细长压杆应变片粘贴及临界载荷测试[摘要]稳定性是杆件“强度、刚度、稳定性”三大特性之一，且压杆失稳会引起整个结构倒塌破坏（如输电塔、起重机、桥梁等的倒塌），因此压杆稳定的计算就显得尤为重要。
本次毕业设计以实验和ANSYS模拟相结合的方式全面详细地验证了细长压杆受压时的临界载荷，为实际生产生活中机械或工程结构能否正常工作提供了有力的证据。而通过电测法实验测定两端铰支压杆的临界载荷Pcr，对增强我们对压杆承载及失稳的感性认识，加深对压杆承载特性的认识有很大的帮助。进行电测法实验，尤其是实验中应变片的粘贴这一重要环节对于培养操作者的专心、细心、耐心等多种素质有很大帮助。
此外，通过ANSYS软件建立细长压杆模型以模拟其受压时的失稳变形情况帮助我们对压杆失稳有了更形象具体的认识。
[关键词]压杆稳定；电测法实验；应变片粘贴；ANSYS数值模拟
Strain Gauge Adhehion and Critical Load Testing of
Tenuous Long Compressive Bar
[Abstract] Stability is one of three great characteristics of bars as intensity, severity and stability,and pressure bar destabilizing will cause collapse and destruction of the whole structure such as the collapse of power transmission towers , cranes,bridges an so on.So the caculation of column stability is of great importance.
The gradution design validated the critical load when the bar is influenced by pressure comprehensively and detailedly,which provides a powerful evidence for normal operation of machine and engineering structure in production and life.And the critical load determination of compression bar with two sides hinged support through electrometric method is of significant importance to help us strengthen the perceptual knowledge of bearing and instability of bars, deepen the understanding of the characteristic of the bearing of bars.The experiment of electrometric method,especially the strain gauge adhehion could help the operator to cultive sorts of qualities such as attentiveness,chariness and take pains.
In addition,we model building of tenuous long compressive bar to imitate its instability and deformation when it is influenced by pressure by ANSYS,which helps us know the pressure bar destabilizing more vividly.
[Keywords] column stability; electrometric method; strain gauge adhehion; numerical simulation of ANSYS
目录
前言 (1)
第一章绪论 (2)
§1.1 研究意义 (2)
§1.2 研究现状 (2)
§1.3 研究内容 (3)
§1.4 研究方法及技术路线 (3)
第二章压杆稳定理论 (4)
§2.1 压杆稳定的概念 (4)
2.1.1 问题的提出 (4)
2.1.2 弹性压杆稳定平衡的临界力 (4)
§2.2 细长压杆的临界力 (5)
§2.3 极惯性矩的计算 (7)
第三章细长压杆临界载荷测试及应变片粘贴 (8)
§3.1 实验设备和工具 (8)
§3.2 压杆稳定实验主要设备介绍和使用方法 (8)
3.2.1 材料力学多功能试验台 (8)
3.2.2 XL2118A/B应力应变综合参数测试仪简介 (9)
§3.3 实验原理 (13)
§3.4 实验主要方法——电测法 (14)
§3.5 电阻应变片的粘贴 (15)
3.5.1 电阻应变片简介 (15)
3.5.2 应变片的粘贴技术 (16)
§3.6实验步骤 (18)
§3.7实验记录 (19)
§3.8实验结果 (20)
第四章ANSYS数值模拟 (21)
§4.1 屈曲分析简介 (21)
§4.2 分析步骤 (21)
结论 (30)
后记 (31)
参考文献 (32)
前 言
我们知道，为了保持机械或工程结构能正常工作，构件应具有足够的强度、刚度和稳定性。
看一个实例，有一根长为300mm 的钢板尺，横截面尺寸为m m 1m m 20?，许用应力
[]MPa 200=σ，受轴向拉伸时，其许可载荷为：
[]N 4000N 1012010200661=????=?=-A F σ
而在受压时，却仅能承受N 402=F 的压力（可用下面提到的公式2-6计算），就会使钢尺突然变弯，而丧失承载能力。由此可见，细长压杆的承载能力2F 要远远地小于拉杆（或短粗压杆）的承载能力1F ，因此，对细长压杆的承载能力不能再用轴向拉、压的强度条件来计算了。
我们将细长压杆受压时，其轴线不能维持原有直线形式的平衡而突然变弯这一现象称为丧失稳定，或称压杆失稳[1]。
失稳的现象并不限于压杆，如过于窄高的矩形截面梁受弯时，当载荷过大时，会发生突然发生向侧面扭曲这一不正常的变形而发生弯曲失稳（正常是平面弯曲）。受均布压力q 作用的薄壁圆环，当压力过大时，会突然变成椭圆形失稳（正常变形仍应是圆形）。
因为压杆失稳会引起整个结构倒塌破坏（如输电塔、起重机、桥梁等的倒塌）。历史上由此造成的事故屡见不鲜。所以在设计受压构件时，必须保证他们具有足够的稳定性[2]。
本次课题主要是通过实验验证细长压杆受压时的临界载荷，并学会实验中应变片的粘贴。同时，通过ANSYS 软件的进行模拟以进一步说明细长压杆受压时的载荷情况。
第一章 绪 论
§1.1 研究意义
在材料力学的拉压力学性能实验中，当对高20mm ，直径10mm 的短粗铸铁试件进行压缩试验时，其由于强度不足而发生了破坏。从强度条件出发，该试件的承载能力应只与其横截面面积有关，而与试件的长度无关。但如果将该试件加到足够的长度，再对其施加轴向压力时，将会发现在杆件发生强度破坏之前，会突然向一侧发生明显弯曲，若再继续加力就会发生折断，从而丧失承载能力。由此可见，这时压杆的承载能力并不取决于强度，而是与它受压时的弯曲刚度有关，即与压杆的稳定性有关[3]。
在工程建设中，由于对压杆稳定问题没有引起足够的重视或设计不合理，曾发生了多起严重的工程事故。例如1907年，北美洲魁北克的圣劳伦斯河上一座跨度为548m 的钢桥正在修建时，由于两根压杆失去稳定，造成了全桥突然坍塌的严重事故。又如在19世纪末，瑞士的一座铁桥，当一辆客车通过时，桥桁架中的压杆失稳，致使桥发生灾难性坍塌，大约有200人遇难。还有在1983年10月4日，地处北京的中国社会科学研究院科研楼工地的大型脚手架轰然坍塌，5人死亡，7人受伤，脚手架所用建筑材料大部分报废，而导致这一灾难性事故的直接原因就是脚手架结构本身存在严重缺陷，致使结构失稳坍塌。
随着铁路金属桥梁的大量建造，细长压杆的大量出现，相关工程事故的不断发生，压杆稳定问题越来越引起人们的重视，并进行不断深入的研究。
为了保持机械或工程结构能正常工作，构件应具有足够的强度、刚度和稳定性。因为压杆失稳会引起整个结构倒塌破坏（如输电塔、起重机、桥梁等的倒塌），所以在设计受
压构件时，必须保证它们具有足够的稳定性[4]
。因此，通过计算压杆的临界力以及考虑影响临界力的主要因素来提高临界力以此提高压杆的稳定性。
通过对该课题的研究，加深对压杆稳定的理解，很好地锻炼了我独立制定研究方案、通过相关的计算机软件进行数值模拟、分析处理实验结果的能力，学会了使用相关的仪器（如材料力学多功能试验台、应变综合参数测试仪等）。此外，通过做实验，还能培养严肃认真的治学态度、耐心细致的工作作风、实事求是的科学作风以及团队合作精神，这些优良品质对于我们今后踏上工作岗位，成为一个真正的社会人有着重要的作用。
本次课题的研究不仅提高了我们的专业素养以及实际操作能力，也进一步加深了我们的自学能力和通过各种手段独立解决难题的能力，对我们今后的工作学习有着深远的影响。
§1.2 研究现状
对于压杆临界力的计算，普遍是根据《材料力学》教材上介绍的根据压杆在微弯状态下的挠曲线近似微分方程求临界力。利用欧拉公式的普遍形式：
()
2
2l EI P cr μπ= 来计算不同约束条件下细长压杆的临界力（μ值由细长杆受到的约束条件决定）。
西北农业大学水利与建筑工程学院的王正中老师在“钢压杆稳定设计的直接计算法”一文中根据钢结构设计理论及规范，提出了钢压杆整体稳定设计的直接计算法，既不需试算或迭代计算，又不依赖图标，便于计算设计。计算公式：
(
)()
(
)
2
2
2
5
2
2
2
22
2504010525.584.925080λλ
αλ
λ
λααα?-?---
+=
（1-1）
对于工程上常用的A3钢λ=123；16Mn 钢λ=100。若[]σ单位取Mpa ，P 的单位取KN 时，则式（1-1）可化简为
对A3钢
()()
()???
?
?
???
?≥+?+<--++=351251001.13556.01.1543.01743.01.15522αααααααααα? 对16Mn 钢
()()
()???
?
?
???
?≥+?+<--++=23210109.12356.01043.02.1143.010522αααααααααα?
