应变测试技术
应变测试技术
圆环 平均直径。
A或B处的应变：
54Fd 100bh2E
力作用点相对挠度：y 18Fd3 1000EJ
式中，J—惯性矩。 最低自振频率：
f
0
10.72 2πd 2
EJ
A
式中，A—圆环截面积。
应变片电测技术具有以下优点： ①非线性小，电阻的变化同应变成线性关系。 ②应变片尺寸小（我国的应变片栅长最小达
0.178mm），重量轻（一般为0.1~0.2g），惯 性 小，频率响应好，可测0-500kHz的动态应 变。 ③测量范围广，一般测量范围为10~10-10量级的 应变。 ④误差小，整个测量系统的误差可控制在1%以内。 ⑤可在各种复杂或恶劣的环境中进行测量。
悬臂梁为具有一个固定端，另一端处于自由状 态的弹性元件 。
等截面梁
悬臂梁 等强度梁
（1）等截面梁
图8-2 等截面梁
作用力F与梁上某一位置处的应变关系可用下式表
示：
x
6F(l x) Ebh2
式中，εx—距支点x处的应变值； l—梁的长度；
x—梁上某一位置距支点的距离；
E—梁材料的弹性模量；
b—梁的宽度；
Sn ↑→K ↓→fn↓ fn ↑→K ↑→Sn↓
弹性敏感元件材料选择：
弹性敏感元件在传感器中直接参与变换和测量， 要求弹性元件的材料需保证具有良好的弹性特性， 足够的精度及稳定性，在长期使用中温度稳定性要 好。
基本要求有： 1）弹性滞后要小； 2）弹性模量的温度系数要小； 3）线膨胀系数要小且稳定； 4）弹性极限和强度极限要高； 5）具有良好的稳定性和耐腐蚀性； 6）具有良好的机械加工和热处理性能。
当α=0时，力F在轴向产生的应力和应变为
F A
应变测试方法
应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应力—应变关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。
用电阻应变片测量应变的过程：2.分类：（1）静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。
（2）动态测量：对载荷在2～1200HZ范围内变化的测量。
3.电阻应变测量方法的优点（1）测量灵敏度和精度高。
其最小应变读数为1με（微应变，1με=10-6 ε）在常温测量时精度可达1~2%。
（2）测量范围广。
可测1με~20000με。
（3）频率响应好。
可以测量从静态到数十万赫的动态应变。
（4）应变片尺寸小，重量轻。
最小的应变片栅长可短到0.178毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。
（5）测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。
（6）可在各种复杂环境下测量。
如高、低温、高速旋转、强磁场等环境测量。
4.电阻应变测量方法的缺点（1）只能测量构件的表面应变，而不能测构件的内部应变。
（2）一个应变片只能测构件表面一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。
电阻应变片1.电阻应变片的工作原理由物理学可知：金属导线的电阻率为当金属导线沿其轴线方向受力变形时（伸长或缩短），电阻值会随之发生变化（增大或减小），这种现象就称为电阻应变效应。
将上式取对数并微分，得：2.电阻应变片的构造电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组成。
其构造如图所示L R=A ρdR d dL dA R L A ρρ=+-dR d (12)R ρμερ=++3.电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。
其中金属电阻应变片分为：(1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为0.01~0.05毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。
优点：基底、盖层均为纸做成，价格便宜，易安装。
缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分散。
(2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状，端部用粗丝焊接而成。
应变测试技术概述及发展
目录1.前言 (2)2．正文 (3)2.1应变测试技术概述 (3)2.1.1应变量测的原理. (3)2.1.2应变量测的方法 (3)2.1.3.应用`最广泛的电阻应变计的构造，性能及使用技术。
(3)2.1.4应变量测技术中的温度补偿技术 (6)2.1.5．应变测点的布置技术 (6)2.2应变测试技术的发展 (6)2.2.1.我国近年来应变测试技术的发展 (6)2.2.2．浅谈对应变测试技术的展望 (7)3.结束语 (8)4.参考文献 (8)应变测试技术概述及发展100607224 许嘉琳南京林业大学土木工程学院摘要：大多数的试验与检测中都要用到应变测试技术。
应变测试技术简单说来就是用应变计测出试件在一定长度范围内的长度变化，再由长度变化和应变的关系求出应变值。
电阻应变计是最主要的一种应变计，测点的选择，应变片的粘贴，以及温度补偿技术是应变计使用技术的重要组成部分。
近年来应变测试技术有了很大发展，与虚拟技术的结合将使它拥有更广阔的前景。
关键词：应变量测技术，概述内容，电阻应变计，使用技术，发展与前景。
