1、,力学实验中心,材 料 力 学 实 验,材料力学实验绪论及电测基本原理,材料力学实验要求:实验课前要求预习:教材+网络(10.71.27.71);按选课时段上课，每次上课必须签到；发给原始记录纸和实验报告的实验项目要求分组独立完成，且需提交实验报告，实验报告一组提交一份即可，每组人数：拉伸实验45人；电测实验23人；提交的“实验报告”和“原始记录纸”必须签上全组人员的姓名，未签名者有可能没有实验成绩，当事人自负其责。实验报告和出席情况为平时成绩，平均成绩占总成绩的90%；考试为机考，成绩占总成绩的10%；选择创新实验项目可以只做一个实验项目，但要求4学时内独立完成，每个创新实验的成绩为200分
2、。创新实验难度较大，但可能会有更大的收获。,材 料 力 学 实 验,力学实验中心,材料力学实验,材料力学理论,应力，应变分析理论,实验验证,构件零件静动态应变（含变形）应力实测,一、绪论,1、材料力学实验与材料力学,力学实验中心,2、材料力学实验的主要内容,a，为构件设计提供材料的力学性能指标和参数。如 等；,验证现有理论,验证新建立的理论,修正、发展理论,（2）验证理论,验证理论有三层意义,（1）材料力学性能测定,e，研究新型材料，如合金材料、复合材料等。,b，材料材质复验；,c，评定材料的热处理工艺、焊接工艺；,d，构件失效分析；,力学实验中心,材 料 力 学 实 验,特点：只要是变形固体
3、，不管结构形状、受力如何 复杂，也不必准确了解边界条件，在某些特 殊条件下，用实验方法甚至能比理论计算更 简便、迅速准确的提供结果或结论。,（3）实验应力分析：,主要介绍应变电测及光弹性实验,力学实验中心,材 料 力 学 实 验,例1：10万kW大型变压器真空箱的稳定性实验,真空度（）,不会失稳,失稳,力学实验中心,材 料 力 学 实 验,例2：胜利埕北油田25A，管桩及导管应力实测。载荷复杂多变，边界条件难于准确确定。,导管架,采油平台,管桩,应变片及保护盒,力学实验中心,材 料 力 学 实 验,例3：光弹性实验 全场显示应力，特别适用开孔、开槽零件的 应力集中系数测定,光弹性实验的应用,发
4、动机活塞连杆的应力分布,人体颈椎关节中医指法疗法时的应力传递,材 料 力 学 实 验,力学实验中心,3、材料力学实验的方法,应力分析保留小数后一到二位,（1）材料力学性能测定:执行国家标准GB/T；,（2）应力分析实验：实验方法决定于实验目的 通常应先制定实验方案，使实验能够有序进行。,（3）要求：,独立完成,性能实验结果表达：执行修约规定,表格形式的报告,曲线图一律用方格纸描述，并用光滑曲线连接,二、电测应力分析,原理,电阻应变仪,广义虎克定律,应变分析,应变电测原理,适用范围：结构构件金属、非金属材料表面应力测量；静、动态（含冲击）应变应力测量；高速 旋转构件应力测量；结构高压液下；高低
5、温条件下的应力测量,1、金属电阻丝的“应变效应”,Ks称为金属电阻丝的灵敏系数,图为康铜丝的 曲线，镍铬丝在小应变条件下 关系亦为直线,2、电阻应变计的工作原理,利用金属电阻丝应变效应制成用于构件应变测量 的敏感元件称为电阻应变计（片）。康铜丝、镍鉻丝即为制作电阻应变计（片）的电阻丝常用材料。,（1）电阻应变计（片）构造。,敏感栅（丝绕或箔栅）,（3）原理 K 应变计灵敏系数，与Ks有区别 K通过实验标定。,（2）使用 用特制的胶水粘贴于构件表面，丝栅长度平行于 待测应变方向。,c，应变计标距l(或敏感栅尺寸bl)根据测试对象目的选择。,（4）主要技术指标,a，初始电阻值R（）测量必须数据，工