但此方法仍存在以下几点不足：①无法实现判断压杆类型，因而还要试算；②引入参数太多，计算公式复杂繁琐；③计算结果误差大，有的还没有考虑稳定安全系数随柔度的变化。
此外，华中理工大学力学系的梁枢平老师与湖北沙市大学的邹时智老师在“也谈细长压杆稳定问题”一文中详细论述了两段铰支细长压杆在临界状态下仍保持直线平衡形式。文中提出当前众多材料力学教科书对压杆稳定方程采用线性化近似，导出一个线性代数特征值问题，其特征向量即压杆屈曲挠度因而不能确定，并且导出了压杆在临界点处于随遇平衡的错误结论。
§1.3 研究内容
1、运用所学知识计算细长压杆的临界载荷。
2、通过电测法实验观察两端铰支细长压杆的失稳现象并测定其临界压力Fcr ，并与理论值进行比较，计算误差。
3、验证欧拉公式（细长杆临界压力公式）。
4、熟悉整个实验过程以及各种实验仪器设备的使用，会独立成功地进行应变片的粘贴。
5、运用ANSYS 软件进行数值模拟，通过ANSYS 软件计算的细长杆受压时的临界载荷和变形图进一步验证欧拉公式
§1.4 研究方法及技术路线
1、通过电测法实验测定两端铰支的细长杆临界压力F cr 并观察其失稳现象。
2、运用ANSYS 软件进行数值模拟，通过ANSYS 软件计算的细长杆受压时的临界载荷和变形图进一步验证欧拉公式。
第二章 压杆稳定理论
§2.1 压杆稳定的概念 2.1.1 问题的提出
我们知道，为了保证机械或工程结构能正常工作，构件应具有足够的强度、刚度和稳定性。在工程实际中，有许多受压的构件是需要考虑其稳定性的。例如，千斤顶的丝杆；内燃机配气构件中的挺杆，内燃机、空气压缩机、蒸汽机的连杆等都是受压杆件；还有，各种桁架结构中的受压杆、建筑物中的柱等，都存在着稳定性的问题。
我们将细长杆受压时，其轴线不能维持原有直线形式的平衡而突然变弯这一现象称为丧失稳定，或称压杆失稳。
压杆失稳时，既不是屈服破坏，也不是断裂破坏。压杆失稳的特点是：发生了不正常
的变形，轴向压缩时正常的变形应是轴向缩短即：EA PL
L =?，可压杆失稳时却发生了突然
变弯这一不正常的变形[5]。
因为压杆失稳会引起整个结构倒塌破坏（如输电塔、起重机、桥梁等的倒塌）。历史上由此造成的事故屡见不鲜，例如：2000年10月25日,南京电视台演播中心工程大演播厅舞台工程屋盖在浇筑混凝土过程中，模板支架发生倒塌事故。大演播厅屋盖混凝土浇筑工程支撑高度高(已达36 m 以上)，支撑重量大(主梁与次梁交点处最大荷载值为6t/m2以上)，模板支架采用了脚手钢管及扣件(一般脚手架施工荷载仅为3 kN/m2)，如此高大模板工程施工前不按规定编制施工方案，模板支架未经计算，支架搭设不符合规定立杆间距，步距不均、过大，梁下支撑不合理，导致荷载集中，使立杆承载力严重不足，再加上模板支架与周边结构联系不足，加大了顶部晃动造成整体失稳，最终导致坍塌事故发生。造成上述重大事故的原因很多，但其中最主要的一条根本原因就是许多施工人员(包括一些技术人员)根本就没有压杆稳定(失稳)的概念，或者是没有明确清晰的认识，更谈不上准确地进行定性分析、定量计算。
2.1.2 弹性压杆稳定平衡的临界力
现以图2-1所示的两端铰支的细长压杆来说明其直线平衡状态的稳定性。将压杆抽象
成由均质材料制成；轴线为直线且外力作用线与轴线重合；无初曲率的理想压杆。
1）当压力小于某一临界值时，压杆将保持直线形状的平衡，即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生微小的弯曲，但去掉干扰力后，它将仍恢复直线平衡，这表明此时压杆直线状态下的平衡时稳定的。
2）当压力逐渐增加到某一极限值时，压杆的直线平衡变为不稳定，这时如果再用微小的侧向干扰力使其发生微小的弯曲，即使解除干扰力后，压杆也不能回到原来的直线状态，它将仍保持微弯的状态。
压杆由稳定的直线形式下的平衡转变为微弯状态下的不稳定平衡的轴向压力值，称为压杆的临界载荷，简称临界力，用Pcr 表示（critical ）。它是压杆保持在直线形式下平衡时的最大压力；也是维持微弯状态下平衡时的最小压力。对于一个材料、尺寸和约束等已知的压杆来说，临界力Pcr 是一个确定的数值。根据压杆的实际压力是小于还是大于该压杆的临界力，就可以确定该压杆是稳定还是失稳（是否安全）。因此，解决压杆稳定的问题关键是确定压杆的临界力[6]。
§2.2 两端铰支压杆的临界力的计算
压杆的临界力与压杆两端的支撑（约束）情况有关。本次毕业设计主要研究的是两端铰支细长压杆的临界力。
图2-2a 所示细长压杆长为l ，两端为刚性的球铰支座。设该杆在x-y 平面内抗弯刚度最小，其值为EImin 。两端的压力P 沿杆的轴线作用，当压力P =Pcr 时，压杆处于临界平衡状态。在微小的横向干扰之后，压杆即
在微弯的状态下处于平衡。
设距坐标原点为x 处的挠度为v ，则由图2-2b 可知，该截面的弯矩为
v P x M cr -=)( (a)
这时的平衡是据微弯状态下的轴线来列出的（即原始尺寸原理已不适用）。式中Pcr 是个不考虑正负号的量。在选定的坐标系中，当v 为正值时)(x M 为负值，反之，当v 为负值时)(x M 将为正值。为了使等式两边的符号一致，所以在式(a)的右端加上了负号。
当应力不超过比例极限时，在小变形情况下，挠曲线近似微分方程为
)(''x M EIv =
即 v P E I v
cr -='
' (2-1) 在上式中，令 EI
P K cr
=
2 (2-2) 则式(b)可写为 02''=+v K v (2-3)
这是一个二阶齐次常微分方程，其通解为
Kx C Kx C v cos sin 21+= (2-4)
式中，1C 和2C 是两个待定的积分常数。可由压杆的已知位移边界条件确定。 已知两端铰支的两个边界（约束）条件：
1）当0=x 时，0=A v ， 代入式(e)，可确定02=C 。
2）当l x =时，0=B v ， 得到0sin 1==Kl C v ，即01=C 或0sin =Kl 。
若取01=C ，则由式(e)可知0≡v ，即压杆轴线上各点处的挠度都等于零,这与杆在微
弯状态保持平衡的前提不符，因此，只能取0sin =Kl 。满足这一条件的Kl 值为 πn Kl = (=n 0,1,2,…)
由此得到 K=
EI Pcr =l
n π
Pcr =2
22l EI
n π （2-5）
上式表明，压杆的临界力在理论上虽然是多值的，但临界力是压杆保持微弯时的最小压力，所以应取n=1，于是临界力为
P c r =
2
2l
EI
π （2-6）
此式即为两端铰支细长压杆的临界力计算公式，这一公式是由著名的数学家欧拉（L.Euler ）
最先导出的，故通常称为两端铰支细长压杆的欧拉公式。
由公式可知，临界力与杆的抗弯刚度EI 成正比，与杆长l 的平方成反比。 几点讨论和说明：
1）压杆总是在抗弯能力最弱的纵向平面内首先失稳，因此，当杆端各个方向的约束相同时（如球形铰支），欧拉公式中的I 值应取压杆横截面的最小惯性矩m in I 。
2）在式(2-1)所决定的临界力Pcr 作用下，由Kl = πn ，令n =1得l
K π
=
，
这时式（e ）为
x l
Kx v C C π
sin
sin 11== （2-7）
上式表明，两端铰支压杆的挠曲线是条半波的正弦曲线。式中的常数1C 是压杆跨长中点处的挠度，是一个任意微小数值。实际上，1C 值是可以确定的，如果用挠曲线的精确微分方程
[]
EI
P EI x M v v cr -==
+)
()(12
3
2''
' （2-8） 可以导出当cr P P ≥时1C 与P 之间一一对应的函数关系，从而可以确定1C 的数值。且由精确微分方程所得出的cr P 与以上所得公式（2-1）是相同的。但从设计的角度来看，目的是要确定压杆在直线状态下稳定平衡的临界力，对失稳时的最大挠度max v 并不感兴趣，而采用近似微分方程确定临界力使得计算很简单。
3）欧拉公式是压杆在理想的条件下得出的，即把实际压杆抽象化为“轴向中心受压直杆”时，可以找到最大挠度max v 与轴向压力P 之间的理论关系，如图2-3所示的OAB 曲线。该曲线表明，当压力P 超过
cr P 时压杆开始挠曲，并且，P 值的微小增加将带来
挠度的迅速增长。实际上，由于压杆轴线不可避免地存在着初曲率，外力作用线不可能毫无偏差地与杆的轴线相重合，
以及压杆材料的不均匀性等各种因素的
影响，压杆在较小的载荷作用下就开始弯曲了，只是当P 值低于cr P 时，弯曲增大比较缓慢，当P 值接近cr P ，弯曲增长很快，如图2-3中的OD 曲线所示。在小挠度的情况下，如果压杆愈接近理想模型的情况，则实际曲线OD 与理论曲线OAB 将愈为靠近，也都接近代表欧拉解的水平线AC 。所以，在小变形的情况下由欧拉公式确定临界力才有实际意义[7]。
§2.3 极惯性矩的计算
1、定义：图形面积对某轴的二次矩（见图2-4）
2、公式：A z I A y I A
y A
z d ,d 22??==
3、特点：
（1）惯性矩的量纲为长度的四次方，单位用m 4、
cm 4、mm 4。 （2）惯性矩恒为正值。 （3）其大小不仅与平面图形的形状尺寸有关，而且还与平面图形面积相对于坐标轴的分布情况有关。平面图形的面积相对坐标轴越远，其惯性矩越大，反之，其惯性矩越小。
4、矩形截面的惯性矩
A z I A y I A
y A
z d ,d 22??==
3312
,12 b h
I h b I y z ==
“平1垂3”
（见图2-5）
第三章细长压杆临界载荷测试及应变片粘贴
§3.1实验设备和工具
1.材料力学多功能实验台中压杆稳定实验部件，XL2118A型应力、应变综合参数测试仪.
