复杂应力电测实验

实验静态应力-应变测量一、实验目的1、掌握用电阻应变片组成测量电桥的方法；2、掌握应变数据采集分析仪的使用方法；3、验证电桥的和差特性及温度补偿作用；4、验证测量应变值与理论计算值的一致性。

二、实验原理1、计算机测试系统：被测信号通过传感器转为电信号（电压或电流信号），通过信号调节环节使输出大小与被测信号大小完全对应。

信号调节环节还设置不同的滤波频率，对干扰谐波进行过滤，使信号调理输出消除杂波影响。

经过调理环节的标准电压接入多路转换器，进入采样保持器及转换芯片进行数字化转换，转换后的数字信号在接口电路里锁存，再进入计算机，经过运算处理后显示、绘图或打印。

2、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。

3、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。

三、主要仪器及耗材等强度梁实验台、WS-3811应变数据采集分析仪、计算机、砝码四、实验内容和步骤1．了解所采用的静动态应变数据采集仪的正确使用（见附录）;2．接线；（参照附录）3．组桥方法和顺序，按图（3-1）所示的组桥方法和顺序组成各种测量电桥。

4．测量；a) 平衡电桥；b) 加载及卸载：把每一级加载及卸载后的读数值计入表中。

c) 根据（图3-1）的组桥方法和顺序分别加、卸载测量。

并将所测的应变值分别记入表中，然后将各表（各种组桥方式）的数据进行比较。

五、实验报告要求1．简叙实验方法，按表列出试验数据;2．根据试验数据计算机械滞后及非线性。

3．计算在测量载荷下，梁的理论应变值并与实测值相比较。

4．根据试验记录和计算结果说明电桥加减特性。

5、写出实验结果，分析、讨论等部分；6、说明温度对电阻应变值的影响，应如何消除该影响。

六、思考题1、利用和差特性，在测量中所起到哪些作用?2、在测量中为什么要进行温度补偿，进行温度补偿必须满足哪些条件? （附录）WS-3811应变数据采集仪：WS-3811数字式应变数据采集仪采用最新数字技术，能直接把应变量转换为数字量，能通过网络接口（TCP/IP协议）把数据传输给计算机，克服了常规应变仪只能输出模拟量（还需要另配采集仪）的缺陷，便于试验室和野外测试工作，由于该应变仪采用了网络接口，可实现多台组网操作，方便扩展。

机械工程基础实验实验报告书实验项目名称: 复杂应力电测实验学年：学期：入学班级：专业班级：学号：姓名：联系电话：指导老师：1复杂应力实验设计(预习报告)[注：同学们在上课前需完成预习报告，并交老师检查后方可进行实验] 一、 实验目的 设计出为间接测量主应力1σ及3σ而所需的应变片组分布方案。

二、 画出应变片组的几种常见分布形式三、 应变片组分布设计理论推导 a) 根据主应力公式=1σ =3σ为得到1σ及3σ，必须先求出X σ,Y σ及XY τ b) 根据广义虎克定律公式（推导一般公式）=x σ Y σ= XY XY G γτ=为得到X σ,Y σ及XY τ，必须先求出X ε，Y ε及XY γ C ）根据任意角度应变公式a a a a XY Y X a cos sin sin cos 22γεεε-+=为得到X ε，Y ε及XY γ，必须建立三个方向1a 、2a ，及3a 的应变公式进行联立求解，显然1a ε，2a ε及3a ε可以由电测法直接测出，可以看作已知值。

（问题得到解决）四、 画出自己设计的应变花分布图并写出1σ及3σ的表达式（要求：有推导步骤，可写在背面）1=a ε 度；2=a ε 度；3=a ε 度),,(3211a a a f εεεσ== ),,(3213a a a f εεεσ==实验五复杂应力电测实验（2H）一、实验目的二、实验设备1.多用应力实验台(图1)C图 13三、 实验设计方案（测量位置选择在AA ‘截面的最顶点（图2））目标：测量主应力（）及31σσ以及弯矩（M ）和扭矩（M n ） 提示：Z x W M=σ，nn xy W M ==max ττ图2应变花。

