应变和力的测试
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、力检测
金属丝式应变片
金属箔式应变片
半导体应变片
广州铁路职业技术学院 刘丽华制作
项目七
应变、力检测
任务二、学习应变片测量力的原理及测量线路
4． 应变片的粘贴技术 应变片在使用时通常是用粘合剂粘贴在弹性元件或试件上，正确 的粘贴工艺对保证粘贴质量、提高测试精度起着重要的作用。因此应 变片在粘贴时，应严格按粘贴工艺要求进行。基本步骤如下： （1）应变片的检查 对所选用的应变片进行外观和电阻的检查。观察 线栅或箔栅的排列是否整齐、均匀，是否有锈蚀以及短路、断路和折 弯现象。测量应变片的电阻值，检查阻值、精度是否符合要求，对桥 臂配对用的应变片，电阻值要尽量一致。 （2）试件的表面处理 为了保证一定的粘合强度，必须将试件表面处 理干净，清除杂质、油污及表面氧化层等。粘贴表面应保持平整，表 面光滑。最好在表面打光后，采用喷砂处理，面积约为应变片的 3~5倍。 （3）确定贴片位置 在应变片上标出敏感栅的纵、横向中心线，粘贴 时应使应变片的中心线与试件的定位线对准。
转换元件
力传感器组成示意图
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项目七
应变、力检测
二、应变、力基本知识 3. 测量力的方法
力 的 静 力 效 应 力 的 动 力 效 应 指弹性物体受力后产生变形的一种物理现象。由胡克定律 知：如在弹性范围内,弹性物体在力的作用下产生的变形 （x），与所受的力F成正比(k为弹性元件的刚度系数)。 因此，只要通过一定的手段测出物体的弹性变形量，就可 间接确定物体所受力的大小。
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项目七
应变、力检测
2. 项目条件
一. 项目介绍
各类测力传感器及显示装置，应变、力发生 装置。
3. 项目内容及要求
电阻应变式传感器力及力矩测量
电子工业出版社
2.2.3 应变片的材料 1.敏感栅材料
对敏感栅的材料的要求： ①应变灵敏系数大，并在所测应变范围内保持为常数； ②电阻率高而稳定，以便于制造小栅长的应变片； ③电阻温度系数要小； ④抗氧化能力高，耐腐蚀性能强； ⑤在工作温度范围内能保持足够的抗拉强度； ⑥加工性能良好,易于拉制成丝或轧压成箔材； ⑦易于焊接，对引线材料的热电势小。
电子工业出版社ppt课件118类型主要成分牌号适于黏合的基底材料最低固化条件固化压力10pa使用温度硝化纤维素黏合剂硝化纤维素溶剂万能胶室温10小时或602小时0515080氰基丙烯酸黏合剂氰基丙烯酸酯501502纸胶膜玻璃纤维布室温1小时粘合时指压10080聚酯树脂黏合剂不饱和聚酯树脂过氧室温24小时030550150环氧树脂类黏合剂环氧树脂聚硫酚铜胺固化剂914胶膜玻璃纤室温25小时粘合时指压6080酚醛环氧无机填料固化剂509胶膜玻璃纤2002小时粘合时指压100250环氧树脂酚醛甲苯二酚石棉粉等j062胶膜玻璃纤196250酚醛树脂类黏合剂酚醛树脂聚乙烯醇缩丁醛jsf2胶膜玻璃纤60150酚醛树脂聚乙烯醇缩甲乙醛1720胶膜玻璃纤60100酚醛树脂有机硅j12胶膜玻璃纤60350聚酰亚胺黏合剂聚酰亚胺3014胶膜玻璃纤150250磷酸盐黏合磷酸二氢铝无机填料gj14ln3金属薄片临时基底4001小时550p1064003小时700氧化物喷涂二氧化二铝金属薄片临时基底800电子工业出版社ppt课件1194
4.机械滞后 应变片粘贴在被测试件上，当温度恒定时，其加载特性与卸载 特性不重合，即为机械滞后。 产生原因：应变片在承受机械应变后，其内部会产生残余变形， 使敏感栅电阻发生少量不可逆变化；在制造或粘贴应变片时，如果 敏感栅受到不适当的变形或者粘结剂固化不充分。
应变力和扭矩的测试
力---变形---电阻
3.1.1电阻应变片旳工作原理
电阻应变片是利用电阻应变效应测量应变 旳传感器。
电阻应变效应，就是导体或半导体在受到 外力旳作用下，会产生机械形变，从而造成其 电阻值发生变化旳现象。
应变：单位长度上旳变形。
选择应变片旳材料得当,能够使应变片旳输入(应变值)和它 旳输出(电阻变化率)成线性关系.