2.千分表一套。
3.游标卡尺和刚尺各一把。
§3.2压杆稳定实验主要设备介绍和使用方法
3.2.1 材料力学多功能试验台
1、用途：本产品是用于各理工科院校作材料力学电测法实
验的装置，它是将多种材料力学实验集中一个台上进行，使用
时稍加准备，即可进行教学大纲规定内容的多项实验。（见图
3-1）
2、特点：实验台采用蜗杆机构以螺旋千斤方式进行加载，
经传感器由数字测力仪测试出力的读数；各试件受力变形，通
过应变片由电阻应变仪显示。
整机结构紧凑，外形美观、加载稳定、操作省力，实验效
果好，易于学生自己动手，有利于提高教学质量。本设备的潜
力较大，还可根据需要，增设其它实验，实验数据也可由计算
机处理。
3、结构：本产品的架体设计采用封闭型钢及铸件配制而成，
表面经喷漆处理，结构紧固耐用。蜗杆及螺旋机构为内藏式，从而使得机构紧凑。每项实验均配有精密镀铬试件和附件，每个实验台还配有工作柜，柜面可放置测试仪器，抽屉与中隔板放试件和附件。
4、功能：
（1）纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验；
（2）电阻应变片灵敏系数的标定；
（3）材料弹性模量E，柏松比 的测定；
（4）偏心拉伸实验；
（5）弯扭组合受力分析；
（6）悬臂梁试验；
（7）压杆稳定试验。
5、技术参数：
（1）试件最大作用载荷8kN；
（2）加载机构作用行程55mm；
（3）手轮加载转矩0-2.6N2m；
（4）加载速度0.13mm/转；
（5）本机重量250kg；
（6）外形尺寸850×700×1170
6、注意事项：
实验台初次使用时，应调节最下面四只底盘上的螺杆，将水平仪置于铸铁上支撑梁顶面调至水平，放上弯曲梁组件，使弯曲梁上二根加载杆处于自由状态，不碰到中间槽钢梁长槽两侧面。本设计蜗杆升降机构滑移移轴行程为55mm，手轮摇至快到行程末端时应缓速，以免撞坏有关零件。注意所有实验进行完，应放松蜗杆，最好是拆下试件，以免闲人乱动机构损坏传感器与试件。所有实验加载时拉压力应小于8kN。实验台连续使用一年，应松开轴承盖中心和上套筒下方螺丝，添加一次润滑油。
3.2.2 XL2118A/B应力应变综合参数测试仪简介
XL2118A/B型力/应变综合参数测试仪采用最新嵌
入式MUC控制技术，通过精心设计将原来由两台仪
器完成的工作由一台仪器有机结合到一起。可选配
RS-232C串行接口与配套测试软件，可与绝大多数计
算机相连接，可方便的实现显示、存储、参数修正及
生成测试报告的工作，组成一套静态应变测量虚拟仪
器测试系统.该综合参数测试仪通过配接CLDT-C型材
料力学多功能实验台，适合各类理工科大专院校做电
测法试验使用。该综合参数测试仪采用LED同时显示，测力（称重）与普通应变测试同时并行工作且互不影响。测力部分通过对测量参数的正确设置，能适配绝大多数应变力（称重）传感器，测量精度高；应变测量部分采用现代应变测试中常用的预读数法自动桥路平衡的办法，增强学生对现代测试。尤其是虚拟仪器测试的基本概念和使用方法得了解。XL2118A（自动扫描速度3点/秒），XL2118B（12点/秒），测量迅速准确。
1、特点
（1）全数字化智能设计，操作简单，使用方便。
（2）组桥方式全面，可组全桥、半桥、1/4桥，适合各种力学实验。
（3）配接力传感器测量拉压力，传感器配接范围广。
（4）测点切换采用进口优质器件程控完成，减少因开关氧化引起的接触电阻变化对测试结果的影响。
（5）采用仪器上面板接线方式，接线简单方便；接线端子采用进口端子，接触可靠，不易磨损。
2.技术指标：
（1）测量范围：应变0～±19999με；
（2）零点不平衡范围：±10000με
（3）拉压力测量适配满量程输出范围：1.000～3.000mV/V的拉压力应变传感器。（4）自动扫描速度：XL2118A（自动扫描速度3点/秒），XL2118B（12点/秒）
（5）零点漂移：±3με/4小时；±1με/℃
（6）分辨率:1με
（7）显示：应变8位LED——2位测点序号、6位测量值，四个工作状态指示灯测力6位LED，4个测量单位指示灯N/Kn/t/kg
（8）电源: 220V±10％50Hz±2％
（9）基本误差：±0.2%F.S. ±2个字
（10）测量方法：全桥、半桥、1／4桥
（11）桥压;DC2V
（12）测点数：1点测力，12点应变
（13）功耗：约15W
（14）外形尺寸,300mm3305mm3135mm(宽3深3高)便携机箱；深度含仪器把手。
3. 控制面板
（1）前面板说明（见图3-3）
应力测量部分：
①6位LED显示拉压力。
②4个发光二极管显示测量单位：n/KN/Kg/t。
③四个按键：标定、清零、N/Kg转换。
④下部设整个仪器的电源开关一个。
2位LED测点序号显示；
6位LED应变值显示；
4个工作指示灯：με单位指示、自动平衡、自动、手动。
6个功能按键：系数设定、自动测试、单点平衡、自动平衡、通道减、通道增。
（2）后面板说明（见图3-4）
（3）组成及结构（见图3-5）
4．应变测量功能模块的使用：
（1）、准备工作
①根据测试要求，使用1/4桥、半桥或全桥测量方式。
②建议尽可能采用半桥或全桥测量，以提高测试灵敏度及实现测量点之间的温度补偿。
③将XL 2118A/B与AC 220V 50Hz电源相连接。
（2）、接线
①打开仪器上面板，会看到接线部分参见图3-6
这些接线端子由12个测量通道接线端子（接测量片），和一个公共补偿接线端子（用于1/4桥——半桥单臂测试）组成。
2.2组桥方法
XL2118A/B主机由12个测点组成，可接成1/4桥（半桥单臂）、半桥、全桥。具体接法参见图3-7.
为方便用户使用，1/4桥测试时连接B和B1端，出厂时配接短线或短接片。
应注意：只有1/4桥测试时将短接线连好，半桥/全桥测试时应将B与B1之间的电气连接断开，否则可能会影响测试结果。同时本测试仪不支持3种组桥方式的混接。
5．测量参数设定：
根据实际测试需要接好桥路后，首先打开电源、预热20分钟后，如果实验环境、被测对象及测试方法均没有变动，就可直接进行实验了，无需进行测量系数设定。因为上次实验设置的数据已被XL 2118A/B存储到系统内部。
在仪器的手动状态、手动工作指示灯亮，此时按下系数设定键后LED显示“SetUP”字样并闪烁三次后进入灵敏系数设定状态。
仪器前面板上设计了6个键，键被定义成测量状态常用的5个功能。因此为完成灵敏系数的设定工作，其中4个键在设定状态被重新定义（面板中未印出）。见下图3-8。
修改灵敏系数时，使用“通道减”键可移动当前闪烁位，按“通道增”可修改当前闪烁位的数值。修改完毕，按下“系数设定”键，新灵敏系数将生效；按下“单点平衡”键则放弃修改数据。设置完毕，仪器返回手动测试状态。
注意：灵敏系数设置功能只能在仪器的手动测试状态进行。同时灵敏系数本机设置范围为1.00~3.00。出厂时为K=2.00。
6．测量
（1）仪器预热20分钟，同时应变测量系数K设定确认无误后，即可进行测试。
在测量状态下功能按键定义（从左→右）如下：
①系数设定键：按该键3秒后进入应变片灵敏系数修正状态。灵敏系数设置
毕后自动保持，下次开机时仍生效。
②自动测试键：在手动测量状态，按该键一次，则进入自动扫描测试状态。
③单点平衡键：在手动测量状态，对当前测点进行桥路自动平衡操作。
④自动平衡键：对本机全部测点自动扫描从第01号测点到12号测点进行全部
测点的桥路自动平衡（预读数法）。平衡完毕后返回01号测点。
⑤通道减键：在手动测量状态，按键一次，当前测点序号减1，并显示对应测点的应变值。
⑥通道增键：在手动测量状态，按键一次，当前测点序号增1，并显示对应测点的应变值。前面板应变测量工作状态指示灯定义（从左→右）如下：
①με指示灯：在测试状态一直被点亮、表示应变测量的单位为微应变。
②自动平衡指示灯：在所有测点进行桥路自动平衡时被点亮。
③自动指示灯：在进行自动扫描状态时被点亮。
④手动指示灯：在仪器手动测量状态时被点亮。
（2）在手动状态下（手动指示灯亮），按“自动平衡”键，可进行12个测点的桥路自动平衡。此时，测点显示从01递增到切换到12，“自动平衡”指示灯同时点亮。完成自动平衡后，仪器返回手动状态01测点。
在测量中，如某测点桥路零点漂移，可在手动状态下按“单点平衡”键可对当前通道进行平衡。
注意：因“自动平衡”按键将对所有测量测点依次扫描进行平衡，故为避免误操作，应按住该键三秒钟以上，系统才会进行自动平衡！
（3）手动状态时，按“通道增”、“通道减”键进行单步测量，按键一次或增或减当前测点序号，同时LED显示按键处理后的测点序号、测量值。
（4）按下“自动测试”键，仪器“自动”指示灯亮，XL2118进入自动巡检状态，从当前通道开始进行循环测量（1点/3秒）。此时用户可不用按键就可手工记录测量数据（自动扫描工作模式1）。
（5）应变测量与应力测量在本仪器中属于相对独立的两个功能模块，因此关于配接拉压力传感器部分参见应力测量模块使用说明。
（6）当LED显示“﹍﹍”时，表示该测点输入过载或平衡失败，检查应变片或接线是否正常。
§3.3 实验原理
压杆稳定试验台主要由手轮、拉力传感器、千分表、蜗杆升降机构、上、下铰支座、框架、试件等组成。试件：材料为弹簧钢，E =200GPa 。
对于两端铰支，中心受压的细长杆其临界力可按欧拉公式计算
2
min
2l EI cr π=P
式中 m i n I —杠杆横截面的最小惯性矩；12
3m in bh I = L —压杆的计算长度。
图3-9（c ）中AB 水平线与P 轴相交的P 值，即为依据欧拉公式计算所得的临界力cr
P 的值。在A 点之前，当cr P P <时压杆始终保持直线形式，处于稳定平衡状态。在A 点，cr P P =时，标志着压杆丧失稳定平衡的开始，压杆可在微弯的状态下维持平衡。在A 点之后，当
cr P P >时压杆将丧失稳定而发生弯曲变形。因此，cr P 是压杆由稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界力。
实际实验中的压杆，由于不可避免地存在初曲率，材料不均匀和载荷偏心等因素影响，由于这些影响，在P 远小于cr P 时，压杆也会发生微小的弯曲变形，只是当P 接近cr P 时弯曲变形会突然增大，而丧失稳定。
实验测定cr P 时，采用可采用本材料力学多功能实验装置中压杆稳定实验部件，该装置上、下支座为V 型槽口，将带有圆弧尖端的压杆装入支座中，在外力的作用下，通过能上下活动的上支座对压杆施加载荷，压杆变形时，两端能自由地绕V 型槽口转动，即相当于两端铰支的情况。利用电测法在压杆中央两侧各贴一枚应变片R 1和R 2，如图3-9（b ）所示。假设压杆受力后如图标向右弯曲情况下，以1e 和2e 分别表示应变片R 1和R 2左右两点的应变值，此时，1e 是由轴向压应变与弯曲产生的拉应变之代数和，2e 则是由轴向压应变与弯曲产生的压应变之代数和。
当cr P P <<时，压杆几乎不发生弯曲变形，1e 和2e 均为轴向压缩引起的压应变，两者相等，当载荷P 增大时，弯曲应变e 则逐渐增大，e 和e 的差值也愈来愈大；当载荷P 接近
临界力cr P 时，二者相差更大，而1e 变成为拉应变。故无论是1e 还是2e ，当载荷P 接近临界力cr P 时，均急剧增加。如用横坐标代表载荷P ，纵坐标代表压应变e ，则压杆的P -e 关系曲线如图3-9（c ）所示。从图中可以看出，当P 接近cr P 时，1e P -和2e P -曲线都接近同一水平渐进线AB ，A 点对应的横坐标大小即为实验临界压力值。
注意：为保证试件不发生塑性变形，采用电测法时，通常用千分表来监视中点挠度δ的变化。
§3.4 实验主要方法——电测法 1、测量原理
电测法的基本原理是用电阻应变片测定构件的表面线应变，再根据应变—应力关系来（即电阻-应变效应）确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法是将电阻应变片粘贴在被测构件表面上的电阻应变片作为传感元件，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，利用电阻应变仪将此电阻值的变化测定出来，并换算成应变值或输出与此应变值成正比的电压（或电流）信号，由记录仪记录下来，就可得到所测定的应变或应力[8]。 2、测量电路原理
通过在试件上粘贴电阻应变片，可以将试件的应变转换为应变片的电阻变化，但是通常这种电阻变化是很小的。为了便于测量，需将应变片的电阻变化转换成电压（或电流）信号，再通过电子放大器将信号放大，然后由指示仪或记录仪指示出应变值。这一任务是由电阻应变仪来完成的。而电阻应变仪中电桥的作用是将应变片的电阻变化转换成电压（或电流）信号。电桥根据其供电电源的类型可分为直流电桥和交流电桥，下面以直流电桥为例来说明其电路原理[9]。 1）电桥的平衡
直流电桥各臂R1、R2、R3、R4可以全部是应变片（全桥式接法），也可以部分是应变片，其余为固定电阻，如当R1、R2为应变片，R3、R4接精密无感固定电阻时，称为半桥式接法。本实验采用了半桥接法如图3-10所示。其中1R 、2R 为应变片。 .桥路AC 端的供桥电压为E ，则在桥路BD 端的输出电压为：
E R R R R R R R R E R R R R R R U )()(43214231434211++-=????
