力学实验指导 - 图文

（2）ζS和ζb是不是试件在屈服和断裂时的真实应力？为什么？ （3）由拉伸试验测定的材料机械性质在工程上有何实用价值？ （4）试验时如何观察碳钢的屈服极限？

（5）WE-30液压试验机上的两个马达各有何用途？能否用工作台升降电机对试件加载？

（6）拉伸和压缩时,低碳钢的屈服点是否相同，铸铁的强度极限是否相同？ （7）压缩试件为什么要做成短而粗的圆柱形，长了会有什么影响？ （8）铸铁试件压缩破坏时断裂面法线与试件轴线夹角约成多少？为什么？

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第三章电测应力分析

§3-1 概述

在实验应力分析的多种方法中，电测法应用最广，其主要优点有：

1、测量精度高 电测法利用电阻应变仪测量应变，具有较高的精度，可以分辨数值为一个微应变（1με=10-6）。

2、传感元件小 电测法以电阻应变片为传感元件，它的尺寸可以很小，最小标距可达0.2mm，可粘贴到构件的很小部位上以测取局部应变，利用由电阻应变片组成的应变花，可以测量构件在复杂受力的情况下一点处的应变状态，应变片的质量很小，其惯性影响甚微，故能适应高速转动等动态测量。

3、测量范围广 电阻应变片能适应高温、底温，高液压下，远距离等各种环境下的测量。它不仅能传感静载下的应变，也能传感频率从零至几万赫的动载下的应变，此外，如将电阻应变仪配以预调平衡箱，又可进行多点测量。

当然，电测法也有局限性，例如，一般情况下，只便于构件表面应变的测量，又如在应力集中的部位，若应力梯度很陡，则测量误差较大。

§3-2 电阻应变片

电阻应变片一般由敏感栅、基底和引出线组成（图3-1），常用的电阻应变片有纸基式和箔式两种，电阻应变片的敏感栅一般常温用康铜合金，高温用镍洛合金制作，制作方法是将所用合金轧制成0.003㎜—0.01㎜的箔材，经化学腐蚀处理制成栅状。敏感栅是应变片的主体，主要用来感受变形。使用时将应变片贴在欲测部位上，当试件受力时，敏感栅就与试件在该部位沿敏感栅方向有共同的变形（伸长或缩短），这就引起了敏感栅的电阻发生变化（增大或减小）。

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图3-1

令ΔL代表敏感栅在标距L 内的长度变化，ΔR代表敏感栅电阻值R的电阻变化，从实

验得知，电阻相对改变量AR／R与相对变形ΔL/L（即应变ε）成正比，即：

式中： ε——构件的应变

K——电阻片的灵敏系数

K值主要取决于敏感栅的材质、几何形状与尺寸。由于应变片只能粘贴一次，不能重复使用所以由厂家用抽样测定法确定的。一般1.8＜K＜3.0，K值是应变片的特性参数，它反映应变片对电阻变化率的灵敏程度。进行测量时，仪器的灵敏系数K仪应和应变片的K值相符，这样测出的应变值不需要修正。对使用者来说：R、L、K都是已知数，这样，就是测量变形的问题变成测量电阻改变量ΔR的问题了。测量电阻改变量的工作是用电阻应变仪来完成。

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?R?L?K?K? （3.1） RL

§3-3应变电桥

电阻应变片因随构件变形而发生的电阻变化ΔR， 通常用四臂电桥（惠斯顿电桥）来测量，现以（图3-2）中的直流电桥来说明，图中四个桥臂AB、BC、CD和DA的电阻分别为R1、R2、R3和R4。若它们均为电阻应变片， 则称为全桥接法；若R1、R2为电阻应变片，而R3、R4 为 两个相同的精密无感电阻，则为半桥接法。下面分析一下 电桥为全桥接法时的一般情况。根据电工学原理电桥输出的电

压为： 图3-2

UBDR1R3?R2R4?E （3.2） (R1?R2)(R3?R4)

如果R1R3 = R2R4，则U= 0，电桥处于平衡状态。在应变测量前，应先将电桥预调平衡，使电桥没有输出。因此，当试件受力变形时，贴在其上的应变片R1、R2、R3、R4感受到的应变是ε1、ε2、ε3、ε4，各片的电阻值相应发生变化，其变化量分别为ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，由式（3.2）可求得此时电桥的输出电压为：

UBD?E??R1?R2?R3?R4?????? （3.3）

4?R1R2R3R4?

对于电阻应变片Ri（i = 1、2、3、4）有：

?Ri?Ki?i （3.4） Ri19