应力与应变概念及实验应变片原理
如何理解工程力学中的应力与应变？
如何理解工程力学中的应力与应变？在工程力学的广袤领域中，应力与应变是两个至关重要的概念。
它们不仅是理解材料力学性能的基石，也是解决众多工程实际问题的关键。
对于初学者来说，这两个概念可能显得有些抽象和难以捉摸，但只要我们耐心剖析，就能发现其中的奥秘。
让我们先来谈谈应力。
应力，简单来说，就是单位面积上所承受的内力。
想象一下，你手里拿着一根橡皮筋，当你用力拉伸它时，橡皮筋内部就会产生抵抗拉伸的力。
如果我们把橡皮筋的横截面积考虑进去，计算出单位面积上的内力，这就是应力。
应力的单位是帕斯卡（Pa），它表示每平方米所承受的力的大小。
在实际的工程应用中，我们常常会遇到不同类型的应力，比如拉伸应力、压缩应力和剪切应力。
拉伸应力出现在材料被拉长的时候，就像刚刚提到的拉伸橡皮筋；压缩应力则相反，发生在材料被压缩的情况下，比如把一根柱子压短；而剪切应力则常见于材料受到平行于其表面的力的作用，例如用剪刀剪断一张纸。
为了更深入地理解应力，我们来考虑一个具体的例子。
假设我们有一根横截面面积为 1 平方厘米的金属杆，我们对它施加一个 100 牛顿的拉力。
那么，这根金属杆所承受的应力就是 100 牛顿除以 00001 平方米（1 平方厘米＝ 00001 平方米），即 1000000 帕斯卡。
接下来，我们再看看应变。
应变是用来描述物体形状或尺寸变化程度的量。
它是一个无量纲的量，也就是说，它没有单位。
应变可以分为线应变和角应变。
线应变表示物体在某一方向上长度的相对变化。
如果一根原来长度为 L 的杆子，在受到外力作用后长度变成了 L'，那么线应变就等于（L' L）／L 。
还是以刚才的金属杆为例，如果它原来的长度是1 米，被拉伸后变成了 101 米，那么线应变就是（101 1）／ 1 ＝ 001 。
角应变则用于描述物体角度的变化。
比如说，一个原本是直角的物体，在受到外力作用后角度发生了改变，这个角度的变化量就是角应变。
应变片及其原理
应力与应变的概念应力所谓“应力”，是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。
如图1所示：在圆柱体的项部向其垂直施加外力P的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力——内力。
该内力被物体（这里是单位圆柱体）的截面积所除后得到的值即是“应力”，或者简单地可概括为单位截面积上的内力，单位为Pa（帕斯卡）或N/m2。
例如，圆柱体截面积为A(m2),所受外力为P(N牛顿)，由外力=内力可得，应力：（Pa或者N/m2）这里的截面积A与外力的方向垂直，所以得到的应力叫做垂直应力。
图1应变当单位圆柱体被拉伸的时候会产生伸长变形ΔL，那么圆柱体的长度则变为L+ΔL。
这里，由伸长量ΔL和原长L的比值所表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记为ε。
与外力同方向的伸长(或压缩)方向上的应变称为“轴向应变”。
应变表示的是伸长率（或压缩率），属于无量纲数，没有单位。
由于量值很小(1×10-6百万分之一)，通常单位用“微应变”表示，或简单地用μE表示。
而单位圆柱体在被拉伸的状态下，变长的同时也会变细。
直径为d0的棒产生Δd的变形时，直径方向的应变如下式所示：这种与外力成直角方向上的应变称为“横向应变”。
轴向应变与横向应变的比称为泊松比，记为υ。
每种材料都有其固定的泊松比，且大部分材料的泊松比都在0.3左右。
应力与应变的关系各种材料的应变与应力的关系已经通过实验进行了测定。
图2所示为一种普通钢材（软铁）的应力与应变关系图。
