第五章 应力应变测试
应力应变测量 PPT课件
第一节 电阻应变片
(4)半导体应变片
半导体应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。 所谓压阻效应是指单晶半导体材料在沿某一轴向受到外 力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。
从半导体物理可知，半导体在压力、 温度及光辐射作用下，能使其电阻率ρ 发生很大变化。实现温度来自偿的条件为tt
K0
(g
s )t
0
当被测试件的线膨胀系数βg已知时，通过选择敏感栅材料， 使下式成立
K0(g s )
即可达到温度自补偿的目的。
优点：容易加工，成本低， 缺点：只适用特定试件材料，温度补偿范围也较窄。
第二节 应变片的主要特性
b. 双金属敏感栅自补偿应变片
敏感栅丝由两种不同温度系数的金属丝串接组成
1、弯矩M的测量 测弯矩的贴片与接桥如右图所示，R1=R2=R，电阻增量△R0：
R0 R1 R2 KR1( P M ) KR2 ( P M ) 2KR M
相对电阻的增量为：
R0 R0
2KR M
R
2K M
仪器的应变读数为：
ˆ
R0 / R0 Kˆ
2 M
M
EW M
EW
ˆM
2
(取Kˆ K )
BK-2S称重传感器
产品详细介绍 采用国际流行的双梁式或剪切S梁结构，拉 、压输出对称性好、 测量精度高、结构紧凑，安装方便，广泛用 于机电结合秤、料斗秤、包装秤等各种测力 、称重系统中 供桥电压 12VDC 输入阻抗 380±20Ω 输出阻抗 350±10Ω 绝缘电阻 ≥2000MΩ 工作温度 -10~+50℃
dR (1 2)
R
应力应变测试系统操作方法
应力应变测试系统操作方法
以下是一般的应力应变测试系统操作方法：
1.准备工作：
（1）开始进行测试之前，首先需要将测试设备连接到计算机并打开电源。
主机电源和仪器电源应正常使用。
（2）安装测试软件并检查软件配置是否正确。
根据测试需要选择合适的测试模式和测试参数。
（3）设置试件尺寸、样品的准备和安装，并进行初始调整。
（4）检查应变计波形是否正确，确保信号干净，在合适的放大倍数下进行采样。
2.进行测试：
（1）将样品装入夹具，并对样品施加负载。
（2）开始记录数据，包括负载和应变的变化情况。
在记录数据的同时，还要记录所施加的负载和所测量的应变。
（3）在测试过程中，需要不断进行调整，保持试件位置不变。
（4）测试完成后，将测试后的结果保存在计算机中。
可以根据需要进行数据分析和处理。
3.结束测试：
（1）关闭测试软件并停止测试设备的电源。
（2）将测试设备和样品从测试系统中取出。
（3）清理夹具和样品。
（4）关闭计算机并将测试结果保存。
应力与应变测量方法及应用
应力与应变测量方法及应用应力与应变测量是工程学中非常重要的分析方法，能够帮助工程师评估材料和结构在外部力作用下的性能表现。
本文将介绍一些常用的应力与应变测量方法及其应用。
一、应力与应变测量方法1. 电阻应变计法电阻应变计是最常用的应变测量方法之一。
应变计的基本原理是应变导致电阻变化，通过测量电阻变化来间接测量应变。
常见的电阻应变计有金属应变计和半导体应变计。
金属应变计主要适用于动态应变测量，而半导体应变计适用于静态及高温应变测量。
电阻应变计的优点是精度高、灵敏度高，但也有一些限制，比如灵敏度容易受到温度的影响。
2. 光弹性法光弹性法是一种通过利用光的干涉原理来测量应力和应变的方法。
光弹性法常用的设备有两种，一种是维尔贝克(Disc-more)干涉条纹法，另一种是技巧干涉条纹法。
这两种方法都是基于光束的干涉现象，通过观察并记录干涉条纹的变化来推算出应力和应变的分布情况。
光弹性法的优点是非接触性，适用于复杂形状和高温等特殊条件下的应变测量。
3. 应变片法应变片是利用压电效应材料制成的一种应变测量器件，常用的应变片有金属应变片和陶瓷应变片。
应变片通过自身形变来实现应变的测量，通过测量应变片的电荷输出或形变量的变化来推算应变。
应变片法的优点是响应速度快、测量范围广，适用于各种应变测量场景。
二、应力与应变测量的应用1. 材料性能评估与选择应力与应变测量可以帮助工程师评估材料的力学性能，并为材料的选择提供依据。
通过测量应力和应变，可以计算出弹性模量、屈服强度、断裂韧性等重要参数，从而判断材料是否满足工程设计要求。