若导体的长度为L，截面积为A，电阻率为，则电阻R为
R=
L A
式中L、A、三个参数的变化都会引起电阻的变化，其变化值为dR
dR
dL
A
L A
d
L
A2
dA
方程式两边都除以R，由于R L ,则可得
A
dR dL d dA R L A
若导体截面为圆形，则A r 2 , dA 2 rdr,
例单晶体半导体在外力作用下，原子点阵排列 规律发生变化，导致载流子迁移率及载流浓度 的变化，从而引起电阻率的变化。
• 半导体应变计
•优点：应变敏捷度大;体积小 •缺陷：温度稳定性和可反复性不如金属应变片
金属应变片和半导体应变片主要区别： 前者是利用导体变形引起电阻的变化； 后者利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。
• 故电压输出仅与F引起旳弯曲变形有关。F作用使
上 压面应R1应变变，R片其1=电阻R 变产化生R量拉2 =应-变RR2，下面旳
产生
为
，
，则反应力F大小旳
输出电压为:
R u0 2R0 ui
• 如要进一步提升电桥旳敏捷度，可采用全桥。
当 R1 R2 R3 R4 R0
R1 =R2 =R3 =R4 R
1
应力应变曲曲线和动态力学性能测试课
在实际拉伸过程中，试样的截面积A的变化更为复杂多
样。有的试样会均匀地逐渐变细，而有些则突然变细成 颈。以后截面积A基本保持不变。只是细颈进一步伸长， 直到被拉伸为止。这就是被称为“冷拉”现象。
3．实验原材料和仪器设备
原材料 聚丙烯（PP），聚苯乙烯（PS） 仪器设备 万能电子拉力机(日本岛津AG-10KNA)、游标卡尺、 直尺。 万能电子拉力机测试主体结构示意图，如图１-１所 示。
0 sin t
0 sin(t )
E 0和 0分别为应力和应变的幅值，将应力表达式展 式中 开：
0 cos sin(t ) 0 sin cost
应力波可分解为两部分，一部分与应力同相位，峰 值为 0 cos ，与储存的弹性能有关，另一部分与应变有 90°的相位差，峰值为 0 sin ，与能量的损耗有关。定 义储能模量（ E ），损耗模量（ E ）和力学损耗（ tan ）：
图１-１ 万能电子拉力机测试主体结构示意图 1－传感器；2－主架；3－横梁控制器；4－夹具；5－横梁；6－记录仪； 7－控制台开关；8－控制面板；9－显示屏
4. 实验步骤
试样制备 调换和安装拉伸试验用夹具 设定试验条件 键入样品参数
5. 问题讨论
(1) 改变试样的拉伸速率会对试验产生什么影响？ (2) 在试验过程中，试样的截面积变化会对最终谱图 产生什么影响？你认为在现有的试验条件下能否 真实地获得或通过计算获得瞬时的截面积？
E ( 0 / 0 )sin sin E tan cos E
E ( 0 / 0 )cos
复数模量可表示为： E* E iE E E E 其绝对值为： 在交变应力作用下，样品在每一周期内所损耗的机 械能可通过下式计算： W (t )d (t ) 3 E 02
机械工程测试技术-应变力与扭矩测量
将待定的测力传感器安放在有足够质量的基础上，用一个质量 为m的钢球从确定的高度h自由落下，当钢球冲击传感器时，由 传感器所测得的冲击力信号经放大后输入瞬态波形存储器，或 直接输入信号分析仪，即可得到如图b所示的波形。图中0～t1 为冲击力作用时间，点画线为冲击力波形，实线为实际的输出 波形，t1～t段为自由衰减振荡信号，它和0～t1段中叠加在冲 击力波形上的高频分量反映了传感器的固有特性，对其作进一 步分析处理，可获得测力传感器的动态特性。
a）冲击法测力装置 b）冲击力和传感器
输出波形
第三节 扭矩的测量
一、应变式扭矩传感器的工作原理 应变式扭矩传感器所测得的是在扭矩作用下转轴表面的主应变。 从材料力学得知，该主应变和所受到的扭矩成正比关系。也可 利用弹性体把转矩转换为角位移，再由角位移转换成电信号输 出。
用于测量扭矩的弹性轴
把这种弹性轴联接在驱动源和负载之间，弹性轴就会产生扭转， 所产生的扭转角为
四、其他类型的扭矩传感器
