桥路与弯曲应力实验2012(少学时秋)

1、材料力学电测实验部分材料力学电测实验部分电测实验电测实验弯曲应力测试弯曲应力测试电桥特性电桥特性航天航空学院工程力学系航天航空学院工程力学系一一. .实验目的实验目的1.1.测定矩形梁在三点弯曲条件下的应力分布测定矩形梁在三点弯曲条件下的应力分布规律，并与理论值进行比较；规律，并与理论值进行比较；2.2.利用已有布片方案进行各种组桥，并比较利用已有布片方案进行各种组桥，并比较不同组桥方式的测量结果，学习提高测量不同组桥方式的测量结果，学习提高测量灵敏度的方法；灵敏度的方法；3.3.初步掌握电阻应变仪的使用方法及电子拉初步掌握电阻应变仪的使用方法及电子拉力机的操作。力机的操作。L = 560hb

2、PM=Pl/4弯距图弯距图1245689 截面截面应力分布图应力分布图单向应力状态单向应力状态-+9个测点个测点hPyIyM理 论 实验方法实验方法测试测试 ？实验37=E=E电测法电测法基本原理基本原理： 电阻应变测量（简称电测法）原理是用电阻应变片作电阻应变测量（简称电测法）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、机械量为传感元件，将被测构件表面的物理量、力学量、机械量等非电量转换成电量进行测量的一种实验方法。等非电量转换成电量进行测量的一种实验方法。被测构件被测构件电阻片电阻片电电 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

3、理预预 测测 量量物理参量物理参量力学参量力学参量机械参量机械参量生物参量生物参量电电 压压电电 流流 单片单片 应变花应变花传感元件传感元件常用电阻应变片常用电阻应变片电阻片的工作原理电阻片的工作原理金属丝的电阻应变效应金属丝的电阻应变效应 电阻应变片主要是根据金属丝的电阻应变效应的物理电阻应变片主要是根据金属丝的电阻应变效应的物理学原理工作的。学原理工作的。由物理学可知，导线电阻的表达式：由物理学可知，导线电阻的表达式：slR将将电阻应变片粘贴在受载构件上电阻应变片粘贴在受载构件上，当受到拉伸、压缩时，当受到拉伸、压缩时金属丝长度将发生变化，造成电阻值发生变化。由实验金属丝长度将发生变化，

4、造成电阻值发生变化。由实验可知，当变形在一定范内，线应变与电阻变化率之间存可知，当变形在一定范内，线应变与电阻变化率之间存在线性关系。即：在线性关系。即：应变仪应变仪KllKRR片目前的应变仪均采用惠斯通电桥电路测量应变片的阻值变化。目前的应变仪均采用惠斯通电桥电路测量应变片的阻值变化。 四臂电桥如图所示：四臂电桥如图所示：电桥的加减特性，电桥的加减特性，式中：式中： 1、 2、 3、 4 分别代表应变片分别代表应变片R1、R2、R3、R4所感受的应变值。所感受的应变值。应变仪工作原理：电桥应变仪工作原理：电桥1234()4BDEKU引起应变片产生应变的因素：引起应变片产生应变的因素：机械变形

5、机械变形、温度变化温度变化 T。几种常用的组桥方式：几种常用的组桥方式：1. 单臂单臂测量：桥路中只有一个桥臂参与构件的机械变形。测量：桥路中只有一个桥臂参与构件的机械变形。2. 半桥半桥测量：桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变形。测量：桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变形。3. 对臂对臂测量：桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形。测量：桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形。4. 全桥全桥测量：桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。测量：桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。单臂（单臂（桥）测量桥）测量 1234()4BDEKU4BDEKU2T 340 1T在在AB桥臂上接入工作片桥臂上接入工

6、作片，BC桥臂上接入补偿片，温度影响将桥臂上接入补偿片，温度影响将互相抵消。互相抵消。半桥测量半桥测量1234()4BDEKU在在AB，BC两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵消。两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵消。(2 )4BDEKU1T2T-340 对臂测量对臂测量在在AB，CD两个臂上接工作片，两个臂上接工作片，BC，DA接温度补偿片。四接温度补偿片。四个臂的电阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。个臂的电阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。1234()4BDEKU(2 )4BDEKU1T2T 3T4T 全桥测量全桥测量1234()4BDEKU(4 )4BDEKU电桥的四个臂上

7、接工作片，都参与机械变形，同处一个温度场，电桥的四个臂上接工作片，都参与机械变形，同处一个温度场，温度影响相互抵消。温度影响相互抵消。1T2T-3T4T-YE2539高速静态应变仪简介高速静态应变仪简介应变仪的使用应变仪的使用主要技术指标：主要技术指标：量量 程：程：0 19999 分分 辨辨 率：率：1 精精 度：度：0.2%FS2 零零 漂：漂：3 /4h 非非 线线 性：性： 0.05 灵敏系数：灵敏系数：1.00 9.99 桥路电阻：桥路电阻：60 1000 桥路形式：全桥、半桥、桥路形式：全桥、半桥、1/4桥桥 、 对臂对臂自动平衡：平衡范围自动平衡：平衡范围0 19999 供供 电