2. 结构设计与优化在结构设计中，应力与应变测量可以帮助工程师评估结构的稳定性和安全性。
通过测量结构内部的应力分布和应变变化，可以发现潜在的结构问题，并进行必要的优化和改进，从而提高结构的可靠性和性能。
3. 动态加载分析应力与应变测量在动态加载分析中也有广泛的应用，可以用于研究冲击、爆炸、振动等动力载荷下的材料和结构响应。
应力应变实验报告
应力应变实验报告应力应变实验报告引言应力应变实验是材料力学实验中的基础实验之一，通过在材料上施加外力，观察材料的应变情况，可以了解材料的力学性质。
本报告旨在详细描述应力应变实验的设计、操作和结果，并对实验结果进行分析和讨论。
实验设计本次实验选取了不同材料的试样进行测试，包括金属、塑料和橡胶。
每个试样的尺寸和形状都有所不同，以便研究它们的应变特性。
实验使用了一台万能材料试验机，该机器可以施加不同的载荷并测量试样的应变。
实验操作首先，我们准备了各种试样，包括金属棒、塑料片和橡胶块。
然后，将试样固定在试验机上，确保其在施加载荷时不会移动。
接下来，我们逐渐增加载荷，同时记录试样的应变情况。
当载荷达到一定值时，我们停止施加载荷，并记录试样的最大应变值。
实验结果通过实验，我们获得了每个试样在不同载荷下的应变数据。
将这些数据绘制成应力-应变曲线，可以更直观地观察材料的力学性质。
根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 金属材料的应力-应变曲线呈线性关系，即应变随应力的增加而线性增加。
这表明金属材料具有较高的弹性模量和强度。
2. 塑料材料的应力-应变曲线呈非线性关系，即应变随应力的增加而非线性增加。
这表明塑料材料具有较低的弹性模量和强度，但具有较好的延展性。
3. 橡胶材料的应力-应变曲线呈现出较大的应变量和较低的应力值。
这表明橡胶材料具有很高的延展性和可塑性，但缺乏强度。
讨论与分析通过对实验结果的分析，我们可以进一步了解材料的力学性质和应用范围。
金属材料由于其较高的强度和刚性，常用于制造机械零件和结构部件。
塑料材料由于其良好的延展性和可塑性，常用于制造日常用品和包装材料。
橡胶材料由于其较高的延展性和可塑性，常用于制造密封件和弹性元件。
此外，实验中还发现了一些有趣的现象。
例如，金属材料在一定应力下会发生塑性变形，即应变会持续增加而不会恢复原状。
而塑料和橡胶材料在一定应力下会发生弹性变形，即应变会随着应力的消失而恢复原状。
应力和应变的测量
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X射线深层光刻技术制造的节圆直径1.4 mm、厚度0.2 mm的直齿轮
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半导体应变片是用半导体材料制成的, 其工作 原理是基于半导体材料的压阻效应。
所谓压阻效应，是指半导体材料在某一轴向受 外力作用时, 其电阻率ρ发生变化的现象。
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半导体应变片受轴向力作用时, 其电阻相对变化为
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薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉淀等方法在薄的绝缘基片上形 成0.1μm以下的金属电阻薄膜的敏感栅, 最后再加上保护层。它的优点是 应变灵敏度系数大, 允许电流密度大, 工作范围广。
箔式应变片是利用光刻、腐蚀等工艺制成的一种很薄的金属箔栅, 其 厚度一般在0.003～0.01mm。其优点是散热条件好, 允许通过的电流较大, 可制成各种所需的形状, 便于批量生产。 （光刻技术）
系, 得到应力值σ
σ=E·ε
式中 : σ——试件的应力; ε——试件的应变; E——试件材料的弹性模量。
（3 - 9）
由此可知, 应力值σ正比于应变ε, 而试件应变ε正比于 电阻值的变化, 所以应力σ正比于电阻值的变化, 这就是利用 应变片测量应力的基本原理。
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1.2 电阻应变片特性
一、 电阻应变片的种类
R (1 2)
R
（3-10）
式中Δρ/ρ为半导体应变片的电阻率相对变化量, 其值与半导体 敏感元件在轴向所受的应变力关系为