转轴受扭矩作用后，产生扭转变形，两横截面的相对扭转角 与扭矩成正比。利用光电式、感应式等传感器可以测得相对 扭转角，从而测得扭矩。
▲光电式扭矩传感器
光电式扭矩传感器是在转轴上固定两圆盘光栅。在未承受扭 矩时，两光栅的明暗区正好互相遮挡，没有光线透过光栅照 射到光敏元件，也无输出。当转轴受扭矩后，扭转变形将两 光栅相对转过一角度，使部分光线透过光栅照射到光敏元件 上而产生输出、扭矩愈大，扭转角愈大，穿过光栅的光量愈 多，输出愈大，从而可测得扭矩。
静态标定通常在特制的标定台上进行。所施加的标准力的大小 和方向都应十分精确，其力值必须符合计量部门有关量值传递 的规定和要求。通常标准力的量值用砝码或标准测力环来度量。 标定时采用砝码-杠杆加载系统、螺杆-标准测力环加载系统、 标准测力机加载等。
应变片测力原理
应变片测力原理应变片是一种用于测量物体受力情况的传感器，它利用材料在受力时产生的应变变化来实现测力的目的。
应变片测力原理是基于应变片的工作原理来实现的，下面我们将详细介绍应变片测力原理及其应用。
应变片是一种特殊的传感器，它通常由金属或半导体材料制成。
当物体受到外力作用时，应变片会产生应变，即材料的长度、宽度或厚度会发生微小的变化。
这种微小的变化可以通过应变片内部的电阻变化来进行测量。
应变片上粘贴有一层导电材料，当应变片受到外力作用时，导电材料的电阻会发生变化，通过测量电阻的变化就可以得到物体受力的大小。
应变片测力原理利用了材料在受力时的应变特性，通过测量应变片内部电阻的变化来实现对物体受力的测量。
这种原理可以应用于各种领域，如工业生产、机械制造、航空航天等。
在工业生产中，应变片测力原理可以用于监测设备的受力情况，帮助工程师了解设备的工作状态，及时进行维护和保养。
在机械制造领域，应变片测力原理可以用于测试材料的强度和耐久性，确保产品的质量和安全性。
在航空航天领域，应变片测力原理可以用于飞机和航天器的结构设计和测试，保证其在飞行过程中的安全性和稳定性。
除了上述应用，应变片测力原理还可以应用于医疗设备、汽车制造、体育器材等领域。
在医疗设备中，应变片测力原理可以用于测量人体的受力情况，帮助医生了解患者的身体状况。
在汽车制造中，应变片测力原理可以用于测试汽车零部件的耐久性和安全性，确保汽车在行驶过程中的稳定性和可靠性。
在体育器材领域，应变片测力原理可以用于测试运动员的力量和速度，帮助他们提高训练效果和竞技成绩。
总之，应变片测力原理是一种基于材料应变特性的测力原理，通过测量应变片内部电阻的变化来实现对物体受力的测量。
它在各个领域都有着广泛的应用，为工程师和科研人员提供了重要的测量工具，有助于提高产品质量和安全性，推动科技进步和社会发展。
希望本文对您了解应变片测力原理有所帮助。
第九章应变、力与
Rl 忽略
R
计时： R Rl
R S S R Rl '
S
R
应对灵敏度加以修正
5、减小读数漂移 使电桥电密尽可能对称。良好的接地。 6、电磁干扰 如有电磁场，可能是仪表发生误差。
7、测点的选择 对于被测体，如何选择测点，是正确测量的一个重要环节。一 般以最少的测点达到真实反映结构受力状态的原则来选点。 （1）对被测结构进行受力分析。找出其主要处的受力和变形 部位。 （2）对应力集中部位，应适当多分布测点。 （3）利用对称性，可减少测点。 （4)利用已知应变，应力的位置。可检查结果的正确性。
电阻应变仪分类
类 别
静态电阻应变仪 静动态电阻应变仪 动态电阻应变仪 超动态电阻应变仪 遥测应变仪
测量应变信号
静态应变 单点动态应变测量 周期或非周期动态应变 多通道 动态应变：爆炸、高速冲击 无线电传输信号原理 测量旋转体、运动件
测量频率范围
0 ~ 15Hz < 200Hz < 5KHz
几十 KHz
(3) 应变片自补偿法 粘贴在被测部位上的是一种特殊应变片，当温 度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种 特殊应变片称为温度自补偿应变片。 ①选择式自补偿应变片 ②双金属敏感栅自补偿应变片 这种应变片也称组合式自补偿应变片。这是利用 两种电阻丝材料的电阻温度系数不同(一个为正，一 个为负)的特性，将二者串联绕制成敏感栅。