Title: The simple present and development of strain measurementtechnologyAbstract: Most experiments and tests have to use strain measurement technology. To put itsimply, strain measurement technology is using strain gauges to measure length changes within a certain distance, and then get strain values by relationships in length changes and strain. Resistant strain gauge is the most important strain gauge. It’s using technology includes choosing measuring points, pasting strain gauges , and the temperature compensation technology. Recent years , strain measuring technology developed quickly .It will have a more broad prospect combined with the virtual technology.Key words:strain measurement technology; simple present; resistant strain gauge; using technology; development and prospect.1.前言在土木工程结构试验中,试件作为一个系统,所受到的外部作用(如力,位移,温度等)是系统的输入数据,试件的反应,如应变,应力,裂缝,位移,速度,加速度等是系统的输出数据.通过对输入与输出数据的量测,采集和分析处理,可以了解试件系统的分析特性,从而对结构的性能作出定量的评价.为了采集到准确可靠的数据,应该采用正确的量测方法,选用可靠的量测仪器设备.应变量测是结构试验量测中最重要的内容,掌握应变测试技术,了解构件的应力分布情况,特别是结构控制截面处应变的最大值及应力分布,对于建立强度计算理论或验证设计是否合理,计算方法是否正确等,都有重要的意义.2．正文2.1应变测试技术概述2.1.1应变量测的原理.结构在外力作用下,内部产生应力,不同部位的应力值是评定结构工作状态的重要指标,也是建立结构理论的重要依据.直接测定构件截面的应力值目前还没有较好的方法,一般的方法是先测定应变,而后通过应力应变的关系测定应力.应变的量测,通常是在预定的标准长度范围内,量测长度变化增量的平均值,由应变和长度的关系求得应变,这就是应变测量的原理.所以,应变的量侧实际上是量测标距和变化增量.标准长度原则上应尽量小,特别是对于应力梯度较大的结构和应力集中的测点.但对某些非均质材料组成的结构,应有适当的范围.一般要求应变计标距不小于20cm.对于钢材等均质材料，应变计标距可取小一些。
应变测试方法
应变测试方法电阻应变测试1.电阻应变测量技术是用电阻应变片测量构件的外表应变，再根据应力一应变关系确定构件外表应力状态的一种实验应力分析方法。
用电阻应变片测量应变的过程：2.分类：(1)静态测量：对永远恒定的载荷或短时间稳定的载荷的测量。
(2)动态测量：对载荷在2〜1200HZ范围内变化的测量。
3.电阻应变测量方法的优点(1 )测量灵敏度和精度高。
其最小应变读数为1 ^£(微应变，1卩£ =10-6£)在常温测量时精度可达1〜2%(2)测量范围广。
可测1卩£〜20000卩£。
(3)频率响应好。
可以测量从静态到数十万赫的动态应变。
(4)应变片尺寸小，重量轻。
最小的应变片栅长可短到毫米，安装方便，不会影响构件的应力状态。
(5 )测量过程中输出电信号，可制成各种传感器。
(6)可在各种复杂环境下测量。
如高、低温、高速旋转、强磁场等环境测量。
4. 电阻应变测量方法的缺点(1) 只能测量构件的外表应变，而不能测构件的内部应变。
(2) —个应变片只能测构件外表一个点沿某个方向的应变，而不能进行全域性测量。
电阻应变片1.电阻应变片的工作原理由物理学可知：金属导线的电阻率为‘ L R=— A当金属导线沿其轴线方向受力变形时(伸长或缩短) ，电阻值会 随之发生变化(增大或减小)，这种现象就称为 电阻应变效应。
将上式取对数并微分，得：dL dAL A(1 2 )2. 电阻应变片的构造如下图dR 电阻应变片由敏感栅、 引线、基底、盖层、粘结剂 组成。
其构造Jex引箜3.电阻应变片的分类电阻应变片按敏感栅材料不同可分为金属电阻应变片和半导体应变片。
其中金属电阻应变片分为：(1)丝绕式应变片:敏感栅是用直径为〜毫米的铜镍合金或镍铬绕制而成。
优点：基底、盖层均为纸做成，价格廉价，易安装。
缺点：其横向效应大，测量精度较差，应变片性能分_________________(2)短接式应变片:将金属丝平行排成栅状，JxEEj端部用粗丝焊接而成。
高应变测试技术
第四时间段以第二时间段的终点作为起点， 区段长度 20ms 左右， 这一区段主要用于修正土的卸载系数， 如卸载时土的最大弹性变形和 土的最大负阻力等。
13
图 10
拟合曲线的四个时间区段
拟合质量系数 Er 的计算公式如下：
Er Pc ( j ) Pm ( j ) / Pj ( i =1,2,3,4)
4 i 1
