典型载荷测量、应变片布置PPT课件下载推荐.pptx
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,1.拉伸(压缩)构件,
(2)方案二(如图所示),R1R2,B,C,A,R1,R2,P,P,1.拉伸(压缩)构件,将补偿片也贴到构件上,紧靠工作片R1并与其垂直,电桥接法与上同:
R1工作片,R2补偿片(感受机械应变)。
1.拉伸(压缩)构件,1.拉伸(压缩)构件,2.构件受弯矩作用,测其表面应变,1
(1)方案一:
单设补偿片,,R2,P,R1,B,C,A,R1,R2,2.构件受弯矩作用,测其表面应变,R1工作片,R2补偿片;
表面为单向应力状态(分析方法与前相同),接半桥。
2.构件受弯矩作用,测其表面应变,
(2)方案二:
补偿片参与工作(如图所示),P,R1,B,C,A,R1,R2,2.构件受弯矩作用,测其表面应变,接成半桥,可以消除温度效应的影响。
当施加弯矩M时,R1感受拉应变M1,R2感受压应变M2,若构件横截面有水平对称轴,则M1=-M2可得到:
(2)方案二:
补偿片参与工作(如图所示),P,R2、R4,R1、R3,R1,R3,R2,R4,D,2.构件受弯矩作用,测其表面应变,R1、R3感受拉应变,1=3=R2、R4感受压应变,2=4=,3.圆轴扭矩的测量,圆轴受扭矩时,横截面上受剪应力作用,在与轴线成45角的方向上存在有最大的拉应力和压应力1=2,且其数值与原截面上最大剪应力max相等。
即:
1=2=max。
在与轴线成45角方向上各贴一个应变片Ra、RC,接半桥。
3.圆轴扭矩的测量,3.圆轴扭矩的测量,由于a=-c,所以:
3.圆轴扭矩的测量,3.圆轴扭矩的测量,3.圆轴扭矩的测量,在工程实际中,常常用这种方法测圆轴所受的扭矩,即:
而(实心圆轴)其中,d圆轴直径。
3.圆轴扭矩的测量,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,如图所示为一偏心受压立柱。
1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,由力学分析可知,在弹性范围内,它相当于轴向压缩和纯弯曲的叠加,因而是组合变形的杆件。
轴向压缩正应力为y在截面上均匀分布纯弯曲正应力在截面两侧为最大,即,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,(设截面对中性轴对称)叠加后最大应力产生在立柱两侧边缘上,为:
1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,A1,A,+,=,B1,B,+,=,y,W,W,y,1,2,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,在A点处,应变片R1所测应变为:
在B点处,应变片R2所测应变为:
据此,我们可以采取不同的接桥方式来单测压缩或单测弯曲。
1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,
(1)消压测弯:
采用半桥连接。
B,C,A,R1,R2,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,
(2)消弯测压:
另设补偿块,贴温度补偿片R3、R4,采用半桥联结,B,C,A,R1,R3,R2,R4,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,R1=R1w+R1y+R1tR2=R2w+R2y+R2tR3=R3tR4=R4tR1w=R2wR1y=R2y=RyR1t=R2t=R3t=R4t=Rt,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,采用全桥接法:
R1、R2接相对桥臂R3、R4接相邻桥臂,1.弯曲与拉伸(压缩)的组合变形,2.扭转和弯曲的组合变形,2.扭转和弯曲的组合变形,以一简单圆轴为例,如上图所示,当它同时承受扭矩Mn,及横向应力P作用时,就成为弯扭组合变形。
要求单独测取其中某一变形成分作用下的应变(应力)。
我们在圆轴表面的前后各取一点E和F,两点在包括杆轴线及力P的水平面上。
并在每点粘贴与杆轴线成45角的二个应变片Ra、Rc、Ra、Rc。
2.扭转和弯曲的组合变形,为了单独测取由于扭转而引起的应变或由于弯曲而引起的应变,需要对Ra、Rc、Ra、Rc等应变片在弯扭组合作用下所感受的应变情况做一分析。
在E、F两点取出单元体(均由前向后看)并将其分解:
2.扭转和弯曲的组合变形,E点单元体可分解为E1和E2,E1只有由于扭矩产生的剪应力,是纯剪切应力状态,在45截面上,作用有扭45,其相应的应变为扭45。
E2只有弯曲产生的正应力弯,是单向应力状态,在45截面上则作用有同符号的正应力弯45,其数值为弯曲正应力的一半(即1/2弯),设相应的应变为弯45,(在45截面上还有剪应力,因它不影响测量,故图上忽略),因此,,2.扭转和弯曲的组合变形,因此,Ra感受:
扭转产生的扭45和弯曲产生的+弯45Rc感受:
扭转产生的扭45和弯曲产生的+弯45同理对F点进行分解可得:
Ra感受:
扭转产生的扭45和弯曲产生的弯45Rc感受:
扭转产生的扭45和弯曲产生的弯45,2.扭转和弯曲的组合变形,1测扭消弯:
全桥联结(如图所示)。
2.扭转和弯曲的组合变形,2.扭转和弯曲的组合变形,2.扭转和弯曲的组合变形,2.测弯消扭:
(全桥联结),2.扭转和弯曲的组合变形,2.扭转和弯曲的组合变形:
三、平面应力状态下主应力的测定,在平面应力状态下,应力与应变之间的关系即平面应力状态虎克定律为:
三、平面应力状态下主应力的测定,式中,E材料的弹性模量;
材料的泊松比;
G剪切弹性模量x、y、xy构件上任意点原始单元体的应力值;
x、y、xy构件上任意点原始单元体的应变值。
三、平面应力状态下主应力的测定,几个关于平面应力的概念:
主平面:
两个剪应力为零的特殊截面。
主应力:
作用在主平面上的最大或最小正应力称为主应力。
主方向:
主应力的方向称为主方向。
主单元体:
只有主应力作用的单元体。
由材料力学知识可知,如果已知原始单元体上的应力x、y、xy,利用下式可以求出主应力、主方向及最大剪应力,三、平面应力状态下主应力的测定,三、平面应力状态下主应力的测定,1.主方向已知时的主应力测定在平面应力问题中,主方向已知时,平面应力状态的虎克定律可简化为:
三、平面应力状态下主应力的测定,2.主方向未知时的主应力测定在多数情况下,主方向是未知的。
取出任意单元体,有待确定的应力为x,y,xy,根据平面应力问题的虎克定律,可用测量该点应变的方法来确定未知的应力-x,y,xy。
三、平面应力状态下主应力的测定,三、平面应力状态下主应力的测定,以如图所示单元体为例,由力学公式可知,在法向方向为角的任意截面上,其应力为:
三、平面应力状态下主应力的测定,由虎克定律知,沿方向的线应变为:
三、平面应力状态下主应力的测定,将式(a)、(b)代入(c)可得:
三、平面应力状态下主应力的测定,上式说明,对于某一单元体,若已知方向的线应变已测得,便可得到一个包括应力x,y和xy的方程式。
如果已测得某点处的三个方向的线应变,便可得到类似上式的三个方程式:
三、平面应力状态下主应力的测定,三、平面应力状态下主应力的测定,上面介绍了在一点处测量三个选定方向的线应变,该点的应力状态便完全确定了。
在一点处沿几个不同方向贴几个电阻应变片,叫做“应变花”。
最常用的有45角应变花及60角应变花。
1)45应变花当取=0、=45、=90三个方向时,即为45应变花,把角度、值代入,则可得、三个方向的应变,三、平面应力状态下主应力的测定,三、平面应力状态下主应力的测定,联立求解上述三个方程,可得:
平面应力状态下主应力的测定,为了计算方便,将上式代入到求主应力和主方向的表达式中,可得:
式中0角为主方向与方向应变片的夹角。
平面应力状态下主应力的测定,2)60应变花当取=0、=60、=120三个方向时,即为60应变花,同理可得主应力及主方向公式为:
平面应力状态下主应力的测定,平面应力状态下主应力的测定,式中,0角为主方向与方向应变片的夹角。
目前常用的应变花有三片45、60、90等,也有四片的45应变花和60应变花。
一般情况下,在主方向已知时用90应变花,沿两个互相垂直的主方向贴应变花。
45应变花用在主方向可以大致分析出来的情况,将互成90的两个丝栅沿大致确定的主方向粘贴,这样可以减少测量误差。
平面应力状态下主应力的测定,在主方向完全不了解的情况下用60应变花,因为这种应变花的三个丝栅与主方向靠近甚至重合的机会很大,感受的应变数值也较大,因此可以减少测量误差。
四片45应变花用在那些比较重要的试验中,此时第四个丝栅的测量数据可以用来校核测量结果是否准确,因为互相垂直的应变值之和是一个常数即:
平面应力状态下主应力的测定,同时还可以用来防止因一个丝栅偶然损坏而影响应变测试的情况。
四片60应变花和四片45应变花有类似的作用,但有:
当构件表面各处的应力梯度较大时,三个应变片应尽量贴得集中。
当构件表面的应力变化不大时,可以使各片不相重叠,这样应变片散热比较容易,而且,每个应变片的变形同被测构件变形比较一致。
四、测点的选择以及布片与接桥的原则,1.测点的选择在工程结构的应变测量中,合理、正确地选定测点是必须首先解决的重要问题。
因为,测点位置选择得不恰当或数量不足,就不能达到测试的预期目的。
过多的测点会增加不必要的测试工作量,有时还会由于仪器条件的限制,以致根本不可能实现。
若被测对象是杆件,即可根据测试要求,按前面讲述的方法进行测量。
但是,工程上需要测试的构件往往是形状或受力形式都比较复杂,这就要根据力学理论,再结合实践经验,按测试目的选择测点。
四、测点的选择以及布片与接桥的原则,对于正在研制的新产品,必要时,多先进行光弹性试验,以了解它的应力分布规律,从而选择截面形状或判断危险点位置,为确定电测测点提供依据。
对于已生产使用的机械及工程结构,也可以配合使用脆性涂层等实验方法,了解其表面应力分布情况,然后选定测点。
总之,测点的选择是一个既重要又复杂的问题,需要认真对待。
通常应考虑以下几方面。
四、测点的选择以及布片与接桥的一般原则,
(1)首先对构件进行受力分析:
建立力学模型,计算机电算(用有限元法等计算),找到危险点及易损部位。
根据受力分析,实践经验及易损部位等,按测试要求选定测点。
(2)注意应力集中区域:
对于构件容易发生应力集中的孔、槽、或截面尺寸有急剧变化的地方,要予以注意。
测点应适当多布置一些,以便了解这些地区的应力变化情况。
四、测点的选择以及布片与接桥的一般原则,(3)若欲测未知区域,可以多布几个点对最大应力难于确定或需要了解截面应力分布规律,或需要了解构件曲线段应力过渡情况等,一般的是在欲测的地方均匀地布置57个测点。
(4)充分利用结构及载荷的对称性。
利用结构及载荷的对称性以及结构边界上的特殊情况来选择测点位置。
以便减少测点。
四、测点的选择以及布片与接桥的一般原则,(5)为避免偶然误差,可在不受力或已知应力和变形的位置安排测点。
比较、检查测试结果的正确性。
2.布片的依据:
布片的主要依据是测点的应力状态。
(1)单向应力状态,沿应力方向粘贴电阻应变片。
(2)平面应力状态,主方向已知时,则沿两个主方向粘贴两个应变片。
主方向未知时,必须根据实际情况粘贴45或60应变花。
四、测点的选择以及布片与接桥的一般原则,3
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