力学基础教学实验中心力学基础教学实验中心材料力学实验材料力学实验( (三三) ) 纯弯梁电测综合实验纯弯梁电测综合实验祖正华祖正华 2013-102013-10工程上有许多构件的工程上有许多构件的几何形状几何形状、所受、所受外力外力非常复杂或者构件的非常复杂或者构件的边界条件边界条件不不清楚，在这样的情况下，用材料力学理论很难求解或者是根本没有解。因清楚，在这样的情况下，用材料力学理论很难求解或者是根本没有解。因此，就必须此，就必须通过通过力学力学实验实验的方法来寻求解答的方法来寻求解答即即实验应力分析。实验应力分析。电阻应变测量法电阻应变测量法（简称电测法）是实验应力分析中运用最为广泛的一种。（简称电测法）是实验应力分析中运用最为广泛的一种。传感元件传感元件-电阻应变片电阻应变片一、概述：一、概述：图一、大型拖车应力测试图一、大型拖车应力测试图二、压缩机应力测试图二、压缩机应力测试图三、水坝钢闸门应力测试图三、水坝钢闸门应力测试图四、电测在汽车衡中的应用图四、电测在汽车衡中的应用传感器传感器测试仪测试仪前置放大器前置放大器图五、电测在自动生产线上的应用图五、电测在自动生产线上的应用传感器传感器二、实验目的：二、实验目的：1 1、初步掌握电测法的基本原理和测试方法；、初步掌握电测法的基本原理和测试方法； 三、实验设备、装置和仪器：三、实验设备、装置和仪器：2 2、测定梁在纯弯曲时各测点的正应变、计算出正应力，、测定梁在纯弯曲时各测点的正应变、计算出正应力， 并与理论计算值比较以验证弯曲正应力公式；并与理论计算值比较以验证弯曲正应力公式；1 1、梁弯曲实验装置、梁弯曲实验装置 ；2 2、 DH3818静态数字电阻应变仪静态数字电阻应变仪 ；3 3、CMT5105CMT5105电子万能材料试验机；电子万能材料试验机；4 4、0.02mm 0.02mm 游标卡尺、钢卷尺；游标卡尺、钢卷尺；3 3、绘出梁在纯弯曲时正应变沿梁高度的分布图。、绘出梁在纯弯曲时正应变沿梁高度的分布图。四、实验步骤：四、实验步骤：1 1、用用游游标标卡卡尺尺和和钢钢直直尺尺测测量量梁梁的的宽宽度度b b和和高高度度h h，载载荷荷作作用用点点到到梁梁支支点点的的距距离离a a；2 2、采用多点半桥公共补偿测量法，将应变片和公共温度补偿片分别接、采用多点半桥公共补偿测量法，将应变片和公共温度补偿片分别接DH3818 静态电阻应变仪的相邻桥臂上；静态电阻应变仪的相邻桥臂上；3 3、依照静态电阻应变仪的操作规程对应变仪进行检验并调整每点的电桥平衡；、依照静态电阻应变仪的操作规程对应变仪进行检验并调整每点的电桥平衡；4 4、启动、启动CMT5105CMT5105电子万能材料试验机电子万能材料试验机, ,按加载方案逐级加载，每加一级载荷，按加载方案逐级加载，每加一级载荷， 相应测读一次各点的应变值直至加到预计的最终载荷为止，然后全部卸载；相应测读一次各点的应变值直至加到预计的最终载荷为止，然后全部卸载；5 5、实验结束，卸载；关闭试验机、应变仪，清理现场。、实验结束，卸载；关闭试验机、应变仪，清理现场。电阻应变测量法（简称电测法）的基本原理是用电阻应变片作为传电阻应变测量法（简称电测法）的基本原理是用电阻应变片作为传感元件，将被测构件表面的物理量、力学量、机械量等感元件，将被测构件表面的物理量、力学量、机械量等非电量非电量转换转换成成电量电量来进行测量的一种实验方法。来进行测量的一种实验方法。