E
（3-11）
式中: π——半导体材料的压阻系数。
将式（3 - 11）代入式（3 - 10）中得
对金属材料电阻丝来说, 灵敏度系数表达式中（1+2μ）的值要比 （（Δρ/ρ）/ε）大得多, 而半导体材料的（（Δρ/ρ）/ε）项的 值比（1+2μ）大得多。 大量实验证明, 在电阻丝拉伸极限内, 电阻的 相对变化与应变成正比, 即K为常数。
应变、应力的测量28页PPT
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
挠度、应力、应变的几种测试方法 ppt课件
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6、GPS挠度测量
鉴于人造卫星定位系统(Global Positioning System or GPS)具有高效、 快速、全天候、全自动等优点，因此可以引进GPS进行桥梁的挠度测量。 同时直接测量桥梁的独立三维实时位移，增强对桥梁结构健康监测的可 靠度。目前，GPS测量主要有3种模式:静态、准动态和动态，各种测量 模式的观测时间和测量精度有明显的差异。在通常情况下，静态测量的 精度最高，一般可达毫米级的精度，但其观测时间一般要1h以上。准动 态和动态测最的精度一般较低，大量的实测资料表明，在观测条件较好
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5、全站仪法挠度测量
原理：利用全站仪内置的三角高程测量程序，直接观测测站点
和目标点之间的高差，由于测站点保持不动，则加载前后的两 次高差之差即为目标点的挠度变化量。
优缺点：全站仪法具有准备工作简单，操作方便的优点，不
受纵坡大小的影响，测程也比水准仪法测量要远。因此，全 站仪法比较适合一些挠度变形量较大的大桥或特殊大桥的挠 度测量。但受自然条件限制较大。全自动全站仪测量的方法 在上海卢浦大桥和江阴长江大桥等的监测系统中使用过。 。
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三、挠度测试方法
1、百分表法
2、倾角仪测量挠度法
3、连通管液位式挠度测量法 4、光电成像挠度测量方法
5、全站仪挠度测量法
6、GPS挠度测量法
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1、百分表法
百分表：一种精度较高的比较量具, 它只能测出相 对数值,不能测出绝对数值, 主要用于测量形状和位 置误差, 测量精度为0. 01 mm。 原理：被测尺寸引起的测杆微小直线移动,经过齿轮 传动放大,变为指针在刻度盘上的转动,从而读出被测 尺寸的大小。 优缺点:该法安装与使用方便, 读数可靠, 不受环境影 响。但该法需要搭设工作支架和观测脚手架, 而且观 测人员多, 不能自动记录,观测读数费时, 仅适用于桥 下可搭设支架的桥梁工程，不适合应用于大跨度缆 索桥梁挠度测量中。
应变、应力测量
第五章 应变、应力的测量 应变、
栅长：敏感栅纵轴方向的长度称为栅长， 栅长：敏感栅纵轴方向的长度称为栅长，用“L” 表示。对于有圆弧端的敏感栅， 表示。对于有圆弧端的敏感栅，栅长是指圆弧 内侧间的距离。 内侧间的距离。 栅宽：在垂直于纵轴方向上， 栅宽：在垂直于纵轴方向上，敏感栅外侧之间的 距离称为栅宽， 表示。 距离称为栅宽，用“B”表示。 表示
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第五章 应变、应力的测量 应变、
1. 金属电阻应变片 常用的金属电阻应变片有 丝式和箔式两种 两种。 丝式和箔式两种。 1）应变片的结构：它由敏感元件、引出线、 ）应变片的结构：它由敏感元件、引出线、 敏感元件 基底、覆盖层组成 组成， 粘贴剂粘贴在一起 粘贴在一起， 基底、覆盖层组成，用粘贴剂粘贴在一起，如 图所示。 图所示。
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第五章 应变、应力的测量 应变、
2）应变片的温度特性 ）