实验应力分析实验报告1. 引言应力分析是工程领域中的重要研究方向之一。

通过对材料在外力作用下的应力变化进行分析，不仅可以深入理解材料的力学性质，还可以为工程设计和结构优化提供可靠的依据。

本实验旨在通过实际操作和数据分析，研究材料在不同外力下的应力分布和变化规律。

2. 实验目的本实验的主要目的是通过应力分析实验，探究材料在外力作用下的应力分布，并通过数据采集和处理，分析不同因素对应力的影响。

3. 实验装置和材料本实验所使用的装置和材料有：•应力传感器：用于测量材料受力时的应力变化。

•外力加载器：用于施加不同大小的力。

•试样：材料样本，用于承受外力并传导到应力传感器上。

4. 实验步骤4.1 准备工作1.检查实验装置和材料的完好性，并确保其能正常工作。

2.根据实验要求选择合适的试样，并进行必要的准备工作，如清洁和测量尺寸。

4.2 搭建实验装置1.将应力传感器连接到数据采集系统，并确保连接稳定可靠。

2.将外力加载器与应力传感器相连，确保其能够传递施加的力。

4.3 实验操作1.将试样安装在外力加载器上，并调整加载器的位置，使试样受力均匀。

2.根据实验设计，逐步加载外力，并记录下相应的应力数据。

3.根据需要，可以进行多组实验，以获得更全面的数据。

4.4 数据处理和分析1.对采集到的应力数据进行整理和清洗，确保数据的准确性和可靠性。

2.利用适当的数学方法和工具，分析数据并绘制应力-应变曲线。

3.根据实验结果，分析不同因素对应力的影响，如外力大小、试样尺寸等。

4.对实验结果进行讨论，并提出可能的改进方案。

5. 实验结果与讨论根据实验操作和数据处理，我们得到了一系列的应力-应变曲线，并通过分析得出以下结论：1.随着外力的增加，材料的应力呈线性增加趋势。

2.不同尺寸的试样在相同外力下的应力略有差异，但总体趋势相似。

3.应力分布在材料中的变化不均匀，存在一定的差异性。

通过以上结果和分析，我们可以进一步深入研究材料的力学性质，为工程设计和结构优化提供可靠的参考依据。

pcb热应力测试方法PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是一种将电子元器件连接起来并提供电气连接的基础设备。