h
H1 H 3 2
0
对每一个记录幅值，都可同样办法计算其对应的应变值。
第二节
力的测量
通过对机械零件和机械结构的力的测量，可以分析其受力状 况和工作状态，验证设计计算，确定工作过程和某些物理现 象的机理。力的测量方法可以归纳为利用力的静力效应和动 力效应两种。
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。
应变片测力原理
应变片测力原理应变片测力传感器是一种常用的测力传感器，它通过测量物体表面的应变来间接测量物体受力情况。
应变片测力传感器的工作原理是利用金属材料在受力作用下会产生形变的特性，通过应变片的形变来推断受力大小。
下面将详细介绍应变片测力传感器的原理及其应用。
首先，应变片测力传感器的原理是基于胡克定律。
当外力作用在物体上时，物体会产生形变，形变量与外力的大小成正比。
应变片测力传感器利用这一原理，将应变片粘贴在受力物体表面，当受力物体受到外力作用时，应变片也会产生相应的应变，通过测量应变片的应变量，就可以推断出受力大小。
其次，应变片测力传感器的原理还涉及到应变片的电阻变化。
应变片通常是由导电材料制成的，在受力作用下，应变片的电阻会发生变化。
利用这一特性，可以通过测量应变片电阻的变化来计算出受力大小。
这种原理也被广泛应用于各种工业自动化领域中。
除了上述原理，应变片测力传感器还可以通过应变片的应变变化来推断出受力方向。
因为在不同方向上受力会导致应变片不同位置的应变量不同，通过测量应变片不同位置的应变量，可以确定受力方向。
这对于一些需要知道受力方向的应用场景非常重要。
应变片测力传感器广泛应用于工业自动化、机械制造、航空航天等领域。
在工业自动化中，应变片测力传感器可以用于监测机械设备的受力情况，及时发现并预防设备故障。
在机械制造领域，应变片测力传感器可以用于测试材料的强度和耐久性，保证产品质量。
在航空航天领域，应变片测力传感器可以用于飞机结构的受力监测，确保飞行安全。
总之，应变片测力传感器是一种基于应变原理的测力传感器，利用应变片的应变量和电阻变化来间接测量受力大小和方向。
它在工业领域有着广泛的应用，对于监测和保护设备、测试材料性能、保障飞行安全等方面起着重要作用。
希望本文介绍的内容能够帮助大家更好地理解应变片测力传感器的原理及其应用。
应变及应力的测试和计算方法归纳
8.7.2 主应力方向巳知平面应力状态
平面应力是指构件内的一个点在两个互相垂直的方向上受到拉伸(或压缩)作用而产生的应力状态，如图 8-31 所示。 图中单元体受已知方向的平面应力 s1 和 s2 作用，在 X 和 Y 方向的应变分别为 s1 作用：X 方向的应变 el 为 s1/E Y 方向的应变 e2 为-μs1/E s2 作用：Y 方向的应变 e2 为 e2/E X 方向的应变 el 为-μe2/E 由此可得 X 方向的应变和 Y 方向的应变分别为
Solution： 即:
应力测量 (measurement of stress) 测量物体由于外因或内在缺陷而变形时，在它内部任一单位截面积上内外两方的相互 作用力。应力是不能直接测量的，只能是先测出应变，然后按应力与应变的关系式计算出应 力。若主应力方向已知，只要沿着主应力方向测出主应变，就可算出主应力。各种受力情况 下的应变值的测量方法见表 1。 轴向拉伸(或压缩)时，沿轴向力方向粘贴应变片(表 l 之 1～4)，测出应变ε，按单向 虎克定律算出测点的拉(压)应力σ=εE。式中ε为应变，E 为弹性模量。 弯曲时在受弯件的上下表面上粘贴应变片(见表 1 之 5～6)，测出应变 e，可计算弯曲 应力。 扭转时沿与圆轴母线成±45。 角的方向贴片(表 1 之 7～9)，测出主应变 em，再代入 虎克定律公式算出主应力σ45o ，即得最大剪应力 rmax ：
（8-83）
（8-84）
（8-85）