式中的 Pc ( j ) 为计算的桩顶力波， Pm ( j ) 为实测的桩顶力波， Pj 为 实测桩顶冲击力峰值。 从 Er 的计算方法可以看出， 四个区段中以桩端处的权值最重。Er 愈小， 说明拟合曲线与相对应的实测曲线愈接近， 相应的土参数也相 对合理。 由于不同实例曲线拟合程序中考虑拟合质量系数的方法不尽相 同，很难用一个统一的标准衡量拟合曲线的吻合程度，为此《建筑基 桩检测技术规范》 等标准中均未列出具体的拟合质量系数标准。 国内 也有部分地方规程参照 CAPWAPC 程序，规定了混凝土预制桩和钢 管桩的最终拟合质量系数宜小于 3%，混凝土钻孔灌注桩的拟合质量 系数宜小于 5%，并以此作为拟合是否达到要求的标准。 6、主要参数对拟合曲线的影响 下面介绍几个主要土参数对拟合曲线的影响（仅指力波） ； ⑴将某一桩单元处的土阻力增加（或减少） ，会使力的拟合曲线 从该单元往后上抬(或下降)。 图 11 中力拟合曲线在 2 L c 之前偏低， 且
4、拟合法确定承载力
（1）曲线拟合法的特点 a、不要求桩身等阻抗； b、可以考虑桩身内阻尼对应力波衰减的影响； c、假定动阻尼力存在于桩侧和桩端，各单元上土的动阻尼力 与静阻力和桩土相对运动速度成正比：
Rd i J i Rs i V i
应变测量文档
应变测量1. 简介应变测量是一种用于测量物体形变或变形的技术。
通过测量物体的应变，可以了解材料的力学性质、结构的变形情况等。
应变测量广泛应用于工程实践中，例如材料测试、结构分析、机械设计等领域。
本文将介绍应变测量的基本原理、常用的测量方法以及应变测量技术的应用。
2. 应变测量的原理应变是在外力或内力作用下，物体发生形变或变形时产生的相对尺寸变化。
常用的应变测量方法包括应变片法、光弹法和光栅法等。
以下将对这些方法进行简要介绍。
2.1 应变片法应变片是一种材料，其电阻随应变而变化。
通过在被测物体表面粘贴应变片，可以将物体的应变转化为电阻的变化。
测量应变片电阻变化可以得到物体的应变信息。
2.2 光弹法光弹法是一种利用光的散射特性来测量物体应变的方法。
通过在物体表面涂覆一层光敏材料，当物体受到外力或内力作用时，材料表面的散射光强度会发生变化。
通过测量光强度的变化，可以确定物体的应变情况。
2.3 光栅法光栅法是一种利用光的干涉原理来测量物体应变的方法。
通过在物体表面粘贴光栅，当物体受到应变时，光栅上的干涉条纹会发生位移。
通过测量位移的大小，可以得到物体的应变信息。
3. 常见的应变测量方法3.1 应变片法的测量步骤1.准备应变片：选择适当的应变片材料，根据被测物体的应变范围和精度要求选择合适的应变片型号。
2.粘贴应变片：将应变片粘贴在被测物体的表面，确保应变片与物体表面完全紧密接触，并排除气泡。
3.连接电缆：将应变片两端的电缆连接到测量仪器上。
4.测量应变：使用测量仪器对应变片的电阻进行测量，得到物体的应变值。
3.2 光弹法的测量步骤1.准备光弹材料：选择适合的光弹材料，涂覆在被测物体的表面。
2.光弹装置设置：将光源、散射体和光电探测器设置在适当的位置，以保证散射光信号可以被准确检测到。
3.发射光线：通过光源发射光线，照射在光弹材料表面。
4.测量信号：使用光电探测器检测散射光的强度变化，将其转化为对应的应变信息。
土木工程应力应变量测技术
土木工程应力应变量测技术一般是指在建构筑物施工过程中，如钢结构安装、卸载、改造、加固，混凝土浇筑等过程，采用监测仪器对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。
常见的应力测试方法应力仪或者应变仪是来测定物体由于内应力的仪器。
一般通过采集应变片的信号，而转化为电信号进行分析和测量。
应力测试一般的方法是将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。
很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。
应变片其实就是应用了这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。
一般应变片的敏感栅所使用的是铜铬合金材料，这种材料其电阻变化率为常数，它与应变成正比例关系。
我们通过惠斯通电桥，便可以将这种电阻的比例关系转化为电压。
然后不同的仪器，可以将这种电压的变化转化成可以测量的数据。
对于应力仪或者应变仪，关键的指标有：测试精度，采样速度，测试可以支持的通道数，动态范围，支持的应变片型号等。
并且，应力仪所配套的软件也至关重要，需要能够实时显示，实时分析，实时记录等各种功能，高端的软件还具有各种信号处理能力。
应力应变测试目前常用的仪器就是盲孔法、磁测法，一个有损，一个无损。
盲孔法是目前应用较为广范的一种高精度的应力检测方法如华云HK21A或HK21B,无论是实验室中使用，还是现场施工，盲孔法都能准确测量应力的大小，从而推进实验进程或者进行工艺改进。
磁测法适用于对应力值检测比较严苛，精密工件或高价值工件不允许做破坏性检测的情况。
比如科研、军工航天等行业。
目前还有更先进的动态应力应变检测仪，全自动梯度应力检测仪等。
目前应力测量水平多半受限于表层测量，SCGS20这样的仪器可以实现材料深度方向的梯度应力精准测量及工件整体的应力分析，全自动编程控制钻孔装置，梯度方向自动进给，高精显微定位，更加精准。
在当今土木工程行业中,应力应变测量广泛地应用于建筑、铁路、桥梁、交通、大坝等结构上。
第3-1章 电阻应变片(电阻应变测量技术)
L=150mm,室温、单向受力状态， 应变片丝栅方向与最大主应变方 向一致，采用砝码在梁一端施加
梁高 h=5mm
作 用 力 P=0.1KN ， 测 得 挠 度 为
P
1.5mm，实测量得电阻由120Ω
变为120.12Ω，求得应变片的实 梁长
际灵敏度K。
L=150mm
Sichuan University
25
