应变计组转换为实际应力
大体积混凝土的应力一般不能直接测量获得，通常在大体积混凝土里埋设应变计组和无应力计来监测混凝土的应变，然后结合混凝土弹性模量和徐变度，将应变计组和无应力计测值转换为实际应力。 三峡大学对无应力计测值进行了分析，提出了建立无应力计测值统计模型来反演混凝土热膨胀系数和分离自生体积变形，由于无应力计测值的统计模型反演的热膨胀系数综合反映了整个温度历程，所以反演值和分离的自生体积变形更可靠。 基于无应力计测值建立的统计模型为
0()()(())t f T f G t ε=+
01()f T b bT =+
()()()
331122(1)(1)(1)234(())C t C C t C C t C f G t b e e b e e b e e -+--+--+-=-+-+-
式中：()f T 为温度分量；(())f G t 为自生体积变形分量；i b (0,4i =)为回归系数；i C (1,3i =)为常数，根据回归经验，1C =0.3，2C =0.05，3C =0.005。 在实际混凝土大坝中一般采用6向(四面体)、7向或9向应变计组对大坝的三维空间应变状态进行监测。例如溪洛渡大坝埋设的应变计组为四面体6向应变计组，根据应变计布置的不同，分四面体a 型和四面体b 型应变计组，通过分别引入一个转化矩阵，即可方便地将四面体6向实测应变获得6个实测应变分量，结合应变计组附近的无应力计测值以及应变计组的温度测值，对温度分量做适当修正，得到待转为实际应力的6个应变分量。
以下介绍工程上常用的应变计组测值转化为实际应力的变形法。先介绍一维应力状态下的转化公式，然后将一维应力状态下的公式推广为三维应力状态下的转化公式。
将单轴应变过程线划分成许多时段，根据徐变的概念，每一时刻的应力增量都将引起该时段为加荷龄期的瞬时弹性变形和徐变变形，二者之和为总变形，对以后各时段的应变值都产生影响，计算各个时段的应变增量时都应加以考虑。
根据徐变试验资料计算出每一时段的0τ、1τ、2τ 1n τ-为加荷龄期的总变形线(总变形是徐变变形和瞬时弹性变形之和)。
由徐变的概念可知，某一时刻的实测应变，不仅有该时刻弹性应力增量引起的弹性应变，而且包含在此以前所有应力引起的总变形，因此计算这一时段的应变增量时应加以扣除。
在计算时段之前的总变形影响值，我们称之为“承前应变”，用h
ε表示，有
()1
(,)()t
h d c t d d E τστεττττ??=+????
?
这是计算承前应变的数学式，实际上用下面的近似式计算
1
01(,)()n h i n i i i c E εστττ-=??
=?+????
∑
上式表示时段1~n n ττ-之前的承前应变，式中12
n n
n τττ-+=是时段中点的
龄期。
在龄期n τ的应力增量应为
1101(,)()(,)()n n s n n n n i n i i i E c E σττετστττ--=??????
?=-?+?????????
?∑
式中，1(,)s n n E ττ-是以1n τ-为加荷龄期，单位应力持续作用到n τ的总变形的倒数，即n τ时刻的有效弹性模量；
1111()
(,)1(,)()
n s n n n n n E E c E ττττττ----=
+
()n n ετ是在单轴应变过程线上，n t τ=时刻的单轴应变值。
在n τ时刻的混凝土实际应力是
1
n n
n i n i i i σσσσ-===?+?=?∑∑
下面简单解释一下有效弹性模量
01()()e c T s
n n n n n n n n
εετετεεεεε-?=-=?+?+?+?+? 01(,)()
T s n n n n n n n n n
n C E σεησττεεετ-??=
++?+?+?+? ()0T s
n n n n n n n E σεηεεε?=?--?-?-?
1()
1()(,)
n n n n n E E E C ττττ-=
+
对于三维应力状态，需要考虑泊松比效应，将一维应力状态下的转化公式进行推广，易得
{}{}11(,)[]()e n s n n n n E Q σττετ--?=
{}{}11
101(,)[]()[](,)()n s n n n n i n i i i E Q Q c E ττετστττ---=?????
?=-?+??????????
∑
{}{}11101(,)[]()(,)()n s n n n n i n i i i E Q c E ττετστττ---=??????
