南京航空航天大学结构强度的电测法实验报告.doc

《结构强度的电测方法》 试验报告 学院： 能源与动力学院 专业： 机械设计及理论 学号： SX1302*** 姓名： 朱** 同组： 朱** 日期：2013年12月27日 结构强度电测法实验 一 实验目的 1、掌握电阻应变测试技术的基本原理和方法。 2、测定两个弹性构件在指定作用力下的危险点的主应力大小和方向。 测定钢架结构在指定作用力下的危险点的主应力大小和方向。 3、由第三强度理论分析结果，确定弹性构件和钢架结构在以上实验条件下的最大许用载荷。 4、由理论分析和实验结果对比，验证圣维南原理的影响。 5、熟悉电阻应变的基本安装工艺过程。 6、掌握测量结果的不确定度分析过程。 二 实验仪器、设备名称及型号 本实验主要实验仪器和设备有：TS3861静态电阻应变仪、压力试验机、2个待测弹性元件及1个钢架、电阻应变片、导线、电烙铁、丙酮、砂纸、502胶、绝缘胶带、镊子等。 TS3861静态电阻应变仪面板如图1所示。 图1 TS3861静态电阻应变仪面板示意图 其中：（1）CH为通道指示，其下面的两个按扭为通道选择键。 （2）为读数应变显示窗，其下面的三个按键“自动”、“初值”、“测量”的作用为：“自动”按键在手动测量时无用；“初值”按键为在有初始值的情况下的测量；若先按“初值”再按“测量”按键，为将现通道设置为在“0”初始值的情况下的测量，即“置零”。 （3）根据应变片的阻值选择“应变片电阻Ω”的数字。 （4）根据应变片的灵敏系数选择“灵敏系数K”的数字。 三 实验原理及实验方法 1、应变片原理 电阻片分丝式和箔式两大类。丝绕式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm-0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变-电性能。电阻片在感受构件的应变时（称做工作片），其电阻同时发生变化。实验表明，构件被测量部位的应变Δl/l与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即： 比例系数Ks称为电阻片的灵敏系数。由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以Ks不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。Ks的数值一般约在2.0 左右 2、电阻应变仪原理 电阻应变仪是将电阻片感受到应变转化为电阻变化，再把电阻变化通过适当桥路和 放大器转为电压变化，并显示出来。电阻应变仪按其测量对象可分为静态电阻应变仪和动态电阻应变仪。动态应变仪有电压和电流输出，提供相关记录仪记录，例如X-Y记录仪、光线示波器和磁带记录仪等等。也有一些应变仪兼有静态应变数值显示和动态电压输出，使用起来比较方便。由于电阻应变仪是一种专用仪器，其显示部分直接显示应变值。通过应变可以计算出载荷、应力和变形，为核算构件的强度提供依据，因此应变仪应用十分广泛应变仪测量电路是一个电桥电路(见图)它的四个桥臂 R1 ，R2 ，R3 ，R4 顺序连接在 A、B、C、D 之间。电桥 AC 对角接电源 E ；BD 对角为电桥输出电压 UDB 。当四个电阻皆由电阻应变片组成，且四枚电阻片阻值和灵敏系数相等时，桥路有如下关系: 　　　　　　　 　　其中ε1 ，ε2 ，ε3 ，ε4 分别代表电阻片 R1 ，R2 ，R3 ，R4 感受的应变，这表明电压增量 ΔUDB 与四个桥臂电阻片的应变成线性关系。利用这个关系可实现单片、半桥和全桥测量方式，获得不同的量测效果。温度改变时，金属丝的长度也会发生变化，从而引起电阻的变化。因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成即： ΔR = ΔRε＋ΔRT 　　ΔRε-由构件机械变形引起的电阻变化。 　　ΔRT-由温度变化引起的电阻变化。 要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的一材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。电阻变化只与温度有关的电阻片称做温度补偿片。利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温度给应力测量带来的影响。 测量电路有多种，最常用的是桥式测量电路。R1、R2、R3、R4四个电阻依次接在A、B、C、D （或1、2、3、4）之间，构成电桥的四桥臂。电桥的对角AC接电源，电源电压为E；对角BD 为电桥的输出端，其输出电压用UDB表示。可以证明UDB与桥臂电阻有如下关系： UDB = 　　若4个桥臂电阻由贴在构件上的4枚电阻片组成，而且初始电阻R1 = R2 = R3 = R4，当输出电压UDB = 0时，电桥处于平衡状态。构件变形时，各电阻的变化量分别为