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
（7）应变极限：应变片最大应变测量值。
一般规定：应变片显示的值与机械应变的相对误差达到 规定标准（一般10%）时的机械应变即为应变极限。此时， 认为应变片失去了工作能力。
（8）绝缘电阻：敏感栅及引线与被测试件之间的
电阻值。
应变片粘结层固化程度和是否受潮的标志。一般 >2M 欧，高精度测试>50M欧。
Sichuan University
29
§3-1 电阻应变片
5 应变片的选用与应变片粘结工艺
(2)应变片粘结工艺：
1 应变片检查:外观检查、电阻值检查 2 表面处理:刮刀除锈、砂布打磨、脱脂棉擦洗、吹风 机烘干 3 贴片与固化:画线、涂胶、用玻璃纸压、调整、补胶 4 粘贴质量检查:外观检查、电阻值检查、绝缘电阻检 查、连接电阻应变仪检查 5 连接导线:导线固定、导线焊接 6 防潮处理:凡士林、石蜡等
15
§3-1 电阻应变片
3 分类
（3）应变花: 在一个基底上有几个按一定角度排列的
敏感栅的应变片。
测量主应力方向未知条件下平面应力状态。 自补偿应变片：用于高低温和温差大的条件
Sichuan University
16
§3-1 电阻应变片
4 应变片的参数和工作特性
应变测量方法详解
将应变片置于平面应变场中，沿应变片轴线方向的应
变为 x，垂直于轴线方向的横向应变 y，应变片敏感
栅电阻相对变化为：
y
R R
R ( R )x
(
R R
)y
Kxx
K y y
轴线
x
式中：
R R
R ( R )x
(
R R
)
y
Kxx
K y y
(
R R
)
x
、( R R
)
y
分别为
x和
y引起的敏感栅电阻的相对变化。
Kx、Ky 分别为应变片轴向和横向灵敏系数。
AD
L
式中： 为导线材料泊松比。
dR d (1 2) R
二、电阻应变片的构造
电阻应变片由敏感栅、引线、基底、盖层、粘结剂组 成。其构造如图所示：
敏感栅：用合金丝或合金箔制成的栅。
作用：将 R R
栅长L：指两端圆弧内侧或两端横栅内侧之间的 距离，一般为0.2~100mm。
栅宽B：敏感栅外侧之间的距离。
与试件表面沿应变片轴线方向的应变 之比值，
称为应变片的灵敏系数，即：
K= R R
注意：K值是应变片的主要参数，它取决于敏感栅 的材料、型式、几何尺寸、基底、粘结剂等多种 因素。通常由制造厂在专用设备上标定给出K值。 常用的K=2.0~2.4
（三）横向效应系数（H）
应变片的敏感栅除有纵栅外，还有圆弧或直线形的横 栅。横栅主要对垂直于应变片轴线方向的横向应变敏 感，因而应变片指示应变中包含有横向应变的影响， 这就是应变片的横向效应。
（六）机械滞后（Z j）
在恒定温度下，对安装有应变片的试件加载—卸载。
以试件的机械应变 为横 j坐标，应变片的指示应变 为纵i 坐标绘成曲线，加载与卸载曲线不重合，这种
桥梁荷载测试方案应变测量技术的应用
桥梁荷载测试方案应变测量技术的应用随着交通运输的不断发展和城市建设的日益完善，桥梁作为重要的交通设施承担着越来越重的荷载。
为了确保桥梁的安全性和稳定性，荷载测试成为一项关键而必要的工作。
应变测量技术作为桥梁荷载测试方案中常用的手段，发挥着重要的作用。
一、应变测量技术在桥梁荷载测试中的基本原理和方法应变测量技术是通过安装在桥梁结构上的应变片或者拉力计来实现对荷载的测量。
应变片是一种特殊的电阻应变片，能够根据施加在其上的外力大小而产生电阻变化。
而拉力计则是一种能测量拉力或压力大小的测力传感器。
通过测量应变片或拉力计上的电阻或电信号变化，可以获得施加在桥梁上的荷载大小信息。
应变测量技术的基本方法包括：按物理位置分布的方法、按应变分布规律分析的方法、按振动特性分析的方法以及按荷载响应规律分析的方法等。
不同的桥梁荷载测试方案会采用不同的方法或者结合多种方法来实现准确的荷载测量。
二、应变测量技术在桥梁荷载测试中的优势应变测量技术在桥梁荷载测试中具有以下优势：1. 高精度：应变测量技术具有高精度的特点，能够准确地测量桥梁结构受到的荷载大小，为桥梁的设计和维护提供重要的参考数据。
2. 实时性：应变测量技术能够实时地监测桥梁结构受到的荷载变化情况，及时发现异常现象并采取相应的措施，保障桥梁的安全性和稳定性。
3. 非破坏性：应变测量技术是一种非破坏性测试方法，不需要对桥梁结构进行大规模的改动或拆迁，减少了对桥梁的损害和对交通的干扰。
4. 经济性：应变测量技术的设备和材料相对较为简单，成本相对较低，使得桥梁荷载测试成为可行和经济的选择。
三、应变测量技术在桥梁荷载测试方案中的应用案例下面以某桥梁荷载测试方案中的应变测量技术应用为例进行说明。
该方案使用了分布应变测试方法，通过在桥墩、桥梁主梁和桥面板等关键部位安装应变片，实现了对桥梁结构受荷载时的应变分布进行测量。
通过应变值与荷载大小的相关性研究，确定了桥梁结构在不同荷载下的应变规律。
结构静载试验-第3节应变测试技术
半导体应变片
横向效应小，散热条件好，蠕变小，疲劳寿命长
敏感栅 单 轴
形 状 应变花
纸基应变片
基 底 胶基应变片 材 料 金属基底应变片
临时基底应变片
一般用途应变片
用 途 特殊用途应变片 应变片式传感元件
用于测量单向应变的应变片
用于平面应力状态下测定主应变
耐温，耐热及耐久性能差 以有机会胶膜作基底，耐热，耐湿，耐久性较 纸基好 高温应变片类型之一，用焊接方式安装于构件上 高温应变片类型之一
⑸温度适用范围
⑹其他性能指标：机械滞后、蠕变、疲劳寿命、零 点漂移、横向灵敏系数、绝缘电阻等。
根据电阻应变片的性能指标，电阻应变片被分为A、 B、C、D等级。A级为最高级，常用于制作应变 式传感器，结构试验中，可选用C级或B级应变片。 其相应的性能指标见教材附录1。