=-?+??????????
∑
式中：()n n ετ是扣除了自由体积变形的应变。
[]1
1111
111
11112(1)(12)2(1)
122(1)
122(1)Q μ
μ
μμ
μμ
μμμμ
μμ
μμ
μμμμμμμ-????--??????--??????---??=
-+-?
???-??-????-??-????-???
?
1
00010001000
[]0002(1)0000002(1)00
002(1)Q μ
μμμμμμμμ--????--????--=?
?
+????
+??
+????
现有文献给的应变计组转化为实际应力的公式为
1101(,)()(,)()n n s n n n n i n i i i E c E σττετστττ--=??????'?=-?+??????????
∑
该公式从理论上来说不严谨。
三维应力状态下的广义Hook 定律为
{}[]{}1
E Q σε-=
[]1
1111
111
11(1)12(1)(12)2(1)
122(1)
122(1)Q μ
μ
μμ
μμ
μμμμ
μμ
μμ
μμμμμμμ-????--??????--??????---??=
-+-?
???-??-????-??-????-???
?
{}[]{}1Q E
εσ=
1
000100010
[]0002(1)0000002(1)00
002(1)Q μ
μμμμμμμμ--????--????--=?
?
+????
+??
+???? 目前工程上常采用的弹性模量和徐变度表达式为
0.1()42.5(1)E e ττ-=- GPa
1122()()1212(,)()1()1a k t a k t C t A A e B B e τττττ------????=+-++-????
6
10/MPa -?
三峡大学溪洛渡温控项目部
2011.11
真实应力-真实应变曲线的测定 一、实验目的 1、学会真实应力-真实应变曲线的实验测定和绘制 2、加深对真实应力-真实应变曲线的物理意义的认识 二、实验内容 真实应力-真实应变曲线反映了试样随塑性变形程度增加而流动应力不断上升，因而它又称为硬化曲线。主要与材料的化学成份、组织结构、变形温度、变形速度等因素有关。现在我们把一些影响因素固定下来，既定室温条件下拉伸退火的中碳钢材料标准试样，由拉力传感器行程仪及有关仪器记录下拉力-行程曲线。实测瞬间时载荷下试验的瞬间直径。特别注意缩颈开始的载荷及形成，缩颈后断面瞬时直径的测量，然后计算真实应力-真实应变曲线。 σ真＝f（ε）＝B·εn 三、试样器材及设备 1、60吨万能材料试验机 2、拉力传感器 3、位移传感器 4、Y6D-2动态应变仪 5、X-Y函数记录仪 6、游标卡尺、千分卡尺 7、中碳钢试样 四、推荐的原始数据记录表格 五、实验报告内容 除了通常的要求（目的，过程……）外，还要求以下内容： 1、硬化曲线的绘制 (1)从实测的P瞬、d瞬作出第一类硬化曲线（σ-ε） (2)由工程应力应变曲线换算出真实应力-真实应变曲线 (3)求出材料常数B值和n值，根据B值作出真实应力-真实应变近似理论硬化
曲线。 2、把真实应力-真实应变曲线与近似理论曲线比较，求出最大误差值。 3、实验体会 六、实验预习思考题 1、 什么是硬化曲线？硬化曲线有何用途？ 2、 真实应力-真实应变曲线和工程应力应变曲线的相互换算。 3、 怎样测定硬化曲线？测量中的主要误差是什么？怎样尽量减少误差？ 附：真实应力-真实应变曲线的计算机数据处理 一、 目的 初步掌握实验数据的线性回归方法，进一步熟悉计算机的操作和应用。 二、 内容 一般材料的真实应力-真实应变都是呈指数型，即σ=B εn 。如把方程的二边取对数： ln σ＝lnB+nln ε， 令 y ＝ln σ；a ＝lnB ；x ＝ln ε 则上式可写成y ＝a+bx 成为一线性方程。在真实应力-真实应变曲线试验过程中，一般可得到许多σ和ε的数据，经换算后，既有许多的y 和x 值，在众多的数值中如何合理的确定a 和b 值使大多数实验数据都在线上，这可用最小二乘法来处理。 已知有测量点σ1，σ2……σk ，ε1，ε2……εk ，既有y 1y 2y 3……y k ，x 1x 2x 3……x k ，把这些数据代入回归后的线性方程y ＝a+bx 中去，必将产生误差△v 。 △v 1＝a+bx 1-y 1 △v 2＝a+bx 2-y 2 · · · △v k ＝a+bx k -y k 即 △V i ＝a+bx i -y i 我们回归得直线应满足 ∑△V ︱i 2 ,最小 △ V ︱i 2 =a 2+b 2 x ︱i 2+y ︱i 2 +2abx i -2ay i -2bx i y i ∑△V ︱i 2 = ka 2+b 2∑x i x i +∑y i y i +2ab ∑x i -2a ∑y i -2b ∑x i y i
管道应力分析和计算
目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2管道的柔性分析与计算 2.1管道的柔性 2.2管道的热膨胀补偿 2.3管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算
3 管道的应力验算 3.1管道的设计参数 3.2钢材的许用应力 3.3管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件
1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时，它们也用简化方法计及了地震作用的影响，适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷，例如：往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在９度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载
