第四章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
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。
材料力学性能知到章节答案智慧树2023年西安工业大学
参考答案:
越宽
35.典型疲劳断口具有3个特征区分别为（）。
参考答案:
疲劳裂纹扩展区
;疲劳源
;瞬断区
36.疲劳条带和贝纹线均属于疲劳断口的微观特征形貌。（）
参考答案:
错
37.同种材料不同应力状态下，表现出的应力～寿命曲线是不同的，相应的疲劳极限也不相同。一般而言，对称弯曲疲劳极限（）对称拉压疲劳极限。
参考答案:
错
26.线弹性断裂力学研究方法之一是应力应变分析方法，与之相对应的是（）判据。
参考答案:
K
27.要测量金属材料的断裂韧性（断裂韧度）KIC，中国国家标准中规定了四种试样，下列中不属于这四种试样的是（）。
参考答案:
标准四点弯曲试样
28.奥氏体钢的KIC比马氏体钢的高。）
参考答案:
对
29.对于过共析钢而言，如果沿晶界析出二次渗碳体的数量逐渐增多，则该材料的KIC（）。
参考答案:
晶粒大小
;金相组织
;加载速度
第四章测试
23.裂纹扩展的基本形式有（）。
参考答案:
滑开型
;张开型
;撕开型
24.某材料的KIC=50MPa·m^-1/2，承受1000MPa的拉应力，假设K=1.2σ(πa)^1/2，该试样的临界裂纹尺寸是（）。
参考答案:
1.1mm
25.应力场强度因子，综合反映了外加应力和裂纹长度、裂纹形状对裂纹尖端应力场强度影响，是材料本身固有的力学性能。（）
参考答案:
错
59.两表面完全分开，形成液体与液体之间的摩擦是流体摩擦。（）
参考答案:
第四章工程结构静载试验精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第四章工程结构静载试验主要内容试验前的准备加载与量测方案设计常见结构构件静载试验量测数据整理结构性能的检验与评定4.1 概述结构静载试验是用物理力学方法，测定和研究结构在静荷载作用下的反应，分析、判定结构的工作状态与受力情况。
静载试验方法不仅能为结构静力分析提供依据，同时也可为某些动力分析提供间接依据。
结构静载试验中最常用的单调加载静力试验。
主要用于研究承受静载作用下构件的承载力、刚度、抗裂性等基本性能和破坏机制。
《混凝土结构试验方法标准》既统一了量大面广的生产检验性试验方法，又对一般性科研试验方法提出了基本要求，对生产和科研有广泛的实用性。
4.2 试验前的准备试验前的准备包括试验规划和准备两个方面，主要内容：1、调查研究、收集资料(1)鉴定性试验中，主要向有关设计、施工和使用单位和人员收集资料。
(2)科研性试验中，主要向有关科研单位和情报检索部门及必要的设计、施工单位，收集与本试验有关的历史、现状和将来的发展要求。
2、试验大纲的制定(1)概述：试验的依据及试验的目的意义与要求等。
(2)试件的设计及制作要求：设计的依据及理论分析和计算，试件的规格和数量，制作施工图等。
(3)试件的安装与就位：包括就位的形式、支承装置、边界条件模拟、保证侧向稳定的措施和安装就位的方法和机具等。
(4)加载方法与设备：包括荷载种类及数量、加载设备装置、荷载图式及加载制度等。
(5)量测方法和内容：主要说明观测项目、测点布置和量测仪表的选择、标定、安装方法及编号图、量测顺序规定和补偿仪表的设置等。
(6)辅助试验。
(7)安全措施：包括人身和设备、仪表等方面的安全防护措施。
(8)试验进度计划。
(9)试验组织管理：包括技术档案资料、原始记录管理、人员组织和分工、任务落实、工作检查等。
(10)附录：包括所需器材、仪表、设备及经费清单，观测记录表格，加载设备、量测仪表的率定结果报告和其他必要的文件规定等。
3、试件准备试件准备包括试件的设计、制作、验收及有关测点的处理等。
结构应变测试实验
1)采用电压比较的液压工作台位置控制系统
执行元件
被控对象
放大元件
传感器1
比较元件
传感器2 指令元件
控制框图
放大元件
控制系统组成：
工作台
•被控对象
•指令元件
•比较元件 •指令传感器
I
Ka
•反馈传感器
•动力元件（阀、缸）
Xi
指令 指令
电压
Ui
比较 E
电位器
-
电放大I Ka
液压能源
液压动力元件
实验步骤
3.打开仪器，设置仪器的参数，力传感器的量程和灵敏度， 未加载时平衡测力通道和所选测应变通道。
4.本实验取初始载荷PO=0.5kN，Pmax=2.5kN，△P=0.5kN，
以后每增加载荷500N，记录应变读数εi，共加载五级，然
后卸载。再重复测量，共测三次。取数值较好的一组，记 录到数据列表中。
软管
深海电缆
钢管
脐带缆
实验背景
基于规范的设计方法 基于失效模式设计方法
主要的抗力设计
基于性能优化设计方法 基于可靠性设计方法
➢ 抗拉性能设计 ➢ 抗扭转性能设计 ➢ 柔顺型(易弯曲)设计 ➢ 抗内压设计 ➢ 抗外压设计 ➢ 稳定性(屈曲)校核 ➢ 疲劳寿命校核
实验背景
设计
评价
加工
柔性管缆结构复杂，是需要特殊设计的装备，对可靠性要求极高， 对于这类装备的测试/检测是其使用过程中最重要的环节！
三、按液压动力元件的控制方式或液压控制元件的形式分类：
1)节流式（阀控式）控制系统 阀控液压缸系统、阀控液压马达系统 恒压伺服系统、恒流伺服系统（结构简单、价廉、效率 高但阀的线性度差，用于系统性能要求不高的场合） 优点：响应速度快、控制精度高、结构简单 缺点：效率低
第四章应力应变关系
4 应力应变关系4.1弹性变形时应力和应变的关系当材料所受应力小于其线弹性极限时，材料应力应变间的关系服从广义Hooke 定律，即1()1()1()111222x x y z y yx zz z x yxy xy yz yz zx zxE E E G G G εσνσνσεσνσνσεσνσνσετετετ⎧=--⎪⎪⎪=--⎪⎨⎪=--⎪⎪⎪===⎩，， （4.1） 式中，E 为拉压弹性模量，G 为剪切模量，ν为泊松比，对于各向同性材料，三个常数之间满足()21E G ν=+关系。
由上式可得11212()()33m x y z x y z m E E ννεεεεσσσσ--=++=++= （4.2） 于是11()'2x m x m x E G νεεσσσ+-=-= 或1112''22x m x x m G G Eνεεσσσ-=+=+ 类似地可以得到1112''22y m y y m G G E νεεσσσ-=+=+ 1112''22z m z z m G G Eνεεσσσ-=+=+于是，方程（4.1）可写成如下形式1212'00'0000'x xy xz x xy xz m v yx y yz yx y yz m G E m zx zy z zx zy z εγγσττσγεγτστσσγγεττσ-⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭即'1122ij ij m ij ij m G Eνεεεσδσ-'=+=+ （4.3）显然，弹性变形包括体积改变的变形和形状改变的变形。
