结构实验(结构的应力应变测试)
应力应变测量 PPT课件
第一节 电阻应变片
(4)半导体应变片
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外 力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。
从半导体物理可知，半导体在压力、 温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ 发生很大变化。实现温度来自偿的条件为tt
K0
(g
s )t
0
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立
K0(g s )
即可达到温度自补偿的目的。
优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。
第二节 应变片的主要特性
b. 双金属敏感栅自补偿应变片
敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成
1、弯矩M的测量 测弯矩的贴片与接桥如右图所示，R1=R2=R，电阻增量△R0：
R0 R1 R2 KR1( P M ) KR2 ( P M ) 2KR M
相对电阻的增量为：
R0 R0
2KR M
R
2K M
仪器的应变读数为：
ˆ
R0 / R0 Kˆ
2 M
M
EW M
EW
ˆM
2
(取Kˆ K )
BK-2S称重传感器
产品详细介绍 采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉 、压输出对称性好、 测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用 于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力 、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 380±20Ω 输出阻抗 350±10Ω 绝缘电阻 ≥2000MΩ 工作温度 -10~+50℃
dR (1 2)
R
挠度、应力、应变的几种测试方法(青苗教育)
光纤光栅测试方法特点： 1）光纤光栅传感器以光纤作为信号载体，传感器体积小、重量轻， 容易满足被测结构件对狭小空间的安装需求；另一方面，在使用 传感器密集的地方，从尺寸和重量上进行比较，几乎没有其他传 感器可以与光纤光栅传感器进行媲美。 2）属于光学测量方法，抗电磁干扰，适合用于长距离信号传输。 3）光学信号入射和反射线的输入输出回路仅为一根直径0.25 mm 的光纤， 能够极大地简化测试系统结构。 4）理论上，一根光纤上可以连续制作几十个传感器（被测对象变 形越小，可以连续制作的传感器也越多），便于构成分布式传感 系统。
(2) GPS定位受外界大气影响小，可以在暴风雨和大雾中进行监测。 (3) GPS测量位移自动化程度高。从接收信号，捕捉卫星到完成RTK差 分位移都是由仪器自动完成，所测结果自动存人监控中心。
(4) GPS定位速度快，精度高。
技能教育
15
缺点：利用GPS进行桥梁挠度测量。GPS虽然能实现动态实时、
பைடு நூலகம்
技能教育
4
三、挠度测试方法
1、百分表法
2、倾角仪测量挠度法
3、连通管液位式挠度测量法 4、光电成像挠度测量方法
5、全站仪挠度测量法
6、GPS挠度测量法
技能教育
5
1、百分表法
百分表：一种精度较高的比较量具, 它只能测出相 对数值,不能测出绝对数值, 主要用于测量形状和位 置误差, 测量精度为0. 01 mm。 原理：被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮 传动放大,变为指针在刻度盘上的转动,从而读出被测 尺寸的大小。 优缺点:该法安装与使用方便, 读数可靠, 不受环境影 响。但该法需要搭设工作支架和观测脚手架, 而且观 测人员多, 不能自动记录,观测读数费时, 仅适用于桥 下可搭设支架的桥梁工程，不适合应用于大跨度缆 索桥梁挠度测量中。
应力应变测量PPT课件
Ⅳ
66.6 59.7 -55.4 -55.0 26.6 23.2 -49.5 -47.7