一方向的应变为 ，即图中对角线长度 l 的相对变化量。 由于主应力 sx、sy 的作用，该单元体在 X、Y 方向的伸长量为Δx、Δy，如图 8-33(a)、(b)所示，该方向 的应变为 ex=Δx/x、ey=Δy/y；在切应力τxy 作用下，使原直角∠XOY 减小 gxy，如图 8-33(c)所示，即 切应变 gxy=Δx/y。这三个变形引起单元体对角线长度 l 的变化分别为Δxcosq、Δysinq、ygxy cosq，其
第八章 应变和力的测试
2)平面应力状态下测量主应力 实际上，许多结构、零件处于平面应力状态下，其主应力方 向可能是已知的、也可能是未知的。 1)已知主应力方向 例如承受内压的薄壁圆筒形容器的筒体，其主应力方向是已 知的。这时只需要沿两个互相垂直的主应力方向各贴一片应变片， 另外再采取温度补偿措施，就可以直接测出主应变。其贴片和接 桥方法如图所示。先测出应变值ε1，ε2，再由虎克定律计算出主 应力，即
二、拉压力测试及所用传感 器
静态和动态力测试广泛应用由应变片与弹性元件组成的力传感器。常用 的弹性元件有柱式、梁式、环式、轮辐等多种形式。 柱式弹性元件在外力作用下，若应力在弹性范围内，则应力和应变成正 比关系，即
式中F——作用在弹性元件上的集中力； E——材料弹性模量； A——圆柱的横截面积。 由上式可知，若想提高灵敏度，必须减小横截面积A。但A的减小受到 允许应力和线性要求的限制，并且A越小，对横向力干扰越敏感。因此，在 小集中力测量时，多采用空心圆柱（圆筒）式弹性元件。在同样横截面积情 况下，空心圆柱式的横向刚度大，横向稳定性好。
力值的测试方法可分为两类。一类是直接比较法，即把待测力与基准量 直接进行比较。另一类是间接比较法，就是将被测力通过力传感器转换为其 它物理量，然后与标定值进行比较。此法不仅适用于静态测试，而且还广泛 用于动态力的测试。 实现力值测试的关键装置是测力传感器。测力传感器种类繁多，有电容 式、压阻式、差动变压器式、压电式、电阻应变式等。在动态力测试中选用 时，还应注意传感器的动态特性即幅频特性和相频特性。因为一般的测力传 感器进行动态力(如车削力)测试时都存在幅值误差和相位误差，这些误差都 与被测对象的变化频率有关，只有当被测力的变化频率远小于测力传感器的 固有频率且进行误差补偿时，测力传感器的输出值才接近动态被测力的实际 值。此外，多向测力时还应注意各方向力的交叉干扰——即一方向的被测力 对另一方向被测力测量值的影响。 电阻应变式和压电式测力传感器具有灵敏度高、线性度和稳定度好、结 构简单、动态特性优良等优点，广泛应用于力的测试中。
结构应力应变测试方法
结构应力应变测试方法结构应力和应变是研究材料、构件或结构在外力作用下所产生的应力和应变状态的重要参数，这对于评估结构的完整性、可靠性和性能具有重要意义。
为了获得准确的应力和应变数据，需要进行相应的应力和应变测试方法。
本文将介绍常用的结构应力和应变测试方法，包括：拉伸试验、压缩试验、剪切试验和弯曲试验。
1.拉伸试验：拉伸试验是最常用的一种应力和应变测试方法，用于测量材料的强度、伸长率和模量等参数。
试样在一定速度下受到拉力，通过测量试样的应变和外拉力之间的关系，可以计算出应力-应变曲线和材料的力学性能。
2.压缩试验：压缩试验是指将试样放入压力机中，在压力的作用下产生的应变和应力进行测量。
这种测试方法常用于材料的压缩强度和弹性模量等性能的评估。
3.剪切试验：剪切试验是通过将试样置于剪切装置中，施加剪切应力来评估材料的剪切性能。
剪切试验可以获得剪切应力-剪切应变曲线和剪切模量等参数。
4.弯曲试验：弯曲试验是一种常用的测试方法，用于评估材料或构件在受到弯曲力矩作用下的性能。
在该试验中，试样或构件在作用力下会发生弯曲，测量所施加的力和弯曲程度之间的关系，可以得到应力和应变的数据。
除了上述基本的应力和应变测试方法，还有一些其他的测试方法，用于评估特定结构的应力和应变性能。
例如，扭转试验用于评估材料或构件在受到扭转力矩作用下的性能；冲击试验用于评估材料或构件在受到突然加载或冲击时的应力和应变响应等。