??+-+=
由上式可知，当桥臂电阻满足: R 1R 3=R 2R 4时，电桥输出电压U=0 ，称为电桥平衡。
2）实际应变与应变仪读数的关系
由圣维南原理：两力系所产生的应力分布只在力系作用区域附近有显著的影响，在离开力系作用区域较远处，应力分布几乎相同。故如图3-11所示，在压杆x=L/2处，沿轴向粘贴两枚电阻应变片R1和R2。按图3-10所示半桥
测量电路将应变片接入应变仪，令R1和R2对应的应变为1ε和2ε，则：
t M F εεεε++=1
t M F εεεε+-=2
M ds
εεεε221=-=
其中，t ε为温度引起的应变，ds ε为应变仪读数，由公式可知应变仪的读数应变ds ε是弯矩引起的应变M ε的两倍。 3）电桥输出电压
设起始处于平衡状态的电桥各桥臂（应变片）的电阻值都发生了变化，即
444333222111R R R ,R R R ,R R R ,R R R ????+→+→+→+→
此时电桥输出电压的变化量为：
4
4
332211R R U R R U R R U R R U U ???????+??+??+??≈
可进一步整理为
()()E R R R R R R R R R R R R R R R R U ????
??
?
?
???? ??-++???? ??-+≈44332434322112212
1?????
对以下半等臂电桥测量电路，该输出电压的变化可作进一步简化如下：
当R 1、R 2为起始电阻值和灵敏系数k 都相同的应变片，R 3、R 4接精密无感固定电阻，此时
)(4)(4(2)(1)2211εε???-=-≈
KE R R R R E U
4）电桥电路的基本特性
①在一定的应变范围内，电桥的输出电压U ?与各桥臂电阻的变化率
R
R
?或相应的应变片所感受的（轴向）应变)(n ε成线性关系；
②各桥臂电阻的变化率R
R
?或相应的应变片所感受的应变)(n ε对电桥输出电压的变化
U ?的影响是线形叠加的,其叠加方式为: 相邻桥臂异号, 相对桥臂同号。
充分利用电桥的这一特性不仅可以提高应变测量的灵敏度及精度，而且可以解决温度补偿等问题。
§3.5电阻应变片的粘贴 3.5.1电阻应变片简介
电阻应变片一般由敏感栅、引线、基底、覆盖层和粘结剂组成，图3-12所示为其构造简图。
常温应变片的安装是采用以粘贴剂粘贴的方法。贴应变片是测量准备工作中最重要的项目。在测量中，构件表面的变形通过粘接层传给敏感栅。显然，只有粘结层均匀，结实，不产生蠕滑，才能保证敏感栅如实地再现构件的变形。因此，精心粘贴很有必要。应变片的粘贴靠手工操作，手法是否准确应在实践中体会和积累经验，而这一点极易被忽略。
3.5.2应变片的粘贴技术
应变片的粘贴用到主要的工具和用品有酒精、
焊锡、电烙铁、松脂、镊子、剪刀、导线、直尺、
快干胶、砂纸、万能表、导线、应变片、接线端子
等。（见图3-13）
（1）检查、分选应变片。用放大镜检查应变片的
外观，剔除那些敏感栅有形状缺陷，片内夹有气泡、
霉斑、锈点等缺陷的应变片。用电桥测阻值并进行
阻值的选配。
（2）构件测点表面的准备。先在构件的中点附近
用砂纸打磨出光泽，然后在精确测量，并在中点处
划十字叉以作为贴应变片的标记，最后再用中粒度
砂布与应变片粘贴方向成45°地交叉打出一些条
纹，这样可以加强胶的附着。（见图3-14）
如果清理好的表面并不立刻贴片，则可涂一层
凡士林暂作保护，待贴片时再行去除。
（3）贴片。以脱脂棉球饱蘸酒精等挥发性溶剂，
清洗待测表面以除去油脂、灰尘。表面清洗应至棉
球没有污迹方可作罢。使待测面自然晾干。
使用快干胶，要掌握时机。在待测面处滴上一
滴胶水（胶水过多会影响后面的焊接），捏着应变
片的引出线，用其背面将胶水拖匀并形成一个薄层，同时，让应变背面也浸满胶水。不要急于把应变片贴上去，过一两分钟（按胶的贮存期及贮存温度而定），当胶水有些发粘时，迅速对正方向粘好，垫上玻璃纸用手指稍加滚压即可。要注意对正方向再压紧。（见图3-15）
（4）固化。自然干燥，让溶剂挥发而固化，溶剂挥发尽了，固化放告完成。
（5）检查。利用万能表检查应变片的引出线是否是120 。
（6）同样的方法在试件上距离应变片很近的地方粘贴接线端子。（见图3-16）
（7）固定导线。先将应变片的导线通过锡焊固定在连线端子上，在焊接时，可先将电烙铁插入松脂再进行焊接以保证锡焊的润滑。（见图3-17、3-18）
然后将测量导线用锡焊连接于端子。导线头应预先挂锡，焊线的操作要迅速并绝对避免虚焊。最后用医用橡皮膏窄条隔适当距离沿途粘定，然后滴上快干胶粘牢。（见图3-19）
§3.6 实验步骤
1．设计好本实验所需的各类数据表格。
2. 测量试件的长度l、宽度b和厚度h。
3．若由挠度确定临界载荷，在试件中点安装千分表时，预先将表的顶杆压入表中一部分，保证顶杆与试件懂得更紧密接触，并给测杆左右测量留有余地。
4．分别将千分表对准试件两边的中心位置。（见图3-20）
5．拟订加载方案。加载前用欧拉公式求出压杆临界压力
的理论值，在预估临界力值的
cr
80%以内，可采取大等级加载，进行载荷控制。例如可以分成4～5级，载荷每增加一个△P，记录相应的应变值一次，超过此范围后，当接近失稳时，变形量快速增加，此时载荷量应取小些，或者改为变形量控制加载，即变形每增加一定数量读取相应的载荷，直到△P的变化很小，出现四组相同的载荷或渐进线的趋势已经明显为止（此时可认为此载荷值为所需的临界载荷值）。
6．根据加载方案，调整好实验加载装置。
7．按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。（接线如组图3-21）
应变片粘贴实用技巧 ------卡尔. 霍夫曼
目录 1 绪论 2 应变片的安装 2.1 贴片工的职责和作用 2.2 粘贴剂的种类 2.2.1 各种HBM应变片粘贴剂的特性2.3 粘贴剂的使用 2.3.1 在金属表面粘贴的准备工作 2.3.2 在非金属表面粘贴的准备工作 2.3.3 应变片在医学领域的使用 2.3.4 应变片的准备 2.3.5 粘贴过程 2.3.6 预防措施 3 电缆连接 3.1 焊接工具、焊接材料和配线 3.1.1 焊接烙铁 3.1.2 烙铁头 3.1.3 焊料（软焊料） 3.1.4 熔融 3.1.5 焊接终端 3.1.6 导线材料 3.2 实用技巧 3.2.1 焊接技巧 3.2.2 电缆连接技巧 4 中间检查 4.1 视觉检查 4.2 应变片电的连续性 4.3 连接电缆的电阻 4.4 应变片的绝缘电阻 4.5 连接电缆的绝缘电阻 5 已安装的应变片的防护 5.1 已安装的应变片防护层的使用技巧 5.2 常用的防护材料 6 参考文献
1 绪论 2 应变片的安装 2.1 贴片工的职责和作用 为了正确测量传递的样件的变形，贴片工需要将应变片紧紧地贴在样件上。根据不同的条件、影响因素和适用性，需要不同的贴片工和不同的粘贴方法。粘贴起着重要的作用。考虑到应变片粘贴的适用性，这种连接方法就有些特别优点： ●连接各种材料，甚至不同材料的可能性。根据不同的接合剂，粘贴在室温 或高温环境中进行。 ● 2.2 粘贴剂的种类 2.2.1 各种HBM应变片粘贴剂的特性 2.3 粘合剂的使用 2.3.1 在金属表面粘贴的准备工作 2.3.2 在非金属表面粘贴的准备工作 2.3.3 应变片在医学领域的使用 2.3.4 应变片的准备 2.3.5 粘贴过程 2.3.6 预防措施 3 电缆连接 3.1 焊接工具、焊接材料和配线 3.1.1 焊接烙铁 3.1.2 烙铁头 3.1.3 焊料（软焊料） 3.1.4 熔融 3.1.5 焊接终端 3.1.6 导线材料 3.2 实用技巧 3.2.1 焊接技巧 3.2.2 电缆连接技巧 4 中间检查 4.1 视觉检查 应变片和电缆连接应该用6X放大率的放大镜检查，检查如下：
试验一电阻应变片的粘贴及防潮技术 一、实验目的: 1. 掌握电阻应变片的选用原则和方法; 2. 学习常温用电阻应变片的粘贴方法及过程; 3. 学会防潮层的制作; 4. 认识并理解粘贴过程中涉及到的各种技术及要求对应变测试工作的影响。 二、实验内容: 在模拟试件上粘贴应变片。 三、实验仪表和器材: 1. 模拟试件(小钢板 ; 2. 常温用电阻应变片; 3. 数字万用表; 4. 兆欧表; 5. 粘合剂:T-1型 502胶, CH31双管胶(环氧树脂或硅橡胶; 6. 丙酮浸泡的棉球; 7. 镊子、划针、砂纸、锉刀、刮刀、塑料薄膜、胶带纸、电烙铁、焊锡、焊锡膏等小工具; 8. 接线柱、短引线。 四、用电阻应变片测量应变的基本原理:
用电阻应变片测量应变时, 要将应变片粘贴到试件上, 当试件发生变形, 应变片就会跟随一起变形, 这时应变片中的电阻丝就会因其机械变形而导致电阻丝的电阻发生变化,电阻的变化也就反应了结构的变形情况,这就是用电阻应变片测量应变的基本原理。 五、用电阻应变片测量应变的基本原则: 从电阻应变片测量应变的基本原理中可以看出, 首先要保证应变片与被测物体共同产生变形,其次,要保证电阻应变片本身的电阻值的稳定,才能 1 2 得到准确的应变测量结果,这是应变片粘贴的基本原则。因此应变片本身的 质量和粘贴质量的好坏对测量结果影响很大, 应变片必须牢固地粘贴在试件的被测测点上,因此对粘贴的技术要求十分严格。为保证粘贴质量和测量正确,要求如下: 1. 认真检查、分选电阻应变片,保证应变片的质量; 2. 测点基底平整、清洁、干燥, 使应变片能够牢固地粘贴到试件上,不脱落,不翘曲,不含气泡; 3. 粘结剂的电绝缘性好、化学性质稳定,工艺性能良好,并且蠕变小, 粘贴强度高,温、湿度影响小,确保粘贴质量,并使应变片与试件绝缘,且不发生蠕变,保证电阻应变片电阻值的稳定; 4. 粘贴的方向和位置必须准确无误, 因为试件上不同位置、不同方向的应变是不同的,应变片必须粘贴到要测试的应变测点上,也必须是要测试的应变方向。 5. 做好防潮工作, 使应变片在使用过程中不受潮, 以保证应变片电阻值的稳定; 六、实验方法及步骤: 1. 电阻应变片的选择:
电阻应变片的粘贴技术 一、实验目的 1.初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术。 2.初步掌握接线、检查等准备工作。 二、实验设备和器材 1.常温用电阻应变片 2.数字式万用表。 3.502粘结剂。 4.电烙铁、镊子、沙纸。 5.等强度梁试件，温度补偿块。 6.丙酮、药棉等。 7.测量导线若干。 三、实验方法和步骤 1.检查应变片的外观和电阻（电阻为200Ω±0.5Ω）。 2.测点表面的清洁处理：为使应变计与被测试件贴得牢,对测点表面要进行清洁处理。首先把测点表面用砂纸打磨；使测点表面平整、光洁。用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑为止。再用划针在测片位置处划出应变计的座标线。 3.贴片：在测点位置和应变片的底基面上，涂上薄薄一层胶水，用镊子夹住应变片，把应变片轴线对准座标线,上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变计的长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余的胶水，手指保持不动约1分钟后再放开，注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象。 4.贴接线端子片、焊接：将端子片基地和待贴位置处涂抹上一层胶水，等贴牢后将应变片的两个引出线分别焊接到端子片上，再将两根导线分别焊接到另外的两个端子上，注意不能出现短路的情况。 5.检查应变片是否通路，并测量阻值。 四.实验结果 1.电阻理论值为120Ω，测量电阻值均符合要求。
一、应变计的选择 1、1/4桥 λε，仪器调零困难。同时也受温度的影响，用手握住导线的变化就能有100εμ2根线的1/4桥：长的引线会引入电阻导致电桥不平衡，6m长的导线导致电桥不平衡量为29000 以上。 λ，仪器调零容易。也不受导线温度的影响。εμ3根线的1/4桥：6m长的导线导致电桥不平衡量为400 2、应变计的长度选择：要基于应力的分布。 λ应变测量的是局部区域的平均，而非某点的微应变。当应力是线性分布，应变计的长度无影响。 λ应力集中时，最好用非常小的应变计贴在应力集中处，应变计应比应力集中点稍大一点。 λ各向异性材料（如混凝土、碳纤维复合材料等），用长应变计在较大区域得到平均值。 3、应变片样式 λ单向应变计：需要知道主应力方向； T型应变计：也需要知道主应力方向；λ 三片应变花：不知道主应力方向时，可随意贴，通过计算可得出最大最小主应力和方向。λ 剪切式应变计：用于剪切和扭转。λ 4、应变计电阻选择 常用的有120Ω、350Ω和1000Ω。 电阻120Ω350Ω 优 点应变计尺寸小电流低，发热功率低 成本稍低可大电压激励，信号噪声小
应变片的粘贴方法及步骤 应变片的粘贴是传感器制作的重要环节，应变片的粘贴质量直接影响数据测量的准确性。为制作符合产品质量要求的传感器，规定应变片粘贴的方法和步骤如下： 应变片粘贴的工序主要包括：试件的表面处理，应变片的粘贴、干燥，导线的焊接和固定，应变片的防潮处理和质量检验。 1应变片粘贴前的准备工作。 1.1应保证所粘贴的平面光滑、无划伤，面积应大于应变片的面积。 1.2应变片应平整、无折痕，不能用手和不干净的物体接触应变片的底面。 1.3粘贴所使用物品有：试件、电阻应变片、数字万用表、台钳、镊子、专用夹具、热风机、烙铁、焊锡丝、棉签、应变计粘贴剂、丙酮、无水酒精、704硅胶。 1.4将台钳固定到桌子上，把试件用台钳加紧。 2粘贴步骤 2.1试件的表面处理 用沾有无水酒精和丙酮的棉签反复擦拭贴片部位，直至棉签不再变黑为止，确保贴片部位清洁。 2.2应变片的粘贴 在贴片部位和应变片的底面上均匀的涂上薄薄一层应变计粘贴剂。待粘贴剂变稠后，用镊子轻轻夹住应变片的两边，贴在在试件的贴片部位。 在应变片上覆盖一层聚氯乙烯薄膜，用手指顺着应变片的长度方向用力挤压，挤出应变片下面的气泡和多余的胶水。用手指压紧，直到应变片与试件紧密粘合为止。松开手指，使用专用夹具将应变片和试件夹紧。注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。注意粘贴剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。 2.3应变片的干燥 应变片粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。此外，应变计和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。因此，在贴好片后就需要进行干燥处理，用热风机进行加热干燥，烘烤4个小时，烘烤时应适当控制距离和温度，防止温度过高烧坏应变片。 2.4导线的焊接和固定 将引出线焊接在应变片的接线端。在应变片引出线下，贴上胶带纸，以免应变计引出线与被测试件接触造成短路。焊接时注意防止假焊，焊完后用万用表在导线另一端检查是否接通。 为防止在导线被拉动时应变片引出线被拉坏，应使用接线端子。用胶水把接线端子粘在应变片引
第 章 滚动轴承 第1节 概述 一． 构造 二． 特点 1. 摩擦力矩小且稳定，易启动。 2. 轴向宽度小，结构紧凑。 3. 能同时承受轴向力和径向力。 4. 易润滑。 5. 可消除径向间隙。 6. 批量生产成本低。 7. 对轴的材料和热处理要求低。 8. 承受冲击载荷能力差。 9. 寿命短。 10. 振动、噪声大。 11. 径向尺寸大。 12. 不能剖分。 第2节 滚动轴承的主要类型及代号 一．滚动轴承的类型 1. 按轴承构成分 2. 按轴承受力分 3. 按接触情况分 二．滚动轴承的代号 直径系列代号 1. 内圈 2. 外圈 3. 4. 混合 ηn/p 滑动摩擦特性曲线 边界 前置代号 表示轴承分部件 后置代号 表示轴承结构公差精度等 直径系列的对比
选择轴承类型时考虑的因素： 一．轴承的载荷 载荷大小、方向是决定轴承类型的重要依据 二．轴承的转速 三．安装方便性 四．轴承的调心性能 第4节滚动轴承的工作情况 一．轴承元件上的载荷分布 1 .推力轴承 设轴承受到轴向力S，则每个滚动体受力： F i=S/Z 2 向心轴承 1)力分布 2) 3.失效形式：疲劳点蚀 4.设计计算准则：保证一定的接触疲劳强度 二．向心推力轴承的派生轴向 力（附加轴向力） 1. 派生轴向力的产生 R→N i→S i→S←A 2. 轴向力对接触情况的影响 注：1)Y对应A/R>e的Y 2)e由轴承样本查取 i 固定套圈应力变化情况 接 触 应 力 接 触 应 力 N i S i A/R=tanα A/R=1.25tan A/R>1.7tanα
(N) 10 60 6 ' εh nL P C= 一．滚动轴承的失效形式及基本额定寿命 1.失效形式 滚动体或内外圈滚道上的疲劳点蚀。 2.单个轴承滚动轴承的寿命： 套圈或滚动体发生疲劳扩展之前，一套圈相 对于另一套圈的转数。 3.滚动轴承的基本额定寿命 1)滚动轴承的寿命分布 2)基本额定寿命 一定条件下，一组轴承中10%的轴承发生疲 劳点蚀失效，而90%的轴承不发生疲劳点蚀失效 前的内外圈相对转数（106）或工作时数 二．滚动轴承的基本额定动载荷 1.载荷和额定寿命的关系 2.基本额定动载荷 轴承的基本额定寿命恰好为106转时， 轴承所能承受的载荷值C。 3.额定动载荷的修正 轴承工作温度与试验温度不同时应修正 额定动载荷。 C t=f t C 三．滚动轴承寿命的计算公式 1.载荷和额定寿命的关系 2.寿命计算公式 1)用转数表示的寿命公式： 2)用小时表示的寿命公式： 3)设计式： 未失效轴承数量% 轴 承 的 寿 命 （ 1 6 转 ） 100 70 50 30 10 0 12 10 8 6 4 2 载荷 额定寿命 C 10 012345678910L10(106) 额定寿命 4 3 2 C ) (106 10 转 ε ? ? ? ? ? = P C L (h) 60 106ε ? ? ? ? ? = P C n L h
美国Vishay公司的讲座笔记，使用的是带导线的应变计，供参考： 一、应变计的选择 1、1/4桥 λε，仪器调零困难。同时也受温度的影响，用手握住导线的变化就能有100εμ2根线的1/4桥：长的引线会引入电阻导致电桥不平衡，6m长的导线导致电桥不平衡量为29000 以上。 λ，仪器调零容易。也不受导线温度的影响。εμ3根线的1/4桥：6m长的导线导致电桥不平衡量为400 2、应变计的长度选择：要基于应力的分布。 λ应变测量的是局部区域的平均，而非某点的微应变。当应力是线性分布，应变计的长度无影响。 λ应力集中时，最好用非常小的应变计贴在应力集中处，应变计应比应力集中点稍大一点。 λ各向异性材料（如混凝土、碳纤维复合材料等），用长应变计在较大区域得到平均值。 3、应变片样式 λ单向应变计：需要知道主应力方向； T型应变计：也需要知道主应力方向；λ
三片应变花：不知道主应力方向时，可随意贴，通过计算可得出最大最小主应力和方向。λ 剪切式应变计：用于剪切和扭转。λ 4、应变计电阻选择 常用的有120Ω、350Ω和1000Ω。 电阻120Ω350Ω 优 点应变计尺寸小电流低，发热功率低 成本稍低可大电压激励，信号噪声小 疲劳寿命更佳导线的电阻影响更小 电池供电更长 5、激励电压 适当提高激励电压可提高测量的信噪比。但激励电压太高时，流过应变计的电流会发热，导致应变计电阻变化而产生热输出。 以下情况可使用高的激励电压： 大应变片，散热好；λ 大阻值应变片（小电流，发热功率小）λ λ容易散热的材料（如铝材料，可用10V的激励电压）
二、应变计的安装过程 以下的安装过程是在研讨会上进行演示，并实际动手照此程序进行操作。它是以VMM公司的产品为基础的，具有一定的参考意义。 1、去污剂CSM-2喷到纱布上，擦测试零件，去除油污。 2、用320GRIT的砂纸，在粘贴面来回打磨12次。白纸垫在零件下面。 3、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，再用320GRIT的砂纸，在测量面来回打磨12次。将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。换一张白纸。 4、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用400GRIT的砂纸，在测量面来回打磨12次。将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。换一张白纸。 5、用铅笔、直尺划出贴应变片的位臵。 6、在贴应变片处涂ConditionerA调节剂，用棉签擦掉铅笔划的线，将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次。 7、在贴应变片处涂Conditioner5A中和剂，达到合适的酸碱度，用棉签擦拭，将纱布叠成小块在表面朝一个方向擦一次，再用另一块纱布朝相反方向擦一次，扔掉纱布。换一张白纸。 8、处理应变计的盒子用Conditioner5A中和剂滴几滴，用纱布擦干净。中和剂倒在纱布上，将镊子擦干净。 9、取出应变计，用胶布将导线固定在盒子上。去掉应变计的塑料夹子，用透明胶布将应变计和导线粘在一起，去掉固定导线的胶