/ -1.3 -0.5 -1.2 -48.2 -34.4 81.6 89.5 155.2 136.2 48.4 48.5 -22.9 -20.8 -60.8 -64.8 10.2 3.9
Ⅴ
-8.5 -7.7 -2.8 -2.9 -10.6 -10.0 -3.8 -1.2 -1.3 -1.1 -33.1 -32.8 71.7 70.8 -9.4 -7.8 -15.2 -15.8 -6.7 -8.4 3.8 3.7 -18.3 -19.5 4.0 14.3
扭（转）矩作用下，正应力分布如图7-10所示
第14页/共29页
其测点1，2，3，4的正应力分别为：
然3后根4、据
测
量
得
到
的
1
N
，求1 得 2获 得3
4
2 、 断 面4 内
力
：
My
1 2
3
4
4
Mz
1
2
3
4
4
1
2
3
4
4
第15页/共29页
（3）结论： 断面角点处没有剪应力存在，属单向应力状态，该 正应
仅有较大的正应力，而且 有 较 M大y 2的 3剪 2应力。 四、应力合成与强度校核（略讲） 通常用第四强度理论进行校核
第19页/共29页
§7-4 起重机金属结构应力测量
一、金属结构应力测量的任务 应力、应变测量应用任务：（测量目的和任务） 1．校核性测量：验证结构强度（刚度）是否满足理
论计算要求。例如，新产品鉴定性检测。 2．改进性测量（节约化）：产品改进，确定安全储
第五章应力应变测试
应力、应变电测法原理
电阻的相对变化量由两方面因素决定： 1）对于金属材料，电阻的变化主要由金属丝几何尺寸的改变引起； 电阻丝灵敏度系数（dR/R）/ ε 为（1+2μ ）。 2）对于半导体材料，其工作原理基于半导体的压阻效应，材料受力 后， 材料的电阻率发生变化。其灵敏度系数为（dR/R）/ ε 为λ E。
电阻应变片的特性及应用
绝缘电阻
应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的 电阻值Rm。通常要求Rm在50～100 MΩ以上。绝缘电阻过低， 会造成应变片与试件之间漏电，使应变片的指示应变产生误差。 Rm取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。在常温使用条 件下要采取必要的防潮措施，而在中温或高温条件下，要注意选 取电绝缘性能良好的粘结剂和基底材料。
电阻应变片的信号调理电路
半桥单臂电路
——半桥单臂
上式对另外三臂也适用。 分母中有微小电阻，存在一定非线性。
电阻应变片的信号调理电路
半桥双臂电路
当有对称应变点
可用
两片应变片
灵敏度提高一倍 线性度改善了，分母中无微小电阻。
电阻应变片的信号调理电路
全桥电路
图2-9为一应变片直流电桥，其中E=4V，
第五章应力应变测试
本章主要内容
应力、应变测试方法 应力、应变测试原理 电阻应变片的特性及应用 电阻应变片的信号调理电路 电阻应变仪
应力、应变测试方法
测量应力、应变的目的
为了研究机械结构、桥梁、建筑等某构件在工作状态下的受力 、变形情况，通过测试测得构件的拉、压应力、扭矩及弯矩，为结 构设计、应力校核或构件破坏的预测等提供可靠的测试数据。
采取的措施：为了减小应变片的机械滞后个测量结
果带来的误 差，可对新粘贴应变片的试件反复加
测量混凝土应力应变性能的方法
测量混凝土应力应变性能的方法混凝土是建筑工程中最常见的建筑材料之一，其性能对结构的安全和耐久性至关重要。
为了确保混凝土在不同应力条件下能够承受载荷并保持其完整性，工程师和科研人员需要深入了解混凝土的应力应变性能。
本文将深入探讨测量混凝土应力应变性能的方法，包括传统试验和现代非破坏性技术，以及这些方法的应用和局限性。
传统试验方法1. 拉伸试验拉伸试验是测量混凝土应力应变性能的经典方法之一。
在这种试验中，混凝土样本在受拉力作用下被拉伸，从而测量其应力应变关系。
这种方法可以用来确定混凝土的弹性模量、极限强度和断裂应变等参数。
拉伸试验通常采用标准试验样品，如圆柱体或梁。
2. 压缩试验压缩试验是另一种常见的传统试验方法，用于测量混凝土的应力应变性能。
在这种试验中，混凝土样本在受压力作用下被压缩，从而测量其应力应变关系。
压缩试验可以用来确定混凝土的抗压强度和变形性能。