在进行结构应力和应变测试时，需要注意以下几点：1.选择适当的试样尺寸和形状，以确保测试的准确性和可重复性。
2.使用适当的测量设备和仪器，如应力传感器、应变仪和位移计等，以获得准确的应力和应变数据。
3.控制试验条件，如变形速率、温度和湿度等，以保证实验结果的可比性。
4.进行多次试验，以获得可靠的平均结果，并检查实验数据的一致性。
综上所述，结构应力和应变测试方法是评估结构完整性和性能的重要手段。
选择适当的测试方法，并遵循良好的实验设计和操作规范，可以获得准确可靠的应力和应变数据，并提供科学依据和指导，用于结构设计、改进和维护等方面。
应变测量实验报告
应变测量实验报告本次实验旨在了解应变的概念及其测量方法，加深对材料力学性质的认识。
在实验中，我们使用了应变计和杨氏模量试验仪来测量不同材料的应变值，并对实验数据进行整理和分析。
一、实验原理1.应变的概念ε=△L/L0其中，L0为未受力前的长度，△L为受力后的长度变化。
应变分为线性应变和体积应变两种，线性应变是指物体在拉伸或压缩过程中长度发生了变化，体积不发生变化；而体积应变则是指物体在受力作用下，体积发生了变化。
2.应变计的实现原理应变计是一种将应变信号转换为电信号输出的传感器。
其实现原理是基于金属电阻率的变化，当金属受到应变作用时，其电阻率发生变化，从而改变了电子的通行能力，产生了电压降，这个电压降就可以用来表示应变的大小。
一般应变计的灵敏度为1με-10με，在实验中可以实现对微小应变的测量。
3.杨氏模量试验仪的实现原理杨氏模量试验仪用于测量材料的弹性模量，其实现原理是利用杆件在拉力或压力作用下发生的变形，根据胡克定律计算杆件的弹性模量。
在实验中，通过测量不同长度下杆件的伸长量和所受拉力，可以得到弹性模量值，进一步推导出杆件的应变值。
二、实验内容及步骤1.实验器材：杨氏模量试验仪、应变计2.实验步骤：（1）线性应变测量1）将应变计粘贴于石膏板上，并连接上测量器。
2）用夹子将石膏板固定在杆件上，保证其垂直于实验平台。
3）在试验软件中设置采样频率和测量范围，开始测量。
4）通过拉伸杆件，记录下不同拉伸长度时的应变值。
（2）杨氏模量测量1）将杆件固定在试验仪上，并通过夹子将应变计粘贴在杆件上。
2）按照一定步长分别加重质量，直到达到最大拉力值，记录下拉力和伸长量。
3）分别记录不同长度下拉力和伸长量的值。
三、实验结果及数据分析通过测量不同材料的应变值及其所受拉力，我们得到了以下实验结果：样品编号采样时间(s) 长度/mm 拉伸力/N 应变S1 5 50 10 0.0002S1 10 60 12 0.00025S1 15 70 13 0.00027通过计算不同长度下的应变值，我们可以得到分布图像，进一步了解材料在受力作用下的应变变化情况。
机械工程测试技术基础第9章应变、力与扭矩测量
拉（压）应变：
机械应变
i
指示应变
uy
1 4
u0
S
g
特点： 1、不能消除弯矩的影响
2、能补偿温度的影响
2、 试件受力状态图
电桥接法：
都受力，互为补偿
拉（压）应变：
i
1
电桥输出电压：
uy
1 4
u0
S
g
1
特点： 1、不能消除弯矩的影响 2、能补偿温度的影响
3、输出电压提高到（1+ ）
3、试件受力状态图
传感器的原边绕组（励磁绕组）和副边绕 组（测量绕组）互相垂直地安装在导磁体中， 原边绕组通过交流电。当不受力时，原边绕组 的磁力线呈对称分布，且不与副边绕组相交链， 此时副边绕组不产生感应电势（图8—7.b）。
当受力时，材料的导磁率发生变化，使磁力线 分布发生变化，磁力线与副边绕组相交链，在副 边绕组中感应电势，电势的大小正比于外力的大 小，测得该感应电势便知与之成比例的外力。
(4)
u0sg
i / 4
例8-2：如图3所示，悬臂梁弹性模 量 E 20 1010 Pa , 贴 片 处 的 抗 弯 截 面 系 数 W 2 106 m3 ，应变片 R1 R2，现用仪器
测得P力作用的指示应变为2000 ，求P力
的大小。
图3