化学化工学院材料化学专业实验报告 实验名称：高分子材料应力-应变曲线的测定 年级： 10级材料化学 日期: 2012-10-25 姓名： 学号： 同组人： 一、 预习部分 聚合物材料在拉力作用下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷，抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力-应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况与拉伸取向、结晶过程，并为设计和应用部门选用最佳材料提供科学依据。 1、应力—应变曲线 拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验测定的应力应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的应力—应变曲线是不同的。 应力与应变之间的关系，即：P bd σ= 00100%t I I I ε-= ? E ε σ = 式中 σ——应力，MPa ； ε——应变，％； E ——弹性模量，MPa ； A 为屈服点，A 点所对应力叫屈服应力或屈服强度。 的为断裂点，D 点所对应力角断裂应力或断裂强度 聚合物在温度小于Tg(非晶态) 下拉伸时，典型的应力-应变曲线(冷拉曲线)如下图
曲线分以下几个部分： OA：应力与应变基本成正比(虎克弹性)。--弹性形变 屈服点B：应力极大值的转折点，即屈服应力(sy)；屈服应力是结构材料使用的最大应力。--屈服成颈 BC：出现屈服点之后，应力下降阶段--应变软化 CD：细颈的发展，应力不变，应变保持一定的伸长--发展大形变 DE：试样均匀拉伸，应力增大，直到材料断裂。断裂时的应力称断裂强度( sb )，相应的应变称为断裂伸长率(eb) --应变硬化 通常把屈服后产生的形变称为屈服形变，该形变在断裂前移去外力，无法复原。但如果将试样温度升到其Tg附近，形变又可完全复原，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。 根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将应力-应变曲线大致分为六类：(a)材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断裂，有高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。 (b)材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度。 (c)材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。 (d)材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。 (e)材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。 (f)材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。 注意：材料的强与弱从σb比较；硬与软从E(σ/e)比较；脆与韧则主要从断裂伸长率比较。
天然气管道现场应力测试 .、八、一 前言 管道应力分析方法的研究一直都受到人们的关注，各国学者从不同途径对管道应力分析方法进行了大量研究。某天然气分输站阀室管道自建成运行以来，发现地基有沉降现象，为确定敷设在此软土地基上管道的应力水平，应用应力测试方法对管道关键部位进行长达半年多的应力监测。通过应力测试，获得管道运行时的应力变化状况，从而为管道的安全评定积累大量数据。同时，对现场管道进行沉降测试，测试结果为下文综合分析沉降作用对管道应力的影响提供有力的支持。 一、现场基本情况 （1）环境介绍阀室所在地为东亚季风气候区。冬季干燥寒冷，夏季温暖潮湿，年平均气温为22.3 C。管线部分以填海人造平原地貌为主，沉积了较厚的海相冲积物。根据岩土的工程特性、场地内岩土层分为：上部土层为人工填土（素填土）、近代海相冲积层（粘土、粉细砂、粗砂、淤泥质土），基底岩石为燕山三期花岗岩（全风化花岗岩）。 （2）试验对象 天然气从生产到销售需经过采集、净化、运输、配气等过程。 整个过程都是在密闭的管道或容器中完成的。采集、运输、配气过程所用的的管道分别称为矿场集气管线、长距离输气管道、城
市输配管网。长输管道是连接脱硫净化厂和城市门站之间的管道。对于一条输气干线，一般有首站、增压站、分输站、清管站、阀室和末站等不同类型的工艺站场。长输管道必须具备以下各项功能：计量功能、增压功能、接收和分输功能、截断功能、调压功能、清管功能、储气调峰功能。典型的长输管道系统构成如图 1 所示。 注：1-输气首战：2-输气干线：3- 气体分输站：4-城市门站（末站）：5-气体处理厂：6-气体接收站：7-增压站：8-截断阀室：9-清管站：10-河流穿越：11-输气支线：12-进气支线图1 长输管线系统构成图本试验的研究对象是某天然气阀室管道。根据设计要求，在输气干线约20?30km范围内应设置阀室，在特殊情况下，如河流等穿越处两侧应分别设置阀室。阀室的典型流程如图2-2 所示，分别由快速截断阀和放空阀组成。 图2 典型阀室工艺流程图阀室的主要作用有两个：一是当管线上、下游发生事故时，管线内天然气压力会在短时间内发生很大变化，快速截断阀可以根据预先设定的允许压降速率自动关断阀门，切断上、下游天然气，防止事态进一步扩大；二是在维修管线时切断上下游气源，放空上游或下游天然气，便于维修。 本文研究对象——阀室的平面布置图如图3 所示。此阀室共 分为七个区，其中①为截断阀室7.8mx 7.2m :②电池室 3.9mx 3.6m;③配电仪控室6.9mX 3.6m;④小门，宽1.5m；⑤ 放空管DN2O0 h15000;⑥围墙，高2.0m;⑦发球阀组区。干线管道采用L450MB 尺寸为660 1 4.2mm；支线管道采用L360MB 尺寸为323.9 8.8mm 放空管