根据胡克定律，在一定的比例极限范围内应力与应变成线性比例关系。
对应的最大应力称为比例极限。
图2或者应力与应变的比例常数E 被称为弹性系数或扬氏模量，不同的材料有其固定的扬氏模量。
综上所述，虽然无法对应力进行直接的测量，但是通过测量由外力影响产生的应变可以计算出应力的大小。
应变片的构造及原理应变片的构造应变片有很多种类。
一般的应变片是在称为基底的塑料薄膜（15-16μm）上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅（3-6μm），然后再覆盖上一层薄膜做成迭层构造。
应变片测试原理及在实际工程中的应用
应变片测试原理及在实际工程中的应用应变片测试是一种常用的工程测试方法，用于测量物体在外部应力作用下的变形情况，进而获得材料的应变信息。
它的原理是基于金属应变电阻效应，即金属导线在外部应力作用下，其电阻值会发生变化。
应变片由导线组成，通过安装在被测物体的表面上，当物体受到应力时，导线的电阻值会发生变化，从而可以通过测量电阻值的变化来计算物体的应变。
在实际工程中，应变片测试可以应用于很多领域，以下是几个常见的应用案例：1.结构安全评估：应变片测试可以用于测试和评估建筑结构、桥梁、管道等的安全性能。
例如，在大型桥梁的设计和建设过程中，可以通过在关键部位安装应变片来监测桥梁的变形。
通过实时监测和记录桥梁的应变情况，可以及时发现潜在的结构问题，并采取相应的措施。
2.汽车工程：应变片测试在汽车工程中具有重要的应用。
例如，在碰撞试验过程中，可以通过在汽车结构上安装应变片，测量和记录车辆受力的情况。
通过对应变数据的分析，可以评估汽车的抗碰撞能力，为汽车设计提供可靠的依据。
3.航空航天工程：应变片测试也被广泛应用于航空航天工程中。
在飞机和火箭等飞行器的设计和制造过程中，可以通过在机身、机翼等关键部位安装应变片，来监测飞行器受力情况和变形信息。
这些数据可以用于优化设计，提高飞行器的安全性和性能。
4.材料研究：应变片测试还被应用于材料研究领域。
通过在不同材料上安装应变片，可以获取材料的应变-应力曲线等重要数据，进而研究、评估材料的机械性能。
这些数据对于材料的优化设计和选择具有重要参考价值。
总之，应变片测试是一种可靠的工程测试方法，通过测量导线电阻的变化，可以获取物体在应力作用下的变形情况和应变信息。
在实际工程中，它可以被广泛应用于结构安全评估、汽车工程、航空航天工程和材料研究等领域，为工程设计和材料选择提供重要的参考数据。
应变片测试原理及在实际工程中的应用
应变片测试原理及在实际工程中的应用引言：应变片是一种常见的测量应力和应变的传感器，广泛应用于各个领域的工程实践中。
本文将介绍应变片测试的基本原理，并探讨其在实际工程中的应用。
一、应变片测试的基本原理应变片是一种通过测量物体的表面应变来反映物体受力情况的传感器。
其基本原理是利用应变电阻效应，即当金属材料受到应变时，其电阻值也会相应发生变化。
应变片通常由金属材料制成，其表面涂覆有一层薄膜电阻材料，在应变作用下，电阻材料的电阻值会发生变化，通过测量电阻值的变化，可以计算出物体的应变量。
在实际应用中，应变片通常被粘贴或焊接在被测物体的表面上，当物体受到外界力的作用时，应变片也会发生相应的应变。
应变片上的电阻值变化可以通过电桥电路或其他测量电路进行检测和测量，从而得到物体的应变量。
根据测量电路的不同，可以获取不同类型的应变数据，如应变量、应力等。
二、应变片测试在实际工程中的应用1. 结构安全评估应变片测试在结构安全评估中起着重要作用。
通过在建筑物、桥梁、航空航天器等结构物上安装应变片，可以实时监测结构物的应变变化，以评估其安全性。
例如，在地震工程中，通过监测建筑物的应变变化，可以判断其在地震时的变形情况，从而提前采取相应的防护措施，保障人员的安全。
