电测法测量弯曲正应力版

电测法测量弯曲正应力

同组人：毛紫薇 黄璜

实验日期：2006-5-11

一、实验目的

1、测量矩形截面梁在横弯时指定截面的最大应变值，比较和掌握不同组桥方式如何提高测量灵敏度的方法，并求出各种组桥方式下的桥臂系数B

2、测量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

二、实验设备 1，WDW-3020电子万能实验机 2，矩形截面梁 3，YE2539高速静态应变测试系统

三、实验原理 1、电阻应变片测量基本原理 将电阻应变片牢固的粘贴在被测构件的表面，构件变形时应变片随着一起变形，利用电阻片的应变效应使应变变化转化为电阻变化，电阻应变仪再把应变片的电阻变化转化为电压变化，经放大后的电压信号直接以应变量的形式显示出来。

2、电桥电路与接桥方式

常用的测量电路——桥式测量电路。

单臂测量：一个桥臂是参与机械变形的电阻片，其余是不参与变形的固定电阻，则

14DB EK U ε∆=

。半桥测量：相邻桥臂参与机械变形的电阻片，12()4

DB EK

U εε∆=-。全桥测量：四个桥臂全参与机械变形。 3、温度补偿片

应变片电阻变化由构件变形和温度变化两者引起，可消除温度影响，将电阻片贴在与构件材质相同但不变形的材料上，并与构件处于相同温度，将其正确连接在桥路上即可消除温度变化的影响。

4、基本原理

平面弯曲条件下正应力的分布见课本上介绍。 实验中，在初载荷和末载荷时通过应变仪分别读出应变测量值，则各电阻片的测量应变值为应变测量值之差，通过胡克定律可计算出各点的压力值。

三、实验步骤 1、检查矩形截面梁的加力点位置与支座位置是否正确，测量量的截面尺寸 2、根据试样尺寸及机器性能指标计算实验的许可载荷，确定初载荷及末载荷 3、熟悉并掌握试验机的操作规程及高速静态应变测试系统的使用方法，设置实验的负荷负载值，启动试验机预加载荷到0P 。待仪器稳定后，通过操作计算机的控制软件进行初始平衡和试采样，使测量的各通道应变初值0ε置零，将载荷加至N P 测量N ε，求出应变差，重复加载卸载二到三次，每次的应变差相对差不超过5%。

4、按步骤3对梁上9片电阻片逐点单臂测量，记录并计算各点应变差值

5、利用梁上下表面的四枚电阻片分别按半桥、全桥方式测量，且接线方式要使测量灵敏度达到组桥方式的最大值。

四、实验数据处理

1、实验条件和实验常数：

初载荷0500P N =；末载荷4500N P N = 梁的尺寸：h=40mm b=24mm a=200mm L=560mm

电阻片灵敏度系数： 2.08K =片 试件的弹性模量：5

2.0610E Mpa =⨯

泊松比：0.28μ=

电阻应变片的相对位置示意：

2、单臂实验测量数据处理： 数据单位：

根据P ∆及梁的几何尺寸，计算理论应力值σ理

5 6 7

3 4

y

MZ

J σ=

理 式中： M ——截面弯矩 y J ——截面惯性矩

40000.240022P M a N m ∆=

⨯=⨯=⋅ 337411

0.0240.04 1.28101212

y J bh m -==⨯⨯=⨯

理论值和实验值的比较如下面三个图：

图1 ~Z σ理关系曲线

图2 ~Z σ实关系曲线

图3 ~Z σ理与~Z σ实关系曲线在同一坐标系下

可以看出，实测值和理论值是相差不大的。

3、计算桥臂系数B εε=

仪

半桥方式：采用2、8处的电阻片

281/2(||||)295.75εεε=+=仪微米

585.51.98295.75

B εε=

==半仪 全桥方式：采用1、2、8、9处的电阻片

12891/4(||||||||)295.0εεεεε=+++=仪微米

1172 3.97295B εε=

==全仪

4、误差分析

可能误差分析：

A，实验机压头不垂直于梁导致载荷不垂直于梁

B，实验机压头位置没有对正截面形心

C，梁材料质地不均匀以及形状不规则

五、思考题：

1、如果中性层的实测应变值不为零是由什么原因产生的？它与相邻两片的数据有何关系，

如何修正？

答：中性层的应变值不为零可能是由于载荷不过梁的截面形心或者载荷不垂直于梁造成的。这样，测点可能不是正好位于中性层上，应该是相邻两片数据绝对值之差的一半。修正方法是把相应的实测值减去中性层的实测应变值。

2、分析造成梁上表面或下表面两片电阻片的实测值不相同的原因，如何修正？

答：加力点位置不在试件的中心，产生了沿y方向的弯矩或者载荷不垂直于梁，产生了Z 方向上的弯矩。修正方法是将对称分布的两片电阻片的应变值平均即可。

3、如果试验机压头不垂直与梁的表面，会对试验结果产生什么影响？如何利用组桥方式消

除这种影响？

答：a，会使梁截面收到一个Z方向的弯矩的作用，这种影响可通过测对称位置的应变取均值消除。

B，会使量的截面收到一个轴力的作用，这时应测量加力点对称位置的力求均值消除这一影响。

4、假如一个立柱受偏心压缩，如何布片既能测出轴力又能测出弯矩？如何组桥？

答：以截面形心为原点建立坐标系，水平轴为y轴，竖直轴为z轴，在截面上表面取关于z 轴对称的1、2两点，在截面的左表面取关于y轴对称的3、4两个点，右表面取关于y轴对称的5、6两个点。

1、2组成半桥测得的应变为z方向上的弯矩的引起的应变一半；3、4或者5、6组成半桥测得的应变为y方向上的弯矩引起的应变的一半；3、4、5、6组成全桥测得的应变为轴力引起的应变的1/4。