应变片-试验力学指导书

E
这样即可测得弹性模量 E 值。 2.横向变形系数
P 1 A
(2)
试件在受轴向拉伸时，纵向将深长，横向将缩短，横向应变 2 与纵向应变 1 之比 的绝对值为横向变形系数（又称泊松比）即：
一、电阻应变片粘贴技术
一、实验目的 1.了解电阻应变片的结构、规格、用途等。 2.学会设计布片方案。 3.掌握选片、打磨、粘贴、接线、固定、防护等操作工艺和技术。 二、实验设备及器材 1.YD－88 便携式超级应变仪。 2.QJ23 型电桥。 3.试件、应变片、砂布、镊子、丙酮、药棉、502 胶水、玻璃纸等。 4.试件见图 1-5。 三、实验原理 应变片的构造很简单。把一条很细具有高电阻率的金属丝，在制片机上排绕后，用 胶水粘在两片薄纸之间，再焊上较粗的引出线，就成了早期常用的丝绕式应变片。应变 片一般由敏感栅（即金属丝） 、粘结剂、基底、引线及覆盖层五部分组成。如将应变片 固定在被测构件表面上，金属丝随构件一起变形，其电阻值也随之发生变化，而且，这 电阻变化与构件应变有确定的线性关系。应变片已有多种类型，若按敏感栅所用材料来 分，有丝绕式应变片、箔式应变片和半导体应变片。前两种的敏感栅是以金属丝或箔制 成，可统称为金属式应变片，工作原理是基于金属丝的电阻应变效应；半导体应变片则 是一类较新品种，具有一些独特的优点。 无论何类应变片，其构成不外基底、敏感栅和引线三大部分。引线是从敏感栅到测 量导线之间的过渡部分，用以将敏感栅接入测量电路。基底用来保持敏感栅及其与引线 接头部的几何形状，在应变片安装以后，由它将构件变形传递给敏感栅，并在金属构件 与敏感栅之间起绝缘作用。 目前常见的电阻片有以下几种： （1）丝绕式 用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片（见图 1-1 和图 1-2a） ，目前
在一个公用的纸底上重迭地粘贴三个彼此间相互绝缘的电阻丝。 当无这种成品时可以用 三个单独的电阻片代替，如果被测试的对象尺寸较大时，可以不必重迭而是按需要的角 度粘贴在一个很小的范围内即可。 应变片的粘贴技术 1.设计布片方案。 2.选片：首先检查应变片的外观，剔除敏感栅有形状缺陷，片内有气泡、霉斑、锈 点的应变片，再用电桥测量应变片的电阻值，并进行阻值选配。 3.打磨：选择的构件表面待测点需经打磨，打磨后表面应平整光滑，无锈点。 4.画线：被测点精确地用钢针画好十字交叉线以便定位。 5.清洗：用浸有丙酮的药棉清洗欲测部位表面，清除油垢灰尘，保持清洁干净。 6.粘贴：将选好的应变片背面均匀地涂上一层粘结剂，胶层厚度要适中，然后将应 变片的十字线对问候语构件欲测部位的十字交叉线，轻轻校正方向，然后盖上一张玻璃
图 1 布片图
三、实验原理 1.弹性模量 E 金属材料载弹性范围内，正应力 正比于正应变 ，此规律称为虎克定律，用公式 表示如下：
E
（1）
式中比例系数 E 称为弹性模量。要用实验的方法测得 EБайду номын сангаас值，如图 1 所示的试件手单向 拉伸载荷作用，实验装置见图 2，测量载载荷作用下产生的应变值，则弹性模量常数可 按下式计算：
R g 组成应变花， Rt 为温度补偿片，见图 4（b） 。
（2）双臂半桥：可采用 A、B 两点对应的应变片组成应变花，接成双臂半桥。见图
4（c）
四、实验步骤：
1.游标卡尺和直尺分别量取计算时所需数据尺寸。
2.采用单臂半桥接法时将应变片 Ra Rb Rc R g 按顺序分别接到应变仪测量电桥的 A、 B 插孔， Rt 接到公共补偿片的 B、C 插孔，作为测量应变片的温度补偿片。 3.采用双臂半桥接法时，将应变片 Ra Rb Rc R g 按顺序分别接到应变仪测量电桥的 A、B 插孔， Rd Re R f Rh 按顺序分别接到对应的 B、C 插孔，组成双臂半桥。 4.调整好应变仪，按顺序依次测量各种应变片的应变值，填入表格中，每级载荷为 1kg，共加 5kg，重复三遍。
图 1-5
悬臂梁
四、实验步骤 1.将贴好应变片的试件安装在实验台上。 2.按自己预定的设计方案进行测试，整理数据等。 3.自拟实验报告。 五、注意事项 1.在选电阻片和粘贴的过程中，不要用手接触片身，要用镊子夹取引线。 2.清洗后的被测点不要用手接触，已防粘上油渍和汗渍。 3.固化的电阻片及引线要用防潮剂（石腊、松香）或胶布防护。
图 1-2
（3）箔式电阻片
它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后
在箔面上用照相腐蚀成形法制成的(见图 1-2c)，所以几何形状和尺寸非常精密，而且由 于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也 较低， 和丝绕式应变片相比，箔式片有下列优点： a.随着光刻技术的发展， 箔式片能保证尺寸准确、 线条均匀， 故灵敏系数分散性小。 尤其突出的是能制成栅长很小（如 0.2mm）或敏感栅图案特殊的应变片。 b.箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。这样，在相同截面 积下，允许通过的电流较丝绕式片的大（φ 0.025mm 的康铜比绕式应变片允许电流以约 35Ma，箔式片可大几倍） ，使测量电路有输出较大信号的可能。另外，表面积大使附着
三、实验原理 1.薄壁钢管承受弯曲和扭转组合作用时， 钢管表面上任意一点可以认为处于平面应 力状态，如图 2 所示。 2.理论上分析圆筒上某一点的主应力大小及方向： 圆筒上面 A 点（或下面 B 点）横截面上的应力为