8、：电：DC615V 最大测点数：最大测点数：1000点点 YE2539高速静态应变仪高速静态应变仪电源总开关电源总开关电源插座电源插座测量单元，共六组测量单元，共六组地线地线应变测量单元应变测量单元测量单元测量单元编号编号电源开关电源开关公共补偿片通道公共补偿片通道测量通道，每个单元各有测量通道，每个单元各有10个通道（个通道（09）。）。通道介绍通道介绍 在在B与与B断开时断开时，即将短接，即将短接片抽开；每个通道都是一个片抽开；每个通道都是一个独立的惠斯通电桥，可以组独立的惠斯通电桥，可以组单臂、半桥、对臂、全桥等单臂、半桥、对臂、全桥等桥路。桥路。一个通道放大图一个通道放大图半桥半桥单臂

9、单臂对臂对臂 桥共用补偿片测量接线方法桥共用补偿片测量接线方法AB公共补偿片通道公共补偿片通道B公共补偿片公共补偿片 在接在接1/4桥时，桥时，B与与B必须短接，工作片分别接在各个通道的必须短接，工作片分别接在各个通道的A、B接线端子上，温度补偿片接在接线端子上，温度补偿片接在B、C上或接在公共补偿上或接在公共补偿通道上；通道上；启动测试系统软件启动测试系统软件用鼠标双击该图标用鼠标双击该图标联机参数设置界面联机参数设置界面联机后，计算机自动检联机后，计算机自动检测到的测量单元编号测到的测量单元编号重新重新联机联机检测检测2.08 (R/R=k)选择与接线相对应的选择与接线相对应的组桥方式：组

10、桥方式： 1-1 公用补偿的公用补偿的桥桥 1-2 半桥半桥 1-4 对臂对臂 1-5 全桥全桥自动平衡主界面自动平衡主界面1. 检查通道是否接通检查通道是否接通2. 读取初始值，通道读取初始值，通道清零清零测量界面测量界面初载、末载时进行采样初载、末载时进行采样点击此图标进入点击此图标进入“扫描采样扫描采样”测测量状态量状态-326 -331 320 327 180 -29 31 参数设置参数设置自动平衡自动平衡扫描采扫描采样样二二.实验装置简图实验装置简图跨度跨度L，支点到截面距离，支点到截面距离 l 要校准。要校准。L = 560l = 200hbYP宽度宽度b、高度、高度h，自己量测；

11、，自己量测；贴片间距贴片间距8mm，其中上下片距边缘，其中上下片距边缘4mm五五. .原始数据原始数据矩形截面梁的几何尺寸矩形截面梁的几何尺寸( (自己测量自己测量) ) ，跨，跨度、截面到支座的距离校准并记录；度、截面到支座的距离校准并记录；钢材的弹性模量：钢材的弹性模量：2.062.0610105 5MPaMPa；钢材的泊桑比：钢材的泊桑比：0.280.28；应变片灵敏系数：应变片灵敏系数：2.082.08；初载荷初载荷P P0 0=500N=500N，末载荷，末载荷P PN N=5500N=5500N；加载速度：加载速度：5mm/min5mm/min；三.实验内容及步骤1. 测量矩形截面

12、梁的尺寸；测量矩形截面梁的尺寸；2. 将梁某一截面上的将梁某一截面上的9枚应变片按共用补偿的枚应变片按共用补偿的1/4桥方式接线（按从上到下的顺序）；桥方式接线（按从上到下的顺序）；3. 测试测试500N5500N，各测点的应变值。要求不少，各测点的应变值。要求不少于于2遍有效差值（即，两遍误差小于遍有效差值（即，两遍误差小于5%）。）。4. 采用梁上表面采用梁上表面2枚应变片以及下表面枚应变片以及下表面2枚应变片枚应变片进行组桥。要求半桥、对臂、全桥中至少选择进行组桥。要求半桥、对臂、全桥中至少选择两种桥路进行组桥，测试组桥后的应变值。两种桥路进行组桥，测试组桥后的应变值。 按讲义要求书写报

13、告。注意：按讲义要求书写报告。注意：1. 1. 将所有测量数据表格化；将所有测量数据表格化；2. 2. 用实验数据计算三点弯曲梁测试截面上的用实验数据计算三点弯曲梁测试截面上的应力，画出应力沿试件高度的分布图；应力，画出应力沿试件高度的分布图；3. 3. 理论计算三点弯曲梁测试截面上的应力，理论计算三点弯曲梁测试截面上的应力，与实验应力比较误差。分析主要误差来源；与实验应力比较误差。分析主要误差来源；4. 4. 给出实验结论；给出实验结论；5.5.观察组桥得到的应变读数是单臂测试值的观察组桥得到的应变读数是单臂测试值的几倍？为什么？几倍？为什么？6.6.实验的体会及对实验的意见。实验的体会及对

14、实验的意见。四四. .实验报告要求实验报告要求参考数据参考数据表格表格1 1参考数据表格参考数据表格2 2实验曲线的正确画法实验曲线的正确画法不正确画法不正确画法正确画法正确画法-300-300-200-200-100-1000 0100100200200300300400400h/2h/2h/4h/40 0h/4h/4h/2h/2理论曲线理论曲线实验曲线实验曲线-300-300-200-200-100-1000 0100100200200300300400400h/2h/2h/4h/40 0h/4h/4h/2h/2理论曲线理论曲线实验曲线实验曲线实验应力计算实验应力计算单向虎克定律：单向虎克定律： E实验单向应力状态单向应力状态实验应力计算实验应力计算广义虎克定律：？广义虎克定律：？复杂应力状态复杂应力状态xx xy xyy