(实验应力分析电测)5动态应变测量
动态应变仪使用说明书
动态应变仪使用说明书动态应变测试仪使用说明书目录一、概述二、使用说明三、技术指标四、注意事项五、故障及解决方案六、仪器附件一、概述动态应变仪是一种具有自动平衡功能的动态电阻应变仪，主要用于实验应力分析及动力强度研究中，对结构及材料的任意变形进行动态应变测量。
通道数量可以2、4、6、8自由组合。
体积小重量轻，便于携带和搬运。
采用直流供桥，电桥采用六线制，有长导线补偿功能。
仪器频带宽、校准方便，配接不同类型的应变片及应变式传感器，可以实现应力、拉压力、速度、加速度、位移、扭矩等多种物理量的测量。
动态应变仪具有如下特点：1、可以2、4、6、8通道组合，体积小。
2、桥路自动平衡，平衡时间约2秒，平衡范围大于±5000με3、采用拨盘开关校准，准确方便。
4、供桥电压采用六线制，自动修正长导线测量时引入的误差。
5、频带宽：频响范围DC-300kHz（+0.5dB，－3dB）。
6、测量精度高，噪声低，稳定性好，抗干扰能力强。
7、器件集成度高，性能稳定可靠。
二、使用说明1、测试方框图动态应变放大器可以配接各种类型的应变片及应变式传感器。
其典型测试方框图如图1所示：232、面板说明通道前面板通道后面板3、操作前准备① 仪器通电之前，先将桥盒接成全桥，把桥盒的航空插头插入通道的航空插座内，旋紧。
② 使用220V 50Hz 市电供电，电源线一端插入仪器电源插座，另一端接入市电，然后将电源后面板的电源开关置“开”位4 反馈+2 激励-3 信号+5 反馈-6 信号-7 屏蔽线1 激励+置，电源即接通。
这时将要使用的通道电源置于“开”（向上扳），随即该通道的前面板的工作指示灯亮了，进入工作状态。
③各通道的电源开关为省电而设置，把不使用的通道的电源开关置于“关”的位置，再把桥盒的输入插头拔掉，这样该通道的±12V电源和桥压都被关掉了。
4、操作说明（1）电源部分①电源前面板设有3?位液晶显示数字面板表，供仪器各通道调零指示和校准值指示之用，下设两个开关，左边为通道选择开关，可选择测量1—10个通道中任一通道的零点或校准应变值。
电测法应力分析实验
第二章 电测法应力分析实验电测法是实验应力分析中应用最广泛和最有效的方法之一，广泛应用于机械、土木、水利、材料、航空航天等工程技术领域，是验证理论、检验工程质量和科学研究的有力手段。
第一节 矩形截面梁的纯弯曲实验一、实验目的1.熟悉电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法。
2.测量矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律。
3.比较正应力的实验测量值与理论计算值的差别。
二、实验设备和仪器1.多用电测实验台。
2.YJ28A-P10R 型静态电阻应变仪。
3.SDX-I 型载荷显示仪。
4.游标卡尺。
三、实验原理及方法实验装置如图2-1所示，矩形截面梁采用低碳钢制成。
在梁承发生纯弯曲变形梁段的侧面上，沿与轴线平行的不同高度的线段22-、11-、00-、11'-'、22'-'（00-线位于中性层上，22-线位于梁的上表面，22'-'线位于梁的下表面，11-和11'-'、22-和22'-'各距00-线等距，其距离分别用1y 和2y 表示）上粘贴有五个应变片作为工作片，另外在梁的右支点以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片。
将五个工作片和温度补偿片的引线以半桥形式分别接入电阻应变仪后面板上的五个通道中，组成五个电桥（其中工作片的引线接在每个电桥的A 和B 端，温度补偿片接在电桥的B 和C 端）。
当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，工作片的电阻值将随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变值实ε。