M W
（1）

式中， M——弯矩 M n ——扭矩 W—— 抗弯截面模量 Wn ——抗扭截面模量 D——钢管外径 d——钢管内径
五、数据处理： 1.薄壁钢管的原始数据填入表 1
L1
L2
L3
L4
L5
L6
2.将应变仪测量的应变数据整理于表中。 3.由理论值计算其主应力的大小和方向。 4.由测试应变数据计算主应力的大小和方向。 5.比较理论于实验的结果是否吻合。
三、振动应变和冲击应变的测量
一、实验目的 1.巩固动态应变测量原理。 2.测定简支梁在振动和冲击载荷作用下的应变值和频率。 二、实验设备和装置 1.Y6D－3A 型动态电阻应变仪和 SC－16 型光线示波器。 2.直尺。 3.实验装置见图 1。
力增加，有利于变形传递，因而增加了测量的准确性。 c.箔式片敏感栅横向部分的线条宽度比纵向部分的大得多，因而单位长度的电阻 （ζ） ，也小很多，使箔式片横向效应很小。 d.箔式片均为胶基，故绝缘性好，蠕变和机械滞后小，耐湿性好。 e.便于成批生产，生产率高。 由于箔式应变片有这些特点，故在常温的应变测量中将逐渐取代丝绕式应变片。 （4）半导体电阻片 一个半导体电阻片，它的突出特点是灵敏系数比一般电阻片
六、注意事项 1.必须严格遵守操作规程。 2.测试过程中，不得动导线和挪动仪器。
四、弹性模量 E 和箔松比 的测定
一、实验目的： 1.验证简易虎克定律，测定低碳钢的弹性模量 E 和横向变形系数 。 2.熟悉应变仪操作规程，掌握应变测量的应用技术。 二、实验设备及试件 1.YD－88 便携式超级应变仪 2.游标卡尺 3.低碳钢试件 （应变片已贴好， 见图 1）
tg 1 2

