实验力学盖秉政第6章静应变测量

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理论力学
理论力学
第六章 静态应变测量
第一节 应变片在构件上的布置和在电桥中的接法
一、电桥中应变片的接法
1.半桥单片(半桥外补)
电桥的四个桥臂AB、BC、CD和DA中,若Rl 和R2为电阻应变片,且只将Rl贴于构件上,使 之与构件同时变形,接入AB桥臂中;将R2贴于 不受力的地方,与Rl处于相同的温度下,作为 温度补偿片,接入BC桥臂中(如图6-1所示), CD和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电阻,这 种接法为半桥单片接法。由式(5-7)可知
图6-9a 全桥接法测受弯构件的应变
2 1
4 3
由式(6-3)
仪 1 2 3 4 1 1 3 3
∵3 1
仪 41

1
1 4

图6-9b全桥接法
p.9
理论力学
3.应变片在受扭构件上的布置
(1)半桥双片接法(半桥自补)
图6-10b半桥双片接法 如图6-10a所示的受扭构件,测量其应变时
仪 1 2 3 4
(6-3)
R1 R2 R3 R4
P N
可分离组合应变分量(可消除轴力、或弯矩)
图6-3 全桥接法
p.3
理论力学
4.半桥四片(串联式半桥自补或外补)
在电桥的桥臂AB上串连两个工作片Rl和R2, 在桥臂BC上串连两个温度补偿片R补l和R补2(如 图6-4所示),CD和DA桥臂接入仪器内部的精密 无感电阻,这种接法为半桥四片接法。
图6-5a 半桥单片接法测单向拉伸应变
图6-5b 半桥单片接法
(1)半桥单片接法 (半桥外补) 如图6-5a所示的单向受拉构件,可在构件轴线上沿力的方向布置一个应变片Rl,
接入AB桥臂中;R2为温度补偿片,接入BC桥臂中(如图6-5b所示),CD和DA桥臂接
入仪器内部的精密无感电阻。按这种半桥单片接法,由式(6-1)可得
理论力学
图6-20 测拉扭组合变形构件的应变

1 2
1
2
1 2
[ 扭



]

图6-22 半桥四片带温度补偿的接法
p.23
理论力学
7.二向应力状态
当主应力方向已知时,只要沿二个主应力方向贴二片应变
然后由二向应力状态的广义虎克定律计算出主应力。
1
E
1 2
由图6-4可以看出
R R
R1 R1
R2 R2
K 2
1
2
即有

1 2
1
2
(6-4)
理论力学
图6-4 半桥四片接法
P
P
R1 R1' R1 R2 R2' R2
P
P
p.4
理论力学
理论力学
二、应变片在构件上的布置
通过应变片在构件上的不同布置可测得不同受力状态下构件的应变情况。
主应力方向已知时
1.应变片在单向拉伸构件上的布置
理论力学
图6-17 测拉扭组合变形构件的应变

1 2
1
2
1 2
扭 拉 扭 拉

图6-19 半桥四片接法
此时得出的是与轴向成45°的拉应变,用来表示由F引起的轴向拉应变,由广义胡克定律

45
x
y
2
x
y
2
cos 2
1 sin 2
2 xy
其中
y x xy 0 45
则有


1
仪 1 2 3 4
图6-20 测拉扭组合变形构件的应变
(扭 弯)(扭 弯)(扭 弯)(扭 弯)
4扭

1 4

图6-21 全桥接法
p.22
理论力学
(2)测量弯曲产生的应变
按照图6-20所示的贴片方法,若要单独得 到弯曲产生的应变,可采用半桥四片(串联式半 桥外补)接法。将Rl和R2 串连接在桥臂AB上, 在桥臂BC上串连两个温度补偿片R补l和R补2 (如图6-22所示),CD和DA桥臂接入仪器内部 的精密无感电阻。由式(6-4)和式(i)、(j)
P R1 R2
P
理论力学
拉弯组合
P R1
N
R2
可分离组合应变分量 (可消除轴力)
仪 1 2
(6-2)
图6-2 半桥双片接法
p.2
理论力学
3.全桥接法(全桥自补或外补)
理论力学
电桥的四个桥臂AB、BC、CD和DA中,将四个电阻应变片Rl、R2、 R3和R4都作为工作 片,分别接在四个桥臂上(如图6-3所示),这种接法为全桥接法。这种接法中Rl和R2互 为温度补偿片,R3和R4互为温度补偿片,同样可消去温度效应的影响。由式(5-9)可知
p.16
理论力学
(2)测量拉伸产生的应变
理论力学
② 按图6-13a所示的贴片方法,也可 采用半桥四片温度互为补偿(串联式半桥自 补)的接法测量。将应变片Rl、R2串连接入 桥臂AB上;应变片R3、R4串连接入桥臂BC 上(如图6-16所示);CD和DA桥臂接入仪
器内部的精密无感电阻。