粘贴在试件上的应变片， 粘贴在试件上的应变片，当环境温度发生变化 时，（设此时试件未受外力作用，并且可以自 ，（设此时试件未受外力作用， 设此时试件未受外力作用 由伸缩），其电阻也将随着发生变化。 ），其电阻也将随着发生变化 由伸缩），其电阻也将随着发生变化。如果此 时应变片接入应变仪，将会有应变输出。 时应变片接入应变仪，将会有应变输出。这种 现象如何定义？ 现象如何定义？ （ 1） 定义 ： 由于温度变化引起的应变输出称为 ） 定义： 热输出。 热输出。
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第五章 应变、应力的测量 应变、
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第五章 应变、应力的测量 应变、
2.应变片的工作特性 应变片的工作特性 1）应变片的灵敏系数k： ）应变片的灵敏系数 ： 为了表示应变片的电阻变化与试件应变之 间的关系， 间的关系，在∆R/R=kε中引入了应变片灵 中引入了应变片灵 敏系数k，由于影响应变片k值的因素很复 敏系数 ，由于影响应变片 值的因素很复 故目前无法用理论方法推导得出， 杂，故目前无法用理论方法推导得出，而 只能用实验来测得。 只能用实验来测得。 由四步来完成。 由四步来完成。
应力和应变的测量
应变式电阻传感器是目前测量力、力矩、 压力、加速度、重 量等参数应用最广泛的传感器。
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• 电阻应变式传感器工作原理 • 电阻应变片的特性 • 电阻应变片的温度补偿方法 • 电阻应变片的粘贴技术 • 电阻应变片的测量电路 • 电阻应变式传感器
例：微型舌簧开关
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舌簧开关型车速传感器 这种传感器装在组合式仪表内，磁铁由转速表软轴驱动，相 对于固定的舌簧开关，软轴转一圈，磁铁极性变换四次，由于 极性变换，使舌簧触点打开或闭合。 ECU通过触点信号检测出 车速。
其它速度传感器
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1. 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的 传感器, 传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。
附加误差, 称为应变片的温度误差。 产生应变片温度误差的主要因素有:
➢ 电阻温度系数的影响 ➢
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1) 敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示： Rt=R0（1+α0Δt）
式中: Rt——温度为 t℃时的电阻值; R0——温度为t0℃时的电阻值;
α0——金属丝的电阻温度系数; Δt——温度变化值, Δt=t -t0。
设电阻丝和试件在温度为 0 ℃时的长度均为L0，它们的线膨 胀系数分别为βs和βg, 若两者不粘贴, 则它们的长度分别为
Ls= L0（1+βsΔt） Lg= L0（1+βgΔt）
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当二者粘贴在一起时, 电阻丝产生的附加变形ΔL, 附加应变 εβ和附加电阻变化ΔRβ分别为
ΔL= Lg - Ls =（βg-βs）L0Δt εβ=ΔL/L0=（βg-βs）Δt ΔRβ= K0 R0εβ= K0 R0(βg-βs)Δt
应力应变测试标准
应力应变测试标准
应力应变测试标准主要包括以下几个方面：
1. 测试方法：根据材料的类型和特性，选择合适的测试方法。
常见的测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
2. 试样制备：试样的形状、尺寸和表面处理应符合相关标准要求，以保证测试结果的准确性和可靠性。
3. 测试设备：使用的测试设备应具有足够的精度和稳定性，能够准确测量应力和应变。
4. 测试条件：包括温度、湿度、加载速率等，应根据材料的特性和实际使用环境进行选择。
5. 数据处理：对测试数据进行处理和分析，得出应力-应变曲线，以及相关的力学性能参数。
6. 结果报告：将测试结果以书面或电子形式报告，包括试样信息、测试条件、测试结果和分析结论等。
应力应变测量.