新生培训教材 管道应力分析和计算 （机务专业篇） 国核电规划设计研究院机械部 二零一零年十一月 北京
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目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2 管道的柔性分析与计算 2.1 管道的柔性 2.2 管道的热膨胀补偿 2.3 管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法 2.9 管道对设备的推力和力矩的计算 3 管道的应力验算
3.1 管道的设计参数 3.2 钢材的许用应力 3.3 管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5 管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7 力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件
1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程及其勘误 （2）ASME B 31.1－2007动力管道 (3 ) DL/T 5054-1996 火力发电厂汽水管道设计技术规定 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或用户有要求时，可采用B 31.1进行管道应力验算。 1.5.3 应力 在外力作用下，构件发生变形，这说明构件材料内部在外力作用下变形时原子间的相对位置产生了改变，同时原子间的相互作用力（吸引力与排斥力）也发生了改变。这种力的改变量称为内力。 内力是沿整个断面连续分布的，单位面积上的内力强度，即应力，以“σ”表示。
梁应力应变测量
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 432142310?++-=R R R R R R R R )--KU(41][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
LNG管道应力计算与分析 1 应力分析的基础知识 1.1 应力分析的主要目的 首先，使管道各处的应力水平处在允许的范围内，使与设备相连的管口荷载符合制造商或公认的标准规定的受力条件。其次，计算出各约束处所受的荷载及各种工况下管道的位移。最终，帮助技术人员对管系进行优化。 1.2 应力分析的理论 材料破坏的形式主要有两类：流动破坏和断裂破坏。强度理论相应分为两类。一类是解释材料断裂的强度理论，包括最大拉应力理论(第一强度理论)和最大伸长线应变理论(第二强度理论)；另一类是解释材料流动破坏的强度理论，包括最大剪应力理论(第三强度理论)和形变比能理论(第四强度理论)[1、2]。 GB 50316—2000《工业金属管道设计规范》是目前国内应力计算方面较权威的规范，与美国标准ASME B31.3《工艺流程管道》(Process Piping)基本等效。我国其他有关管道应力分析的行业标准基本上参照了ASME B31《压力管道规范》系列。ASME B31系列中各标准在应力校核条件方面存在一些差别，但总的来说这些差别是非原则性的。 从强度理论分类方面来讲，GB 50316—2000《工业金属管道设计规范》与美国标准ASME B31.3《工艺流程管道》相同，均采用了最大剪应力理论。 1.3 应力的分类 在应力分析领域，工程师为便于分析，人为将应力分为一次应力、二次应力、峰值应力。在计算前假定了一定的边界条件，计算出的应力按照一定的判别条件进行分析和判断。计算出的应力不是管道实际承受的应力，与实际工程中在管道上用应变仪测量出来的应力无任何关系。
1.3.1 一次应力 一次应力是由机械外荷载引起的正应力和剪应力，它必须满足外部和内部的力和力矩的平衡法则。其特征是：一次应力是非自限性，它始终随所加荷载的增加而增加，超过材料的屈服极限或持久强度时，将使管道发生塑性破坏或总体变形，因此在管系的应力分析中，首先应使一次应力满足许用应力值。 1.3.2 二次应力 二次应力是由于变形受到约束所产生的正应力或剪应力，它本身不直接与外力平衡。其特征是： ①管道内二次应力通常是由位移荷载引起的(如热膨胀、附加位移、安装误差、振动荷载)。 ②二次应力是自限性的，当局部屈服和产生少量塑性变形时，通过变形协调就能使应力降低。 ③二次应力是周期性的(不包括安装引起的二次应力)。 ④二次应力的许用极限基于周期性和疲劳断裂模式，不取决于一个时期的应力水平，而是取决于交变的应力范围和交变的循环次数。 1.3.3 峰值应力 峰值应力是局部应力集中或局部结构不连续或局部热应力等所引起的较大的应力。 1.4 应力计算的结果判别依据[3] 1.4.1 《压力管道规范》简介 ① ASME B31.1《动力管道》(Power Piping)：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。