1 2பைடு நூலகம்
1
2
1 2
单片接法,由式(6-1)
1 仪
p.7
理论力学
(2)半桥双片接法(半桥自补)
如图6-8a所示的受弯构件,测量其应 变时可在构件上下截面对应的危险点处沿 轴向各布置一个应变片Rl、R2,分别接在 AB和BC桥臂上(如图6-8b所示),CD和DA 桥臂接入仪器内部的精密无感电阻。按这 种布片方案
2 1
图6-11a 全桥法测受扭构件的应变
理论力学
1 3 2 4
由式(6-3)
图6-11b 全桥接法
仪 1 2 3 4 1 1 3 3 41
1
1 4

图6-11c 受扭构件的展开 示意图
p.11
理论力学
4.拉弯组合变形时应变片在构件上的布置
拉弯组合变形构件,测量其应变 时可在构件上下对应的两点各贴一个 应变片Rl、R2,如图6-12所示,此时
(6-2)和式(a)、(b)有
图6-12 两个应变片测 拉弯组合变形的应变
仪 1 2 2弯

1 2

图6-14a 半桥双片接法
p.14
理论力学
4.拉弯组合变形时应变片在构件上的布置
理论力学
② 按图6-13a所示的贴片方法,可采用全桥 接法测量,将应变片Rl、R2、R3和R4分别接在AB、 BC、CD和DA桥臂上,如图6-14b所示。由式(6-3) 和式(c)~(f)
理论力学
图6-8a 半桥双片接法测受弯构件的应变
由式(6-2)可得
仪 1 2 1 1 21
1
1 2

图6-8b 半桥双片接法
p.8
理论力学
(3)全桥接法(全桥自补)
理论力学
如图6-9a所示的受弯构件,测量其应变 时可分别在构件上下截面对应的危险点处沿 轴向各布置两个应变片Rl、R2、 R3和R4, 分别接在AB、BC、CD和DA桥臂上(如图6-9b 所示)。按这种布片方案
仪 1 2 3 4
图6-13a 四个应变片测 拉弯组合变形的应变
(拉 弯)(拉 弯)
( 拉 弯)( 拉 弯)
(2 1 )弯

1
21

图6-14b 全桥接法
p.15
理论力学
(2)测量拉伸产生的应变
理论力学
① 按图6-12所示的贴片方法,可采用半
桥四片带温度补偿(串联式半桥外补)的接法测

1
2
1
1
1
1
1
1
1

p.6
理论力学
2.应变片在受弯构件上的布置 (1)半桥单片接法 (半桥外补)
理论力学
图6-7a半桥单片接法测受弯构件的应变
图6-7b 半桥单片接法
如图6-7a所示的受弯构件,测量其应变时可在危险点处沿轴向布置一个应变片 Rl,接入AB桥臂中;在不受力的某一点布置一个应变片R2作为温度补偿片,接入BC 桥臂中(如图6-7b所示),CD和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电阻。按这种半桥
可在测点处沿与轴向夹角分别为45和135方向各 布置一个应变片Rl、R2,分别接在AB和BC桥臂上 (如图6-10b所示);CD和DA桥臂接入仪器内部 的精密无感电阻。按这种布片方案
1 45 2 1 135
由式(6-2)
仪 1 2 1 1 21
1
1 2

理论力学
图6-10a 半桥双片法测受 扭构件的应变
图6-10b半桥双片接法
p.10
理论力学
(2)全桥接法(全桥自补)
如图6-11a所示的受扭构件,测量 其应变时可在构件上下两侧对应的两个 测点处沿与轴向夹角分别为45和135方 向各的方向布置一个应变片Rl、R2、R3 和R4,分别接在AB、BC、CD和DA桥臂上 (如图6-11b所示)。图6-11c是将构件 表面沿轴线剖断后展开的示意图,按这 种布片方案
2
x
x
2
1