第一节 电阻应变片 半导体应变片灵敏度
S
dR R
E
这一数值比金属丝电阻应变片大50一70倍。
半导体应变片 优点：灵敏度高，机械滞后小、横向效应小、体积小等。 缺点：温度稳定性能差、灵敏度分散度大(由于晶向、杂质 等因素的影响)以及在较大应变作用下，非线性误差大等， 这些缺点给使用带来一定困难。 应变片的后续电路为电桥电路。
第一节 电阻应变片 一、金属电阻应变片
常用的金属电阻应变片有丝式和箔式两种。其工作 原理都是基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。 金属丝电阻应变片(又
称电阻丝应变片)出现得 较早，现仍在广泛采用。 其典型结构如图所示。把 一根具有高电阻率的金属丝 ( 康铜或镍铬合金等 ) 绕成栅形， 粘贴在绝缘的基片和覆盖层之间，由引出导线接于电路上。
相对电阻的增量为：
R0 2 KR M 2 K M R0 R
K ˆ K) (取K
仪器的应变读数为： ˆ R0 / R0 2 M ˆ
M EW M EW ˆM 2
具有温度补偿功能
第五节 电阻应变片的应用 2、拉力P的测量
R0 R R KR1 ' ( P M ) KR ( P M ) 2KR P
第一节 电阻应变片
电阻的相对变化率
dR dl 2dr d R l r
式中 dl / l -----电阻丝轴线相对变形，或称纵向应变
dr / r -----电阻丝轴线相对变形，或称横向应变
当电阻丝沿轴向伸长时，必沿径向缩小，两者之间的关系为
dr dl r l
a. 选择式自补偿应变片 b. 双金属敏感栅自补偿应变片
第二节 应变片的主要特性
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
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。
应变应力的测量及其在材料力学中的应用价值
应变应力的测量及其在材料力学中的应用价值引言：应变应力是材料力学中的重要概念，它反映了材料在受力时的变形和应力状态。
准确测量和分析应变应力对于材料力学研究和工程应用具有重要意义。
本文将介绍应变应力的测量方法及其在材料力学中的应用价值。
一、应变应力的基本概念应变是指物体在受力作用下发生的形变程度，通常用形变量与初始长度之比来表示。
应力是指物体受到的内部力在单位面积上的分布情况，通常用单位面积上的内力来表示。
应变应力是材料力学中研究物体变形和力学性能的基本参数。
二、应变应力的测量方法1. 应变测量方法（1）电阻应变计：电阻应变计是一种常用的应变测量仪器。
它利用材料的电阻随应变而发生变化的特性进行测量。
通过测量电阻值的变化，可以得到物体的应变值。
（2）光学应变测量：光学应变测量是利用光学原理进行应变测量的方法。
常见的方法有光栅法、全息法等。
通过测量光的干涉或散射现象，可以得到物体的应变分布情况。
2. 应力测量方法（1）应力片法：应力片法是一种常用的应力测量方法。
它利用材料的弹性变形特性，通过测量应力片上的应变值，间接得到物体的应力值。
（2）压电效应法：压电效应是指某些晶体在受到力作用时会产生电荷分布不均匀的现象。
通过测量电荷的分布情况，可以得到物体受力时的应力分布情况。
三、应变应力的应用价值1. 材料力学研究应变应力的测量是材料力学研究中的基础工作。
通过测量和分析应变应力，可以深入了解材料的力学性能和变形特性，为材料的设计和优化提供依据。
2. 工程应用应变应力的测量在工程应用中具有广泛的价值。
例如，在航空航天领域，通过测量飞机机身的应变应力，可以判断飞机的结构是否安全可靠。
在建筑工程中，通过测量建筑物的应变应力，可以评估建筑物的承载能力。
3. 材料性能评估应变应力的测量可以对材料的性能进行评估。
通过测量不同应变应力下材料的变形和断裂行为，可以评估材料的强度、韧性等性能指标，为材料选择和设计提供参考。
