结构强度分析的电测方法讲解.doc

结构强度分析的电测方法 实验目的： 1、熟练运用材料力学性能的电测实验方法 2、确定构件在轴向载荷作用下危险点的主应力大小和方向 3、确定构件危险截面的单一内力 4、进行构件强度校核 5、确定构件许用载荷 6、不确定度分析 7、验证圣维南原理 实验器材： NH－04多功能组合实验装置、TS3863力指示器、YJ－4501A静态数字电阻应变仪、 实验件、电阻应变片（R=120欧姆，Ks＝1.88）和导线若干。 实验原理： 1、电阻应变片的工作原理。 （1） 式（1）是电阻应变片的工作原理表达式，式中Ks是应变片的应变灵敏系数。可见应变片是通过应变灵敏系数将应变值转化成为电阻的相对变化值。选用合适的应变电阻丝，在适当的范围就可以得到电阻应变片的dR/R~ε的线性变化关系。 2、电阻应变片的测量电桥的工作原理。 如图1所示，是由四个电阻应变片组成的惠斯通电桥。电桥的输出电压与电阻的关系 如式（2）所示： （2） 1）在实验测量中为了提高测量的精度，通常使电桥的初始电压输出值为0，即通过调节电阻使之满足R1R4=R2R3。调零后电桥的输出电压就完全归因于桥臂电阻的阻值变化。 2）设电桥各个桥臂的电阻增量分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，则电桥的输出电压可以表示为： （3） 展开式（3），考虑到式R1R4=R2R3，略去ΔR/R的二次项，得到 （4） 一般而言，在电阻应变仪的设计中普遍采用两种方案：（1）等臂电桥。各个桥臂电阻的初始值相等，（2）对输出端对称的半等臂电桥。R1=R2=R，，R3＝R4＝R，，，R，≠R，，。可见无论哪一种方案，都满足平衡条件，且满足R1=R2，则式（4）可以化为： （5） 式（5）便是测量电桥输出电压和桥臂电阻相对变化值之间的关系，两者呈现非线性关系。通常的实验情况下，电阻的相对变化很小可以忽略，式（5）可以简化为： （6） 通常用式（6）近似地描述电桥输出电压和桥臂电阻相对变化值之间的线性变化关系。在四个桥臂中接入相同的电阻应变片并结合式（1）就可以得到测量电桥的基本原理表达式： （7） 式（7）中K是应变片的应变灵敏系数，ε1、ε2、ε3、ε4分别是四个电阻应变片所测量构件处的应变值。由式（7）可以看出，相邻桥臂应变值代数相减，相对桥臂应变值代数相加。 3）温度补偿。当电阻应变片安装在无外力作用，无约束的构件表面时，在温度变化的情况下，由于温度效应，它的电阻会发生相应的变化，这样在测量应变中就含有温度变化产生的温度应变，使结果与机械应变出现偏差。通常可以采用两种线路补偿的方法消除：a）温度补偿片补偿，在测量电路中接入一个无约束无应变的补偿片，位于工作应变片的相邻桥臂；b）工作应变片补偿，将工作应变片接入相邻的测量桥臂中使得彼此产生的温度应变相互抵消。 4）几种典型的测量电桥如下图所示： （没有加下标的电阻是电阻应变仪内部的固定电阻，带下标没有阴影的是温度补偿片，带下标和阴影的是电阻应变片） 图2（a）， 图2（b） 图3（a）， 图3（b） 3、电阻应变仪的工作原理。 （8） 式（8）是电阻应变仪的工作原理表达式，式中K0是应变仪的灵敏系数，εd是应变仪的读数应变。所以，只要调节应变仪的灵敏系数，使之满足K0＝K，就有电阻应变仪测量试件应变值的原理表达式： （9） 4、 试件最大允许载荷的计算。设有载荷P作用于试件上，通过测量得出试件危险点在平面应力状态下的主应力分别是σ1、σ2。采用第四强度理论进行强度校核，得出试件危险点的相当应力： （10） 所以试件的最大允许载荷为： （11） 实验中被测量试件的几何外形如图4所示：试件的参数，[σ]=80MPa，E=70GPa,μ=0.33。 实验方案： 在abaqus中受力分析如上图所示 如图4（a）所示，试件一在A处由于构件的横向宽度较小，容易产生应力集中，属于构件中的危险截面。但由于不知道应力的主方向，所以应用三轴45°应变花来确定应力