实验电阻应变片的粘贴技术 应力测量是结构试验中很主要的测量内容，一般均采用电阻应变法测量应变而求得。 电阻应变法精度高，灵敏度高并可远距离、多点测量及快速数据采集处理等优点。另外，用电阻应变片作为转换元件加上一些弹性元件能制作各种电阻应变式传感器来测定结构试验中各种物理量的变化。 要达到预期的测量目的或试验的成功，必须掌握电阻应变片的粘贴技术与电阻应变仪的正确作用。 一、实验目的 学习并掌握常温电阻应变片的粘贴技术。 在结构上粘贴应变片，测量该位置的应变应力值，并与理论值比较。 二、设备及耗材 1．电阻应变片，接线端子 2．数字万用电表，测量导线 3．悬臂梁、砝码、温度补偿块等 4：砂布、丙酮、药棉等清洗器材 5，502胶、防潮剂、玻璃纸及胶带 6，划针、镊子、电烙铁、剪刀等 7，静态电阻应变仪 三、电阻应变片简介 电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并用胶水粘贴固定在两层绝缘薄片中制成，如图2—1所示。栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。应变片的基本参数有灵敏系数K、初始电阻值R、标距L和宽度B。 实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变处。当该部位沿应变片L方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。实验证明，在一定范围内应变片的电阻变化率AR与该处构件的长度变化△L成正比，即其中R——应变片的初始电阻值； △R——应变片电阻变化值； △R/R=K·△L/L K——应变片的灵敏系数，表示每单位应变所造成的相对电阻变化。由制造厂家抽样标定给出的，一般K值在2．0左右。 由于构件的变形是通过应变片的电阻变化来测定，因此，应变测试中，应变片的
1．金属电阻应变片的种类金属电阻应变片种类繁多，形式多样，但常见的基本结构有金属丝式应变片、金属箔式应变片和薄膜式应变片。其中金属丝式应变片使用最早、最多，因其制作简单、性能稳定、价格低廉、易于粘贴而被广泛使用。 2．电阻应变片的结构金属丝式电阻应变片由敏感栅、基底、盖层、黏合层和引线等组成。图2-2为金属丝式应变片的典型结构图。其中敏感栅是应变片内实现应变——．电阻转换的最重要的传感元件，一般采用的栅丝直径为0. 015～ mm。敏感栅的纵向轴线称为应变片轴线，L为栅长，n为基宽。根据不同用途，栅长可为～200 mm。基底用以保持敏感栅及引线的几何形状和相对位置，并将被测件上的应变迅速、准确地传递到敏感栅上，因此基底做得很薄，一般为0. 02～ mm。盖层起防潮、防腐、防损的作用，用以保护敏感栅。用专门的薄纸制成的基底和盖层称为纸基，用各种黏合剂和有机树脂薄膜制成的称为胶基，现多采月后者。黏合剂将敏感栅、基底及盖层黏合在一起。在使用应变片时也采用黏合剂将应变片与被测件黏牢。引线常用直径为～ mm的镀锡铜线，并与敏感栅两输出端焊接。 金属箔式应变片的基本结构如图2-3所示，其敏感栅是由很薄的金属箔片制成的，厚度只有0. 01～ mm，用光刻、腐蚀等技术制作。箔式应变片的横向部分特别粗，可大大减少横向效应，且敏感栅的粘贴面积大，能更好地随同试件变形。此外与金属丝式应变片相比，金属箔式应变片还具有散热性能好、允许电流大、灵敏度高、寿命长、可制成任意形状、易加工、生产效率高等优点，所以其使用范围日益扩大，已逐渐取代丝式应变片而占主要的地位。 但需要注意，制造箔式应变片的电阻值的分散性要比丝式的大，有的能相差几十欧姆，故需要作阻值的调整。对金属电阻应变片敏感栅材料的基本要求如下。 ①灵敏系数K。值大，并且在较大应变范围内保持常数。 ②电阻温度系数小。 ③电阻率大。 ④机械强度高，且易于拉丝或辗薄。 ⑤与铜丝的焊接性好，与其他金属的接触热电势小。
结构试验报告 题目：电阻应变片的粘贴学生姓名： 指导教师： 学院：土木工程学院 专业班级：隧道1608班 学号：1201161200 2019年11月
实验一电阻应变片的粘贴 一、试验目的 1.了解应变片和选取原则及质量鉴别方法; 2.掌握应变片的粘贴技术。 二、试验仪器设备 1.电阻应变片：阻值R=120 Ω ，型号L×a=3mm×2mm ，灵敏系数K= 2.08； 2.万用表一个； 3.高阻表一个； 4.电烙铁、镊子、铅笔、连接端子、棉花团、绝缘胶布、502胶水等工具。 三、试验步骤 1.划线定位：在选定的钢片上选定合适的应变片位置并用铅笔画出十字线， 且深度适中。 2.打磨：用砂纸打磨钢片表面，使其符合光洁度要求。 3.清洁：用镊子夹住棉花团沾丙酮清洁打磨位置表面，直至棉花团上不 再沾上污渍为止，清洁后不可用手碰触。 3.涂胶贴合：用手捏住应变片引出线，在其背面均匀涂抹一层胶水，然后放 在测点上，迅速调整应变片的位置，使其对准方向线。 4.滚压固化：在应变片上覆盖小片塑料薄膜，用手指轻轻滚压，挤出多余胶 水和气泡。用手指轻按片刻，待胶水初步固化后即可松手，应 避免502胶水粘在手指上。粘贴质量好的应变片应是胶层均匀， 位置准确，否则应重新粘贴。 注意：按压时不要使应变片位置移动。 5.贴连接端子：同步骤3,4。注意：端子和应变片之间不留空隙，不要将端 子压在引线上。 6.焊接引线：用焊枪将应变片引线焊接在连接端子上，焊点要求光滑牢固。 注意：焊枪表面可能会被氧化，应及时打磨焊枪表面。 7.焊接导线：把连接应变片的导线焊接在连接端子上，焊点要求光滑牢固，
3. 电阻应变片测量应变的基本要求： 从电阻应变片测量应变的基本原理中可以看出，首先要保证应变片与被测物体共同产生变形，其次，要保证电阻应变片本身的电阻值的稳定，才能得到准确的应变测量结果，这是应变片粘贴的基本原则。因此应变片本身的质量和粘贴质量的好坏对测量结果影响很大，应变片必须牢固地粘贴在试件的被测测点上，因此对粘贴的技术要求十分严格。为保证粘贴质量和测量正确，要求如下： 1)认真检查、分选电阻应变片，保证应变片的质量； 2)测点基底平整、清洁、干燥，使应变片能够牢固地粘贴到试件上，不脱落，不翘曲，不含气泡； 3)粘结剂的电绝缘性好、化学性质稳定，工艺性能良好，并且蠕变小，粘贴强度高，温、湿度影响小，确保粘贴质量，并使应变片与试件绝缘，保证电阻应变片电阻值的稳定； 4)粘贴的方向和位置必须准确无误，因为试件上不同位置、不同方向的应变是不同的，应变片必须粘贴到要测试的应变测点上，也必须是要测试的应变方向； 5)做好防潮工作，使应变片在使用过程中不受潮，以保证应变片电阻值的稳定。 4. 贴片前准备 4.1 工具、辅助材料准备 1)试件； 2)电阻应变片； 3)数字万用表； 4)粘合剂：502胶； 5)丙酮； 6)棉球； 7)镊子、划针、砂纸、锉刀、刮刀、塑料薄膜、胶带纸、电烙铁、焊锡、焊锡膏等小工具； 8)接线柱、短引线； 9)电吹风机或红外烘干机。 4.2 技术准备 1)测试点的选择 测点的选择和布置对能否正确了解结构的受力情况和实现正确的测量影响很大。测点愈多，愈
能了解结构的应力分布状况，然而却增加了测试和数据处理的工作量和贴片误差。因此，根据应以最少的测点达到足够真实地反映结构受力状态的原则，来选择测点。为此，一般应考虑：a）预先对结构进行大致的受力分析，预测其变形形式，找出危险断面及危险位置。根据受力分析和测试要求，结合实践经验最后选定测点。 b）在截面尺寸急剧变化的部位或因孔、槽导致应力集中的部位，应适当多布置一些测点，以便了解这些区域的应力梯度情况。 c）如果最大应力点的位置和方向难以确定，或者为了了解截面应力分布规律和曲线轮廓段应力过渡的情况，可在截面上或过渡段上比较均匀地布置多个测点或者用应变花测量。 d）利用结构与载荷的对称性，以及对结构边界条件的有关知识来布置测点，往往可以减少测点数目，减轻工作量。 e）测量载荷时尽量选择受力状态单一、应变反应灵敏的部位作为测量点。 2)桥路的选择 应变片的布置和电桥连接应根据测量的目的、对载荷分布的估计而定。在测量复合载荷作用下的应变时，还应利用应变片的布置和接桥方法来消除相互影响的因素。如果测量应变为了应变分析一般选择1/4桥来进行。从下图中可以清楚看到不同的布置和接桥方法对灵敏度、温度补偿情况和消除弯矩影响是不同的。一般应优先选用输出信号大、能实现温度补偿、粘贴方便和便于分析的方案。