1、应变片的尺寸 顺着应变片轴向敏感栅两端转弯处内侧之间的距离称为栅长(或叫标距)，
▪ 机测法限制： 1.不适合应变变化较大区域内的应变测量 2.不能自动记录，测读时间较长，测点布 置困难。 3.温度补偿困难。
（二）电测法
▪ 电测法（非电量的电测技术）
▪ 在测量过程中，常将某些物理量（如长度）发生 的变化，先变换为电参量的变化，然后用量电器 进行量测，这种方法称为电测法。
▪ 在结构试验中，因结构受外荷载或受温度及约束 等原因而产生应变，应变为机械量（即非电量） ，用量电器量测非电量，首先必须把非电量（应 变）转换成电量的变化，然后才能用量电器量测 。量测由应变引起的电量变化称为应变电测法。
3.1 电阻应变片的原理及构造
1、电阻应变片的原理
❖ 利用电阻应变片作为传感元件，将应变片贴在被测物 体上，会随被测物体的变形而拉长或收缩，从而改变 电阻值，反映被测物体应变的大小。
应变测试操作指南
应变测试操作指南在工程领域和科学研究中，应变测试是一项至关重要的技术，它能够帮助我们了解材料和结构在受力情况下的变形情况，为设计、分析和优化提供重要的数据支持。
下面，将为您详细介绍应变测试的操作流程和注意事项。
一、测试前的准备工作1、确定测试目的和要求首先，需要明确为什么要进行应变测试，是为了评估结构的强度、验证设计假设，还是研究材料的力学性能？根据测试目的，确定所需测量的应变类型（如拉伸应变、压缩应变、弯曲应变等）、测量精度和测试范围。
2、选择合适的应变测试方法应变测试方法有多种，常见的包括电阻应变片法、光纤光栅应变测量法、数字图像相关法等。
电阻应变片法是应用较为广泛的一种，具有精度高、稳定性好等优点；光纤光栅应变测量法则适用于高温、强电磁干扰等恶劣环境；数字图像相关法可以实现全场应变测量。
根据具体的测试条件和要求，选择合适的测试方法。
3、准备测试设备和仪器根据所选的测试方法，准备相应的设备和仪器。
例如，电阻应变片法需要应变片、应变仪、数据采集系统等；光纤光栅应变测量法需要光纤光栅传感器、解调仪等。
确保设备和仪器经过校准，并且在有效期内。
4、试件的准备对要测试的试件进行处理，使其表面平整、清洁，以便于粘贴应变片或安装其他传感器。
对于金属试件，需要去除表面的氧化层和油污；对于混凝土试件，需要打磨表面，使其粗糙但平整。
5、制定测试方案包括测试点的布置、加载方式、加载顺序、数据采集频率等。
测试点的布置应根据结构的受力特点和分析需求来确定，通常在应力集中部位、关键截面等处设置测试点。
二、应变片的粘贴与连接1、应变片的选择根据测试要求选择合适的应变片，如电阻值、敏感栅尺寸、基底材料等。
应变片的电阻值一般为120Ω 或350Ω，敏感栅尺寸应根据测量精度和试件表面状况来选择。
2、表面处理在粘贴应变片之前，对试件表面进行清洁、打磨和脱脂处理，以提高应变片与试件之间的粘结强度。
使用砂纸轻轻打磨表面，然后用无水乙醇或丙酮擦拭干净。
应变测试方法课件
应变测试方法包括静态应变测试、动态应变测试、高温应变测试等，根据测试目的 和要求选择合适的测试方法。
应变测试的应用场景
机械制造领域
在机械制造领域中，应变测试被 广泛应用于结构设计和优化中， 通过测试结构在不同载荷下的性
02
基于光学纤维的应变效应
数字散斑相关方法的工作原理
03
按测试原理分类
01
声学应变测试法
02
基于声波的传播特性
03
应变仪的工作原理
按测试目的分类
静态应变测试方法
01
02
用于测定材料在静载荷作用下的应变特性
用于结构强度和稳定性分析
03
04
动态应变测试方法
用于测定材料在动态载荷作用下的应变特 性
05
开始测试
按照设定的参数进行应变测试，观察并记录测试过程中的数据变化 。
保证测试过程的稳定性
确保在整个测试过程中，加载条件保持稳定，避免突然的冲击或震 动对测试结果产生影响。
分析测试结果
01
02
03
整理数据
将测试过程中记录的数据 进行整理，提的材料和应力/ 应变范围，对得到的应变 曲线进行分析。
预测结构或材料的失效模式
通过模拟各种工况下的受力情况，可以预测结构 或材料的失效模式，从而采取相应的措施加以改 进。
优化结构或材料的设计
通过测试不同设计方案的结构或材料性能，可以 优化其设计，提高其性能和可靠性。
应变测试的基本原理
应变测试的基本原理是通过测量结构或材料在受到外力作用时的变形量，推算出其 应力分布和强度。
应变测试原理
应变测试原理应变测试是一种用来测量材料或结构在受力作用下产生的变形量的测试方法。
在工程领域中，应变测试是非常重要的一项技术，它可以帮助工程师们了解材料的性能和结构的稳定性，从而为工程设计和材料选择提供重要参考。
本文将介绍应变测试的原理及其在工程领域中的应用。
应变测试的原理主要是利用应变计来测量材料或结构在受力作用下的变形量。
应变计是一种精密的传感器，它可以将材料或结构受到的应变转化为电信号输出。
应变计的工作原理是基于材料的电阻变化，当材料受到拉伸或压缩时，其电阻值会发生变化，应变计可以通过测量电阻值的变化来确定材料的应变量。
通过将应变计粘贴或固定在被测材料或结构上，就可以实时监测其受力情况和变形情况。
在进行应变测试时，首先需要选择合适的应变计，并将其安装在被测材料或结构上。
然后，施加外力或加载到被测材料或结构上，通过应变计输出的电信号，可以得到材料或结构在受力作用下的应变量。
根据应变测试得到的应变数据，可以进一步分析材料的应力-应变关系、材料的强度和刚度等重要参数，为工程设计和材料选择提供依据。
在工程领域中，应变测试被广泛应用于材料和结构的性能评价、材料的疲劳寿命预测、结构的健康监测等方面。
通过应变测试，工程师们可以及时发现材料或结构的变形和损伤情况，预测其寿命和稳定性，从而采取相应的措施进行修复或加固。