根据胡克定律，可计算出相应的应力值实实εσE = 式中，E 为梁材料的弹性模量。
梁在纯弯曲变形时，横截面上的正应力理论计算公式为zI y M ⋅=理σ式中：2/Fa M =为横截面上的弯矩；123/bh I z =为梁的横截面对中性轴的惯性矩；y 为中性轴到欲求应力点的距离。
图2-1 矩形截面梁的纯弯曲四、实验步骤1.测量矩形截面梁的各个尺寸，预热电阻应变仪和载荷显示仪。
应力应变测试
应力应变测试什么是应力应变测试？应力应变测试是一种用于评估材料或结构在受到外部力作用下的性能和可靠性的方法。
通过施加不同的力或应变，并测量材料或结构的响应，可以获得有关其性能和行为的重要信息。
这些信息对于设计和优化材料和结构非常重要。
应力应变测试基于材料或结构在受到外部力作用下的弹性变形和塑性变形的原理。
通过施加一定大小的力或应变，可以观察材料或结构在不同载荷下的应力应变关系，从而确定其弹性模量、屈服强度、断裂强度等性能指标。
应力应变测试的方法1. 拉伸测试拉伸测试是最常用的应力应变测试方法之一。
它通过施加拉伸力来应用应变，测量材料在不同负荷下的应变和应力。
在拉伸测试中，逐渐增大载荷，直到材料发生断裂为止。
拉伸测试可以用于评估材料的强度、延伸性、断裂韧性等性能。
通过绘制应力应变曲线，可以确定材料的屈服点、最大应力点和断裂点。
2. 压缩测试压缩测试是将作用力施加在材料或结构上，使其在压缩方向上产生应变的测试方法。
通过测量材料在不同载荷下的应变和应力，可以评估材料的抗压强度和变形性能。
压缩测试常用于评估材料的稳定性和抗压性能。
通过绘制应力应变曲线，可以确定材料的屈服点和最大应力点。
3. 弯曲测试弯曲测试是将材料或结构放置在两个支撑点之间，施加弯曲力以产生应变的测试方法。
通过测量材料在不同载荷下的应变和应力，可以评估材料的强度、刚度和韧性。
弯曲测试常用于评估材料在受到弯曲力作用时的性能和可靠性。
通过绘制应力应变曲线，可以确定材料的弹性模量、屈服点和断裂点。
如何进行应力应变测试？进行应力应变测试需要准备以下设备和工具：1.电子拉伸试验机：用于施加拉伸力和测量应变和应力。
2.压缩试验机：用于施加压缩力和测量应变和应力。
3.弯曲试验机：用于施加弯曲力和测量应变和应力。
4.试样夹具：用于夹持和固定材料或结构。
5.应变计：用于测量材料的应变。
6.应力计：用于测量材料的应力。
进行应力应变测试的步骤如下：1.准备试样：根据实验要求制备符合标准尺寸的试样。
应力应变测量
cos1 cos 2
3
x cos2 3
y sin 2 3
x
y
s
in
3
cos
3
测点上3个方向的角（1 、2 和 3）通常预先设定的
（根据3片应变花的夹角1 、 2 和3）。若能测得这三
个方向上的应变值 1 、2 和 3，就能算出三个未知
1 2
E 2
0＋ 90
1－
1
1＋
（
0－
90）2＋（2
45－
0－
）2
90
（2）主应力计算公式（贴三片60 应变花）
1 2
E 2
＋
0
60
3(1－
120
)
1
1＋
（
－
0
0
60
3
120
）2＋
1（
2(1 )
4、求出主应力与主应力的方向： 主应力的计算公式：
1 x y
2
2
(
x
2y)2 Nhomakorabea
2 xy
max
(
x
2
y
)2
xy 2
主应力（与x轴夹角）的方向
tan 2 2 xy x y
式中：
——主应力
和x轴的夹角。
1
5、常用应变花应用举例： 实际测量中， （1）主应力计算公式（贴三片 45 应变花）
存在：正应力
应变： x 、
应力应变测量实验报告
应力应变测量实验报告实验名称：应力应变测量实验。
实验目的：1.熟悉应变计的使用方法和原理，了解应力应变测量的基本原理。
2.掌握金属材料的应力应变特性，以及不同材料的性能差异。
3.学会分析实验结果，提高实验数据的处理能力。
