梁应力应变测试

机械工程测试技术基础

梁应力应变测量

姓名：张辉

班级：机自1304班

学号：12041427

梁应力应变测量

一、实验目的

1、了解电阻应变片的结构及种类；

2、掌握电阻应变片的粘贴技巧；

3、掌握利用电阻应变片测量应力应变的原理；

4、掌握动态测试分析系统的使用及半桥、全桥的接法；

二、实验内容

进行悬臂梁的应变测量

三、实验原理

1、电阻应变片的测量技术

将应变片固定在被测构件上，当构件变形时，电阻应变片的电阻值发生相应的变化。通过电阻应变测量装置（简称应变仪）可将电阻应变片中的电阻值的变化测定出来，换算成应变或输出与应变呈正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应力或应变值。

2、电阻应变式传感器

电阻应变式传感器可测量应变、力、位移、加速度、扭矩等参数。具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简便等优点。电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片和半导体应变片两类。

常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。它由敏感元件、引出线、基底、覆盖层组成，用粘贴剂粘贴在一起，如图所示。

图1 电阻应变片结构图2 电桥

3、应变片的测量电路

在使用应变片测量应变时，必须有适当的方法检测其阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，让它的电阻变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟这个电阻变化的电信号，之后，只要对这个电信号进行相应的处理（滤波、放大、调制解调等）就行了。

常规电阻应变测量使用的应变仪，它的输入回路叫做应变电桥 ① 应变电桥：以应变片作为其构成部分的电桥。

② 应变电桥的作用：能把应变片阻值的微小变化转换成输出电压的变化。

U

)

)((U 43214

2310⋅++-=

R R R R R R R R )--KU(4

1

][4U U 4321443322110εεεε+=∆-∆+∆-∆=

R R R R R R R R 常用电桥连接方法有三种：

（1）单臂半桥接法： R1作为应变片 （2）半桥接法：R1、R2作为应变片

（3）全桥接法： R1、R2、R3、R4均为应变片

电桥的和差特性：电桥的输出电压与电阻（或应变）变化的符号有关。即相邻臂电阻或应变变化，同号相减，异号相加；而相对臂则相反，同号相加，异号相减。

利用桥路的和差特性可以提高电桥灵敏度、补偿温度影响，从复杂应力状态中测取某一应力、消除非测量应力。

本实验采用单臂半桥接法，得到金属梁的拉应变与供桥电压和输出电压之间的关系为：

KU

4U 0

M =

ε 得到作用在梁上的弯矩为：EW M M ε=

四、实验主要仪器及耗材

DH5923动态电阻应变仪(DH5923动态信号测试分析系统)、电阻应变片、应变适调器、矩形梁、电烙铁、万用变、小螺丝刀、连接导线、502胶、丙酮、棉花、镊子、焊锡、酒精等。

五、实验步骤

1、粘贴应变片

(1) 去污：用砂轮（本实验采用砂纸代替）除去构件表面的油污、漆、锈斑等，并用细纱布交叉打磨出细纹以增加粘贴力，用浸有酒精和丙酮的纱布片或脱脂棉球擦洗。

(2) 贴片：在应变片的表面和处理过的粘贴表面上，各涂一层均匀的粘贴胶（502胶），用镊子将应变片放上去，并调好位置，然后盖上塑料薄膜，用手指揉合滚压，排出下面的气泡。

(3) 在合适位置粘贴接线板，将导线与应变片引线连接。

2、检查：用万用表测量应变片在粘贴过程中是否损坏及线路连接是否正确。

3、接桥：将导线接在应变桥盒上。注意不要把端子扯断。

4、开机：打开测试系统开关，打开采集软件，调整零点；

6、参数设置：设置应变片的灵敏度、梁材料的弹性模量、泊松比、满度值和滤波方式。

7、调平衡：利用测试软件调节电桥平衡；

8、加载测试，保存数据，对进行处理，完成实验报告。

六、实验数据

由图可知εm=193.0μm

又已知E=206Gpa 梁截面尺寸=20*30mm

所以抗弯截面模量:W=1/6b×h2=1/6×20×302=2×10-6 m3

作用在梁上的弯矩M=εm*E* W=79.516N.m

七、实验总结

应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。电阻式应变片应用模式有两种，一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥，然后接到转换电路，构成专用应变传感器；二是将应变片粘贴于被测物体上，然后接到专用应变仪直接读取应变量。

举例：应变式力传感器，两种应变式力传感器均为一端固定，一端为自由的弹性敏感装置，当有力作用其上时，敏感装置受力发生蠕变。测量前平衡电桥的四组应变片已做调零处理。受力蠕变时平衡条件被破坏，使输出电压或电流产生跃变，其跃变值直接反映受力大小。