在PCB的制造和使用过程中，温度变化会导致PCB板材上的铜箔和玻璃纤维增强材料的热膨胀系数不同，从而引起PCB板出现热应力问题。

热应力会导致PCB板变形、断裂，严重时还会影响电路性能和可靠性。

因此，进行PCB热应力测试非常重要。

本文将介绍两种常见的PCB热应力测试方法。

一、重力拉伸测试法重力拉伸测试法是一种常用的PCB热应力测试方法，其主要原理是利用热膨胀现象来测量PCB板的热应力。

1. 实验原理：PCB在热应力作用下会发生热膨胀，而热膨胀系数不同的材料之间会引起应力。

由于PCB板材大部分由铜箔和玻璃纤维增强材料组成，所以测量铜箔和玻璃纤维增强材料的热膨胀系数即可了解PCB板的热应力。

2. 实验步骤：（1）制备试样：根据实际需求，选择合适尺寸的PCB板，将其切割成相应的试样。

（2）定量测量：使用热膨胀仪或光学测量仪器，测量不同温度下铜箔和玻璃纤维增强材料的膨胀量。

（3）计算热应力：根据测量结果和材料的热膨胀系数，计算得到PCB板的热应力。

3. 实验注意事项：（1）选择合适的测量仪器：根据实际需要，选择合适的热膨胀仪或光学测量仪器，确保测量的准确性和可靠性。

（2）控制实验条件：在进行实验前，需要准备好实验环境，包括温度控制设备等，以保证实验的稳定性和重复性。

（3）重复实验：为了保证实验结果的可靠性，建议重复多次实验，取平均值作为最终结果。

二、有限元分析法有限元分析法是一种常用的工程数值分析方法，可以用来模拟和分析PCB板在热应力下的变形情况。

1. 实验原理：有限元分析法基于力学和数学原理，通过网格划分和数值算法来近似求解连续介质的应力和位移场。

对PCB板进行有限元分析，可以得到其在热应力下的变形情况，并进一步评估其力学性能和可靠性。

2. 实验步骤：（1）建立模型：使用相应的有限元建模软件，建立PCB板的有限元模型。

机械工程学院实验报告实验报告内容实验一薄壁容器应力测定实验一、实验目的1、实测封头在内压作用下的应力分布规律。

2、学习电阻应变仪的使用方法。

二、实验内容实测在不同内压力作用下封头和筒体上各测点的应变值，画出各测点的P-ε修正曲线（线性关系），并在修正曲线上求得在0.6 MPa压力下应变修正值，由应变修正值计算在0.6MPa下各点的应力值，绘制0.6 MPa下的封头应力分布曲线，利用所学理论解释封头的应力分布状况，并对存在的问题进行讨论。

三、实验装置过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台，详见附录二。

实验容器的材料为304，容器内径400=iD mm，壁厚4=δmm，椭圆形封头的应变片布置如图1-1所示，椭圆型封头各测点距封头顶点距离如表1-1。

其他形式封头布片见附录四。

图1-1椭圆形封头的应变片布置表1-1 椭圆型封头各测点距封头顶点距离（mm）序号 1 2 3 4 5距离20 60 90 120 145序号 6 7 8 9 10距离170 190 210 230 250应变片的布置方案是根据封头的应力分布特点来决定的。

封头在轴对称载荷作用下可以认为是处于二向应力状态，而且在同一平行圆上各点受力情况是一样的。

所以只需要在同一平行圆的某一点沿着经向和环向各贴一个应变片实验报告内容V07、V08、V04、V05、V11，关闭其余所有阀门。

（三）控制台操作：1．向右扳动控制台面板上的总控开关“14”，启动控制台；2．顺时针旋转旋钮“8”到底，打开电动调节阀V14；3．向左扳动选择开关“13”，将水泵运行方式设置成工频运转方式；4．启动工控机，在桌面上打开“基本实验主程序”，点击“实验选择”按钮，选择“薄壁容器应力测定实验”菜单，点击“进入”按钮，进入“薄壁容器应力测定实验”画面如图1-3所示，点击“开始实验”按钮，进入实验画面；5.按下主水泵启动按钮“10”，主水泵开始运转；6.调整阀门V04使内压容器的压力达到所需的测量压力后，关闭阀门V11；7.按下主水泵关闭按钮“9”，关闭主水泵；8.测量在0.2，0.4，0.6MPa下各点之应变值，并做好记录。

平板封头与椭圆形封头应力测定及分析摘要压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。

椭圆形封头和平板封头容器的应力分布情况先从理论上分析了并采用电测法测量其应力，结合ANSYS有限元分析方法进行比较讨论。

应力分析的目的就是求出结构在承受载荷以后，结构内应力分布情况，找出最大应力点或求出当量应力值，然后对此进行评定，以把应力控制在许用范围以内。

经过此次实验并将实验数据与ANSYS有限元法分析所得到的数据进行了对比，得到了以下的分析结果：在实际测得数值与理论数值有些不一样，一些点的误差比较大，实验测得数据与ANSYS所得到的数据相接近。