实验器材：1.应变计。
2.电子秤。
3.轴向夹持装置。
4.辅助器材：力计、千分尺、卷尺等。
实验原理：1.应变计的原理。
应变计是一种用于测量物体应变的传感器，是利用金属材料的电阻值随应变而发生变化的特性进行测量。
当材料发生应变时，应变计中导电性材料发生形变，从而改变应变计电阻值，这种变化可以通过内置电路进行测量，转换成应变数据。
2.应力应变特性的原理。
应力与应变之间为线性关系。
应力为物体受力情况下承受压力的大小；应变为受力物体在一定形变下所产生的伸长或缩短的程度。
当物体在一定的应力下发生变形时，它的应变就可以被测量到。
实验步骤：1.确定试样：从材料样品中选取原料，并对其进行加工，制作成标准试样。
2.安装应变计：将应变计安装在试样上，注意按照应变计说明书的规定进行固定、连接当前和测量其电阻值。
3.测量：将样品固定在轴向夹持装置上，并在应变计电路进行校准后进行测试。
期间应注意掌握试样的质量和任何可能会影响测试结果的因素。
4.计算与处理：将测试结果转化成应力应变曲线，并进行分析，根据公式计算出试验数据并总结分析。
实验结果与分析：样品材料：钢。
试样直径：5mm。
试样长度：20mm。
应变计响应系数：2.1。
电压：1V。
测试结果：荷重（N）应变（微米/毫米）。
00。
1004。
2008。
30012。
40016。
50020。
根据实验结果计算得出钢的应力应变曲线如下：应力（MPa）应变。
00。
204。
408。
6012。
8016。
10020。
通过实验数据可以看出，钢材的应力应变特性在一定载荷下逐渐确认出来，且具有较好的线性关系，即应力与应变成正比。
由于不同材料的应力应变关系存在差异，通过本次实验可以更加深入的研究材料特性，进一步了解各种材料的物理特征与性能表现。
应力与应变测量方法及应用
应力与应变测量方法及应用应力与应变测量是工程学中非常重要的分析方法，能够帮助工程师评估材料和结构在外部力作用下的性能表现。
本文将介绍一些常用的应力与应变测量方法及其应用。
一、应力与应变测量方法1. 电阻应变计法电阻应变计是最常用的应变测量方法之一。
应变计的基本原理是应变导致电阻变化，通过测量电阻变化来间接测量应变。
常见的电阻应变计有金属应变计和半导体应变计。
金属应变计主要适用于动态应变测量，而半导体应变计适用于静态及高温应变测量。
电阻应变计的优点是精度高、灵敏度高，但也有一些限制，比如灵敏度容易受到温度的影响。
2. 光弹性法光弹性法是一种通过利用光的干涉原理来测量应力和应变的方法。
光弹性法常用的设备有两种，一种是维尔贝克(Disc-more)干涉条纹法，另一种是技巧干涉条纹法。
这两种方法都是基于光束的干涉现象，通过观察并记录干涉条纹的变化来推算出应力和应变的分布情况。
光弹性法的优点是非接触性，适用于复杂形状和高温等特殊条件下的应变测量。
3. 应变片法应变片是利用压电效应材料制成的一种应变测量器件，常用的应变片有金属应变片和陶瓷应变片。
应变片通过自身形变来实现应变的测量，通过测量应变片的电荷输出或形变量的变化来推算应变。
应变片法的优点是响应速度快、测量范围广，适用于各种应变测量场景。
二、应力与应变测量的应用1. 材料性能评估与选择应力与应变测量可以帮助工程师评估材料的力学性能，并为材料的选择提供依据。
通过测量应力和应变，可以计算出弹性模量、屈服强度、断裂韧性等重要参数，从而判断材料是否满足工程设计要求。
2. 结构设计与优化在结构设计中，应力与应变测量可以帮助工程师评估结构的稳定性和安全性。
通过测量结构内部的应力分布和应变变化，可以发现潜在的结构问题，并进行必要的优化和改进，从而提高结构的可靠性和性能。
3. 动态加载分析应力与应变测量在动态加载分析中也有广泛的应用，可以用于研究冲击、爆炸、振动等动力载荷下的材料和结构响应。
应力测定实验演示文稿
（1）应力计算
E 1 2
(
)
E 1 2
(
)
（2）测量误差计算
e 100 %