此外，应变测试还可以用于新材料的研发和性能评价，通过对材料在受力作用下的应变情况进行测试，可以全面了解材料的性能和特点，为材料的应用提供科学依据。
总的来说，应变测试是一项重要的工程技术，它通过测量材料或结构在受力作用下的变形量，为工程设计、材料选择和结构健康监测提供了重要的数据支持。
随着科学技术的不断发展，应变测试技术也在不断创新和完善，相信在未来的工程领域中，应变测试将发挥更加重要的作用，为工程安全和可靠性提供更加全面的保障。
应变片测试技术
2）敏感栅材质与零件（钢材）的膨胀系数不同，引起敏感栅 产生变形。假若 S 为零件的膨胀系数， C 为敏感栅的线膨胀 系数 ，在温度差 T 下，应变片由于受到应变而产生的电 阻变化为
R=K SR (S-C)T
总的变化为
R = [+ K S (S -C )]R T
2.灵敏系数的温度漂移
2、电桥的并联 电 桥 的 并 联 如 图 6-11 所 示 ， 其 总 输 出 电 流 为 各 电 桥 输 出 电 流 之 和 。 即
Ｉd Idi
或写成
Ｕ d
Udi/ Rdb 1/ Rdb
金属应变片的电阻R为 Rl/A
上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数
R L L
A bh
d R R d R Ld L R bd b R hdh
b L d h b L h d L L b 1 h L d b b b L h 1 d hh
d R b L h d b L h d L L b L h d b b b L h d hh
有： dRRddLLdbbdhh
其中
l
L L
dL L
b db
bb b
h dh
hhh
由压阻效应可得到
d
M M M
ll
bb
hh
式中：Ml 、Mb 、Mh:为长、宽、厚三个方向的压阻应变系数
d R ( M 1 ) ( M 1 ) ( M 1 )
Rl
l
b
b
h
h
假设εh=0,把εb=- μεl 代入上式，得
5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。
6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应 大于500M欧。
应变测量方法
应变计的分类
根据工作原理，应变计可分为金属电阻应变计和半导体应变 计。金属电阻应变计利用金属丝的电阻值随应变而变化的特 性，而半导体应变计利用半导体的压阻效应。
根据用途，应变计可分为表面粘贴式、嵌入式、无应力式等 类型。表面粘贴式应变计适用于测量物体的表面应变，嵌入 式应变计适用于测量结构内部的应变，无应力式应变计适用 于测量无应力状态下的应变。
应变计的应用领域
应变计广泛应用于土木工程、机械工程、航空航天、汽车、船舶等领域，用于监 测结构物的受力状态、评估结构的健康状况、优化设计等方面。
在土木工程中，应变计可用于桥梁、大坝、高层建筑等结构的监测，评估结构的 承载能力和安全性。在机械工程中，应变计可用于各种机械设备的受力监测和故 障诊断。在航空航天中，应变计用于监测飞机和航天器的结构健康状况和飞行状 态。
光学应变测量法
原理
光学应变测量法利用光学 干涉、衍射等原理，通过 测量光束的干涉图样或光 斑变化来推算应变。
应用
常用于测量薄膜、纤维等 微小应变，具有非接触、 高精度、高灵敏度等优点 。
局限性
对光源和光学元件的稳定 性要求较高，且易受环境 因素干扰。
超声应变测量法
原理
超声应变测量法利用超声波在材料中传播速度随应变而变化的原理 ，通过测量超声波传播速度变化来推算应变。
CATALOGUE
应变测量的实际应用案例
桥梁健康监测
桥梁作为交通要道，其安全性和稳定 性至关重要。通过应变测量技术，可 以实时监测桥梁的结构应变，从而评 估其承载能力和健康状况。
应变测量在桥梁健康监测中的应用包 括在关键部位安装应变传感器，通过 数据采集和分析，及时发现异常应变 和潜在的结构损伤，为维修和加固提 供依据。
应变测试技术
目录第1章应变测试概况 (1)第2章应变测试的原理 (2)2.1 应力与应变的关系 (2)2.2 电阻应变片的构造 (8)2.3 应变片的工作原理 (9)第3章主要设备及配套器材 (10)3.1 电阻应变片 (10)3.2 电阻应变仪 (16)3.3 应变测试系统 (16)第4章应变测试的工艺要点 (17)4.1 应变片的选型 (17)4.2 选择粘贴应变片用胶黏剂 (18)4.3 应变片的粘贴 (19)第5章应变测试的应用 (21)5.1 运动构件的应变测量 (21)5.2 高(低)温条件下应变测量 (25)第6章应变测试方法的特点及适用范围 (27)参考文献 (29)第1章应变测试概况应变测试是当各种机械或者结构物有外力作用时，通过它来获得各部分发生的应变大小、应力状态和最大应力所在位置和大小，以此判断各部件的尺寸、形状和使用的材料是否合适，从而达到安全、价廉和经济的设计。
另外，应变测试可以估计断裂负荷，并能进行断裂预测而不需要损坏部件材料，因此它是无损检测的一个重要领域。
电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。
该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。
电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。
这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1-1所示。
测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。