2. 材料研究与开发应变片测试在材料研究与开发领域也得到了广泛应用。
通过在材料表面贴附应变片，可以实时监测材料在不同应变条件下的性能变化。
例如，在新材料的研究过程中，可以通过应变片测试来评估材料的强度、刚度等力学性能，从而优化材料的配方和制备工艺。
3. 汽车工程应变片测试在汽车工程中也有重要应用。
通过在汽车车架、悬挂系统等关键部位安装应变片，可以实时监测汽车受力情况，评估车辆的安全性和舒适性。
例如，在汽车碰撞测试中，可以通过应变片测试来测量车身在碰撞过程中的应变量，从而评估车辆的结构强度和安全性能。
4. 电子设备制造应变片测试在电子设备制造中也得到了广泛应用。
通过在电子设备的印刷电路板上安装应变片，可以实时监测设备在工作过程中的应变变化，评估设备的稳定性和可靠性。
应力检测的原理
应力检测的原理应力检测的原理是通过测量物体受力后产生的变形量来判断其受力状态的一种方法。
应力是物体内部由外部施加的力引起的内部应变，而应变则是物体内部单位长度的相对伸缩变化。
通常情况下，应力与应变之间存在一定的线性关系，应力检测就是利用这种关系来确定物体受力状态的。
应力检测可以通过多种方法实现，常用的有应变片、应变计、压阻式力传感器、剪应力传感器等。
应变片是一种常见的应力检测器件，它是由金属材料制成的薄片，其外形一般呈矩形或圆形。
应变片在受力作用下会发生应变，而应变大小与受力大小呈线性关系。
通过将应变片粘贴到被测物体上，当物体受到外力作用时，应变片会发生应变，从而改变其电阻值。
利用电气测量原理，可以通过测量应变片上的电阻变化来计算出物体所受的应力大小。
应变片广泛应用于各种工程领域，如机械结构应力分析、材料力学性能测试等。
应变计是另一种常见的应力检测器件，它是由弹性元件和敏感电路组成的。
弹性元件通常是由金属材料或弹性橡胶制成的弹簧或薄膜，当物体受到外力作用时，弹性元件会发生形变，从而改变其电阻、电容或电感等特性，进而改变敏感电路的输出信号。
通过测量敏感电路的输出信号，可以确定物体所受的应力大小。
应变计通常用于小范围的应力测量，具有灵敏度高、响应快等特点。
压阻式力传感器是一种基于电阻变化原理进行测量的应力检测器件，它由压阻薄膜、支撑底片和传感电路组成。
当物体受到外力作用时，压阻薄膜发生应变，使得应变区域的电阻值发生变化。
传感电路通过测量压阻薄膜的电阻值变化来计算出物体所受的应力大小。
压阻式力传感器广泛应用于工业控制和自动化领域，常用于重量测量、力矩测量等。
剪应力传感器是一种专门用于测量剪应力的应力检测器件。
它包含一个屈服横梁和敏感电路，当物体受到剪应力作用时，屈服横梁发生形变，使得敏感电路的输出信号发生变化。
通过测量输出信号的变化，可以确定物体所受的剪应力大小。
剪应力传感器广泛应用于工程领域，如地震勘探、土壤力学等。
应变和应力关系
新能源技术：利用应变和应力原理，优化风力发电机叶片设计，提高风能 利用率和发电效率。
机器人技术：通过研究应变和应力与机器人关节运动的关系，提高机器人 的灵活性和稳定性，拓展机器人的应用领域。
应变和应力对未来科技发展的影响
增强材料性能：通过深入研究应变和应力，可以开发出性能更强的新型材 料，为未来的科技发展提供物质基础。
智能制造：利用应变和应力的知识，可以优化制造过程中的材料性能，提 高生产效率和产品质量，推动智能制造的发展。
生物医学应用：在生物医学领域，应变和应力的研究有助于更好地理解和 控制人体生理机制，为未来的生物医学应用提供支持。
压痕法：利用压痕仪在物体表面压出一定形状的压痕，通过测量压痕的尺寸来计算应力
应变和应力的相互影响
应变和应力之间的关系：应变是应力作用下的物体形状变化，应力是抵抗变形的力。