— 应力测量值
— 应力理论计算值
5、实验报告要求
① 容器测点位置分布图 ② 各种载荷下的实测应变读数 ③ 各测点应力值计算 ④ 各测点应力理论计算值 ⑤ 在容器外形图上画出应力分布曲线 ⑥ 测量误差计算 ⑦ 分析测量误差产生的原因
5．对容器进行几次加载、卸载循环。消除应变片初受载后的永久变形，使 滞后误差趋于稳定。每次卸载后需进行预调平衡，然后按加载步骤加载，记 下应变读数。当应变读数和滞后量趋于恒定时，才可进行正式测量。
6．系统最后一次卸载后先检查一下平衡情况，然后加载进行正式测量， 记录每种载荷下，各测点的应变读数。 7．测量结束后，系统卸载，并关闭电动机及其它测量仪器。
1．根据选择的测点和布片方案进行表面打磨、划线定位、表面脱脂 处理、粘贴应变片、固化及防护等工作。
2．用相同长度和相同型号的导线，一端和工作片连接，另一端和预 调平衡箱连接。每根导线都需进行编号，并记下相对应的测点编号， 以免发生错误。
3．按应变仪、预调平衡箱的操作规程对各测点进行预调平衡。 4．打开排气阀，开动试压泵，将容器内的气体排除，然后关闭排气 阀，对实验容器进行加载。
若被测部位在弹性范围内工作，对测得的应变值，可以采用虎克定律换算 得到对应的应力值。
2．实验内容 主要对各种典型薄壁容器筒体、ห้องสมุดไป่ตู้盖及接管或筒体的连接不连续处
的应力分布进行测试。试件可以为一些自制的薄壁容器模型，也可采 用工业产品的一些小型薄壁容器，使测试对象形式多样并具有工程实 际意义。
四、实验操作步骤
贴片步骤
动应变测量实验报告
一、实验目的1. 掌握动应变测量的基本原理和方法。
2. 熟悉动应变仪器的操作和数据处理。
3. 通过实验，了解动应变在工程中的应用及其重要性。
二、实验原理动应变测量是通过测量物体在动态载荷作用下的形变来评估其应力状态的一种方法。
本实验采用惠斯登电桥原理，利用应变片和应变仪进行测量。
当物体受到动态载荷时，应变片将产生相应的应变，通过电桥电路将应变转换为电压信号，再由应变仪进行放大和数据处理。
三、实验仪器1. 微型计算机2. 动应变仪3. 桥盒4. 应变片及其附件5. 动态载荷发生器四、实验内容1. 应变片粘贴：- 选择与桥盒内置电阻相匹配的应变片。
- 用砂纸打磨钢片表面测点，使测点表面平整、光洁，并做清洁处理。
- 用胶水把应变片和转接片贴到测点上，尽量使应变片与被测物紧密贴合。
2. 电桥联线：- 将应变片接入电桥电路中，按照惠斯登电桥原理进行联线。
- 确保电路连接正确，无短路或开路现象。
3. 动态载荷施加：- 启动动态载荷发生器，施加动态载荷于被测物体。
- 通过应变仪实时监测应变信号。
4. 数据采集与处理：- 打开应变数据采集程序，设置应变量程、滤波频率等参数。
- 进行数据采集，记录应变信号。
- 对采集到的数据进行处理，包括滤波、放大、积分等。
5. 结果分析：- 分析应变信号，计算应变值。
- 结合被测物体的材料性能和结构特点，评估其应力状态。
五、实验结果本次实验成功采集到了被测物体在动态载荷作用下的应变信号，并对其进行了分析。
实验结果表明，应变值与载荷成正比，符合惠斯登电桥原理。
六、思考题1. 如何提高动应变测量的精度？2. 动应变测量在工程中的应用有哪些？3. 如何根据应变信号判断被测物体的应力状态？七、实验总结本次实验成功实现了动应变测量，掌握了动应变测量的基本原理和方法。
通过实验，加深了对应变信号分析的理解，为今后在工程中应用动应变测量技术奠定了基础。
八、注意事项1. 在粘贴应变片时，要注意使其与被测物体紧密贴合，避免出现气泡或翘曲现象。
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n
n1 ,2 , , （5—24）
由式（5—14)、（5—15）和（5—23），可得
Cn
1 T
T
2 T
2
(t)e2jnf1tdt
（5—25）
Cn
1 T
T
