第3-3章应力应变测量(电阻应变测量技术)

应力检测原理
应力检测原理是通过测量物体受力后产生的形变或应变来判断其受力状态的一种测试方法。

在实际应用中，常用的应力检测原理包括电阻应变片原理、应变计原理和激光干涉法原理。

首先，电阻应变片是一种具有性能稳定、可重复使用的应力测量元件。

它通过在应力作用下形成电阻值变化，来间接反映物体的应变情况。

当物体受到压力或拉伸时，电阻应变片会随之发生形变，进而改变其电阻值。

通过测量电阻的变化，可以推算出物体所受的应力。

其次，应变计原理是一种更加直接的应力测量方法。

应变计是一种高精度的电阻应变元件，通过粘贴在被测物体的表面，当物体受到力的作用时，应变计会产生应变，并且应变的大小与物体所受的应力成正比。

应变计内部具有电阻，通过测量电阻的变化，可以获得物体所受的应力值。

最后，激光干涉法原理是一种非接触、高精度的应力测量方法。

该方法利用激光的干涉原理，通过激光束的反射和干涉，测量物体表面形变的微小位移。

物体在受力作用下会出现形变，根据形变产生的位移，可以计算出物体所受的应力大小。

以上是常用的应力检测原理，通过采用合适的测量原理，可以准确地判断物体受力状态，为工程设计和科学研究提供重要数据支持。

应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。

用电阻应变片测量应变的过程：2.分类：（1）静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。

（2）动态测量：对载荷在2～1200HZ范围内变化的测量。

3.电阻应变测量方法的优点（1）测量灵敏度和精度高。

其最小应变读数为1με（微应变，1με=10-6 ε）在常温测量时精度可达1~2%。

（2）测量范围广。

可测1με~20000με。

（3）频率响应好。

可以测量从静态到数十万赫的动态应变。

（4）应变片尺寸小，重量轻。

最小的应变片栅长可短到0.178毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。

（5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。

（6）可在各种复杂环境下测量。

如高、低温、高速旋转、强磁场等环境测量。

4.电阻应变测量方法的缺点（1）只能测量构件的表面应变，而不能测构件的内部应变。

（2）一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。

电阻应变片1.电阻应变片的工作原理由物理学可知：金属导线的电阻率为当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称为电阻应变效应。

将上式取对数并微分，得：2.电阻应变片的构造电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。

其构造如图所示L R=A ρdR d dL dA R L A ρρ=+-dR d (12)R ρμερ=++3.电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。

其中金属电阻应变片分为：(1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为0.01~0.05毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。