图1-1 用电阻应变片测量应变的第2章应变测试的原理2.1 应力与应变的关系2.1.1 应力的种类应力是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录第1章应变测试概况 (1)第2章应变测试的原理 (2)2.1 应力与应变的关系 (2)2.2 电阻应变片的构造 (8)2.3 应变片的工作原理 (9)第3章主要设备及配套器材 (10)3.1 电阻应变片 (10)3.2 电阻应变仪 (16)3.3 应变测试系统 (16)第4章应变测试的工艺要点 (17)4.1 应变片的选型 (17)4.2 选择粘贴应变片用胶黏剂 (18)4.3 应变片的粘贴 (19)第5章应变测试的应用 (21)5.1 运动构件的应变测量 (21)5.2 高(低)温条件下应变测量 (25)第6章应变测试方法的特点及适用范围 (27)参考文献 (29)第1章应变测试概况应变测试是当各种机械或者结构物有外力作用时，通过它来获得各部分发生的应变大小、应力状态和最大应力所在位置和大小，以此判断各部件的尺寸、形状和使用的材料是否合适，从而达到安全、价廉和经济的设计。
另外，应变测试可以估计断裂负荷，并能进行断裂预测而不需要损坏部件材料，因此它是无损检测的一个重要领域。
电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。
该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。
电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。
这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1-1所示。
测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。
图1-1 用电阻应变片测量应变的第2章应变测试的原理2.1 应力与应变的关系2.1.1 应力的种类应力是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。
如图2-1所示，在柱体的上面向其施加外力P 的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力--内力。
内力被物体（这里是柱体）的截面积所除后得到的值（单位截面积上的内力）即是“应力”（单位为Pa（帕斯卡）或N/m2）。
如圆柱横断面积为A(m2)，所受外力为P(N 牛顿)，由外力=内力可得，应力的大小。
图2-1外力（负荷）与内力的关系如图2-2 (a)所示，当内力F在某一截面上作用时，可以考虑把它分成与截面垂直的分力Fn 和沿着截面方向的分力Fr。
假设这些力在截面上都是均匀分布的话，则“单位截面积的力”就是应力，如图2-2 (b)所示。
它可以分为同截面垂直的正应力(σ)和沿着截面的切应力(τ)。
假如设截面积为A，则正应力可由下式表示：=F cosθ/A(MPa)(2-1)σ=FnA切应力为=F sinθ/A(MPa)(2-2)τ=FrA图2-2内力与应力的关系截面上的各种应力状态如图2-3所示。
图2-3 应力的种类与正负（a）拉伸，正应力为正值（b）压缩，正应力为负值（c）切应力为正值（d）切应力为负值把图2-3 (a)中的正应力称为拉应力，以正值来表示。
把图2-3 (b)中的正应力称为压应力，以负值来表示。
图2-3 (c)中的切应力是顺时针方向作用的，作为正值；图2-3 (d)中的切应力是逆时针方向作用的，作为负值。
这种确定正负的方法是同梁的切应力相符合的，有的资料采用的正负值与这里正好相反。
2.1.2 应变被拉伸的时候会产生伸长变形Δl，试件的长度则变为l′。
这里，由伸长量Δl 和原长l的比所表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记为ε。
应变表示的是伸长率（或压缩率）Δl/l，是量纲为一的，1x10-6的应变称为微应变。
（1）纵向应变图2-4应变的种类如图2-4 (a)所示，把拉应力σ作用在圆柱物体上，当原来的长度延伸了Δl而成为l′时，其拉应变ε可从下式得出：（2-3）其数值为正值，当受压应力时，则物体收缩，Δl就变成负值，压应变也成为负值。
拉伸应变和压缩应变都叫做纵向应变。
（2）横向应变在应力作用的方向上产生纵向应变时，同时在与它垂直的方向上产生横向应变ε′。
从图2-4(a)上可以看出，若直径从d变为d′时，横向应变由下式表示：（2-4）这个横向应変与纵向应变之比的绝对值叫做泊松比，通常以υ或者µ来表示，即（2-5）低碳钢的泊松比约为0.3。
如图2-4 (b)所示，当受切应力τ作用时，长度l的顶部向横向偏移λ，如果设最初的直角∠ABC改变了角γ'成为∠ABC′则切应变λ/l可由下式（2-6）表示:图2-4 应变的种类（2-6）2.1.3应力应变曲线做材料的强度试验时，材料要制成如图2-5所示的试样。
将拉伸试验时所加的负荷除以试样的截面积，即应力λ作为纵坐标；把标距伸长量除以标距的原长度，即应变ε作横坐标，这样得出的曲线称为应力-应变曲线。
（a）拉伸前（b）拉伸后图2-5 拉伸式样图2-6所示是广泛用来制作结构件的低碳钢(低碳钢)的拉伸试验应力-应变曲线。
可将其分为OA、B′C、CD、和DE四个阶段。
图2-6 低碳钢应力-应变曲线（1）弹性阶段（OA段）在OA阶段内，材料的变形是弹性的。
当应力σ小于A点的应力时，如果卸去外力，使应力逐渐减少到零，此时相应的应变ε也随之完全消失。
材料受外力后变形，卸去外力后变形完全消失的性质称为弹性。
因此OA阶段称为弹性阶段，相应于A点的应力称为弹性极限。
