材料力学实验电测实验部分
材料力学电测实验部分
实验装置简介
a =
L =
量测高度h，宽度b，跨度L，支点到测试截面距离a等原始数据。
横截面上应力的分布理论分析基础
在平面弯曲条件下，矩形梁任一截面上的应力沿高度的变化：
图示分布规律
M
x
L / 2
PL/4
M-x弯距图
布片图
应力分布图
应力状态
-σ
+σ
σ
σ
-σ
-σ弯曲正应力公式： Nhomakorabea虎克定律：
实验报告要求
实验名称，实验日期，实验成员姓名及学号; 实验目的; 实验设备及装置简图：应注明所用机、仪器的名称、 型号、精度、量程等，并画出实验装置简图; 实验原理简述; 实验内容及步骤; 原始实验数据：包括所用材料的力学性能指标，如： 材料名称及牌号、弹性模量E。机、仪器的量 程，加载速度、应变仪的灵敏系数、电阻片的 灵敏系数、试样的几何尺寸等; 实验数据的处理：实验数据应列表和以曲线形式给 出，注明测量单位，给出最终实验结果。对结 果应定性分析实验误差，分析主要误差来源;
实验结果的讨论：应将实验中所观测到的主要现象、实 验结果进行总结归纳；并运用基本理论，分析实验 中观测到的实验现象，以便巩固和加深材料力学的 基本理论与概念; 在报告中可以表达对实验的体会及对实验的意见； 一周后交报告。
对于本次实验根据各点应变值，计算最大应变点的 应力，并画出该截面的理论和实验的应力分布 曲线。要求取两遍地有效数据作为原始实验数 据，两遍数据的不重复性不大于5%； 误差分析及讨论。
被测构件
电阻片
电 量
光、电、机械 传感器
测量仪器
数据采集与处理
测 量 值
力学参量
机械参量
材料力学电测实验部分
将减小，可见电阻值随变形而发生变化。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在线性
关系。即：
Rl Rl
KK片
4.应变仪电桥的工作原理
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：
UBD ＝ E4K(1234)
式中： 1、2、3、4 分别代表 R1、R2、R3、R4四个应变片所感 受的应变值，我们称此式为电桥的 加减特性。
型号、精度、量程等，并画出实验装置简图; •实验原理简述; •实验内容及步骤; •原始实验数据：包括所用材料的力学性能指标，如：
材料名称及牌号、弹性模量E。机、仪器的量 程，加载速度、应变仪的灵敏系数、电阻片的 灵敏系数、试样的几何尺寸等; •实验数据的处理：实验数据应列表和以曲线形式给 出，注明测量单位，给出最终实验结果。对结 果应定性分析实验误差，分析主要误差来源;
h/4 h/2 实验曲线
思考题
1、用梁上表面1，2两枚电阻片组成半桥测量会 得到什么结果，为什么？
2、用1，9两枚电阻片组成对臂测量时测量结果 如何，为什么？
3、如果载荷P与矩形梁的中性轴不垂直时，对 测量结果有什么影响，如何利用组桥方法来 消除这种影响。
参考数据表格
组测 桥量 方点 式号
1
2
3 单 臂4 测 量5
单臂（¼ 桥）测量
在AB桥臂上接入工作片，BC桥臂上接入补偿片，温度影响将 互相抵消。
UBD ＝ E4K(124)
1＝ T
＝
2
T
3＝4＝0
UBD＝
EK 4
半桥测量
在AB，BC两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵消。
UBD ＝ E4K(1234)
材料及工程力学电测实验报告书
材料及工程力学（电测部分）实验指导书蒋慧编桂林电子科技大学建筑与交通工程学院土木实验室2014年4月目录第一章绪论 (2)§1－1 实验内容 (2)§1－2 实验标准、方法和要求 (2)第二章电测应力分析 (4)§2－1 概述 (4)§2－2 电阻应变片 (4)§2－3 应变电桥 (6)§2－4 电阻应变仪 (10)§2－5 NH-3材料力多功能组合实验装置 (22)§2－6 弯曲正应力实验（实验二） (24)§2－7 等强度梁测定实验（实验三） (30)§2－8 电阻应变片粘贴技术（开放性实验） (35)第三章设计性、综合性实验 (38)§3－1 概述 (38)§3－2 实验方案的制定 (39)§3－3 实验数据与误差分析 (40)§3－4 桥路实验（实验四） (42)§3－5 弯扭组合的主应力和内力的测试（实验五） (44)§3－6 附录 (46)第一章绪论§1-1实验内容材料力学实验，按性质可分为以下四类。