标准试验样品通常是圆柱体。
3. 弯曲试验弯曲试验用于测量混凝土的抗弯性能。
在这种试验中，混凝土梁在两个支点之间受到弯曲载荷，从而测量其应力应变关系。
弯曲试验可以用来确定混凝土的弯曲强度、弯曲模量和裂缝形成特性。
现代非破坏性技术传统试验方法虽然可靠，但通常需要破坏性地测试混凝土样品，这在某些情况下可能不可行。
因此，现代非破坏性技术应运而生，提供了更便捷和经济的方法来测量混凝土的应力应变性能。
1. 超声波测试超声波测试是一种广泛应用的非破坏性技术，用于评估混凝土的质量和性能。
通过测量超声波在混凝土中的传播速度，可以推断混凝土的弹性模量和抗压强度等参数。
这种方法不需要破坏样品，适用于现场检测。
2. 钻孔取芯钻孔取芯是一种用于获取混凝土样品的非破坏性技术。
通过取芯样品并进行实验室测试，可以确定混凝土的强度和变形性能。
这种方法适用于已建成的结构，可以在不破坏结构完整性的情况下进行测试。
3. 应变计和传感器现代应变计和传感器技术可以在混凝土结构上安装应变计和传感器，实时监测结构的应力应变性能。
实验应力分析
第 2 章 电阻应变计的原理及使用
2.1 电阻应变计的工作原理
电阻应变计习惯称为电阻应变片，简称应变计或应变片。出现于第二次世界大战结束的
前后，已经有六十多年的历史。电阻应变计的应用范围十分广泛，适用的结构包括航空、航
天器、原子能反应堆、桥梁、道路、大坝以及各种机械设备、建筑物等；适用的材料包括钢
当进行多次重复测量时，输入量由小到大或由大到小重复变化，而对应于同一输入量其 输出量亦不相同，这种偏差称为重复性误差。常用全量程中的最大重复性误差与满量程的百 分数来表示测量系统的重复性指标。 1.2.6 零漂与温漂
当测量系统的输入量和环境温度不变时，输出量随时间变化，称为零漂。由外界环境温 度的变化引起的输出量变化，称为温漂。
2
图 1-2 测量系统的滞后
1.2.4 灵敏限与分辨率 当输入量由零逐渐加大时，存在着某个最小值，在该值以下，系统不能检测到输出，但
这个最小值一般不易确定，为此规定一个最小输出值，而与它相应的输入值即为系统能够检 测到输出的最小输入值，称为灵敏限。
如果输入量从任意非零值缓慢地变化，将会发现在输入量变化值没有超过某一数值之 前，系统不能检测到输出量变化，因此存在一个最小输入变化量。为了便于确定，规定了一 个最小输出变化量，而与它相应的输入变化量即为系统能够检测到输出量变化的最小输入变 化量，称为分辨率。一般指针式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半，数字式仪表的 分辨率是最后一位的一个“字”。 1.2.5 重复性
滞后表示当测量系统的输入量由小增加到某一值和由大减小到某一值的两种情况下，对
于同一输入量其输出量不相同，如图 1-2 所示，同一输入量时的输出量偏差 yd − yc ，称
为滞后偏差。最大滞后偏差 yd − yc max 与全量程输出范围 ymax 比值的百分数，称为测量
金属结构应力测试通用方法
金属结构应力测试通用方法
金属结构应力测试的通用方法主要有以下几种：
盲孔法：在被测工件的表面贴上应变花，并对工件打孔，孔周围应力松弛，而形成新的应力/应变场分布。
通过标定应变释放系数A、B，基于弹性力学原理可推算出工件原有残余应力及应变。
这种方法在1934年由德国学者Mathar J提出，现已发展的较为成熟。
电阻应变计测量法：通过测量被测物电阻大小的变化，根据等量关系进行换算从而求出应力。
这种检测方法是目前通用的测试方法中最早被大众接受，最广泛使用的。
这种测量方法能数字化测量应用十分广泛，并且频率、精度、灵敏度方面都有明显优势。
但是在动态的检测中，由于很难进行信号监测，因此精度很容易受外部条件的影响。
X射线法：这种方法可以实现对构件中的应力的检测是无损的，相较其他的检测方法，这种方法非常好用，广受好评。
但是它的检测精度非常容易受到很多因素的影响，而且通常监测的设备十分复杂，所以很难用于现场的测试，这是它的一个明显的弊端。
光弹性法：通过计算结构模型的干涉图来计算应力的大小。
这种方法就是我们所熟知的光弹性法。
以上就是金属结构应力测试的通用方法，这些方法有各自的优缺点，选择最适合的方法取决于测试的目的和要求。