00
2 2 450 450 900
（7）
2 450 00 900
0 90
0
（8）
0
1.接桥方法： （1）单臂半桥：可采用 Ra Rb 可采用 Rb Rc
Rc 组成应变花， Rt 为温度补偿片，见图 4(a)也
图2
简单周期性应变
1 2
式中， ε标－－标定线所代表的应变值
2 标 h1
H1 H 2
2 标 h2
…………………………（1）
H3 H4
………………………… （2）
ε1－－被测信号在共振时的正应变值 h1－－被测信号正应变的波高 H1－－前标定正值的几何高度 H2－－后标一正值的几何高度 ε2－－被测信号在共振时的负应变值 h2－－被测信号负应变的波高 H3－－前标定负值的几何高度 H4－－后标定负值的几何高度
纸， 用手指朝一个方向滚压应变片， 挤出气泡和过量的胶水， 保证胶层尽可能薄而均匀， 再用同样的胶粘贴引线端子。 7.固化：贴片后最好自然干燥几小时，必要时可以加热烘干。 8.检查：包括上观检查和变应片电阻及绝缘电阻的测量。 9.固定导线：将应变片的两根导线引出线焊在接线端子上，再将导线由接线端子引 出。 10.放置 24 小时后，对贴片构件进行测试。 （见图 1-5）
图1
实验装置图
三、实验原理 动态应变按其随时间变化的性质，可分为确定性的和非确定性的两类。应变随时间 变化的规律能够用明确的数学关系式描述的，称为确定性的，否则就是非确定性的。确 定性的动态应变，视其能否用周期性的时变函数来表示，又可分为周期性的非周期性动 态应变。非确定性的动态应变亦称随机性应变。 本实验中的振动应变就是简单周期性应变 （见图 2） ， 用实验的方法求出应变的大小， 以及频率 f。 对冲击应变要求通过输出波形了解应变随时间的变化过程。 即幅值ε1 和ε2，
的要高五十倍以上，可达 140。它是利用半导体材料的压阻效应而制成的（见图 1-3） 。 由于灵敏系数高，能使输出信号大大增强，而且机械滞后极小，所以在火箭、导弹以及 宇航等方面有很大的应用价值。
图 1-3
半导体应变片
图 1-4
应变花
（5）应变花
两种常用的应变花即直角应变花和等角应变花（见图 1-4） ，它们是
三枚应变片温为： a 00
b 45
0
c 90
0
b 0 c 0
0
c 45
0
g 90 g 90
0
0
a 45
0
0
则主应力的大小及方向的测试值为：
1,3
E 00 900 2 2 1 1
Mn Wn
（2）
d W 1 32 D
D 3
4

（3）
4 d Wn 1 16 D
D 3
（4）
该点主应力大小和方向分别为 （5） （6） 2.由实验确定圆筒的主应力大小及方向 为了测圆筒主应力的大小及方向，在薄壁钢管的上下表面对应的两点 A、B 处分别 粘贴 4 枚电阻应变片，应变片的布片方案为 45º 应变花见图 3。可以按顺序选择不同角 度的三枚应变片为一组， 测得三个不同方向的应变值， 则该点的主应力大小及方向即可 算出。
二、静态应力的多点测量
一、实验目的 1.了解用应变花测定复杂应力状态下主应力的测定方法。 2.巩固应力分析的概念，学分析复杂应力状态下的构件的受力分析和应变测量。 二、实验设备与装置 1.YD-88 便携式超级应变仪。 2.薄壁钢管在弯扭组合作用下的实验装置见图 1。 3.游标卡尺，直尺。
图1
实验装置图
广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广 泛使用，缺点是精度较差，横肉向效应系数较大。
（2）短接式
这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的
标距上用较粗的导线相间地造成短路，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的（见图 1-2b） 。短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。
f l0 5001 / 秒 l
………………………… （3）
式中
l0－－时标的周期记录长度 l－－被测信号的周期记录长度
四、实验步骤 1.按照图 1 所示，安装好计划体制小电机和偏心锤。 2.仔细检查自己所贴的电阻应变片，选择粘贴坚固和方向准确的作为被测对象，在电桥 盒上接成单臂半桥或双臂半桥。 3.把应变仪、电源供给器和示波器的各联线接好，并调整到初始状态。 4.按照动态应变测量的顺序进行操作，并选择合适的衰减档，以输出较大的波形为准。 5.在阳光下或较亮的灯光下使输出纸带显影，如需留作资料，还需要对其进行显影及定 影处理。 五、数据处理 1.用直尺量出 h1、h2、H1、H2、H3、H4、l0、l 的长度以备计算。 2.将以上数据代入公式（1） 、 （2） 、 （3）进行计算。