第5章 应变、力与扭矩测量.ppt

* * 第八章 应力、力和转矩的测量 1、电桥变换； 2、应变仪电桥特性及其典型载荷测试； 第一节 应变、应力的测量 电阻应变片和应变仪测定构件的表面应变，根据应变与应力的关系式（最简单、最基本的是虎克定律），确定构件表面应力状态。这是最常见的实验应力分析方法。测定 。 根据被测定应变仪的性质和工作频率的不同，可采用不同的应变仪。 静态电阻应变仪： 测静应变（静态载荷作用下的应变）、变化十分缓慢或变化后能很快稳定下来的应变。 静、动态电阻应变仪： 动态电阻应变仪： 超动态电阻应变仪： 测静应变及200Hz以下的低频动应变。（0—200Hz) 测量0—2000Hz范围的动应变。 测量0—20000Hz范围的动应变。爆炸、冲击等瞬态变化过程。 一、应变仪的电桥特性 1、应变仪中多采用交流电桥，电源以载波频率供电，四个桥臂均为电阻，由可调电容来平衡分布电容，但基本公式与直流电桥具有相似的形式。由式4-1得出电桥输出电压为 uy R1 R2 u0 R4 R3 2、其中R1、R2、R3 、R4为电桥的四个桥臂。若它们所产生的电阻变化用ΔR1、ΔR2、ΔR3 和ΔR4表示，初始状态的各臂阻值又相等，即R1= R2 = R3= R4=R，且考虑到ΔRR，忽略了ΔR的高次项： （4-11） 若各桥臂应变片的灵敏度 相同时，上式可写成 （9-1） 上二式为电桥的加减特性表达式。 应用：邻异对同加 ，否则减。 即电阻变化量在应变邻臂异号或对臂同号时加，邻臂同号或对臂异号时减。 R1+ΔR 2Uy R4+ΔR R4+ΔR R1+ΔR 4Uy R2-ΔR R3-ΔR R1+ΔR Uy=0 R2+ΔR 2Uy R2-ΔR R1+ΔR R1-ΔR Uy=0 R4+ΔR R1+ΔR Uy 上述组桥方法分别称为单臂、双臂、四臂工作方式。 3、不等臂对称电桥的特性 （1）桥臂由应变片串联构成： 桥臂 R1=nR R2=nR R3=R4=R (在右图中n=2） 当桥臂中有m片发生ΔR变化时，则有输出电压： nR u0 R R Uy nR+mΔR 这种电桥与单片应变片构成的等臂电桥相比有如下特点： 只有n 个片都产生ΔR变化时(m=n)，才与单片等臂电桥输出电压相同。 由 可知，输出电压与m 成比例，相当于电桥把各片输出相加起来；当桥臂中+ΔR与-ΔR数目相等时，则有m=0, Uy=0，此时，相当于电桥把各片输出相减，可见，桥臂串联情况电桥具有加减特性。 这种电桥在一个臂上有加减性能； 两种电桥同时有一个应变片产生ΔR变化时,式 与 相比，可知，串接的这种电桥输出电压被降低1/n，即输出减小n倍。 （2）桥臂由应变片并联构成 桥臂 （图中n=3） 当R1臂中有m片发生ΔR变化时，桥臂阻值改变量为 uy R3 R4 u0 ———R1中m片发生后的总阻值 若忽略分母中的ΔR项，则近似得到： 由此得到： 当R1臂中n个片都产生变化时，（即m=n） 可见并联情况和串联情况一样，电桥具有加减特性 ，但由于 是近似的，故此时电桥加减性能是近似的。 二、应变片的布置和接桥方法 应变片的布置和接桥方法应根据测量的目的、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。 1、在分析试件受力的基础上选择主应力最大点为 贴片位置。 2、充分合理应用电桥加减特性，只使需测应变引 起电桥输出，具有足够的灵敏度和线性度。 3、使试件贴片位置的应变与外载荷成线性关系。 从表9-2中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扭矩影响是不同的。 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。 三、在平面应力状态下主应力的测定 在实际工作中，常常需要测量一般平面应力场内的主应力，其主应力方向可能是已知的或未知的。 （一）已知主应力方向 例如承受内压的薄壁圆筒型容器的筒体，系处于平面应力状态下，其主应力方向是已知的。这时只需要沿两个相互垂直的主应力方向各贴一片应变片，另外再采取温度补偿措施，就可以直接测出主应变ε1和ε2 。其贴片和接桥方法如图8-1所示。 图8-1 用半桥单点测量桥测量主应变 随后可按下式计算出主应力： （9-3） （9-4） E弹性模量 （二）主应力方向未知