6、程应变测量选R120。,b，应变计灵敏系数K 由厂方提供，测量必须数据。,按构造分纸基浸胶丝绕式；胶基箔式；半导体应变计；金属底基焊接式等;,（5）应变计类型：,其他按测量应变范围，按用途分，按使用温度分已不下数千种。,应变计（一）,应变计（二）,应变计单片放大,3、应变电桥及其输出,测量电阻变化一般用惠斯登电桥（即4臂电桥），电源E1称为桥压。,当R1R3=R2R4 或 R1/R2=R4/R3 时 UBD=0。称为电桥的平衡条件。,略去分子当中的高阶微量，分母当中的R项，经整理得,（3）,实测时，随着构件的受力变形R1R4发生变化为R1 R1 R1，R2 R2 R2，R3 R3 R3，R4
7、R4 R4 代入（2）式,说明电桥输出电压的变化与四个桥臂电阻变化的总和成正比或与测点应变总和成正比。,其次，对角桥臂电阻变化率或应变相加，邻臂的电阻变化率或应变相减。这种规律称为电桥输出的加减特性。,（3）式简化结果产生的误差不会超过5，根据其原理可以制成专门用于测量的电阻应变仪。,4、数字电阻应变仪,（1）电原理框图,（2）应变仪面板结构及其使用方法,YE2538程控应变仪实物照片,YE2538程控应变仪面板结构图,YJ-4501A应变仪实物照片,c，全桥接法 四个桥臂均接应变片，多用于传感 器电路，桥路bR-4,（2）K，R设定,(有关详细的使用方法由实验室多媒体室介绍，或见网上资料),
8、使用方法,（1）组桥,a，1/4桥接法（静态多点应变测量常用 的接法），桥路bR-1，所有测量片均接AB，连接片连于BB。共用一枚补偿片。,b，半桥接法 AB,BC接应变片，桥路bR-2,（3）平衡、测量,5、有关应变电测法的若干问题,（1）温度补偿,（a）温度变化会产生 电阻变化,（b）应变计线膨胀系数 与被测工件线膨胀系数 不同，温度变化会产生 附加电阻变化，必须设法消除,仪器 1 的特点是各通道可以独立选择不同的测量桥路形式、使用不同K的应变计和不同R的应变计。,a、补偿块补偿法,(补偿块必须与被测工件同材料且置于被测工件旁),温度补偿方法,b，工作片补偿法,c，补偿应变片必需接于测量应
9、变片的邻臂,不允许单独设置补偿块的构件应变测量用工作片补偿法,（2）应变计的串连及其应用,串连使得2枚应变片所测的应变自动取平均,（b）测材料弹性模量时用串连半桥 测量电路,用途,（a）偏心受拉压构件测轴向应变,（3）静态多点应变测量,当测点较多，希望加一次载荷能同时读下所有测点应变时，可利用1/4桥接法，事先把所有测点接到应变仪的AB桥臂上，共用一枚补偿片接于公共补偿桥臂上，利用测点转换按键同时读出各个测点的应变。,补偿片接 补偿端,测量片接AB(连接片连于BB),补偿片 接BC,测量片接AB,静态多点应变测量的接桥方法（公用补偿片的1/4桥接法）,所有的C用连接片连在一起,1,2,6、应变
10、片式传感器及其设计概要,不同结构形式的弹性元件应变片,应变片贴于应变的敏感区，并利用全桥测量的加减 特性使输出灵敏度最大。,组成不同用途的应变式传感器。可用于测拉、压力，弯矩、扭矩、加速度、位移（或变形）、倾角等。,高比例极限材料。,低弹性模量的材料。,弹性元件材料的要求：,例：园环式小负载拉压力传感器,设计参数,变形形式弯曲,负荷,尺寸,（3）强度估计,t取3mm时,单片应变,全桥接法,组桥方式,（2）选定应变片：,设计步骤：,（1）选定材料,取b8mm,（4）估计输出,（5）输出灵敏度，设E15V，K=2.0,灵敏度3.33mV/V，合适若要求能分辨1N力，则最小输出为8.3V，相当于3/N有足够精度。,（6）标定：做F曲线，用线性回归求斜率，其斜率即为 标定系数C（N/）,（实际标定时会和设计有微小差别，应用时以实际标定为准）,其他形式的传感器（一）,梁式,大负荷载荷传感器（100kN以上）,原理：在比例极限内梁中性层上的最大切应力产生的45方向主应变与载荷成正比,其他形式的传感器（二）,悬臂梁式,测变形或位移,其他形式的传感器（三）,测钢丝绳张力,其他形式的传感器（四）,测倾角,THE END,