关键词：压力容器；平板封头；椭圆形封头；应力分析；ANSYS有限元法ABSTRACTPressure vessel is internal or external to gas or liquid pressure, and the security requirements of a sealed container.Analyses the stress distribution in the ellipse head and Flat head containers theoretically,and measures the stress by electrical measurement method,then carries on compare and discuss by combining ANSYS finite element analysis method.The purpose of stress analysis is to find out the structure load, the structure, the stress distribution of the greatest stress or equivalent to stress the value,then this assessment, to put the stress in a control within. after the experiment and experimental data and ansys the finite-element method analysis of data in contrast, the following analysis results：experimental and theoretical values measured there are some differences，the error of some points are relatively large the experimental measured results obtained in good agreement with ANSYS.Keywords:Pressure vessel；Flat head；Ellipse head；Stress analysis；Using the ANSYS finite element metho目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1压力容器的结构 (1)1.1.1压力容器典型组成 (1)1.2压力容器主要分类 (3)1.2.1 按介质危害性分类 (3)1.2.2 压力容器分类 (4)1.3世界压力容器规范标准 (6)1.3.1 国外主要规范标准简介 (7)1.3.2 国内主要规范标准简介 (9)第二章椭圆形封头与平板封头的应力分析并计算 (12)2.1载荷分析 (12)2.1.1载荷 (12)2.1.2载荷工况 (14)2.2椭圆形封头的应力分析并计算 (14)2.2.1 回转薄壳的不连续分析 (15)2.2.2 无力矩理论的基本方程 (16)2.2.3薄壁圆筒理论计算公式推导 (19)2.2.4 椭圆形封头理论计算公式推导 (20)2.2.5理论计算并分析已知椭圆形封头的应力 (22)2.3平板封头应力分析 (23)2.3.1 概述 (23)2.3.2 圆平板对称弯曲微分方程 (24)2.3.3 圆平板中的应力 (29)2.3.4理论计算并分析已知圆平板封头的应力 (32)第三章实验法进行封头的应力测定及分析 (34)3.1电测法测定封头应力 (34)3.1.1 电测法的目的、原理及要求 (34)3.1.2实验前装置及仪器准备 (36)3.1.3 实验步骤 (36)3.1.4 电测法实验结果 (36)3.1.5 理论计算与实验结果对比并分析 (38)第四章有限元法对封头进行应力分析 (42)4.1 ANSYS有限元分析简介 (42)4.1.1 ANSYS软件提供的分析类型 (42)4.2 ANSYS对已知平板封头应力分析 (43)4.2.1 ANSYS对已知平板封头应力分析步骤 (43)4.3 ANSYS对已知椭圆形封头应力分析结果 (52)第五章数据处理及误差分析 (56)5.1对椭圆形封头和平板封头的数据处理 (56)5.2将计算法、实验法、有限元法的结果进行对比并进行误差分析 (57)第六章结论 (58)参考文献 (59)致谢.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。

§1-6宏观残余应力的测定残余应力的概念：残余应力是指当产生应力的各种因素不复存在时，由于形变，相变，温度或体积变化不均匀而存留在构件内部并自身保持平衡的应力。

按照应力平衡的范围分为三类：第一类内应力，在物体宏观体积范围内存在并平衡的应力，此类应力的释放将使物体的宏观尺寸发生变化。

这种应力又称为宏观应力。

材料加工变形（拔丝，轧制），热加工（铸造，焊接，热处理）等均会产生宏观内应力。

第二类内应力，在一些晶粒的范围内存在并平衡的应力。

第三类内应力，在若干原子范围内存在并平衡的应力。

通常把第二和第三两类内应力合称为“微观应力”。

下图是三类内应力的示意图，分别用sl,sll,slll表示。

构件中的宏观残余应力与其疲劳强度，抗应力腐蚀能力以及尺寸稳定性等有关，并直接影响其使用寿命。

如焊接构件中的残余应力会使其变形，因而应当予以消除。

而承受往复载荷的曲轴等零件在表面存在适当压应力又会提高其疲劳强度。

因此测定残余内应力对控制加工工艺，检查表面强化或消除应力工序的工艺效果有重要的实际意义。

测定宏观应力的方法很多，有电阻应变片法，小孔松弛法，超声波法，和X射线衍射法等等。

除了超声波法以外，其它方法的共同特点都是测定应力作用下产生的应变，再按弹性定律计算应力。

X射线衍射法具有无损，快速，可以测量小区域应力等特点，不足之处在于仅能测量二维应力，测量精度不十分高，在测定构件动态过程中的应力有一些困难。

1-4-1 X射线宏观应力测定的基本原理测量思路：金属材料一般都是多晶体，在单位体积中含有数量极大的，取向任意的晶粒，因此，从空间任意方向都能观察到任一选定的{hkl}晶面。

