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 因此需要专门的测量电路进行放大
2、 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 R1 R1 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的工作电流 故一般情况下 不依赖增大E来实现电压
3、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
4、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
5、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
6、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DaterLogeerUCAM 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
7、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 电阻相对变化率 机械工程测试原理与技术应变 应力测试 准确定度 温度补偿 其它措施 定度曲线 1 防止干扰 2 动态测试时 要注意应变片的频响特性 一般情况下多为单片工作半桥测量 机械工程测试原理与技术应变 应力测试