2 T
2
(t)e2jnf1tdt
（5—25）
Cn 为 (t) 复数频谱分量，写成
Cn Cn ej
（5—26）
式中复数模 Cn 及幅角 n 分别等于信号第 n 次谐波的振幅及相位
3
B
R1
R2
A
C
R4 R3
D
二、弯曲弹性元件
1、悬臂梁式弹性元件
R1 R3
P
h
R2 R4 l
b
13Mt
24Mt
d 1 2 3 4 4 M A
由材料力学
MEEMWE6Pb2lh
P bh2Ed
24l
B
R1
R2
C R4 R3
D
次。
2
如取N=12时，最多只能求得信号的6次谐波，这时 (t)
的级数展开式为 。
t0 a 1 c2 of1 ts a 6c1 on 2 s f1 t b 1 s2 in f1 t b 6 s1 in n 2 f1 t
二、瞬变性应变信号
瞬变性信号可看成周期 T 趋近于无穷大时的周期信号， 傅里叶积分的形式为
§5-2 应变计的 动态响应和疲劳寿命
一、应变计的动态响应 构件上应变传播的两种形式
构件表面
粘结层和基底
应变计敏感栅 时间短
沿应变计栅长方向传播
分析重点
设构件表面上应变分布为
y(t)
xA
msin2 x
（5—4）
A
m
栅长中点 A 处的应变值为
o
A
ms
in2
xA
（5—5）
l
t
16l2
1l f
B
R1
R2
A
C
R 2
D R 1
1322t 242 2t
d 12 3 4
41
d
41
R 3
R 1
R 2
R3
R 4
R1 R2
R4
B
R1
R 1
R2
R 2
A R4
R3
C
R4
D R 3
d
41
压力与读数应变间的关系
PAEA4E 1Ad
带膜片——可承受横向载荷，用以消 除横向力和弯矩的影响。
膜片
特点： 承载大
2、平板开孔式弹性元件
6 v
2
（5—9）
1）若给定允许的相对误差 和被测动态应变的最高频率
fmax,则可得出应变计允许的最大栅长l。
2）若给定允许的相对误差 和应变计栅长l，可确定应变
计允许的极限频率fmax。
例如：应变波在钢材中的传播速度v500m0/s ，给定允
许的相对误差 1% ，应变计的栅长 l=5mm，
式中： 0 、an、bn 称为傅里叶系数，按下式计算
0
1 T
T 0
(t)dt
anT 20T (t)co2snf1tdt
2T
bnT0
(t)si2 nnf1tdt
（5—13）
（5—14）
n1 ,2 , ,
（5—15）
( t ) 0 ( a n c 2 n o f 1 t b n s s 2 i n f 1 t n )
0
1 T
T 0
(t)dt
anT 20T (t)co2snf1tdt
bnT 20T (t)si2 nnf1tdt
这样，第 n 次谐波的幅值 n 和相位 n 可由 an、bn 确定如下
n an2 bn2
n
arctan
an bn
（5—16）
n1 ,2 , ,
（5—17）
因此，计算周期信号的频谱即为确定 t 时间历程的傅里叶系数。
记录时间
2、应变测量值修正 与静态应变修正相同
零线移动
§5-6 动态应变的数据分析
一、周期性应变信号
根据波形图，除了确定应变的幅值 和基频 f1 外，还需计算频谱，
为此，将复杂周期应变 ( t) 0 n s2 if n n t ( n )
改写成
( t ) 0 ( a n c 2 n o f 1 t b n s s 2 i n f 1 t n ) （5—12）
2、弹性元件材料的选择 高强度 高弹性极限
低弹性模量
稳定的物理性质
良好的机械加工和热处理性能
常用材料： 40CriNiMo 40CrNi 40CrMnMo 30CrMnSiNAi
弹性元件的制造工艺过程
退火 ——粗加工 ——热处理 ——精加工 ——时效处理
退火——便于切削加工，进刀量应小，减小加工应力
( t) 0 ( a n 2 jn b e 2 jn f1 t a n 2 jn b e 2 jn f1 t) （5—22）