电阻应变片的认识与粘贴技术训练 一、实验目的 １．了解应变片的测量原理、结构、种类； ２．掌握应变片的粘贴技术及质量检查与防潮方法。 二、实验原理（应变片） 在机械工程测试技术中，广泛应用电阻应变片，因为它能准确地测量各种力参数。对于应变片的正确选取和粘贴质量的好坏，将直接影响应变片的性能和测量的准确性。 （一）应变片的分类 应变片可分为金属式和半导体式两大类： 金属式：丝式、箔式、薄膜式； 半导体式：薄膜式、扩散式。 根据基底材料不同又可分为纸基、胶基和金属片基等。 （二）基底材料 基底材料要满足如下要求：机械强度高，粘贴容易，电绝缘性好，热稳定性好，抗潮湿性能好，挠性好（能够粘贴在曲率半径很小的曲面上），无滞后和蠕变。 1．胶基：是由有机聚合材料的薄片作为基底的称为胶基应变片；（1）酚醛、环氧树脂基底（箔式片居多），它具有良好的耐热和防潮性能，使用温度达成180℃，并且长时间稳定性好；（2）聚酰亚胺基底，使用温度-260℃～400℃，绝缘性能好，因此可以做得很薄，通常为0.025mm ，应变片的柔韧性好；（3）石棉、玻璃纤维增强塑料作基底，主要在高温下使用。 （三）敏感元件材料 对敏感材料的要求：灵敏度K 。在尽可能大的应变范围内是常数；K 。尽可能大；具有足够的热稳定性；电阻系数ρ高且受温度变化的影响小；在一定的电阻值要求下，电阻系数越高，电阻丝的长度越短，因此可以减小电阻应变片的尺寸。 康铜是用得最广泛的电阻应变片敏感材料，康铜的K 。值对应变的稳定性非常好，不但在弹性变形的范围内K 。保持常数，在进入塑性范围后K 。仍基本上保持常数，故测量范围大。康铜具有足够小的电阻温度系数，使测量时因温度变化而引起的误差较小；康铜的电阻系数ρ很大，便于做成电阻值大而尺寸小的电阻应变片。我国制造的电阻应变片绝大部分以康铜为敏感材料。除康铜外还有镍铬铁合金、镍铬合金等 （四）应变片的主要参数 1、几何尺寸：基长l ——沿敏感栅金属丝轴线方向上能承受应变的有效长度，基宽b ——与金属丝轴线垂直方向上敏感外侧之间的距离； ２．电阻值：它是指应变片既没有粘贴，又不受外力作用的条件下，在室温中测量的原始电阻值。目前应变片的规格已成为标准系列化，目前我国生产的应变片名义阻值一般为120Ω，此外，还有60、80、240Ω等； ３．灵敏度 S ：当应变片粘贴在试件上之后，在沿应变片轴线方向的单向载荷作用下，应变片的电阻变化率与被敏感栅覆盖下的试件表面上的轴向应变的比值称为应变片的灵敏度S S = εR R ? ４．绝缘电阻：指敏感栅与被测试件之间的绝缘电阻； ５．允许电流：当应变片接入测量电路后，敏感栅中流过一定的电流，使应变片产生温升，一般在静态测量中允许电流为25mA ，在动态测量中允许电流为75～100mA 。
当量动负荷的计算-计算所需额定动载荷C的数值-滚动轴承选择的第三步
当量动负荷的计算-计算所需额定动载荷C的数值 -滚动轴承选择的第三步 选择了轴承的大概类型，我们要开始计算轴承上的载荷了。我们首先得根据实际作用于进口轴承上的载荷，计算出当量动载荷（P），再根据要求的轴承寿命，计算出所需额定动载荷（C）。 1，当量动负荷的计算 什么是当量动负荷呢？ 轴承大多承受径向负荷与轴向负荷的合成负荷，并且负荷条件多种多样（如各种旋转条件，大小发生变化等）。因此，不可能将轴承的实际负荷直接与基本额定负荷比较。这时，将实际负荷换算成通过轴承中心、且大小和方向一定的假想负荷来进行比较，轴承在假想负荷下具有与实际负荷和转速下相同的寿命。 这样换算的假想负荷称做当量动负荷，我们用“P“表示。 其实，简单来说，当量动负荷是指一个假设的负荷，其大小和方向是固定的，且径向作用于径向轴承上；或轴向和同心作用于推力轴承上。 当量动负荷 P 的计算 径向轴承一般需要承受同时作用的径向和轴向负荷。如果联合负荷的大小和方向是固定的，当量动负荷P的计算公式为： P = XFr + YFa 式中： ?P：当量动负荷，N；对于向心轴承可以表示为Pr（径向当量动负荷）； 对于推力轴承可以表示为Pa（轴向当量动负荷） ?Fr：径向负荷，N ?Fa：轴向负荷，N ?X：径向负荷系数 ?Y：轴向负荷系数 对于单列向心轴承，只有轴向负荷与径向负荷的比 Fa / Fr，大于某一特定限制系数 e，轴向负荷才会影响到当量动负荷 P。当 Fa / Fr 小于等于 e 时，取 X=1，Y=0。此时当量动负荷为 P=Fr。（e表示一个界限值，一般轴承样本中都会有介绍） 但是对于双列向心轴承，即使很小的轴向负荷，一般也会造成很大的影响。
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 应变片的粘贴方法及步骤 应变片的粘贴是传感器制作的重要环节，应变片的粘贴质量直接影响数据测量的准确性。为制作符合产品质量要求的传感器，规定应变片粘贴的方法和步骤如下： 应变片粘贴的工序主要包括：试件的表面处理，应变片的粘贴、干燥，导线的焊接和固定，应变片的防潮处理和质量检验。 1应变片粘贴前的准备工作。 1.1应保证所粘贴的平面光滑、无划伤，面积应大于应变片的面积。 1.2应变片应平整、无折痕，不能用手和不干净的物体接触应变片的底面。 1.3粘贴所使用物品有：试件、电阻应变片、数字万用表、台钳、镊子、专用夹具、热风机、烙铁、焊锡丝、棉签、应变计粘贴剂、丙酮、无水酒精、704硅胶。 1.4将台钳固定到桌子上，把试件用台钳加紧。 2粘贴步骤 2.1试件的表面处理 用沾有无水酒精和丙酮的棉签反复擦拭贴片部位，直至棉签不再变黑为止，确保贴片部位清洁。 2.2应变片的粘贴 在贴片部位和应变片的底面上均匀的涂上薄薄一层应变计粘贴剂。待粘贴剂变稠后，用镊子轻轻夹住应变片的两边，贴在在试件的贴片部位。 在应变片上覆盖一层聚氯乙烯薄膜，用手指顺着应变片的长度方向用力挤压，挤出应变片下面的气泡和多余的胶水。用手指压紧，直到应变片与试件紧密粘合
为止。松开手指，使用专用夹具将应变片和试件夹紧。注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。注意粘贴剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。 2.3应变片的干燥 应变片粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。此外，应变计和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。因此，在贴好片后就需要进行干燥处理，用热风机进行加热干燥，烘烤4个小时，烘烤时应适当控制距离和温度，防止温度过高烧坏应变片。 2.4导线的焊接和固定 将引出线焊接在应变片的接线端。在应变片引出线下，贴上胶带纸，以免应变计引出线与被测试件接触造成短路。焊接时注意防止假焊，焊完后用万用表在导线另一端检查是否接通。 为防止在导线被拉动时应变片引出线被拉坏，应使用接线端子。用胶水把接线端子粘在应变片引出线的前端，然后把应变片的引出线和输出导线分别焊接到接线端子两端，以保护应变片。 2.5应变片的防潮处理 为避免胶层吸收空气中的水分而降低绝缘电阻值，应在应变片接好线后，立即对应变计进行防潮处理。防潮处理应根据要求和环境采用相应的防潮材料。常用的的防潮剂可用704硅胶，将704硅胶均匀的涂在应变片和引出线上。 3应变片的质量检验 3.1用目测或放大镜检查应变片是否粘牢固，有无气泡、翘起等现象。 3.2用万用表检查电阻值，阻值应和应变片的标称阻值相差不大于1Ω。 创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王*
试验一电阻应变片的粘贴及防潮技术 、实验目的: 1. 掌握电阻应变片的选用原则和方法; 2. 学习常温用电阻应变片的粘贴方法及过程 3. 学会防潮层的制作; 4. 认识并理解粘贴过程中涉及到的各种技术及要求对应变测试工作的影响。 二、实验内容: 在模拟试件上粘贴应变片。 三、实验仪表和器材: 1. 模拟试件（小钢板; 2. 常温用电阻应变片; 3. 数字万用表; 4. 兆欧表; 5. 粘合剂:T-1型502胶,CH31双管胶（环氧树脂或硅橡胶； 6. 丙酮浸泡的棉球; 7. 镊子、划针、砂纸、锉刀、刮刀、塑料薄膜、胶带纸、电烙铁、焊锡、锡膏等小工具； 8. 接线柱、短引线。 四、用电阻应变片测量应变的基本原理:
用电阻应变片测量应变时, 要将应变片粘贴到试件上, 当试件发生变形, 应变片 就会跟随一起变形, 这时应变片中的电阻丝就会因其机械变形而导致电阻丝的电阻发生变化,电阻的变化也就反应了结构的变形情况,这就是用电阻应变片测量应变的基本原理。 五、用电阻应变片测量应变的基本原则: 从电阻应变片测量应变的基本原理中可以看出, 首先要保证应变片与被测物体共同产生变形,其次,要保证电阻应变片本身的电阻值的稳定,才能 2 得到准确的应变测量结果, 这是应变片粘贴的基本原则。因此应变片本身的质量和粘贴质量的好坏对测量结果影响很大, 应变片必须牢固地粘贴在试件的被测 测点上,因此对粘贴的技术要求十分严格。为保证粘贴质量和测量正确,要求如下: 1. 认真检查、分选电阻应变片,保证应变片的质量; 2. 测点基底平整、清洁、干燥, 使应变片能够牢固地粘贴到试件上,不脱落,不翘曲,不含气泡; 3. 粘结剂的电绝缘性好、化学性质稳定,工艺性能良好,并且蠕变小, 粘贴强度高,温、湿度影响小,确保粘贴质量,并使应变片与试件绝缘,且不发生蠕变,保证电阻应变片电阻值的稳定; 4. 粘贴的方向和位置必须准确无误, 因为试件上不同位置、不同方向的应变是 不同的,应变片必须粘贴到要测试的应变测点上,也必须是要测试的应变方向。 5. 做好防潮工作, 使应变片在使用过程中不受潮, 以保证应变片电阻值的稳定; 六、实验方法及步骤: 1. 电阻应变片的选择:
电阻应变片的粘贴及防潮技术 一、仪表和器材： 1.模拟试件（小钢板）； 2.常温用电阻应变片； 3.数字万用表； 4.兆欧表； 5.粘合剂：T-1型502胶，CH31双管胶（环氧树脂）或硅橡胶； 6.丙酮浸泡的棉球； 7.镊子、划针、砂纸、锉刀、刮刀、塑料薄膜、胶带纸、电烙铁、焊锡、焊锡膏等小工具； 8.接线柱、短引线。 二、用电阻应变片测量应变的基本原理： 用电阻应变片测量应变时，要将应变片粘贴到试件上，当试件发生变形，应变片就会跟随一起变形，这时应变片中的电阻丝就会因其机械变形而导致电阻丝的电阻发生变化，电阻的变化也就反应了结构的变形情况，这就是用电阻应变片测量应变的基本原理。 三、用电阻应变片测量应变的基本原则： 从电阻应变片测量应变的基本原理中可以看出，首先要保证应变片与被测物体共同产生变形，其次，要保证电阻应变片本身的电阻值的稳定，才能得到准确的应变测量结果，这是应变片粘贴的基本原则。因此应变片本身的质量和粘贴质量的好坏对测量结果影响很大，应变片必须牢固地粘贴在试件的被测测点上，因此对粘贴的技术要求十分严格。为保证粘贴质量和测量正确，要求如下： 1.认真检查、分选电阻应变片，保证应变片的质量； 2.测点基底平整、清洁、干燥，使应变片能够牢固地粘贴到试件上，不脱落，不翘曲，不含气泡； 3.粘结剂的电绝缘性好、化学性质稳定，工艺性能良好，并且蠕变小，粘贴强度高，温、湿度影响小，确保粘贴质量，并使应变片与试件绝缘，且不发生蠕变，保证电阻应变片电阻值的稳定； 4.粘贴的方向和位置必须准确无误，因为试件上不同位置、不同方向的