在此阶段内，除靠近A点的极小一段A′A外，应力与应变的关系是沿直线OA′变化的，这时应力与应变之间呈正比关系，即遵循虎克定律：σ=Eε(其中弹性模量E是比例常数）对应于A′点的应力称为比例极限，以σp表示。
由于比例极限与弹性极限非常靠近，试验中很难加以区别，所以实际应用中常将两者视为相等。
如再继续增加应力，则即使去掉负荷，试样也不能完全复原而仍然残留一部分应变，这个应变就称为永久应变或残余应变。
（2）屈服阶段（B′C段）当应力到达B′点的相应值时，应力不再增加，仅有些微小的波动；而应变却在应力几乎不变的情况下急剧地增长，材料暂时失去了抵抗变形的能力。
这个现象一直延续到C点。
如果试样经过抛光，这时可以看到试样表面有许多与试样轴约成45度角的条纹，称为滑移线。
这种应力几乎不变，应变却不断增加，从而产生明显的塑形变形的现象，称为屈服现象，B′C阶段称为屈服阶段。
相应于B′点的应力值称为上屈服点；在应力波动中，首次下降所达到的最低值（对应于曲线中的B点）称下屈服点。
由于上屈服点之值受试验时一些因素的影响较大，不如下屈服点稳定，故规定下屈服点作为材料的屈服点（或称屈服极限)，以σs表示。
（3）强化阶段（CD段）经过屈服阶段以后，从C点开始曲线又逐渐上升。
材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加应力，这种现象称为材料的强化。
从C点至D 点称为强化阶段。
（4）局部变形阶段（DE段）在应力到达D点的相应值之前，沿试样的长度，变形是均匀的。
当应力到达D点的相应值后，试样的变形开始集中于某一小段的范围内，横截面面积出现局部迅速收缩，这种现象称为颈缩现象。
由于局部的截面收缩，使试样继续变形所需的拉力逐渐减小，所以，由原截面面积（不是颈缩处的截面面积）除以拉力F 而计算出的名义应力σ也渐渐下降，因而曲线过D点后向下弯曲。
因为应力等于负荷除以试样原截面积，所以所得的这种应力被称为公称应力。
如果随着截面的缩小，用缩小的截面积去除负荷，所得的数值作为实际应力，则可得到实际应力-应变曲线。
当截面急剧地收缩到原截面的一半左右时，最后就在E点断裂。
由D 点到E点这个阶段，称为局部变形阶段。
相应于D点的应力称为抗拉强度（或强度极限），以σb表示。
低碳钢以外各种材料的应力-应变曲线如图2-7所示。
它们都不出现像低碳钢那样的屈服点。
对这些材料，一般把产生0.2%永久应変时的应力称为屈服强度，以σ0.2表示。
通常在材料的应变测定中，所用的应力都是在低于比例极限的范围内，在此条件下应力与应变呈正比关系。
（a）高碳钢和合金钢（b）铸铁（c）铜和黄铜图2-7 各种材料的应力-应变曲线因此如果测得了应变ε，则应力σ 即可由下式表示：σ=Eε（2-7）式中，比例常数E称为纵向弹性模量(杨氏模量)。
低碳钢纵向弹性模量 E 的数值为2.1×105MPa，铝是0.72×l05MPa。
2.2 电阻应变片的构造不同用途的电阻应变片，其构造不完全相同，但一般都由敏感栅、引线、基底、盖层和粘结剂组成，其构造简图如图2-8所示。
盖层引线敏感栅基底粘结剂图2-8电阻应变片的构造敏感栅：是应变片中将应变量转换成电量的敏感部分，是用金属或半导体材料制成的单丝或栅状体。
敏感栅的形状与尺寸直接影响应变片的性能。
敏感栅如图2-9所示，其纵向中心线称为纵向轴线，也是应变片的轴线。
敏感栅的尺寸用栅长L和栅宽B来表示。
栅长指敏感栅在其纵轴方向的长度，对于带有圆弧端的敏感栅，该长度为两端圆弧内侧之间的距离，对于两端直线的敏感栅，则为两直线内侧的距离；在与轴线垂直的方向上敏感栅外侧之间的距离为栅宽。
栅长与栅宽代表应变片的标称尺寸。
一般应变片栅长在0.2毫米至100毫米之间。
图2-9 应变片敏感栅尺寸引线：用以从敏感栅引出电信号的镀银线状或镀银带状导线，一般直径在0.15～0.3毫米之间。
基底：用以保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置的部分，基底尺寸通常代表应变片的外形尺寸。
粘结剂：用以将敏感栅固定在基底上，或者将应变片粘结在被测构件上，具有一定的电绝缘性能。
盖层：用来保护敏感栅而覆盖在敏感栅上的绝缘层。
2.3 应变片的工作原理将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。
很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。
应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。
一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系如式（2-8）所示；ΔR /R= K×ε (2-8) R：应变片的原电阻值ΩΔR：伸长或压缩所引起的电阻变ΩK：比例常数(应变片常数)ε：应变不同的金属材料有不同的比例常数K。
铜铬合金的K 值约为2。
这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。
但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。
例如我们来计算1000×10−6的应变产生的电阻的变化。
应变片的电阻值一般来说是120 欧姆，即ΔR /120=2×1000×10-6ΔR =120×2×1000×10−6 = 0.24Ω电阻变化率为ΔR/ R=0.24/120=0.002→0.2%要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。