前者与球应力分量成正比，即12m m E νεσ-= （4.4）后者与偏差应力分量成正比，即''12''12''12111222x x m x G y y m y G z z m z G xy xy yz yz zx zxG G G εεεσεεεσεεεσετετετ⎧=-=⎪=-=⎪⎨=-=⎪⎪===⎩，，或简写为2ij ij G σε''= （4.5）此即为广义Hooke 定律。
实验四材料应力与应变测试实验
变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表 示：
式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）
S——导体的截面积（cm2）
L——导体的长度（m）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积
0.6
纵向
横向
表三：理论值
六、综合比较
将模拟得到的结果与具体实验得到的结果相，以及理论解汇总后填入下表：
压力（MPa） 0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
实验值
纵向
横向
模拟值
纵向
横向
理论值
纵向
横向
比较上表的汇总结果，分析三种方法得到数值的异同。
网格划分完毕后，对固定约束进行设置，随后进行受力面和压力大小的设定， 按照试验数据对压力进行设置完毕后即进行模拟，依次按照试验中使用的各种压 力进行模拟，模拟结果的数据如表 3-1 所示。
表 3-1 模拟结果
Fig.3-1 The result of simulation
压力（MPa） 0.2
0.3
图 3-8 网格工具对话框 Fig.3-9 MeshToll box
图 3-9 网格设定对话框 Fig.3-9 Grid hypothesis dialog box
因为易拉罐侧壁厚度为 0.11mm，所以为保证有 3 层单元格要设置单元格的 尺为 0.04mm。网格划分完毕，划分状况如图所示。
图 3-10 局部网格放大图 Fig.3-10 Partial grid enlarged drawing
DAQ 软件采集分析试验数据
结构静力实验中应力应变的测试方法
结构静力实验中应力应变的测试方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!结构静力实验中应力应变的测试方法在结构静力实验中，测量应力和应变是至关重要的步骤。
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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
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
光纤布拉格光栅传感器
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。
▪
可KT采T用相同温度环境下的光纤光栅进行温度补偿。
光纤布拉格光栅传感器
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
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。
概述
▪ 应变测试的主要方法： ——机测法 ——光测法 ——电测法
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
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
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：
响。
电蜗流式传感器—非接触式
电测法——电涡流式
▪ 组成
探头、延伸电缆、前置器、被测体
▪ 特点
非接触式、静态、动态、高线性、高分辩率
第四章结构实验结构的应 力应变测试
建筑结构试验
南京工程学院
2011.11.01
▪ 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： （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
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。
▪ 高精度 ▪ 高灵敏度 ▪ 远距离 ▪ 分布式 ▪ 耐久性 ▪ 光纤的小巧、柔软、不易拉断 ▪ 抗电磁干扰能力强 ▪ 集传感与传输于一体 ▪ 易于制作和埋入结构内部 ▪ 而且物理截面和力学强度小，在粘贴或嵌入到主体中不会对其性能和结构造成影
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
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
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：
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
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
手持式应变仪
手持式应变仪
1
4
3
2
5
6
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)
▪ 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
测振传感器
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，通过的波长的变化来实现对 应变的测量
▪ 传感器：光纤布拉格光栅传感器 （fiber optic Bragg grating strain sensor）
光纤布拉格光栅传感器
▪ 构造：光纤、布拉格光栅组成
4
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。
▪ 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。
▪ 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
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
▪ 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。
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。
▪ 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：