试验四直梁弯曲正应力试验.doc

实验四 直梁弯曲正应力实验 一、实验目的 1、用电测法测定梁受纯弯曲时横截面上正应力分布，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲应力公式。 2、实验电测方法。 二、电阻应变测量法简介 电阻应变测量法（简称电测法）是实验应力分析中最重要的方法之一。电测法是将构件非电量的应变转换为应变片的电阻改变，再由电阻应变仪将此电阻改变量测定出来，从而得到构件的应变。电测法具有精度高、稳定性好、抗干扰性强、测量范围广等优点，因而在工程技术和科学研究中被广泛应用。 1、电阻应变片（简称应变片） 电阻应变片是将应变转换为电阻变化量的转换元件。应变片的种类较多，常用的有丝绕式和箔式两种（见图14）。丝绕式应变片一般用直径为0.015~0.05mm的康铜或镍铬丝绕成栅状，粘贴在两层绝缘薄纸或胶膜中，丝栅的两端焊接直径0.15~0.2mm的镀银铜线（引出导线），以供测量时焊接导线之用。箔式应变式一般用厚度为0.003~0. 01mm康铜或镍铬箔片涂一层树脂胶，经过加温聚合形成应变片的基底，然后在未涂的另一面用光刻技术腐蚀成栅状，焊上引出导线，涂以覆盖胶层。箔式应变片由于尺寸精确、能制成任意形状，尤其可以制造栅长很小的应变片，且粘贴牢固、散热性好、疲劳寿命长、测量精度高，故箔式应变片在各个测量领域中得到了广泛的应用。 图14 电阻应变片 实验时，将应变片用专门的胶水粘贴在构件表面需测应力的部位，当该部位沿应变片方向产生应变ε时，应变片亦随之变形，致使应变片的电阻产生一个变化量△R。试验表明，单位电阻的改变量△R/R与应变ε成正比，即 K称为应变片的灵敏系数，它与电阻丝材料及烧制形式有关，K值在应变片出厂时由厂方标明，一般为2~2.4。 2、电阻应变仪 由应变引起的电阻改变量是很小的，因此需要精密的测量仪器，此仪器称为电阻应变仪。 它是按惠斯登电桥（图15）原理设计的，电桥由R1、R2、R3、R4四个桥臂组成，A、C为输入端，供给直流电压E、B、D为输出端，输出讯号电压μBD，由电工学知，在ABC支路R1的电压降为μBD=I1R1，而 在ADC支路R4的电压降为 μBD=I4R4 而I4= 故电桥在BD端的输出电压为 μBD= μAB - μAD =E （2） 图15 惠斯登电桥 当电桥的输出讯号电压μBD =0时，电桥平衡，故电桥的平衡条件为 R1 R3=R2 R4 若电桥的四个桥臂由四个相同的应变片构成，其阻值R1=R2=R3=R4=R，则电桥平衡，当构件受力后，各应变片相应地产生电阻改变量△R1、△R2、△R3、△R4，电桥失去平衡，由（2）式输出电压为 VBD= =E 由于应变测量时，电阻改变量△RR，可略去高阶微量，故得到： μBD= 将 μBD= 式中E、K是已知的档数，上式表明电桥的输出电压μBD与应变片的应变成线性关系，μBD非常微小，在数字电阻应变仪中，将此电压信号放大，经A/D转换器转变为数字量，最后由表头直接显示出被测构件的应变ε读 ε读= ε1-ε2+ε3 –ε4（3） 通常贴有应变片R1的测点发生应变ε1，其余臂没有任何应变，即ε2 =ε3 =ε4 = 0，故ε读=ε1，在应变仪表头上读出的数值就是应变ε1。 3、温度补偿 当构件在测量过程中环境温度变化时，应变片的电阻也将随之变化。与此同时，由于电阻丝材料与构件间材料的线膨胀系数不等，也会使应变片电阻发生变化。由温度变化而引起的应变将影响测量结果，必须排除，消除温度影响的措施称为温度补偿。通常采用与工作应变片R1相同的应变片贴在与构件材料相同，但不受力的物块上，将此应变片作为电桥的BC臂R2，称为温度补偿应变片。把物块放在与构件相同的温度环境中，R1与R2因温度改变而引起的电阻变化是一样的，R1、R2是电桥的邻臂，从（3）式可知，由温度变化引起的应变ε1t与ε2t彼此抵消，在应变仪表头就只显示出构件受力作用而产生的应变。 4、测量桥路的接法 由（3）式可见，应变仪读出的应变ε读是组成电桥的四个应变片的应变之和（代数和），且具有相对桥臂相加（即ε1+ε3），相邻桥臂相减（即ε1-ε2）的特性。所以只要根据具体情况，选择适当的接线方法，就能利用电桥的特性，提高读数的灵敏度。在应变测量中，电桥常采用下面两种接法： （1）半桥接法 若电桥的AB和BC臂上接应变片R1、R2，另外两臂用应变仪内的固定电阻，称为半桥接法。 例如，一受弯曲的梁，将应变片R1和R2沿梁的轴向分别粘贴在梁中性层两侧的对称位置处（如图16所示）。由于ε1= -ε2，ε3=ε4=0，所以由（3）式可得应变仪的读数为 ε读=ε1-ε2=2ε1 即读数为变曲应变ε1的两倍，提高了测量灵敏度