同时，这些方法都需要一定的专业知识和技能来正确实施和解释结果。
在选择和应用这
些方法时，应寻求专业人士的建议和指导。
混凝土应力应变全曲线的试验研究
混凝土应力应变全曲线的试验研究混凝土作为建筑材料广泛应用于各种建筑结构中，其应力应变行为是混凝土结构和混凝土材料研究的重要内容。
混凝土的应力应变关系直接影响着结构的强度、稳定性和耐久性，因此对于混凝土应力应变全曲线的试验研究具有重要意义。
本文将围绕混凝土应力应变全曲线的试验展开讨论，以期为混凝土工程的应用和发展提供有益的参考。
在本次试验中，我们采用了电子万能试验机（WDW-100）和混凝土压力试验机（YYD-200）对混凝土试件进行应力应变全曲线的测试。
试件为100mm×100mm×100mm的立方体，成型龄期为28天。
在试验过程中，通过拉伸和压缩两种方式对试件施加荷载，并采用引伸计和压力传感器测量试件的变形参数。
按照设计的试验方案，我们对每个试件进行了应力应变全曲线的测试，并得到了完整的曲线。
通过对曲线图的观察和分析，可以清楚地看到混凝土试件在受力过程中的弹性变形、塑性变形和破坏三个阶段。
通过对试验结果的分析，我们发现混凝土应力应变全曲线具有以下特征和规律：弹性变形阶段：在施加荷载的初期，混凝土试件表现出弹性变形特征，应力与应变呈线性关系。
此时，混凝土的弹性模量较高，抵抗变形的能力较强。
塑性变形阶段：随着荷载的不断增加，混凝土试件开始进入塑性变形阶段。
在这个阶段，应变随应力的增加而迅速增大，而应力与应变的关系逐渐偏离线性关系。
这是由于混凝土内部的微裂缝逐渐产生、扩展和贯通，导致结构内部发生不可逆的塑性变形。
破坏阶段：当荷载继续增加到一定程度时，混凝土试件突然破坏，应力发生急剧下降。
这个阶段标志着混凝土结构的极限承载能力达到极限，结构失去稳定性。
通过本次试验，我们得到了混凝土应力应变全曲线，分析了曲线特征和规律，并探讨了该曲线对混凝土疲劳性能和裂纹扩展行为的影响。
试验结果表明，混凝土的应力应变关系是一个复杂的过程，不仅与材料的组成和结构有关，还受到外界环境和加载条件等多种因素的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ 传感器：光纤布拉格光栅传感器 （fiber optic Bragg grating strain sensor）
整理ppt
29
光纤布拉格光栅传感器
▪ 构造：光纤、布拉格光栅组成
4
5
1
3
2 7
6
光栅基本构造示意图
1-输 入 信 号 ； 2-反 射 信 号 ； 3-传 输 信 号 ； 4-光 纤 线 芯 ； 5-紫 外 写 入 光 栅 ； 6-光 纤 包 层 ； 7-布 拉 格 光 栅 周 期
▪
可KT采T用相同温度环境下的光整纤理光pp栅t 进行温度补偿。
34
光纤布拉格光栅传感器
特点：
▪ 光纤传感器是90年代出现的一种用于观测应力、应变、温度以及内部裂缝、变 形等结构参数的新型传感器。
整理ppt
12
概述
L
L
式中：
——应变
L——测区长度的变化量 L——测区的原始长度，称之为标距
整理ppt
13
概述
▪ 如在机测中，将L放大后测量；
▪ 在光测中，将L变化转换光波长的变化；
▪ 在电阻应变测试技术中，将 L转换为传感元件的 电阻并进一步转换为电压的变化等等。
整理ppt
14
概述
▪ 应变测试的主要方法：
▪ 机测法特点：安装便捷，读数方便、准确度高、对 环境的适应性强即一般不受温湿度影响以及电磁场 的干扰、性能可靠，但灵敏度不高、需要人工测读、 速度慢、工作量大。
整理ppt
23
整理ppt
24
整理ppt
25
整理ppt
26
整理ppt
27
测振传感器
整理ppt
28
光测法
▪ 定义： 利用光的某些特性如波长的变化与应变之间 的转换关系，通过光的波长的变化来实现对 应变的测量
整理ppt
17
手持式应变仪
整理ppt
18
手持式应变仪
1
4
3
2
5
6
L
手持式应变仪构造原理
1－刚性的金属杆；2－插轴（尖形）；3－薄钢片； 4－千分表；5-千分表的测杆；6－刚性的金属杆
整理ppt
19
接触式应变计
1
2
3 4
接触式应变计测装置 1－ 金 属 夹 头 ； 2－ 顶 杆 ； 3－ 位 移 计 ； 4－ 试 件
内埋式光纤温度传感器