管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。它们是子ASME B31压力管道规范委员会领导下的编制的。 每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列： B31.1压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。 B31.3工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。 B31.4液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。 B31.5冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道 B31.8气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。 B31.9房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1所覆盖的只寸、压力和温度范围。 B31.11稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。 管道应力分析的主要内容 一、管道应力分析分为静力分析和动力分析 1.静力分析包括： 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算一一防止疲劳破坏； 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据： 5)管道上法兰的受力计算一防止法兰汇漏。 2.动力分析包括： 1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振： 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3)往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振； 4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 二、管道上可能承受的荷载 (1)重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等 (2)压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； (3)位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； (4)风荷载； D H L
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 图1 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。 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
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 432142310?++-=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。
应力与应变概念及实验应变片原理
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 图1 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。 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。
第七章 应力和应变分析 强度理论 一、是非题 7.1 纯剪切单元体属于单向应力状态。 （ ） 7.2 纯弯曲梁上任一点的单元体均属于二向应力状态。 （ ） 7.3 不论单元体处于何种应力状态，其最大剪应力均等于23 1σσ?。 （ ） 7.4 构件上一点处沿某方向的正应力为零，则该方向上的线应变也为零。 （ ） 7.5 在单元体上叠加一个三向等拉应力状态后，其形状改变比能改变。 （ ） 二、选择题 7.6 过受力构件内任一点，取截面的不同方位，各个面上的（ ）。 A. 正应力相同，剪应力不同 B. 正应力不同，剪应力相同 C. 正应力相同，剪应力相同 D. 正应力不同，剪应力不同 7.7 在单元体的主平面上（ ）。 A. 正应力一定最大 B. 正应力一定为零 C. 剪应力一定最小 D. 剪应力一定为零 7.8 当三向应力圆成为一个圆时，主应力一定满足（ ）。 A. 21σσ= B. 32σσ= C. 31σσ= D. 21σσ=或32σσ= 7.9 图示单元体，已知正应力为σ，剪应力为2στ= ，下列结果中正确的是（ ）。 A. στ43max =，E z σε= 题7.9图 B. στ23max =，()μσε?=1E z C. στ21max =，E z σε= D. στ2 1max =，???????=21μσεE z 7.10 以下结论中（ ）是错误的。 A. 若0321=++σσσ，则没有体积改变 B. 若σσσσ===321，则没有形状改变 C. 若0321===σσσ，则既无体积改变，也无形状改变 D. 若321σσσ>>，则必定既有体积改变，又有形状改变 7.11 以下几种受力构件中，只产生体积改变比能的是（ ）；只产生形状改变比能的是（ ）。 A. 受均匀内压的空心圆球 B. 纯扭转的圆轴 C. 轴向拉伸的等直杆