在无应力存在时，各晶（如下图所示）。

粒的同一{hkl}晶面族的面间距都为d当存在有平行于表面的张引力（如σφ）作用于该多晶体时，各个晶粒的晶面间距将发生程度不同的变化，与表面平行的{hkl)（ψ=0o）晶面间距会因泊松比而缩小，而与应力方向垂直的同一{hkl)（ψ=90o）晶面间距将被拉长。

图3-2 受力简图及几何尺寸 实验六 薄壁管弯曲、扭转组合应力的测定一、实验目的工程实际中的构件一般处于复杂应力状态下，往往是几种基本变形的组合，要确定这些构件上某点的主应力大小和方向，也就比较复杂，甚至有些复杂的工程结构尚无准确的理论公式可供计算，在这种情况下，常常要借助实验的方法解决，如电测法、光测法等。

本实验的目的是在复合抗力下的应力，应变测定。

包括通过薄壁圆管在弯扭组合作用下其表面任一点主应力大小和方向的测定；薄壁管某截面内弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应变的测定。

1.学习电阻应变仪的使用，学习了解半桥和全桥的组桥技术。

2.通过组桥技术，学习掌握在弯扭组合条件下分离弯曲正应变、扭转剪应变、弯曲剪应变的测量技术。

二、仪器设备1、静态电阻应变仪2、多功能组合实验台三、实验装置实验装置如图3-1所示，它由圆管固定支座1、空心圆管2、固定立柱3、加载手轮4、荷载传感器5、压头6、扭转力臂7、测力仪8、应变仪9等组成。

实验时顺时针转动加载手轮，传感器和压头使随螺杆套向下移动。

当压头和扭转力臂接触时，传感器受力。

传感器把感受信号输入测力仪，测力仪显示出作用在扭转力臂端点D处的荷载值ΔP o 端点作用力ΔP 平移到圆管E 点上，便可分解成2个力：一个集中力ΔP 和一个扭矩M n =ΔP ×a 。

这时，空心圆管不仅受到扭矩的作用，同时还受到弯矩的作用，产生弯扭组合变形。

空心圆管材料为不锈钢，外径D=47.20 mm,内径d= 40.7 mm,其受力简图和有关尺寸见图3-2所示。

I-I 截面为被测试截面，取图示A 、C 二个测点，在每个测点上各贴一枚应变花。

四、实验原理和方法由截面法可知，I-I 截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩，A 、C 点均处于平面应力状态。

用电测法测试时，按其主应力方向已知的和未知的，分别采用不同的布片形式。

1、主应力方向已知主应力的方向就是主应变方向，只要沿两个主应力方向各贴一个电阻片，便可测出该点的两个主应变ε1和ε3,进而由广义虎克定律计算出主应力σ1和σ3：σ1= 21E μ-(ε1+με3) ， σ3=21E μ- (ε3+με1) 2、主应力方向未知由于主应力方向未知，故主应变方向也未知。

