.2

6、 组桥,1，组桥形式与电桥的和差特性,电桥的和差特性式：,1）当R1=R2=R3=R4时，三种方式输出灵敏度之比为 1：2：4，可见，采用双臂和全桥联接，可提高灵敏度，且能实现温度补偿。 2）进行多点测试时(如汽车骨架应力测试)，为避免接线繁杂，减少干扰，可采用公用补偿片的办法组成双臂电桥。 3）某些测试仪器，如Dater Logeer UCAM-70A及ScamnerUSB-70A多通道数据采集系统，能满足实时多点同步测量的要求，直接采用单臂联接，大大减少了接线工作量。数据处理极为简便。,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,2，常见布片与组桥方式（P351）,10.4.3 典型应力状态的

7、布片及主应力计算(P352),1、单向应力状态：沿构件轴线方向布片，可测出主应变，则主应力为： =E 式中：E材料的弹性模量 测得的应变 2、平面应力状态：一般情况下，应采用应变花布片，分别测得三个方向的线应变，再计算出相应的主应变和主应力。,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,10.5 保证应变测试精度的措施,正确选择电阻应变片、配套测试仪器、合理布片与组桥,减少贴片误差,1,1,贴片误差,当愈大，附加误差也愈大，例如单向应力状态下，理论=0则引起的误差为：=(1+) 1sin2,则实测应变与理论应变的相对贴片误差：,机械工程测试原理与技术 应变、应力测试,克服附加电阻的影响,1、接触电阻的影响,实际接线时，在电桥输入端用接线柱（或开关）则产生接触电阻r。,对于单臂电桥 :,2、导线电阻的影响,导线过长，产生附加电阻r。,电