应变是不同的，应变片必须粘贴到要测试的应变测点上，也必须是要测试的应变方向。 5. 做好防潮工作，使应变片在使用过程中不受潮，以保证应变片电阻值的稳定； 四、 方法及步骤： 1. 电阻应变片的选择： 在应变片灵敏数K 相同的一批应变片中，剔除电阻丝栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈点等缺陷的应变片。用数字万用表的电阻档测量应变片的电阻值R ，将电阻值在120±2Ω范围内的应变片选出待用，记录该片的阻值和灵敏系数(应变片灵敏系数由厂家标定，本实验默认为2.00)。 2. 试件表面的处理： 用锉刀和粗砂纸等工具将试件在钢板上的贴片位置的油污、漆层、锈迹、电镀层除去，再用细砂纸打磨成45°交叉纹，之后用镊子镊起丙酮棉球将贴片处擦洗干净，至棉球洁白为止。见图1-1。 3. 测点定位： 应变片粘贴的位置及方向对应变测量的影响非常大，应变片必须准确地粘贴在结构或试件的应变测点上，而且粘贴方向必须是要测量的应变方向。本实验中假设要测定试件的中心点的轴向应变，为达到上述要求，对于钢构件，要在试件上用钢板尺和划针画一个十字线(一根长，一根短)，十字线的交叉点对准测点位置，较长的一根线要与应变测量方向一致。见图1-2。 图1-1 钢试件应变片粘贴处表面处理示意图 打磨区 (小钢板) 图1-2 钢试件应变片定位示意图 ) 方向
实验一电阻应变片的选择、粘贴技术 一、实验目的 1.掌握电阻应变片的粘贴工艺过程及方法 2.掌握选择应变片的原则及粘贴质量的检查 二、实验步骤 1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。必须更换。 2.用数字万用表或电桥精确测量应变片电阻值的大小。注意：不要用手或不干净的物品直接接触应变片基底。测量时应放在干净的书面上，不能使其受力，应保持平直。记录下各个应变片的阻值，要求应变片阻值精确到小数点后一位数字。对于标称电阻为120欧姆的应变片，测量时数字万用表必须打到200欧姆档位上。所测电阻值为原始电阻。要求同一电桥中各应变片之间阻值相差均不得大于0.5欧姆，否则,需要更换。 3．试件表面处理： 实验所用试件为等强度梁，为了粘贴牢固，必须对试件表面进行处理。 （1）在等强度梁选择好贴片位置，用细纱纸打磨干净，要求打磨成45度交叉线，如等强度梁上以前贴好的应变片，先用小刀铲掉。应变片为一次性消耗材料，粘贴后再起下来不能再用。 （2）用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。 （3）在贴片处划出十字线，作为贴片坐标，再用棉球擦一下。 4．应变片粘贴 在502粘贴剂瓶口打一小细孔（用大头针），以便只流出少量胶液，一手捏住应变片的引出线，一手拿502，瓶口向下，在应变片基底上挤一小滴胶水，并用瓶口轻轻涂抹均匀，将多余的胶水甩去，立即放在应变贴片位置。然后轻轻撕去塑料薄膜。 5.粘贴质量的检查 （1）目测或用放大镜检查应变片是否粘牢,有无气泡、翘起等现象。 （2）用万用表检查电阻值。正常情况下，阻值与未贴片前的相差无几。 6.焊线用电烙铁将应变片的引线焊接到等强度反梁上的引线焊点处。注意
应变计粘贴、连接、防护方法简述 在电阻的各种安装方法中，粘贴法应用最多。应变计粘贴质量的好坏，是决定应变测试成功与否的关键因素之一，因此，粘贴时必须严格按照粘贴的工艺流程进行操作。 一、应变计粘贴和防护的工艺流程： （1）应变计选择→（2）胶粘剂选择→（3）构件打磨→（4）表面清洗→ （5）画线定位→（6）应变计清洗→（7）涂敷底胶→（8）应变计粘贴→（9）加热固化→（10）贴片质量检查→（11）引线连接→（12）质量检查→（13）常温及温度性能补偿→（14）质量检查→（15）性能测试→（16）防护处理。 二、应变计粘贴工艺方法 使用不同粘结剂粘贴应变计的工艺是有差异的，这里我们只对其中的一些共同性的容加以介绍。 （1）应变计的准备 应变计的准备是指应变计的选择、应变计检查和应变计表面处理。应变计的 选择我们在前面已经做了专门介绍，这里仅介绍其它两方面的容。 a.应变计检查：包括外观检查和阻值检查 外观检查主要看基底和盖层有否破损，敏感栅有否锈斑，引线有无折断的危 险，敏感栅排列是否整齐，有无短路、缺口、断栅、划伤和变形，基底是否有气泡、皱折、坑点存在。 测量电阻应该精确到0.1Ω。 b.应变计表面处理 应变计在使用前，要用脱脂棉浸无水乙醇擦洗，注意两面都要清洗，对没有 盖层的应变计，要顺着敏感栅的方向轻轻擦洗，洗净后用红外线灯或其它烘干装置烘干备用。 （2）粘贴表面的处理 为了使应变计粘贴牢固，需要对粘贴表面进行机械、化学处理、处理围约
为应变计面积的3-5倍。 首先除去油污、锈斑、氧化膜、镀层、涂料等，根据试件材料选用粒度为220-400#的砂纸进行打磨，并打出与贴片方向呈45°角的交叉条纹，然后用浸有丁酮或丙酮的脱脂棉球清洗打磨部位，并用无水乙醇清洗至棉球上不见任何污渍为止。注意，擦洗时要沿单一方向进行，不要来回交替擦拭。清洗干净的表面要避免再次污染（如用嘴吹气）及手触摸，待溶剂挥发表面完全干燥后立刻贴片。 为保证应变计粘贴位置的准确，可用无油圆珠笔芯或划针在贴片部位轻轻划出定位线。划线时，线不能划到应变计贴片部位下面，避免对应变计产生损伤。经过划线的试件表面需用丙酮、无水乙醇、丁酮、三氯乙烷、异丙醇等溶剂对贴片试件表面单项清洗，并及时擦干或烘烤干，避免表面有油污残留或溶剂残留，对贴片质量产生致命性影响；贴片时，尽量保证应变计的位置准确，刷胶均匀性，胶量控制适量等；然后盖上聚四氟乙烯薄膜，用手指均匀挤压应变计，排除多余胶液和气泡，同时，轻轻拨动应变计，调整应变计位置，使其定位准确，真实反映测量点的应变。 （3）底胶处理 许多粘结剂要求涂底胶，并经适当的热固化处理。底胶面积约为应变计面积 的1.5倍。 底胶一般采用与贴片胶相同的粘结剂，厚度应控制在0.01-0.03mm并按相应的固化参数进行充分固化。 在满足粘合和绝缘强度的前提下，粘结层（包括底胶）越薄越好，因为这样可以保持较强的传递应变能力，减少胶层的不均匀性，降低蠕变和灵敏系数分散。有些粘结剂不需要涂刷底胶，如H-600、H-610等，这些粘结剂的粘结力强，绝缘强度高，蠕变小，特别适合制造传感器和精密应力分析。 （4）应变计粘贴 应变计粘贴是整个贴片过程中最关键的步骤，对测试精度有绝对影响。粘贴 前，对所需的工具、量具（如镊子、刀片、玻璃板）用丙酮清洗干净，戴上洁净的细纱手套，用化妆笔在试件表面贴片部位和应变计基底上分别涂刷粘结剂，稍稍晾干，待胶液略有发粘时，将应变计的中心线对准试件的定位线准确的贴上，盖上一层聚四氟乙烯膜，沿应变计轴线方向用手指滚压3-4次，排净气泡并挤出多余胶液，按所用粘结剂的要求自然干燥适当时间后揭掉聚四氟乙烯薄膜。注意，带有引线的应变计要从无引线的一端开始揭起，用力方向尽量与粘贴表面平行，以防将应变计带起。 粘贴完毕后，要对应变计进行认真检查，发现基底有损坏，敏感栅有变形、断路、短路，贴片位置不正确，有气泡，局部没贴上，绝缘强度不够等问题，应及时排除，或铲除重贴。 （5）固化 目前国外常用的粘结剂大多数都需要加热固化。温度、时间和压力是固化 的三要素，这三者都应严格按粘结剂的相应固化工艺规加以保证。
实验一 电阻应变片的粘贴技术 承受载荷的大型钢结构安全检测的主要内容之一是应力检测。目前，应力检测主要采用结构简单、成本较低、精度高的电阻应变计进行检测。本实验主要是了解应变计的结构及进行应变计的粘贴实验。 一、实验目的 1.了解应变片的结构、规格、用途等； 2.学会设计布置应变片方案； 3.掌握选片、打磨、粘贴、接线、固定、防护等操作工艺和技术。 二、实验设备及器材 1.电阻应变片，接线端子； 2.数字万用电表，测量导线； 3.悬臂梁； 4.砂布、丙酮（或酒精）、药棉等清洗器材； 5.502胶、防潮剂、玻璃纸及胶带； 6.划针、镊子、剪刀等。 三、实验原理 电阻应变计(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状，并用胶水粘贴固定在两层绝缘薄片中制成，如图1—1所示。栅的两端各焊一小段引线，以供试验时与导线联接。应变片的基本参数有灵敏系数K 、初始电阻值R 、标距L 和宽度B 。 实验时，将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变处。当该部位沿应变片L 方向产生线变形时，应变片亦随之一起变形，应变片的电阻值也产生了相应的变化。实验证明，在一定范围内应变片的电阻变化率△R 与该处构件的长度变化△L 成正比，图1-1 1-基体 2-合金丝（或栅状金属箔） 3-金属丝引线
即： △R/R=K·△L/L 其中 R —应变片初始电阻值；△R —应变片电阻变化值；K —应变计灵敏系数。表示每单位应变所造成的相对电阻变化，由制造厂家抽样标定给出，一般K 值在2.0左右。 由于构件的变形是通过应变片的电阻变化来测定，因此，应变测试中，应变片的粘贴是极为重要的一个技术环节。应变片的粘贴质量直接影响测试数据的稳定性和测试结果的准确性。在试验中要求认真掌握应变片粘贴技术。应变片粘贴过程有应变片的筛选、测点表面处理与测点定位、应变片粘贴固化、导线焊接与固定和应变片粘贴质量检查等。 四、实验方法和步骤 1．设计布片方案 单向应变计：需要知道主应力方向，如图1-2；90o应变计：用于测扭矩，粘贴方向与轴线成45o，如图1-3；三片应变花：在无法确定主应力方向时使用，可通过公式计算可得出最大最小主应力和方向，如图1-4。 2．应变片的筛选 应变片的外观检查，要求其基底、覆盖层无破损折曲；敏感栅平直、排列整齐；无锈斑、霉点、气泡；引出线焊接牢固；应变片阻值与绝缘电阻的检查，用万用电表检查应变片的初始电阻值，对于同一测区的应变片阻值之差应小于±0.5欧姆，剔除短路、断路的应变片。 3．测点表面处理和测点定位 为了使应变片牢固地粘贴在构件表面，必须要表面处理。测点表面处理是在测点范围内的试件表面上，用机械方法，粗砂纸打磨，除去氧化层、锈斑、涂层、油圬使其平整光洁。再用细砂纸沿应变片轴线方向成45度角打磨，以保证应变片受力均匀。然后，用脱脂棉球蘸丙酮（或酒精）沿同一方向清洗贴片处，直至棉球上看不见污迹为止。 图1-2 图1-3 图1-4