五、电测法基本原理五、电测法基本原理: :被被测测构构件件电阻应变片电阻应变片电电 量量光、电、机械光、电、机械传感器传感器测量仪器测量仪器数据采集与处理数据采集与处理预预 测测 量量物物理理参参量量力力学学参参量量机机械械参参量量生生物物参参量量电电 压压电电 流流计计算算机机应应变变仪仪六、电阻应变效应：六、电阻应变效应：K K电阻应变片的灵敏系数电阻应变片的灵敏系数电阻应变片电阻应变片电阻丝电阻丝( (丝栅丝栅) )基底基底引出线引出线覆盖层覆盖层导线电阻的表达式：导线电阻的表达式：R+RLFFL+LR电阻丝电阻丝由实验知：线应变与电阻变化由实验知：线应变与电阻变化率之间存在线性关系。率之间存在线性关系。七、应变测量原理：七、应变测量原理：构件受力后，构件受力后，BD BD 间的输出电压改变为：间的输出电压改变为：利用电桥平衡原理测量电阻改变，从而进一步得到被测构件表面的应变利用电桥平衡原理测量电阻改变，从而进一步得到被测构件表面的应变构件构件应变片应变片R2R3R4FFR1电桥平衡条件：电桥平衡条件：ABDCUR1R2R3R4UBD正负正负八、电阻温度补偿：八、电阻温度补偿： 将将R R1 1贴在构件受力处，贴在构件受力处，R R2 2 贴在附近不受力处，环境温度的变化对相同应变片贴在附近不受力处，环境温度的变化对相同应变片R R1 1、R R2 2 所所引起的电阻值变化同为引起的电阻值变化同为R RT T由于温度变化对电阻值影响很大，利用电桥特性即可以消除由于温度变化对电阻值影响很大，利用电桥特性即可以消除温度补偿片温度补偿片固定电阻固定电阻工作片工作片BADCR1R2R3R4UFFR1R2构件构件当温度变化时当温度变化时九、单梁布片示意图：九、单梁布片示意图：D=sIyMz理等量逐级加载法：等量逐级加载法：D=esE实每一枚应变片间距为每一枚应变片间距为:h/4:h/4m34521m中性层中性层aabhF/2F/2十、应变沿梁高度的分布图：十、应变沿梁高度的分布图：应变沿梁高度的分布图应变沿梁高度的分布图L Lh53412hF/2F/212345十一、接线示意图：十一、接线示意图：导导线线接接线线住住123456781/4 桥桥9补偿补偿10半桥半桥通道号通道号应变量及设置修正系数应变量及设置修正系数12345678910确认确认退格退格设置设置平衡平衡短接片短接片ABCD1 1点点2 2点点3 3点点4 4点点5 5点点工作片工作片温度补偿片温度补偿片DH3818静态应变仪静态应变仪十二、十二、实验数据表：实验数据表：梁的材料：弹簧钢梁的材料：弹簧钢10002000300040005000应变增量平均值应变增量平均值实测应力实测应力实实（MPaMPa）理论应力理论应力理理（MPaMPa）载荷（载荷（N）载荷值载荷值 增量增量应变值应变值 增量增量应变值应变值 增量增量应变值应变值 增量增量应变值应变值 增量增量应变值应变值 增量增量1000100010001000p测点测点1 () 2 () 3 ()4 ()5 ()理理- -实实 理理100%十三、实验报告要求：十三、实验报告要求：1 1、书写端正、整洁；、书写端正、整洁；2 2、图表规范、可自行设计；、图表规范、可自行设计；3 3、标注正确、全面；、标注正确、全面；4 4、实验原理既要有文字叙述，又要有图示；、实验原理既要有文字叙述，又要有图示；5 5、仪器设备既要有文字叙述，又要有系统框图；、仪器设备既要有文字叙述，又要有系统框图；6 6、既要有结论，又要有误差分析；、既要有结论，又要有误差分析；7 7、根据实验结果绘出应变沿梁高度的分布图、根据实验结果绘出应变沿梁高度的分布图；8 8、是否有好的建议和要求可以提出。、是否有好的建议和要求可以提出。