结论：应变应力的测量是材料力学研究和工程应用中的重要工作。
第五章 应力、应变测试
检测和监控生产过程中的产品 质量
应力、应变测试的
03
方法
应变片法
定义：通过将应 变片粘贴在被测 物体上，测量物 体受力变形时产 生的电阻变化， 从而确定物体的 应变。
工作原理：基于 应变效应，当应 变片受到外力作 用时，其电阻值 会发生变化，通 过测量电阻值的 变化可以计算出 物体的应变。
应用范围：广泛 应用于各种材料 和结构的应力、 应变测试，如桥 梁、建筑、航空 航天等领域的结 构健康监测。
应力、应变测试的
04
应用
在材料力学中的应用
验证材料的力学性能
评估材料的疲劳寿命
研究材料的断裂行为
优化材料的设计和制 造过程
在结构分析中的应用
确定结构的极限 承载能力
评估结构的稳定 性
预测结构的疲劳 寿命
分析结构的振动 特性
在生物医学中的应用
生物材料的力学 性能研究
医疗器械的力学 性能测试
生物组织的力学 特性研究
未来展望
智能化测试技术：利用人工智能 和机器学习算法提高测试效率和 准确性
跨学科融合：将应力、应变测试 与其他相关领域进行跨学科融合， 拓展测试应用范围
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实时监测与预警：实现测试过程 中的实时监测和预警，提高测试 安全性
绿色环保：发展环保型的测试技 术，降低测试对环境的影响
优点：测量精度 高、可靠性好、 稳定性强、适应 性强等。
光学法
原理：利用光的 干涉、衍射等光 学效应，测量物 体表面的微小变 形
优点：非接触、 高精度、实时监 测
应用领域：材料 力学、生物医学 、无损检测等
局限性：对环境 要求较高，成本 较高
应力应变测量
实验步骤与操作流程
准备实验材料和设备，选 择适当的应变计和压力计。
将试样安装到试验机上， 调整试验机的初始状态。
将材料加工成标准试样， 进行温度和环境预处理。
进行实验，记录实验数据， 包括应力、应变、温度等。
数据处理与分析
01
数据清洗
去除异常值和缺失值，确保数据质 量。
统计分析
使用适当的统计方法分析数据，提 取有意义的信息。
04
应力应变测量实验设计与实 施
实验目的与要求
01 掌握应力应变测量的基本原理和方法。
02
了解材料的力学性能和应力应变曲线。
03
分析不同材料在不同条件下的应力应变行 为。
04
评估材料的强度、塑性和韧性等性能指标。
实验材料与设备
材料
不同种类和规格的金属、塑料、橡胶 等材料。
设备
万能材料试验机、应变计、压力计、 温度计、支架等。
03
应力应变测量的方法与技术
电阻应变片法
总结词
电阻应变片法是一种常用的应力应变测量方法，通过测量金属丝电阻的变化来推 算应变。
详细描述
电阻应变片由敏感栅等组成，当金属丝受到外力作用时，其电阻值会发生变化， 通过测量电阻的变化量，可以推算出金属丝的应变。该方法具有测量范围广、精 度高、稳定性好等优点，广泛应用于各种工程领域。
03
02
数据转换
将原始数据转换为更易于分析的格 式或变量。
结果可视化
使用图表、图像等形式展示分析结 果，便于理解和解释。
04
05
应力应变测量在工程中的应 用
结构健康监测
结构健康监测是利用应力应变 测量技术对工程结构进行实时 监测，以评估结构的健康状况
应力应变测试方法综述
应力应变测试方法综述应力应变测试是一种广泛应用于材料科学、工程力学、生物学等领域的实验方法，用于研究材料的力学性能和变形行为。
本文旨在综述应力应变测试方法的发展历程、基本原理、实验步骤、结果分析以及未来发展趋势。
在材料选择方面，应力应变测试对材料的要求较高，通常需要具有均匀性、各向同性和足够的强度。
常用的材料包括金属、塑料、陶瓷、玻璃等。
随着科技的不断进步，新型材料如碳纤维复合材料、生物相容性材料等也逐渐被应用于应力应变测试中。
应力应变测试的基本原理是通过对材料施加应力，观察其产生的应变，进而计算材料的弹性模量、屈服强度等力学参数。