应变和应力的测量方法：通过应变计和应力计进行测量，应变计测量物体变形，应力计测量物 体受到的力。
应变和应力的相互影响：应变和应力之间存在相互影响，例如在材料屈服点附近，应变和应力 之间会发生突变。
应力的概念
分类：正应力、剪应力、弯 曲应力等
定义：物体受到外力作用时， 内部产生的反作用力
单位：帕斯卡（Pa） 作用效果：使物体产生形变
应变和应力的关系
应变是物体形状 的改变，应力是 物体内部抵抗变
形的力
应变和应力之间 存在线性关系， 即应变正比于应
力
应变和应力之间 的关系可以用胡 克定律表示，即 应力=弹性模量
应变和应力关系
汇报人：XX
应变和应力的定义 应变和应力的测量方法 应变和应力的应用领域 应变和应力的研究进展 应变和应力的未来展望
区分应力与应变
区分应力与应变;分类：应用技术2011-12-27 13:37833人阅读评论(0)收藏举报区分应力与应变的概念应力所谓“应力”，是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。
如图1所示：在圆柱体的项部向其垂直施加外力P的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力——内力。
该内力被物体（这里是单位圆柱体）的截面积所除后得到的值即是“应力”，或者简单地可概括为单位截面积上的内力，单位为Pa（帕斯卡）或N/m2。
例如，圆柱体截面积为A(m2),所受外力为P(N牛顿)，由外力=内力可得，应力：（Pa或者N/m2）这里的截面积A与外力的方向垂直，所以得到的应力叫做垂直应力。
图1应变当单位圆柱体被拉伸的时候会产生伸长变形ΔL，那么圆柱体的长度则变为L+ΔL。
这里，由伸长量ΔL和原长L的比值所表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记为ε。
与外力同方向的伸长(或压缩)方向上的应变称为“轴向应变”。
应变表示的是伸长率（或压缩率），属于无量纲数，没有单位。
由于量值很小(1×10-6百万分之一)，通常单位用“微应变”表示，或简单地用μE表示。
而单位圆柱体在被拉伸的状态下，变长的同时也会变细。
直径为d0的棒产生Δd的变形时，直径方向的应变如下式所示：这种与外力成直角方向上的应变称为“横向应变”。
轴向应变与横向应变的比称为泊松比，记为υ。
每种材料都有其固定的泊松比，且大部分材料的泊松比都在0.3左右。
应力与应变的关系各种材料的应变与应力的关系已经通过实验进行了测定。
图2所示为一种普通钢材（软铁）的应力与应变关系图。
根据胡克定律，在一定的比例极限范围内应力与应变成线性比例关系。
对应的最大应力称为比例极限。
图2 或者应力与应变的比例常数E 被称为弹性系数或扬氏模量，不同的材料有其固定的扬氏模量。
综上所述，虽然无法对应力进行直接的测量，但是通过测量由外力影响产生的应变可以计算出应力的大小。
应变片的构造及原理应变片的构造应变片有很多种类。
应变片的工作原理
应变片的工作原理首先，应变片的工作原理与材料的弹性变形密切相关。
当外力作用于应变片时，材料会发生弹性变形，即在外力作用下，材料会发生形变，但当外力消失时，材料会恢复原状。
这种弹性变形的特性使得应变片能够在受到冲击或振动时吸收能量，从而减小冲击力的传递。
这种特性使得应变片在机械设备中起到了缓冲和保护作用。
其次，应变片的工作原理还与材料的应变能密切相关。
应变能是材料在受力作用下所储存的能量，它是由外力对材料做功而转化而来的。
在应变片受到冲击或振动时，材料会吸收外力的能量，将其转化为应变能，从而减小了冲击力的传递。
这种能量转化的过程使得应变片能够在机械设备中发挥出良好的缓冲和保护效果。
此外，应变片的工作原理还与其结构设计密切相关。