一、测定材料的力学性能，材料的各项机械性能指标都是设计构件的基本参数和依据，而这些参数一般都要通过实验来测定，这类实验包括拉伸、压缩、扭转、冲击等实验。
二、验证理论的实验，将实际问题简化为力学模型，再根据科学的假设，推导出材料力学计算公式是否能推广到工程设计中去应用。
必须通过实验来验证，例如弯曲正应力实验就是验证理论的实验。
三、验应力分析。
当构件形状和受力复杂时，应力计算并无适用的理论。
这时，用电测实验应力分析的方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法、实验包括贴片实验、桥路实验、弯扭组合实验。
四、设计性、综合性实验。
“理论是知识，实践也是知识，而且是更重要的知识”。
为使学生的知识结构得到调整，使知识向更深层次、更高阶段发展，培养学生的实际动手能力，理论联系实际的能力，工程设计能力，开展设计性实验是很有必要的。
材料弹性常数E、μ的测定——电测法测定弹性模量E和泊松比μ
北京航空航天大学、材料力学、实验报告实验名称：材料弹性常数E 、μ的测定——电测法测定弹性模量E 和泊松比μ学号姓名实验时间：2010年11月17日 试件编号试验机编号 计算机编号 应变仪编号百分表编号成绩实验地点：主楼南翼116室12 11 11 11 11教师年 月 日一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2. 验证单向受力虎克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。
二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。
三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (30⨯7.5)mm 2。
材料的屈服极限MPa s 360=σ。
四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE = （1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。
由以上关系，可以得到：PE A σεε== （2）材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。
本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。
于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0 （4） ii i εεμ∆'∆= （5）根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。
上式中n 为加载级数。
2、实验方法2.1电测法电测法基本原理：电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。
试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。
当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形。
材料力学-电测实验
河南理工大学土木工程学院 力学实验中心
电测实验
电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量，通
过敏感元件感受下来并转换成电量，然后通过专门的应变测量设备 进行测量的一种实验方法。
应变信号
传感器 电信号
电容传感器 电感传感器 电阻传感器 显示系统
测量系统
应变信号
电测实验
二、工作原理
固定端 扇形加力架
450 应变花
450 应变花
材料力学组合实验台
弯扭结构组件
电测实验
三、实验材料 实验材料，如下图所示：
l1
A
B
A
l2
P
弯扭组件及应力状态图
组桥方式
电测实验
四、实验步骤及注意事项 试件准备：游标卡尺测量加力架的长度 l 2 、应变片到加力架的距 离
l1 。
试验机准备：1、预载，钢丝绳松弛状态下，将测力仪初始读数调成
B 和厚度 t
，计算试件
，根据测点情况选择合适的桥路；3、调零，在测量仪显示读数为零
时，将应变仪各测点的读数调为零；4、加载；顺时针缓慢转动手轮
加载，力每增加 1KN ，记一个应变值，最终载荷为 4 KN ；5、数据 处理 ；6、卸载 。