式中：j 1 、f1 为基频，e2 j f1t是三角函数的复数形式，令
cn
an
jbn 2
（5—23）
代入式（5—22)并合并右边项，则有
t
c e2 jn f1t n
t
c e2 jn f1t n
n
n1 ,2 , , （5—24）
t
cne2 jnf1 t fF (f)e2 jf1 td f
f n 1
（5—28）
F ( f ) 称为 (t)的傅里叶几分变换。 (t) 称为F ( f )的傅里叶逆变换。有
F(f)F(f)ej(f)
（5—29）
F ( f ) 模与 ( f )幅角分别称为应变信号的幅值谱密度和相
§5-5 动态应变的记录曲线与修正
一、记录曲线
前标定记录
记录曲线
后标定记录
H1 H2
零线
h1
b
h2
B
H3 H4
时标
幅高为 h 所对应的应变值为
h
h H
H
（5—10）
HH1H3HH2H4
2
2
周期
b1 T
B fB
（5—11） B 周期记录长度
二、曲线修正
1、零线修正 原因 处理
输出漂移引起零线的移动 依据零线移动与时间成正比 ，这点计算移动量
性能指标 1．非线性 2．滞后 3．重复性
四、供桥电压的选择
经验公式
u0 2 RPgFg
式中： R —应变计电阻
F g —敏感栅的面积
P g —敏感栅上的功率密度。
五、传感器的电路补偿
1．初始不平衡 RZ
2．零漂
Rt
3．灵敏度漂移 RE
4．非线性
RL
5．输出灵敏度 RS
B
R1
R2
RZ
A
R3
C uBD
测量应变值并 转换成力
二、传感器的设计
设计要求 灵敏度高 非线性误差小 重复性好 湿度影响小 足够的动态频率范围
1、弹性元件结构的设计原则 结构简单 刚性好 整体性好 对作用力位置的变化和干扰力的影响不敏感 有效区的线性好 有效区具有最大应变值 工作区的最佳额定应变值 工作区的工艺性能好 自身具有过载保护或便于设置过载保护装置 安装方便，互换性好
三、抑制干扰的措施
电磁、静电干扰 地电压、地电流干扰 仪器之间的干扰 其他干扰措施
导线绞扭—减少干扰磁通的耦合面积 采用三芯、四芯屏蔽线 增大测量导线与干扰源距离 尽可能缩短测量导线长度 信号电路必须一点接地 应变仪使用供电电池时，采用浮空 强迫各台仪器载波频率同步 调整应变仪的震荡频率，使其接近 使用滤波器 对干扰源采取屏蔽、接地等
y(t)
o t
周期性动态应变和瞬态性动态应变都属于确定性动态应变， 如果不考虑误差影响，重复测试时，每次结果都是形同的。
对非确定性动态应变，要选用频率响应范围很宽的测量 记录系统，进行大量重复试验，根据统计规律进行研究。
随机性动态应变一般含有十分丰富的频率成分，测量时 从应变计开始，整个测量系统的频率响应特性都应符合要求。
二、非周期性动态应变
1．瞬变性动态应变 产生：瞬态载荷 冲击、爆破 特点：波形是单个脉冲或迅速衰减的震荡曲线
y(t)
y(t)
o
o
t
t
2．准周期性动态应变
特点：
由若干个简谐周期性动ຫໍສະໝຸດ 应变叠加而成虽是非周期的，但某些性质及处理方法复杂 周期性动态应变相同。
三、随机性动态应变
特点： 变化规律不能用明确的数学关系描述 大量重复实验的数据表现存在一定的统计规律性
各仪器的实际载波频率不同
二、干扰源的检查
仪器内部因素
未加载接线
标准无感电阻 代替应变计
加载后卸载 有零票
本身漂移
多台仪器间干扰
有信号输出表明通过应变计及导线进入
若干扰消除，则为应变计原因 若干扰仍在，则为外界对导线影响， 通过移动导线位置或改变走向查找
直流干扰 往往发生在发动机或 电动机开动或关闭时
R4
RE/2 RL/2
Rt
RE/2
D
RL/2
RS/2
RS/2
V
§6-2 测力传感器
一、拉压弹性元件
1、柱式弹性元件 不带膜片——可采用空心截面以提高 抗弯截面模量
1 t 2 t
d 1 2 1
d 1
R1 R2
B
R1
R2
A
C
D
13t 24 t
d 1 2 3 4
21
d
21
R 1