正文 第十一章 電測應力分析(1 / 1)

當工程結構或構件的形狀或所承受的載荷非常複雜時,其強度問題則很難用一般解析法解決。因而近代發展了實驗應力分析法。目前常用的有電測法,光彈性法,機械測量法等實驗方法,本章隻介紹電測法。

電測法就是利用電子技術,將力學參量(如力、位移、變形、應力、應變等)通過一些“感受設備”轉換成電參量(電阻、電感、電容等)來進行測量的方法。它具有靈敏度高、可遙測、可動測、利於各種條件下的現場實測等優點。將電測法與電子計算機結合起來,則可實現自動化和高速化,故在科技領域被廣泛采用。

2-12-1電阻應變法

用電阻應變片把“應變”轉化為“電阻的變化量”,再用應變指示器測出電阻改變量,從而得到應變的方法。

是電測法中感受設備的基本元金屬絲式、金屬體三種。常溫下用的有絲式和箔式兩種。這裏僅對金屬絲式電阻應變片作一介紹:它是由直徑為0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻合金絲繞成柵狀,用膠粘劑粘貼在兩層絕緣紙或塑料薄膜中間而製成,兩端用直徑為0.1-0.2mm的銅線引出(備接導線用)。

在構件受力前先將電阻應變片用膠粘在構件預測應變的部位上,當構件受力而變形(伸長或縮短)時,應變片電阻絲也同時隨著由原長L變化了AL,因而電阻值也由原來的變化了AT,實工程實際中構件變形一般很小,若在彈性變形範圍內,其應變量一般不會超過千分之幾,由應變引起的電阻片的電阻變化率也隻有千分之幾,而在測量精度上要求又高,希望誤差保證。因此需用精密的測量儀器——電阻應變儀。

應變儀是按惠斯登電橋原理設計製成的,它能將電阻的改變轉換為易於測量的電壓或電流的改變,然後經放大器放大,用指示器表示出來,其電橋電路。其中為四個電阻構成的電橋的橋臂。四橋臂可以是四個阻值相同的應變片(為全橋式接線法),也可以是私、私為電阻應變片,見、私為與應變片阻值相同裝在應變儀內部的兩個精密無感的固定電阻(為為了消除溫度改變而造成的影響(溫度變化會引起電阻絲的電阻率改變,及電阻片與被測構件間因材料的線脹係數不同而產生相同溫變下的不同溫度變形量),則需用一個與工作電阻私(貼在被測構件上的電阻應變片)相同的電阻片貼在與被測體材料完全相同但不受力的一塊材料上,並將其放在與被測構件同一溫度的環境中,作為電橋的另一臂接入應變儀的電橋電路中,這個用以平衡溫度變化影響的電阻片稱為溫度補償電阻片(補償片)。

由上分析可知:測量應變時,在一個工作電阻私和一個溫度補償片沁作為電橋的兩臂。

2-12-2基本變形下的應變測定

用電測法測出基本變形時的應變後,可用虎克定律算出相應的應力。

一、軸向拉壓的應變、應力測定:

直杆受軸向拉壓時,可取兩個電阻應變片:一個沿軸向貼於杆上,作為工作電阻片尺。另一個貼在與杆材料相同、所處溫度環境相同,但不受力的試塊上,作為溫度補償片,按半橋式接線法將R2接於應變儀的A、B、C接線柱上,構成電橋的兩臂。並將應變儀內的電阻私、私接於電橋的另兩臂。調整顯示器指零,當直杆受力時隻有產生應變則應變儀所顯示的讀數即為軸向應變,因直杆軸向拉壓時為單向應力狀態,故可用單向應力狀態下的虎克定律求出軸向應力,另一測法是:將R、R2電阻片分別沿軸向和橫向貼於杆件上,按上述半橋式接入應變儀。

二、平麵彎曲的應變、應力測定

如矩形截麵梁,根據彎曲理論可知其上、下兩側的變形相等,而符號相反。測定時可在上、下兩側對應位置處各貼一電阻片按半橋式接線將接入應變儀,構成二橋臂,受力彎曲時,產生伸長應變產生壓縮應變。

三、圓軸扭轉的應變、應力測定

根據圓軸扭轉一章中對扭轉時的應力分析已知,扭轉時主應力的方向與杆軸成45°。這也就是二主應變的方向,測定時,則按位置(主應變方向)粘貼兩個電阻片R1、R2。

2-12-3平麵應變分析及應用

電測法可以直接測出構件測部位的應變。若沿主應力方向粘貼電阻片,可直接測出主應變,通過虎克定律很易算出主應力,即可進行強度計算。但一般情況下,主應變大小和方向是未知的,無法直接測得。為求一般二向應力下的主應變,必須對平麵應變進行分析。找出主應變與應變分量間關係,從而計算出主應力。