E
电测实验
五、实验结果处理
1、由载荷增量 P 计算应力增量
1
电阻应变片工作原理 机械量 电阻丝 电量 设一根金属电阻丝
L D
L R ln R ln ln l ln A A dR d dL dA dA dD dL 2 2 2 R L A A D L
dR d dL dA d (1 2 ) R L A
XL3418材料力学电测实验报告书-江西理工大学(南昌)
（3）频率响应好。可以测量从静态到数105Hz动态应变。
（4）轻便灵活。在现场或野外等恶劣环境下均可进行测试。
（5）能在高、低温或高压环境等特殊条件下进行测量。
（6）便于与计算机联结进行数据采集与处理，易于实现数字化、自动化及无线电遥测。
电测法测量电路及其工作原理
1．电桥基本特性
通过电阻应变片可以将试件的应变转换成应变片的电阻变化，通常这种电阻变化很小。测量电路的作用就是将电阻应变片感受到的电阻变化率 △R/R变换成电压（或电流）信号，再经过放大器将信号放大、输出。
3.加载机构作用行程为50mm，手轮转动快到行程末端时应缓慢转动，以免撞坏有关定位件。
4.所有实验进行完后，应释放加力机构，最好拆下试件，以免闲杂人员乱动损坏传感器和有关试件。
5.蜗杆加载机构每半年或定期加润滑机油，避免干磨损，缩短使用寿命。
§2-2电测法的基本原理
电测法的基本原理是用电阻应变片测定构件表面的线应变，再根据应变—应力关系确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。这种方法是将电阻应变片粘贴的被测构件表面，当构件变形时，电阻应变片的电阻值将发生相应的变化，然后通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压（或电流）的变化，再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压（或电流）的信号，由记录仪进行记录，就可得到所测定的应变或应力。
材料力学实验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，因此，实验时应注意以下几方面：
（一）实验前的准备工作
要明确实验目的、原理和实验步骤，了解实验的方法、拟订加载方案，设计实验表格以备使用。实验小组成员，应分工明确，分别有记录、测变形和测力者。
这种方法是将电阻应变片粘贴的被测构件表面当构件变形时电阻应变片的电阻值将发生相应的变化然后通过电阻应变仪将此电阻变化转换成电压或电流的变化再换算成应变值或者输出与此应变成正比的电压或电流的信号由记录仪进行记录就可得到所测定的应变或应力
第三节电测法原理哈工程材料力学实验
应变计及其转换原理
二、电阻应变计的分类
金属丝式 根据敏感栅 制作方法 金属电阻 应变计 根据敏 感栅所 用材料 单轴应变计 根据敏感栅 结构形式 应变花（多轴应变计） 半导体应变计 丝绕式 短接式
应变计
金属箔式应变计
应变计及其转换原理
三、电阻应变计的转换原理
• 试验时，用专用胶水将应变片粘贴在构件表面需要测定 应变的部位，并使应变片的纵向沿需测定应变的方向。 这样，当该处沿此方向产生应变时，应变片也产生同样 的应变，敏感栅的电阻就由初始值R变为R+R。
电测法基本原理
电测法基本原理
• 应变计电测技术—— 是一种确定构件表面应力
状态的实验应力分析方法。
被测构件 应变片 测量电路 放大线路
电阻应变片量测过程示意
显示记录器
测量原理—— 测量过程中，将应变计（或称应变片）
粘贴在构件的被测点上，构件受力变形时，应变计随构件一 起变形，于是电阻值产生相应的变化，但这一阻值的变化是 及其微小的，需要通过电子测量线路进行电量变换并放大， 由指示或记录仪表进行量测记录；或输入计算机进行数据处 理，从而得到所需要的应变或应力值。
电测法基本原理
• 应变计电测技术主要优点
1 应变计尺寸小、重量轻。一般对构件的工作状态和应力分布影响很小。 2 测量灵敏度高、精度高、量程大。应变最小分辨率可达1微应变（με）， 一般应变片的测量范围可达±20000 με。
3 应用范围广。目前已成为水利、土建、机械、石油、船舶、宇航等各部门进 行实验研究的重要手段。
B
R1 A R3 D UAC R4 R2 C
UBD
半桥测量——电桥的两个桥臂AB 和BC上均接工作应变计。
电测实验
∆R= K ∆l = Kε R l
K——电阻应变片的 电阻应变片的 灵敏度系数
电测法基本原理