根据测试方法的不同，应力应变测试可分为电阻应变法、振荡应力法、声波应力测量法等。
电阻应变法是一种常见的应力应变测试方法，其原理是利用应变片感知材料表面的应变，并将其转换为电阻的变化进行测量。
振荡应力法则是通过激振器对材料进行激振，测量其振幅和相位差来计算材料的应力状态。
声波应力测量法则是利用声波在材料中传播的速度和幅度变化来推算材料的应力状态。
实验步骤因不同的测试方法而异，一般包括样品准备、仪器调试、实验操作、数据记录与分析等环节。
在实验过程中，需要注意样品的代表性、仪器的精度和稳定性以及实验条件的控制。
结果分析是应力应变测试的关键环节，需要对实验数据进行处理、分析和解释。
通常采用的方法包括统计分析、误差分析、数值模拟等。
通过这些方法，可以将实验数据转化为有用的工程信息，用于材料的优化设计、制造工艺的改进等方面。
在过去的几十年里，应力应变测试方法在材料科学、工程力学、生物学等领域得到了广泛应用，为许多科学研究和实际工程提供了重要的理论和实验支持。
然而，随着科学技术的发展，传统的应力应变测试方法也面临着一些挑战和问题，如测试精度、测试范围、测试速度等方面的限制。
因此，未来的应力应变测试方法可能会朝向以下几个方向发展：首先，随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，应力应变测试可能会更加智能化、自动化。
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μ—为泊松比
dL L
λ—压阻系数 E—弹性模量来自dr dlrl
E
dR12E
R
金属丝电阻率
d E
dR K
R
K为单根金属丝的灵敏度。当金属丝发生单 位长度的变化时，电阻变化率与其应变的 比值，即单位应变的电阻变化率。
应力、应变电测法原理
电阻的相对变化量由两方面因素决定： 1）对于金属材料，电阻的变化主要由金属丝几何尺寸的改变引起； 电阻丝灵敏度系数（dR/R）/ ε 为（1+2μ ）。 2）对于半导体材料，其工作原理基于半导体的压阻效应，材料受力 后， 材料的电阻率发生变化。其灵敏度系数为（dR/R）/ ε 为λ E。
胶基应变片：耐蚀性和绝缘性能好，弹性系数高， 使用温度在-50~+170℃
电阻应变片的结构及分类
金属箔式应变片
金属丝经高温液化后，高压高速喷射，而后雾化沉积在基片上，形 成3~10μm层，再用光刻腐蚀法形成电路。
优点：横向效应很小 ，允许电流大 ，柔性好、蠕变小、疲劳寿命 长 ，生产效率高 。
电阻应变片的结构及分类
应变片的结构
电阻应变片的结构及分类
应变片的分类
金属应变片 应变片
体型
丝式 箔式
薄膜型 体型
半导体应变片 薄膜型 扩散型
PN结及其他形式
电阻应变片的结构及分类
应变片的分类
金属丝式应变片
U型
V型
H型
电阻丝式应变片的敏感元件是丝栅状的金属丝。电阻丝是应变 片受力后引起电阻值变化的关键部件，它是一根具有很高电阻率的 金属细丝，直径约为0.01～0.05mm。常用材料有铜镍合金、捏铬 合金、铂、铂铬合金、铂钨合金等
电阻应变片的特性及应用
电阻值R
应变片的阻值指应变片没有粘贴也不受力时，在室温下测定 的电阻值。应变片阻值也有一个系列，如60Ω、120Ω、350Ω、 600Ω和1000Ω，其中以120Ω最为常用。阻值大，承受电压大， 输出信号大；但同时敏感栅尺寸也大。
电阻应变片的特性及应用
最大工作电流
最大工作电流是指已安装的应变片允许通过敏感栅而不影响其 工作特性的最大电流Imax。
工作电流大，输出信号也大，灵敏度就高。 但工作电流过大 会使应变片过热，灵敏系数产生变化，零漂及蠕变增加，甚至烧毁 应变片。
应力、应变测试方法
电阻应变测量特点
利用电阻应变片将应变转换为电参量进行测试。测试时，将 电阻应变片粘贴在被测物体表面， 随零部件变形即可产生成比 例的电阻变化。广泛应用于工程测量和科学实验中。