通常情况下，应变片的结构设计会考虑材料的选择、形状和尺寸等因素。
合理的材料选择能够保证应变片具有良好的弹性和韧性，从而能够吸收更多的能量。
而合适的形状和尺寸设计则能够使得应变片在受到冲击或振动时能够更好地发挥其缓冲和保护作用。
总的来说，应变片的工作原理主要是通过材料的弹性变形和能量转化来实现的。
当外力作用于应变片时，材料会发生弹性变形，吸收能量并转化为应变能，从而减小冲击力的传递。
合理的结构设计能够使得应变片在机械设备中发挥出良好的缓冲和保护效果。
在实际工程应用中，我们需要根据具体的工作环境和要求来选择合适的应变片，并合理设计其结构，以确保其能够有效地发挥作用。
同时，我们还需要对应变片的工作原理有深入的了解，才能更好地应用和维护应变片，从而保证机械设备和人员的安全。
希望通过本文的介绍，能够让大家对应变片的工作原理有更清晰的认识。
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（
，那么。
或者
化，应变片的电阻变化就用该电路来测量。
惠斯通电桥由四个同等阻值的
或
，
有应变（形变）产生时，记应变片电阻的变化量
:
，即：
所以如果测
变片，在电子行业的应变测量中不经常使
如下图所示。
R4则上面的式子可写成下面的形式
）处于相同的温度条件下，由温度引
动态模拟法是最理想的温度补
为了解决这个问题，
在热膨胀系数为βs的被侧物表面贴上敏感栅热膨胀系数为βg的应变片。
则温度每变化1℃，其所表现出来的应变εT如下式所示：
其中，α：电阻元件的温度系数；K5：应变片的应变片常数
上式中，K5为由敏感栅材料决定的应变片常数，βs、βg分别为由各自材料决定的被测物与敏感栅的热膨胀系数，这三项均为定值，则通过调整α就可以使由温度引起的应变变为零。
此时，
在箔材的制作过程中可以通过热处理对α的值进行控制。
而且它是与特定的被测物的热膨胀系数βs相对应的，如果用在不适用的被测物时，不仅不会补偿温度引起的应变还会引起较大的测量误差。
导线的温度补偿
使用自我温度补偿片可以解决应变片所受的温度影响问题。
但是从应变片到测量仪之间的导线也会受到温度的影响，这个问题并没有解决。
如图a所示单应变片双线的联接方式将导线的电阻全部串联入了应变片中。
导线较短时不会有太大的问题，但如果导线较长就会产生影响。
为了减小导线的影响，可以使用3 线联接法。
如图b所示，在应变片导线的一根上再联上一根导线，用3根导线使桥路变长。
这种联接方式与双线式不同的地方是导线的电阻分别由电桥的相邻两边所分担。
图b 中，导线电阻r1串联入了应变片电阻Rg，r2串联入了R2，r3成为电桥的输出端。
这样，
就几乎不会产生什么影响了。
应变测试在电子厂的应用
在PCB装配和测试流程中，如果ICT（集成电路测试）及FT（功能测试）的夹具没有设计好，或者分板时走刀的速度或力过大，就很可能会对PCB板上的元件产生超过允许范围的应力。
甚至设计得很好的夹具，也会因为使用时间过长而导致测试时在PCB板的内部产生很大的应力。
再加上由于无铅焊接材料的引入，在相同的拉伸和压力强度之下，相对于传统锡铅焊接来说，焊接节点加倍脆弱，以致压力引起的焊接失效问题被更深层次地激发了。
常见的过应力断裂的失效模式主要包括：焊点中塑性断裂、界面脆性断裂、树脂撕裂。
（1）塑性断裂
焊点在拉拔应力作用下的塑性断裂是常见断裂模式，塑性变形明显，呈韧窝形貌，但这种情况在实际应用中出现的较少，焊点一般也不会受到此类型的应力。
图1. 塑性断裂断口特征
（2）脆性断裂
焊点的脆性断裂是较为常见一种失效机理，也是电子产品较为关心的一类失效。
主要包括焊点界面脆性断裂和树脂裂纹两大类。
（1）OSP表面处理，界面生成Cu6Sn5 IMC，发生脆断时，基本穿晶开裂，界面平齐。