二、电阻应变仪 应变测量原理： 应变测量原理： 利用电桥平衡测量电阻改变， 利用电桥平衡测量电阻改变， 从而进一步得到应变。 从而进一步得到应变。
B R1 A R4 D E R3 R2 C
如图所示，R1，R2，R3，R4 如图所示， 为四个桥臂， 为供桥电压， 为四个桥臂，UAC为供桥电压， UBD为输出电压
= [(εQ +εT ) − (−εQ −εT )
3 1 9 7
R3 R7
R1 R9
A45o
C
+ (−εQ +εT ) − (εQ −εT )] = 4εT σ 3 = −τ σ 3 = −τ
A
C45o
D R3 R7 A R1 R9
C−45o
τ =τQ +τT
C
τ =τ Q−τ T
C FQ
T
σ1 =τ
R = D+d 0 2 D−d t = 2
薄壁圆筒的弯扭组合变形
2．布片示意图 ．
B C A D R12 D R11 R10 R9 C R8 R7 R6 B R5 R4 R3 A R2 R1 A、B、C、D四点 、 、 、 四点 各贴− 各贴−45o、0o、45o 应变花 约定蓝 约定蓝线应变片为 −45o ，白线为 0o ，绿线为 o 线为45
电桥平衡( 电桥平衡(UBD=0)： 则 R R3 = R2R4 ) , 1
电测法基本原理
若四个桥臂电阻都是外接的应变片（全桥测量），且已预先调 若四个桥臂电阻都是外接的应变片（全桥测量），且已预先调 ）， 至初始平衡状态，当其受到应变后，设各桥臂分别产生了微小 至初始平衡状态，当其受到应变后， 的电阻增量∆ 测量桥的输出电压为： 的电阻增量∆R1，∆R2，∆R3，∆ R4，测量桥的输出电压为： B R1 A R4 D K为灵敏系数，ε为应变片的应变值 为灵敏系数， 为灵敏系数 E R3 R2 C
材料力学实验指导书§5梁弯曲正应力电测实验指导书【模板】
材料力学实验指导书§5 梁弯曲正应力电测实验指导书1、概述梁是工程中常用的受弯构件。
梁受弯时，产生弯曲变形，在结构设计和强度计算中经常要涉及到梁的弯曲正应力的计算，在工程检验中，也经常通过测量梁的主应力大小来判断构件是否安全，也可采用通过测量梁截面不同高度的应力来寻找梁的中性层。
2、实验目的1、用应变电测法测定矩形截面简支梁纯弯曲时，横截面上的应力分布规律。
2、验证纯弯梁的弯曲正应力公式。
3、观察纯弯梁在双向交变加载下的应力变化特点。
3、实验原理梁纯弯曲时，根据平面假设和纵向纤维之间无挤压的假设，得到纯弯曲正应力计算公式为：Z I My=σ式中：M —弯矩 Z I —横截面对中性层的惯性矩 y —所求应力点的纵坐标（中性轴为坐标零点）。
由上式可知梁在纯弯曲时，沿横截面高度各点处的正应力按线性规律变化，根据纵向纤维之间无挤压的假设，纯弯梁中的单元体处于单纯受拉或受压状态，由单向应力状态的胡克定律E *εσ=可知，只要测得不同梁高处的ε，就可计算出该点的应力σ，然后与相应点的理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式。
4、实验方案4.1实验设备、测量工具及试件：YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm 游标卡尺、四点弯曲梁试件（图5.1）。
YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、分析等。
图5.1实验中用到的纯弯梁，矩形截面，在梁的两端有支撑圆孔，梁的中间段有四个对称半圆形分配梁加载槽，加载测试时，两半圆型槽中间部分为纯弯段，在纯弯段中间不同梁高部位、在离开纯弯图5.1 四点弯曲梁试件段中间一定距离的梁顶及梁底、在加工有长槽孔部位的梁顶及梁底均粘贴电阻应变片。
4.2 装夹、加载方案安装好的试件如图5.2所示。
试验时，四点弯曲梁通过销轴安装在支座的长槽孔内，形成滚动铰支座。
梁向下弯曲时，荷载通过分配梁等量地分配到梁上部两半圆形加载槽，梁向上弯曲时，荷载通过分配梁等量地分配到梁下部两半圆形加载槽，分配梁的两个加载支滚，一个为滚动铰支座，一个为滑动铰支座，这样就可保证梁在弯曲加载时不产生其它附加荷载。
材料力学实验电测实验20132014年
R1 工作片
A
B
R2
温度补偿片
固定电阻
C
R4
R3
D
U
当温度变化时 F
R1
UBD=U 4(△R1R+1△RT
-△RT R2
)
=4Uκ （ ε 1+ε T-ε T） =4Uκ ε 1
其中（Ri L）
σ 实测应力 实