（三）弯曲、拉（压）联合作用时的测量
测拉（压）
两个绕有线圈的铁心A和B相 互垂直放置，其开口端距被测轴表 面1~2mm间隙。A线圈通以交流电， 形成通过转轴的交变磁场。
转轴不受扭，磁力线与B线圈不交链；转 轴受扭矩作用后，应力的变化使部分磁力线 与B线圈交链，并在其中产生感应电势，该 感应电势与扭矩成正比关系。 特 点：
等量加载力与应变关系变化的实验数据记录表格
等量加载力与应变关系变化的实验数据记录表格
实验数据记录表格是用来记录实验过程中所获得的数据，以便后续分析和研究。
下面是一个等量加载力与应变关系变化的实验数据记录表格的示例。
加载力（N），应变（mm/mm）
------------，-------------
0，0.000
100，0.005
200，0.010
300，0.015
400，0.020
500，0.025
600，0.030
700，0.035
800，0.040
900，0.045
1000，0.050
1100，0.055
1200，0.060
在这个实验中，我们对一些材料进行了等量加载力的测试，并测量了当加载力不断增加时材料产生的应变。
加载力以 Newton（N）为单位，应变以毫米/毫米（mm/mm）为单位。
实验共进行了13个不同加载力下的测量。
实验数据中显示，当加载力为0 N时，应变为0.000 mm/mm。
随着加载力的增加，应变值也逐渐增加。
总体上呈现出一个线性关系，即每增加100 N的加载力，应变值增加0.005 mm/mm。
这个实验数据记录表格的目的是为了显示等量加载力与应变关系的变化趋势。
通常，在实验完成后，可以将这些数据进行统计分析，绘制图表或者进行数学拟合，以获得更加详细的材料的应变特性。
综上所述，实验数据记录表格是一个重要的实验工具，可以帮助我们整理和分析实验数据，从而更好地理解材料的特性和行为。
通过记录和分析这些数据，我们可以得出结论，并用于工程和科学领域中的应用。
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（1）直流电桥
如果激励电压为直流电压，则称为直流电桥。直流电 桥中的阻抗只能是电阻。当电桥输出端接输入电阻较
大的仪表或放大器时，可视为开路。电桥的输出电压
为
uo
(
R1
R1R3 R2
)(
R2 R3
R4 R4
)
ui
由此可以看出，若使电桥平衡，输出电压为零，应满 足
R1R3=R2R4
当四个桥臂电阻中任一个或几个有变化时，使电桥平 衡条件不成立，此时的输出电压就反应了被测量引起 的桥臂电阻的变化。
均为时，电桥输出为
uo
R R
ui
（2）交流电桥
如果激励电压为交流电压，则电桥称为交流 电桥。交流电桥的阻抗可以是电阻、电容和 电感。电桥的平衡条件是
Z1Z3 Z2Z4
所各阻抗用指数式示：Z1 Z01e j1
Z4 Z04e j 4
Z01Z03 Z02Z04
1
3
2
4
、Z2 Z02e j 2
R L
A
dR
dL
A
L
A2
dA
L d
A
根据材料力学知识可推导出
dR (1 2 E)
R
式E为中导，体 的dLL ，弹即性导模体具的。应应变变
； 为泊松比； 为压阻系数
是传感器的输入量，是一个
无量纲的数，常以10-6=1作为度量单位，称为微应变。
例如=0.1%=1000,称为应变量等于1000微应变。 是此导 体对应的电阻变化率，是传感器的输出量。电阻应变片的 灵敏度系数S为
两具桥臂电阻值随被测量化: R1 R1, R2 R2;或R1 R1, 。当 R3 R3 电阻的变化量均为时，则输出电压为
uo
1 4
R1 R
R2 R
ui
1 4
R1 R
R3 R
ui
1 2
R R
ui
3）全桥
工作中四个桥臂电阻值随被测量而变化，
即 ，当电阻的变化量
R1 R1, R2 R2 R3 R3, R4 R4
因此，应变和力的测量在检测技术中有着广泛的 应用。
3．1 应变的测试
3．1．1应变片的工作原理
在各种应变测试方法中，电阻应变式电 测法是最基本和应用最广泛的测试方法。