光纤测力传感器 振弦式土压力传感器
整理ppt
7
整理ppt
8
整理ppt
9
整理ppt
10
整理ppt
11
概述
▪ 根据应力与应变之间的转换关系，通过 测结构或构件表面、内部应变来得到结
构或构件的应力状态。
▪ 钢材的拉伸试验中，在其屈服之前，其 应力—应变之间存在着线性关系
E
▪ 我们就可以通过测应变来测应力，而应 变测试方法比较简单，因为根据应变的 定义：
——机测法
——光测法
——电测法
整理ppt
15
机测法
▪ 定义： 利用机械式测试仪器来实现对应变的测量
▪ 主要仪器： ——杠杆引伸仪 ——手持式应变仪（常用） ——接触式应变计
整理ppt
16
机测法
▪ 定义： 利用机械式测试仪器来实现对应变的测量
▪ 主要仪器： ——杠杆引伸仪 ——手持式应变仪（常用） ——接触式应变计
▪ 同样温度变化也会引起光栅布拉格波长的变 化。
▪ 波长的变化与应变以及温度的变化可用下式 来表示：
整理ppt
33
光纤布拉格光栅传感器
▪ 式中：
B B
KKTT
B ——应变以及温度变化引起的波长变化 B ——光纤光栅不受应变及温度变化的中心波长
——待测应变
T ——为温度变化量 K ——光纤光栅应变传感灵敏度系数 KT ——光纤光栅温度传感灵敏度系数。
整理ppt
20
千分表
▪ 构造：
千分表由测杆、齿轮、弹簧、指针和度盘等各种零 部件组合而形成四个机构：
▪ 传感机构（千分表中的触杆） ▪ 转换机构（千分表中的大小齿轮及弹簧） ▪ 指示机构（千分表中的指针） ▪ 机体和保护部分 Nhomakorabea整理ppt
21
千分表
7
0 10
8
1 2 3
70 80 90
20 30 40
50 60
5
6
9
千分表构造图
10
1－短针齿轮；2－齿轮弹簧；3－长针；4－测针 5一测杆弹簧；6，7－齿轮；8一齿条；9一颈箍；10一顶头
整理ppt
22
机测法
▪ 机测法工作原理：将测区长度的变化通过千分表的 测杆传递给一组齿轮，通过齿轮将长度的变化进行 放大并改变方向，转换为指针在刻度盘上的转动并 指示出值，进而计算出应变值。
（1）绘出简支梁三分点加载试验装置的简图，简要说明各仪器的测量内 容；
（2）绘出30kN和50kN作用时，梁跨中截面应变沿梁高的分布特征（最 大应变为0.0008） 4、加载制度 概念
整理ppt
2
整理ppt
3
整理ppt
4
整理ppt
5
传感器主要内容：
▪ 概述
▪ 机测法(感受机构、转换机构、显示和附属装置)
整理ppt
30
表面式光纤应变传感器
内埋式光纤应变传感器
表面式温度光纤传感器
内埋式光纤温度传感器
整理ppt
31
光纤布拉格光栅传感器
▪ 工作原理：
2n
▪ 式中：
——光纤光栅的中心波长
n ——纤芯的有效折射率 ——光栅周期。
整理ppt
32
光纤布拉格光栅传感器
▪ 结构应变势必导致光栅周期的变化——这为 采用光纤布拉格光栅制成光纤应变传感器提 供了最基本的物理特性。
建筑结构试验
南京工程学院
2011.11.01
整理ppt
1
▪ 第四章 结构试验数据采集系统重点（习题）
1、绘出应变计1/4桥（另贴温度补偿片）和半桥的桥路连接图，分析半桥 和1/4桥两种桥路连接方式应变仪输出应变的特点。
2、某矩形截面钢筋混凝土简支梁，截面150mm*300mm，长2000mm， 支座间净距1800mm，采用均布加载，应变计温度补偿为工作片互补方式， 设计完成试验内容：（1）测试梁纯弯矩引起的最大应变，绘出测点布设 简图；（2）绘出应变计桥路连接图，计算测量应变值（ε测 ）与梁实际 应变值（ε实)之间的数量关系。 3 、在碳纤维布加固钢筋混凝土简支梁受弯承载力的实验研究中，若梁长 为2.6m，截面为150*300mm，支座净距2.4m，试验研究内容（1）加固 后，梁受弯承载力的变化特点；（2）加固后，梁的挠度、裂缝开展及破 坏特点，请回答以下问题：
▪ 电测法（把非电物理量变化转化成电量变化，
▪
感受部分、转换部分、传输和附属装置）
▪ 其他传感器：光纤、激光、红外线、超声波传感 器
一、钢振弦传感器
二、电阻应变式传感器
三、电涡流式传感器—非接触式
▪ 应变数据处理—应力应变转换关系
整理ppt
6
加速度传感器
拉力传感器 振弦式拉力传感器
电涡流位移传感器