（MPa）
σ 理论应力 理
（MPa）
1 (με)
应变值 增量
σ理-σ实 σ理 ×100%
2 (με)
应变值 增量
3 (με)
应变值 增量
4 (με)
应变值 增量
5 (με)
应变值 增量
十三、实验报告要求：
1、书写端正、整洁； 2、图表规范、可自行设计； 3、标注正确、全面； 4、实验原理既要有文字叙述，又要有图示； 5、仪器设备既要有文字叙述，又要有系统框图； 6、既要有结论，又要有误差分析； 7、根据实验结果绘出应变沿梁高度的态电阻应变仪的相邻桥臂上； 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； 4、启动CMT5105电子万能材料试验机,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； 5、实验结束，卸载；关闭试验机、应变仪，清理现场。
五、电测法基本原理:
十、应变沿梁高度的分布图：
F/2 F/2 5
h 5
4
h
3
2
1
L
4
3
ε
2
1
材料力学电测法实验指导
材料力学电测法开放实验指导实验设备：与所选实验内容相应的实验设备一套、YD–88（或YE2536）型便携式超级应变仪1台。
实验用品：20W电烙铁、烙铁架、玻璃片、小螺刀、钢板尺、导线等。
消耗材料：焊丝、松香、电阻应变片、胶带纸、应变胶、酒精等。
电测法测应变的实验步骤及注意事项：一、电阻应变片的粘贴及焊接。
1. 用数字万用表检测电阻应变片的阻值，以阻值之间不超过0.5 为宜。
2. 接通20W烙铁电源，使其预热。
3. 取1米长导线若干，编好备用。
4. 用棉纱蘸取少许工业酒精清理试件上及补偿块上需粘贴应变片的表面。
5. 用小螺刀在玻璃片上调少量J–39快固胶，粘贴测试片及补偿片。
6. 用烙铁涂松香于应变片引线端及导线线端，以去除氧化层，然后焊接。
7. 用绝缘胶带使焊点与试件、焊点与补偿块绝缘；并将焊接点固定。
8. 如果测试点较多，则应将各电阻片编号。
二、以半桥为例，将测试片接于应变仪某一桥路的AB上，温度补偿片接于该桥路的BC上（YD-88型便携式式超级应变仪后板面有公共补偿端子）；根据自己的实验方案还可有其它接桥方法。
三、应变仪调试平衡1. 接通应变仪电源。
2. 调节灵敏系数档使其与应变片的灵敏系数相符。
3. 根据接桥方法选择半桥或全桥。
4. 根据接桥位置进行通道选择，有LED显示。
如数显闪动，则表明外桥接法有问题或输入超过2000微应变；如数显不稳，则表明贴片有问题。
5. 数显稳定后，用小螺刀旋动指示灯下方多圈精密电位器，直到数显为零。
四、加载、待载荷稳定后读出应变值（正值表示拉应变、负值表示压应变）。
五、实验过程中要注意安全。
六、实验完毕，关闭所有仪器，切断电源。
整理实验用品，如焊丝、松香、烙铁、烙铁架、玻璃片、胶带纸、小螺刀、钢板尺等，清理实验台。
材力力学实验—应变片粘贴与电测法
动态应变仪
电测法(应变仪)的工作原理3
应变仪的接桥方式:
• ¼ 桥(单臂桥)
桥路中R1 为应变片, R2 为温度补偿片(阻值,型号完全一样, 并贴在相同测试材料上的应变片. 用以抵消温度影响) 其余为固定电阻
• ½ 桥(半桥)
桥路中R1, R2 均为应变片, 其余为固定电阻
• 全桥
桥路中R1~ R4 均为应变片
材力实验注意事项
1、实验占《材料力学》课程考试总成绩的20分。 其中：平时的实验及报告10分, 期末的实验考试占10分。
2、实验完成后，试验机要卸载, 仪器要断电, 整理器 材，保持实验桌面清洁整齐。
3、实验数据需经老师签字方为有效，且须与实验报告 同时上交（课后一周内由课代表收齐交到作业柜中或
任课老师处(主南106)。
应变片粘贴与电测法
• 变形体
应变的概念
l1
l2
(变形体沿L1方向的) 平均正应变: av =(l2l1)/l1
• 变形微体
(变形体在某点沿L1方向的) 正应变: =(dl2-dl1)/dl1
应变片的功能与结构
• 功能:
测量物体表面某一点,沿某个方向的正应变
• 结构:
敏感栅: 具有高电阻率的细金属丝/箔 如:康铜,镍铬等
基底和覆盖层; 胶膜(有机合成物) 固定和保护敏感栅
粘结剂: 将敏感栅固定在基底-覆盖层间
应变片的工作原理与应用局限性
• 工作原理:
应变片牢固地贴在试件表面上并随试件一同变形, 导致R = K
K –---应变片的灵敏度系数
• 应变片在电测法中的角色:
传感器: 将物体变形信号转化为电信号.