p.20
理论力学
6.弯扭组合变形时应变片在构件上的布置
对于弯扭组合变形构件,测量 其应变时可在构件上下两侧对应的 两个测点处沿与轴向夹角分别为45° 和135°方向各布置一个应变片Rl、 R2、R3和R4,如图6-20所示。
理论力学
1 扭 弯 2 扭 弯 3 扭 弯 4 扭 弯
理论力学
1 拉 弯 2 拉 弯
(a) (b)
图6-12 两个应变片测 拉弯组合变形的应变
p.12
理论力学
4.拉弯组合变形时应变片在构件上的布置
还可在构件上下表面沿轴线方向两点E、F 和垂直轴线方向两点G、H各贴一个应变片Rl、 R2、R3和R4,如图6-13a所示。图6-13b为构件 上表面的贴片示意图,此时
1 仪
p.5
理论力学
(2)半桥双片接法 (半桥自补)
理论力学
图6-6a半桥双片接法测单向拉伸的应变
图6-6b 半桥双片接法
如图6-6a所示,在构件表面沿轴向和垂直轴向各布置一个应变片Rl、R2,分别接 在AB和BC桥臂上(如图6-6b所示),CD和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电阻。
2
1
按这种半桥单片接法,由式(6-2)有
理论力学
1 扭 拉
2 扭 拉
图6-17 测拉扭组合变形构件的应变
(g)
(h)
p.18
理论力学
(1)测量扭转产生的应变
理论力学
按照图6-17所示的贴片方法,对于拉扭组合 变形构件,若要单独得到扭转产生的应变,可采 用半桥双片(半桥自补)的接法。将Rl、R2作为 工作片,分别接在AB、BC两个桥臂上(如图6-18 所示),CD和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电 阻,由式(6-2)和式(g)、(h)有
P R2
R1
P
仪 1
(6-1)
图6-1 半桥单片接法
p.1
理论力学
2.半桥双片 (半桥自补)
电桥的四个桥臂AB、BC、CD和DA中,若 Rl和R2为电阻应变片,且都作为工作片,分 别接在AB和BC桥臂上(如图6-2所示),CD 和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电阻,这 种接法为半桥双片接法。这种接法中Rl和R2 互为温度补偿片,可消去温度效应的影响。 由式(5-8)可知
3
4
由式(c)~(f)有
图6-16 半桥四片温度互为补偿接法

1([ 2



弯)(



弯)]
(1 )拉

1
1

p.17
理论力学
5.拉扭组合变形时应变片在构件上的布置
拉扭组合变形构件,测量其应变 时可在构件表面测点处沿与轴向夹角 分别为45°和135°方向各布置一个 应变片Rl、R2,如图6-17所示。
图6-17 测拉扭组合变形构件的应变
仪 1 2 (扭 拉)(扭 拉) 2扭

1 2

图6-18 半桥双片接法
p.19
理论力学
(2)测量拉伸产生的应变
按照图6-17所示的贴片方法,若要单独得到拉 伸产生的应变,可采用半桥四片(串联式半桥外补)的 接法。将Rl和R2串连接在桥臂AB上,在桥臂BC上串 连两个温度补偿片R补l和R补2(如图6-19所示), CD和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电阻。由式 (6-4)和式(g)、(h)有
理论力学
1 拉 弯 2 拉 弯
(c) (d)
3


(e)
4


(f)
图6-13a 四个应变片测拉弯组 合变形的应变
图6-13b 构件上表面示意图
p.13
理论力学
4.拉弯组合变形时应变片在构件上的布置 (1)测量弯曲产生的应变
理论力学
① 按图6-12所示的贴片方法,可采用半桥 双片(半桥自补)接法测量,将Rl、R2作为工作 片,分别接在AB和BC桥臂上(如图6-14a所示), CD和DA桥臂接入仪器内部的精密无感电阻。由式
量。将Rl、R2作为工作片,串连接在AB桥臂上,
在桥臂BC上串连两个温度补偿片R补l和R补2
(如图6-15所示),CD和DA桥臂接入仪器内部
的精密无感电阻。由式(6-4)和式(a)、(b)

图6-15 半桥四片带温度补偿的接法

1 2
1
2
1 2
[拉



]

拉 仪
R补1
R补2
图6-12 两个应变片测拉弯组合变形的应变
(i) 图6-20 测拉扭组合变形构件的应变 (j) (k) (l)
p.21
理论力学
(1) 测量扭转产生的应变
理论力学
按照图6-20所示的贴片方法,对于弯扭组合变形 构件,若要单独得到扭转产生的应变,可采用全桥接 法(全桥自补) 。将Rl、R2 、R3和R4作为工作片, 分别接在AB、BC、CD和DA四个桥臂上,如图6-21所示。 由式(6-3)和式(i)~(l)有
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