设有一导体，其长度是L，截面积是A， 材料电阻率是ρ，则其电阻R为
如果此导体受到拉伸或压缩产生机械变 形，其长度L，截面积A，材料电阻率ρ 都会发和变化，从而引起该导体的电阻 的变化。这种由于材料变形引起导体电 阻发生变化的现象称为应变效应。其变 化值dR为
（2）根据试件状况选择
实验环境对应变测试的影响主要是温度和湿度等 因素的影响。
1）消除温度的影响，应选用具有温度自补偿功 能的应变片，以尽量减小发热对测试的影响。
2）除湿度的影响，应选用防潮性能较好的胶膜 应变片，可以防止因湿度引起应变片受潮，而导 致绝缘电阻下降，产生零漂等不良影响。
3．1．4 应变片的粘贴
3. 应变和力的测试
在机械工程中，通过对应变和力的测试可以分析 与研究零件或结构的受和状况以及工作状态，验 证设计的正确性，确定整机工作过程中的负载情 况和某些物理现象的机理。
此外，在机械工程中，还经常遇到许多与应变和 力有关的量，如应力、力矩、压力、功率、刚度 等，这些量在测试方法上与应变、力的测试都密 切相关，多数情况下可先将它们转变成应变或力 的测试，然后再换算成力矩、压力、功率等物理 量。
2）静态应变测试时，发热是最大的误差源，应选用适合 于试件材料的温度自动补偿应变片。
3）动态应变测试时，应注意应变片的响应频率。为了承 受交变作用力，应选用疲劳寿命高的应变片。另外，选用 电阻值大的应变片，可以提高信噪比。
4）在应变梯度较大的测试中，应尽量选用短基 长的应变片。因为应变片实际测量的是栅长范围 内分布应变的均值，基长越小，越接近测点的真 实应变。
则
s dR / R (1 2 E)
dR S R
3．1．2测量电路——电桥
在电阻、电容、电感等参量型传感器 的测量电路中，最常用的是电桥电路， 它可以将电阻、电容、电感参量的变 化转换成电压或电流的变化，通过放 大器放大，最后用仪表显示或记录下 来。
电桥电路的基本形式如图3.3所示。
阻抗Z1、Z2、Z3、Z4组成四个桥臂， 为电桥的激励电压为电桥的输出电压。
根据工作时电桥中参与工作的桥臂数，电桥有半桥单 臂、半桥双臂、全桥三种接桥方式，如图3.4所示。
设图中均为全等臂电桥，即初绐时 R1 R2 R3 R4 R, 下 面分析这三种连接方式的电压输出。
1）半桥单臂
工作中只有一个桥臂电阻值随被测量而变化，则输出电压
为
uo
1 4
R1 R
ui
2）半桥双臂
假设直流电桥中，
假设直流电桥中
R1 R2 R3 R4 R,并满足Ri R(Ri为各桥臂电阻的变化量 ，i 1,2Biblioteka 3,4)则有uo1 4
( R1 R
R2 R
R3 R
R4 R
)ui
电桥的和差特性：相邻边两桥臂电阻变化使各自引起 的输出电压相减；相对边桥臂电阻变化使各自引起的 输出电压相加。电桥的和差特性表明了桥臂电阻变化 对输出电压的影响。利用和差特性，可以合理地布置 应变片，进行温度补偿，提高电桥灵敏高。
Z3 Z03e j 3
即交流电桥的平衡条件是电桥的四个桥臂中， 相对两桥臂阻抗模乘积相等；相对两桥臂阻 抗角之和相等。
3．1．3 应变片的选择
应变片是应测试中最重要的传感器，应根据试件的测试要 求、应变性质及其试件状况、实验环境等因素进行选择。
（1）根据试件的测试要求和应变性质选择
1）选择应变片时，首先应满足测试精度 。对于小应变的 测试宜选用高灵敏 度的半导体应变片，测大应变时则采 用箔式应变片为好。
应变片粘贴于试件后感受的是试件表面的拉应变或压应变， 由于该应变往往是由多种内力造成的，为了准确测试某一 内力造成的应变，必须恰当选择贴片位置、方向以及桥路 连接方式，以使于利用电桥的和差特性达到只测出所需测 应变而排除其它因素干扰的目的。
应变片的粘贴是应变式传感器工作成败的关键。 应变片的粘贴工艺一般包括清理试件、上胶、粘
合、加压、固化和检验等步骤。 应保证胶层薄、无气泡、粘结牢固、绝缘好。 粘贴的各项具体工艺及粘贴剂的选择必须根据应
变片基底材料、测试环境等条件决定。 表3.1介绍几种粘贴方案
3．1．5 试件上的布片与接桥