• 对桥
桥路中R1, R3 为应变片, R2, R4为温度补偿片
材料力学实验指导书
材料力学实验指导书（第二部分）电测实验应力分析浙江工业大学机电学院2006年9月第二部分电测实验应力分析一、电测法的基本原理应变电测法，简称电测法，是实验应力分析的重要方法之一。
电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种实验方法，其原理框图如图1-1所示。
敏感元器件测量仪器光、电、机传感器数据采集与处理物力机生电电数理学械物字量量量参压流量数电测技术原理图电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在工程中得到广泛应用。
现着重介绍以电阻应变片为敏感元件，通过电阻应变测试仪测定构件表面应变的电测实验方法。
一、电阻应变片的工作原理敏感元件能感知外界的各种信息，按性质可分光敏、气敏、声敏、压敏等。
按其工作原理则可分电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式及其他特殊形式等。
其中以电阻式结构最简单，应用最广泛。
1、电阻片的“应变－电”效应金属丝的电阻值随机械变形而发生变化的现象称为“应变—电”效应。
电阻式敏感元件称电阻应变片或电阻应变计，简称电阻片或应变片。
电阻片分丝式如图1—2所示和箔式如图1-3所示两大类。
丝式应变片是用直径为0.003mm~0.01mm的合金丝绕成栅状而制成；箔式应变片则是用0.003mm~0.01mm厚的箔材经化学腐蚀成栅状。
敏感栅做成栅状主要是保证要求的电阻值条件下，尽量减小尺寸以测量较小面积内的应变。
电阻片结构简图被测物体电量欲测量将电阻片安装（如粘贴）在被测构件的表面，构件受力而变形时，电阻片的主体敏感栅随之产生相同应变，其电阻值发生变化，用仪器测量此电阻变化即可得到构件在电阻片粘贴表面沿敏感栅轴线方向的应变。
实验表明：被测物体测量点沿电阻片敏感栅轴线方向的应变△l /l 与电阻片的电阻变化率△R /R 成正比关系。
即llKR R ∆∆＝ （1-1） 上式关系称为电阻片的“应变－电”效应，式中K 称为电阻片的电阻应变灵敏系数。
金属细丝的电阻值R 与丝长度l 及截面积A 之间的关系由物理学公式得：lR Aρ= （1-2） 系数ρ为金属丝的电阻率，上式等号两边取对数再微分得：R l A R l A ρρ∆∆∆∆=-+ （1-3） 根据金属物理和材料力学理论得知/、/A A ρρ∆∆也与/l l ∆成线性关系，由此得到：[(12)(12)]//s Rm l l K l l Rμμ∆=++-∆=∆ （1-4） 式中μ——金属丝材料的泊松比，m ——材料常数，与材料的种类有关，s K ——金属丝的电阻应变灵敏系数。
材料力学实验资料——电测法
材料力学实验资料——电测法实验三扭转实验一、实验目的1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力?s和抗扭强度?b。
2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度?b。
3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。
二、实验设备和仪器1.扭转试验机2.游标卡尺三、实验试样按冶金部标准采用圆形截面试件，两端成扁圆形。
如图1所示。
图1 扭转试件图圆形截面试样的直径d?10mm，标距l?5d或l?10d，平行部分的长度为l?20mm。
若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。
试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。
由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。
对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。
四、实验原理与方法1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。
随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩Mes，低碳钢的扭转屈服应力为1?s?3Mes（１）4Wp式中：Wp??d3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩Ts后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。
测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩Meb，低碳钢的抗扭强度为?b?对上述两公式的来源说明如下：低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的Me??图如图12所示。