如何在工程力学中进行应力分析？在工程力学领域，应力分析是一项至关重要的任务。

它能够帮助工程师了解结构或材料在受到外力作用时内部的受力情况，从而评估其强度、稳定性和可靠性，为设计安全、高效的工程结构提供关键的依据。

那么，如何进行有效的应力分析呢？首先，我们需要明确应力的基本概念。

应力，简单来说，就是单位面积上所承受的内力。

当物体受到外力作用时，内部会产生抵抗这种外力的力，这种力在单位面积上的表现就是应力。

应力的单位通常是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。

在实际的工程力学中，进行应力分析的第一步是确定所研究对象的受力情况。

这包括对各种外力的分析，如集中力、分布力、力偶等。

例如，在桥梁设计中，需要考虑车辆的重量产生的集中力，以及风荷载产生的分布力。

为了准确地描述这些外力，我们通常会建立一个力学模型，将复杂的实际情况简化为易于分析的形式。

接下来，选择合适的分析方法是关键。

常见的应力分析方法有理论分析法、实验法和数值模拟法。

理论分析法基于力学的基本原理和公式进行推导和计算。

例如，对于简单形状和受力情况的结构，可以使用材料力学中的公式来计算应力。

比如，对于受拉伸或压缩的直杆，可以通过力除以横截面积来计算正应力；对于受扭转的圆轴，可以通过扭矩除以抗扭截面系数来计算切应力。

然而，这种方法通常只适用于简单的几何形状和受力情况，对于复杂的结构往往难以直接应用。

实验法是通过对实际结构或模型进行物理实验来测量应力。

常见的实验方法包括电测法、光测法等。

电测法是在结构表面粘贴电阻应变片，当结构受力产生变形时，应变片的电阻会发生变化，通过测量电阻的变化可以推算出应变，进而计算出应力。

光测法则利用光的干涉原理，如光弹性法，来观察结构内部的应力分布。

实验法能够直接获取实际结构的应力数据，但往往成本较高，且实验过程可能会对结构造成一定的破坏。

数值模拟法则是借助计算机软件对结构进行建模和分析。

常见的数值方法有有限元法、边界元法等。

有限元法将结构离散成有限个单元，通过求解每个单元的平衡方程，得到整个结构的应力和变形。

梁的纯弯曲正应力实验电测法是应力应变测量最常用的方法，其方法简便，技术成熟，已经成为工程中不可缺少的测量手段。

纯弯曲时正应力在横截面上线性分布，是弯曲中最简单的应力情况。

用电测法测定纯弯曲梁上的正应力，不仅可以验证材料力学理论，也可以熟悉电测法测量的原理、操作方法和注意的问题，为复杂的实验应力分析打下基础。

一、预习要求1、YJ—5电阻应变仪测量前如何进行预调平衡？2、采用半桥接法进行弯曲正应力测量时，如何进行温度补偿？说明原理。

二、实验目的1、初步掌握电测应力分析方法，学习电测接线方法、仪器调试使用方法。

2、测定梁在纯弯曲下的弯曲正应力及分布规律，验证理论公式。

三、实验设备1、纯弯曲正应力试验台。

2、电阻应变仪及预调平衡箱。

3、矩形截面钢梁。

四、实验原理及方法纯弯曲梁如图1a所示。

在载荷P作用下，梁的CD段为纯弯曲变形。

沿梁横截面的高度方向每隔4h高度粘贴平行于轴线的测量应变片，共五片，其中第三片在中性层上。

另外在梁外安置温度补偿块，其上贴一公共温度补偿应变片。

每一测量应变片与公共温度补偿片按图1b接法接为半桥测量系统。

梁受到P力作用后，产生弯曲变形。

通过电阻应变仪测出载荷作用下五个点处的应变，由于是单向拉压变形，由虎克定律εσE=即可算出各点的应力值。

另一方面，由弯曲正应力理论公式zIMy=σ，可算出各点的应力理论值。

于是可将实测值和理论值进行比较，验证理论公式的正确性。

实验时，载荷由砝码经过20倍杠杆放大施加。

加载分四级，每增加一个砝码，产生P图1 纯弯曲实验装置示意图力的增量ΔP。

每加一级后测出五个点的应变，最后取力和应变的增量平均值计算理论值和实验值。

该实验也可用万能试验机加载进行测量。

五、实验步骤1、检查调整纯弯曲梁、电阻应变仪，使各部件和旋钮在正确位置，并打开应变仪进行预热。

2、接桥练习。

参照表1组桥，每种方式下按应变仪的使用方法进行预调平衡，平衡后加一个砝码读取应变。

读数方法为，当加载后应变仪的指针发生偏转，根据应变的大小选择并调节微调、中调、粗调读数盘使电表指针回零，这时各读数盘所指读数的代数和即是所测点的应变值。