非线性小，电阻的变化同应变成线性关系； 应变片尺寸小，重量轻，惯性小，具有良好的动态特性，频率响应
好；贴在试件上对其工作状态和应力分布基本上没有影响。 适用于静态测量和动态测量。 测量应变的灵敏度和精度高，动态测试精度可达1%，静态为0.1%。 测量范围大，变形范围1%~2%。
电阻应变片的特性及应用
绝缘电阻
应变片绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测件之间的 电阻值Rm。通常要求Rm在50～100 MΩ以上。绝缘电阻过低， 会造成应变片与试件之间漏电，使应变片的指示应变产生误差。 Rm取决于粘结剂及基底材料的种类及固化工艺。在常温使用条 件下要采取必要的防潮措施，而在中温或高温条件下，要注意选 取电绝缘性能良好的粘结剂和基底材料。
应力、应变测试方法
应力测试系统
应变片
电桥盒
应变仪
记录仪
应变片——能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件，其转 换原理基于金属电阻丝的电阻应变效应
电桥盒——将电阻微小的变化进行处理的测量电路。
应变仪——用于将电桥的输出信号进行放大的高增益放大器。应变仪 还具有阻抗变换的作用。
电阻应变片的结构及分类
应力、应变电测法原理
电阻应变效应
导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻
值相应发生变化。这种现象称“应变效应”。
金属导线受拉变化图
原始电阻值
R L A
受力拉伸后电阻值的变化
dR L AdAdL AL 2dA
dRdLddA R L A
纵向应变 横向应变 轴向应力
应力、应变电测法原理 ε—应变
半导体式应变片
胶膜衬底
外引线
P-Si 内引线 焊接板
优点：灵敏度高、频 率响应范围宽、体积 小、横向效应小 。
缺点：温度系数大、 灵敏度离散大以及在 较大变形下非线性比 较严重。
半导体式应变片是以半导体单晶硅条作敏感元件的 ，工作原
理是基于半导体材料的压阻效应。即施加一定载荷产生应力时，电
阻率会发生一定的变化。
用应变片测量应变或应力时，根据上述特点，在外力作用下， 被测对象产生微小机械变形，应变片随着发生相同的变化，同时应 变片电阻值也发生相应变化。当测得应变片电阻值变化量为ΔR时， 便可得到被测对象的应变值，根据应力与应变的关系，得到应力值
E
电阻应变片的特性及应用
应变片的主要参数
几何尺寸
1）基长l：应变片的敏感元件在纵轴方向的长度。在应变变化梯度 大的场合，应使用小基长的应变片，但基长很小时，横向灵敏度大。 2）基宽b ：在与应变片纵轴垂直方向，应变片敏感元件外侧之间的 距离。基宽以较小为佳，但是太小会影响散热。
第五章 应力、应变测试
本章主要内容
应力、应变测试方法 应力、应变测试原理 电阻应变片的特性及应用 电阻应变片的信号调理电路 电阻应变仪
应力、应变测试方法
测量应力、应变的目的
为了研究机械结构、桥梁、建筑等某构件在工作状态下的受力、 变形情况，通过测试测得构件的拉、压应力、扭矩及弯矩，为结构 设计、应力校核或构件破坏的预测等提供可靠的测试数据。
电阻应变片的要求结电构阻丝及材分料具类有电阻温度系
应变片的分类
数小、温度稳定性良好、电阻率大等 特性，同时，金属电阻丝的相对灵敏
纸基应变系片：数制要造大简，单且，便能宜在，相易当于大粘贴的。应耐变热范性围
内保和持耐常潮数性差。。适合短期室内实验室使
丝质应变片
用，使用温度在70℃以下
纸浸胶基应变片：具有一定耐潮湿性，适合长期使用。 使用温度为180℃
应力、应变及其关系
在杆件受到拉伸（或压缩）的情况下，只有一个主应力 σ 1，它 的方向与外加载荷F的方向平行，该方向的应变为 ε 1，并且有
1 E1
E为材料弹性模量
应力、应变测试方法
常用测试方法
电阻应变测量 脆性涂层法 云纹方法 激光全息干涉法 激光散班干涉法 声弹性 X光衍射法 光测弹性力学