当达到图中A点时，Me与?成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力?s，如能测得此时相应的外力偶矩Mep，如图13a所示，则扭转屈服应力为?s?MepWp3Meb（２）4Wp（３）经过A点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图2b所示。
若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图2c所示的情况，对应的扭矩Ts为图1低碳钢的扭转图ss（a）（b）（c）图2 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布（a）T?Tp；（b）Tp?T?Ts；（c）T?TsTss?2??d??2??s?d/2 d/2?d??2?d312?s?Wp?s43由于Ts?Mes，因此，由上式可以得到2?s?3Mes （４）4Wp无论从测矩盘上指针前进的情况，还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看，A点的位置不易精确判定，而B点的位置则较为明显。
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四.实验报告要求
•实验名称，实验日期，实验成员姓名及学号; •实验目的; •实验设备及装置简图：应注明所用机、仪器的名称、
型号、精度、量程等，并画出实验装置简图; •实验原理简述; •实验内容及步骤; •原始实验数据：包括所用材料的力学性能指标，如：
材料名称及牌号、弹性模量E。机、仪器的量 程，加载速度、应变仪的灵敏系数、电阻片的 灵敏系数、试样的几何尺寸等; •实验数据的处理：实验数据应列表和以曲线形式给 出，注明测量单位，给出最终实验结果。对结 果应定性分析实验误差，分析主要误差来源;
R E
U R BD
4
1 EK
4
1
1
半桥测量
在AB，BC两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵消。
U
BD
E 4
R1 R1
R3 R3
EK 4
1 2
对臂测量
在AB，CD两个臂上接工作片，BC，DA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。
U BD
E 4
R1 R1
材料力学电测实验部分
电测实验概论 弯曲应力与桥路实验
工程力学系电测实验室
概述
电测法的基本原理：
电阻应变测量（简称电测法）原理是用电阻应变片作 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。
被
电阻片
电
测量仪器
预
测
构 件
光、电、机械
量
数据采集与处理
测 量
m a x
M W
,W为抗弯截面系数
图示分布规律
l/2 x
Pl/4
M
M-x弯距图
21
-σ
3
4
5
67
布片图
+σ
σ
应力分布图
σ
应力状态
1.基本计算公式
1.弯曲正应力公式：
MZ
JJyy
2.虎克定律：
E
2.传感元件——电阻应变片
电阻片的构造
各种电阻片样品
3.电阻片的工作原理
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 学原理工作的。由物理学可知，导线电阻 的表达式：
R l
s
我们将电阻应变片粘贴在受载构件上，当受到拉伸时金
属丝将被伸长电阻值随之增加，同理受到压缩时电阻值
将减小，可见电阻值随变形而发生变化。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在线性
பைடு நூலகம்
关系。即：
•实验结果的讨论：应将实验中所观测到的主要现象、实 验结果进行总结归纳；并运用基本理论，分析实验 中观测到的实验现象，以便巩固和加深材料力学的 基本理论与概念;
•在报告中可以表达对实验的体会及对实验的意见； •一周后交报告。
•对于本次实验根据各点应变值，计算最大应变点的
应力，并画出该截面的理论和实验的应力分布
0 -100 -200 -300
h/2 h/4 0 理论曲线
h/4 h/2 实验曲线
五.原始数据
•矩形截面梁的几何尺寸(自己测量) ，跨度、 截面到支座的距离（校准）；
•钢材的弹性模量：2.06×105MPa； •电阻片灵敏系数2.15； •应变仪灵敏系数设为2.15； •初载荷P0=500N，末载荷PN=2500N； •加载速度：≤0.5mm/min； •试验机精度：0.5%； •应变仪量程：±19999 ； •应变仪分辨率：1。
3. 初步掌握电阻应变仪的使用方法及电子拉 力机的操作。
二.实验装置简图
a= L=
高度h，宽度b自己量测； 跨度L，支点到截面距离a要校准。
截面上应力的分布规律
在平面弯曲条件下，矩形梁任一 截面上的应力沿高度的变化：
MZ
JY 式中:
M — 该截面上的弯距； JY —截面惯性矩； Z — 所求点至中线轴的距离。 其中不难判断最大应力产生在上、下表面，其值为
R3 R3
EK 4
1
3
全桥测量
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。
U
BD
EK 4
1 2
3
4
EK 4
4 1
三.实验内容及要求
1. 测量矩形截面梁指定截面的应力分布。通过接线箱对 梁上7枚电阻片逐片进行单臂测量，要求每枚电阻片不少 于2遍有效差值。所谓差值就是用末读数减去初读数，即
输出的桥压为：
U BD
E R1 4 R1
R3 R3
EK 4
2
EK
1
3
4
1
4.全桥测量：桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。
输出的桥压为：
U 4 EK ( ) ( ) EK
BD
4
1
2
3
4
4
1
温度补偿片（¼桥测量或称单点测量）
引起电阻片的阻值改变的因素：1.机械变形；2.温度变 化。温度变化引起阻值改变的量是无用的量。可以利用电桥 加减特性，通过温度补偿片来消除。即单臂（¼桥）测量。
7. 在加载过程中，达到每个预定的载荷时，按‘扫描采样’进 行一次采样；
8. 实验完成后，打印或拷贝数据。
结束
B
R1
R2
A
C ΔUBD
R4
D
R3
E
U
BD
U
BD
R1
R1 R1 R1 R2
R2
R3
R4 R4 R4 R3
R4
E
当在小应变、等桥臂（R1= R2= R3 = R4 ）、相同的灵敏系数 时，上式简化成下式：
U
BD
EK 4
1
2
3
4
式中： 1、 2、 3、 4分别代表四个应变片所感受的应变值， 我们称此式为电桥的加减特性。
3. 运行软件或按‘联机键’，自动检测联机状态；
4. 在参数设置界面，设置各测量点连接形式为应变 1-1 和设置 各测量点灵敏系数等参数；
5. 在初始载荷时先在自动平衡状态按‘自动平衡’，显示测量 的自动平衡结果；然后转到试采样状态，按‘开始测量键’ 采样一次，显示初始值，检查测量数据有无问题；
6. 正式实验时转到扫描采样状态，在初始载荷下按‘扫描采样 ’采样一次，显示初始值；
思考题
1、用梁上表面1，2两枚电阻片组成半桥测量会 得到什么结果，为什么？
2、用1，7两枚电阻片组成对臂测量时测量结果 如何，为什么？
3、如果载荷P与矩形梁的中性轴不垂直时，对 测量结果有什么影响，如何利用组桥方法来 消除这种影响。
参考数据表格
组测 桥量 方点 式号
1
2
3 单 臂4 测 量5
6
7
＝ 末－ 初
K K 仪
＝
仪
片 片
＝ K 仪
K 片
仪
片
2. 根据仪器显示的数值经过修正得到实际应变值：
σ = E ε片
将修正后的 片带入下式计算出应力值。
3. 利用梁上下表面各两片电阻片按下列方式进行测量，
求出该截面最大应变max，及各种组桥方式下的桥臂
系数B：
B 半桥
2半
1
2
•半桥测量：两片工作片，选所感应的应变值符号 相反，大小相等的； •对臂测量：两片工作片，选所感应的应变值符号 相同。大小相等的； •全桥测量：四片工作片，选所感应的应变值符号 和应变值两两相同的。
几种常用的组桥方式：
1. 单臂测量：桥路中只有一个桥臂参与构件的机械变形。
输出的桥压为：
U BD
E 4
R1 R1
EK 4
1
2.半桥测量：桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变
形。输出的桥压为：
U BD
E 4
R1 R1
R2 R2
EK 4
( ) EK 2
1
2
4
1
3. 对臂测量：桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形。
半 桥 对 臂 全 桥
测
量 次
0 （ ）
n
V
V
实
（ ） （ ） （ ） （ ）
实
数
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
桥臂
组桥
系数 B 示意图
附 1/4桥测量的操作步骤
1. 按顺序将试件上粘贴的各个应变片（工作片）接到每个通道 的AB接线端上，BB’为短接状态；
2. 将温度补偿片接到公共端（CD）；
传感器
物
力
机
生
理
学
械
物
电
电
参
参
参
参
量
量
量
量
压
流
桥路与弯曲应力实验
•实验目的； •电测法基本原理； •实验装置及仪器设备； •实验内容及要求； •实验原始数据； •实验报告要求。
一.实验目的
1. 测定矩形梁在横弯条件下指定截面的应力 分布规律，并与理论值进行比较；
2. 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 灵敏度的方法，并计算出各种组桥方式下 的桥臂系数B；
曲线。要求取两遍地有效数据作为原始实验数
据，两遍数据的不重复性不大于5%；
•误差分析及讨论。
－
% 理
实 100%
理
实验曲线的正确画法
不正确画法
400 300 200 100
0 -100 -200 -300
h/2 h/4 0 理论曲线