优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。

缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分散。

(2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状，端部用粗丝焊接而成。

应力与应变测量方法及应用应力与应变测量是工程学中非常重要的分析方法，能够帮助工程师评估材料和结构在外部力作用下的性能表现。

本文将介绍一些常用的应力与应变测量方法及其应用。

一、应力与应变测量方法1. 电阻应变计法电阻应变计是最常用的应变测量方法之一。

应变计的基本原理是应变导致电阻变化，通过测量电阻变化来间接测量应变。

常见的电阻应变计有金属应变计和半导体应变计。

金属应变计主要适用于动态应变测量，而半导体应变计适用于静态及高温应变测量。

电阻应变计的优点是精度高、灵敏度高，但也有一些限制，比如灵敏度容易受到温度的影响。

2. 光弹性法光弹性法是一种通过利用光的干涉原理来测量应力和应变的方法。

光弹性法常用的设备有两种，一种是维尔贝克(Disc-more)干涉条纹法，另一种是技巧干涉条纹法。

这两种方法都是基于光束的干涉现象，通过观察并记录干涉条纹的变化来推算出应力和应变的分布情况。

光弹性法的优点是非接触性，适用于复杂形状和高温等特殊条件下的应变测量。

3. 应变片法应变片是利用压电效应材料制成的一种应变测量器件，常用的应变片有金属应变片和陶瓷应变片。

应变片通过自身形变来实现应变的测量，通过测量应变片的电荷输出或形变量的变化来推算应变。

应变片法的优点是响应速度快、测量范围广，适用于各种应变测量场景。

二、应力与应变测量的应用1. 材料性能评估与选择应力与应变测量可以帮助工程师评估材料的力学性能，并为材料的选择提供依据。

通过测量应力和应变，可以计算出弹性模量、屈服强度、断裂韧性等重要参数，从而判断材料是否满足工程设计要求。

2. 结构设计与优化在结构设计中，应力与应变测量可以帮助工程师评估结构的稳定性和安全性。

通过测量结构内部的应力分布和应变变化，可以发现潜在的结构问题，并进行必要的优化和改进，从而提高结构的可靠性和性能。

3. 动态加载分析应力与应变测量在动态加载分析中也有广泛的应用，可以用于研究冲击、爆炸、振动等动力载荷下的材料和结构响应。

电阻应变测量原理及方法目录电阻应变测量原理及方法 (4)1. 概述 (4)2. 电阻应变片的工作原理、构造和分类62.1电阻应变片的工作原理 (6)2.2电阻应变片的构造 (8)2.3电阻应变片的分类 (10)3. 电阻应变片的工作特性及标定 (15)3.1电阻应变片的工作特性 (15)3.2电阻应变片工作特性的标定 (23)4. 电阻应变片的选择、安装和防护 (29)4.1电阻应变片的选择 (29)4.2电阻应变片的安装 (31)4.3电阻应变片的防护 (34)5. 电阻应变片的测量电路 (34)5.1直流电桥 (35)5.2电桥的平衡 (40)5.3测量电桥的基本特性 (42)5.4测量电桥的连接与测量灵敏度.. 436. 电阻应变仪 (53)6.1静态电阻应变仪 (54)6.2测量通道的切换 (57)6.3公共补偿接线方法 (61)7. 应变-应力换算关系 (63)7.1单向应力状态 (64)7.2已知主应力方向的二向应力状态 (64)7.3未知主应力方向的二向应力状态 (65)8. 测量电桥的应用 (67)8.1拉压应变的测定 (68)8.2弯曲应变的测定 (72)8.3弯曲切应力的测定 (74)8.4扭转切应力的测定 (76)8.5内力分量的测定 (77)电阻应变测量原理及方法1. 概述电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。

该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。

电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），图1 用电阻应变片测量应变的过程随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。

土木工程应力应变量测技术一般是指在建构筑物施工过程中，如钢结构安装、卸载、改造、加固，混凝土浇筑等过程，采用监测仪器对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。

常见的应力测试方法应力仪或者应变仪是来测定物体由于内应力的仪器。

一般通过采集应变片的信号，而转化为电信号进行分析和测量。

应力测试一般的方法是将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。

很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。

应变片其实就是应用了这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。

一般应变片的敏感栅所使用的是铜铬合金材料，这种材料其电阻变化率为常数，它与应变成正比例关系。

我们通过惠斯通电桥，便可以将这种电阻的比例关系转化为电压。

然后不同的仪器，可以将这种电压的变化转化成可以测量的数据。

对于应力仪或者应变仪，关键的指标有：测试精度，采样速度，测试可以支持的通道数，动态范围，支持的应变片型号等。

并且，应力仪所配套的软件也至关重要，需要能够实时显示，实时分析，实时记录等各种功能，高端的软件还具有各种信号处理能力。

应力应变测试目前常用的仪器就是盲孔法、磁测法，一个有损，一个无损。

盲孔法是目前应用较为广范的一种高精度的应力检测方法如华云HK21A或HK21B,无论是实验室中使用，还是现场施工，盲孔法都能准确测量应力的大小，从而推进实验进程或者进行工艺改进。

磁测法适用于对应力值检测比较严苛，精密工件或高价值工件不允许做破坏性检测的情况。

比如科研、军工航天等行业。

目前还有更先进的动态应力应变检测仪，全自动梯度应力检测仪等。

目前应力测量水平多半受限于表层测量，SCGS20这样的仪器可以实现材料深度方向的梯度应力精准测量及工件整体的应力分析，全自动编程控制钻孔装置，梯度方向自动进给，高精显微定位，更加精准。

在当今土木工程行业中,应力应变测量广泛地应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构上。

应力应变测试方法应力应变测试是一种常用的材料力学测试方法，用于评估材料在受力时的性能。

这种测试涉及到材料的应变和应力两个参数，通过对这些参数的测量和分析，可以确定材料的力学特性。

本文将介绍应力应变测试方法的基本原理、设备和应用。

一、原理应力应变测试的基本原理是测量材料在受力时的应变和应力，从而确定材料的力学性能。

应变是材料在受力时发生的形变程度，通常用单位长度的变形量来表示。

应力是受力物体单位面积上的力，通常用牛顿/平方米（N/m²）或帕斯卡（Pa）来表示。

在应力应变测试中，通常会施加一定的载荷或力，使材料发生形变。

通过测量载荷和形变量，可以计算出应变和应力。

根据材料的应力应变曲线，可以确定材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等力学性能。

二、设备应力应变测试设备通常包括载荷传感器、位移传感器、控制器和显示器等组成部分。

载荷传感器用于测量载荷或力的大小，通常采用压电传感器或荷重传感器。

位移传感器用于测量形变量的大小，通常采用电阻应变计或光电编码器。

控制器用于控制载荷或力的大小和速度，通常采用电子控制器。

显示器用于显示测试结果，通常采用计算机或数字显示器。

三、应用应力应变测试广泛应用于材料科学、工程和制造等领域。

在材料科学中，应力应变测试可以用于评估材料的强度、韧性、脆性等性能，从而指导材料的设计和制备。

在工程中，应力应变测试可以用于评估结构材料的性能，从而指导工程设计和施工。

在制造中，应力应变测试可以用于质量控制和品质保证，从而提高制造效率和产品质量。

应力应变测试是一种重要的材料力学测试方法，可以用于评估材料的力学性能，指导材料的设计、制备和应用。

通过合理的测试设计和数据分析，可以获得准确可靠的测试结果，为材料科学、工程和制造等领域的发展提供有力支持。