应变测试技术.

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1、应变测试技术目 录第1章 应变测试概况1第2章 应变测试的原理22.1 应力与应变的关系22.2 电阻应变片的构造82.3 应变片的工作原理9第3章 主要设备及配套器材103.1 电阻应变片103.2 电阻应变仪163.3 应变测试系统16第4章 应变测试的工艺要点174.1 应变片的选型174.2 选择粘贴应变片用胶黏剂184.3 应变片的粘贴19第5章 应变测试的应用215.1 运动构件的应变测量215.2 高(低)温条件下应变测量25第6章 应变测试方法的特点及适用范围27参考文献29I应变测试技术第1章 应变测试概况应变测试是当各种机械或者结构物有外力作用时，通过它来获得各部分发生的应

2、变大小、应力状态和最大应力所在位置和大小，以此判断各部件的尺寸、形状和使用的材料是否合适，从而达到安全、价廉和经济的设计。另外，应变测试可以估计断裂负荷，并能进行断裂预测而不需要损坏部件材料，因此它是无损检测的一个重要领域。电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。该方法是用应变敏感元件电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的

3、变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1-1所示。测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。图1-1 用电阻应变片测量应变的过程第2章 应变测试的原理2.1 应力与应变的关系2.1.1 应力的种类应力是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。如图2-1所示，在柱体的上面向其施加外力P 的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力-内力。内力被物体（这里是柱体）的截面积所除后得到的值（单位截面积上的内力）即是“应力”（单位为Pa（帕斯卡）或N/

4、m2）。如圆柱横断面积为A(m2)，所受外力为P(N 牛顿)，由外力=内力可得，应力的大小。图2-1 外力（负荷）与内力的关系如图2-2 (a)所示，当内力F在某一截面上作用时，可以考虑把它分成与截面垂直的分力 Fn 和沿着截面方向的分力Fr。假设这些力在截面上都是均匀分布的话，则 “单位截面积的力”就是应力，如图2-2 (b)所示。它可以分为同截面垂直的正应力()和沿着截面的切应力()。假如设截面积为A，则正应力可由下式表示： = FnA=Fcos/AMPa (2-1)切应力为 =FrA=Fsin/A(MPa) (2-2)图2-2 内力与应力的关系截面上的各种应力状态如图2-3所示 。图2-

5、3 应力的种类与正负（a）拉伸，正应力为正值（b）压缩，正应力为负值（c）切应力为正值 （d）切应力为负值把图2-3 (a)中的正应力称为拉应力，以正值来表示。把图2-3 (b)中的正应力称为压应力，以负值来表示。图2-3 (c)中的切应力是顺时针方向作用的，作为正值；图2-3 (d)中的切应力是逆时针方向作用的，作为负值。这种确定正负的方法是同梁的切应力相符合的，有的资料采用的正负值与这里正好相反。2.1.2 应变被拉伸的时候会产生伸长变形 l，试件的长度则变为l。这里，由伸长量l和原长l的比所表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记为。应变表示的是伸长率（或压缩率）l/l，是量纲为一的，

6、1x10-6的应变称为微应变。（1）纵向应变图2-4 应变的种类如图2-4 (a)所示，把拉应力作用在圆柱物体上，当原来的长度延伸了l而成为l时，其拉应变可从下式得出： （2-3）其数值为正值，当受压应力时，则物体收缩，l就变成负值，压应变也成为负值。拉伸应变和压缩应变都叫做纵向应变。（2） 横向应变在应力作用的方向上产生纵向应变时，同时在与它垂直的方向上产生横向应变。从图2-4(a)上可以看出，若直径从 d变为 d时，横向应变由下式表示： （2-4） 这个横向应変与纵向应变之比的绝对值叫做泊松比，通常以或者来表示，即 （2-5）低碳钢的泊松比约为0.3。如图2-4 (b)所示，当受切应力作用

7、时，长度l的顶部向横向偏移，如果设最初的直角ABC改变了角成为ABC则切应变/l可由下式（2-6）表示:图2-4 应变的种类 （2-6）2.1.3 应力应变曲线做材料的强度试验时，材料要制成如图2-5所示的试样。将拉伸试验时所加的负荷除以试样的截面积，即应力作为纵坐标；把标距伸长量除以标距的原长度，即应变作横坐标，这样得出的曲线称为应力-应变曲线。（a）拉伸前（b）拉伸后图2-5 拉伸式样图2-6所示是广泛用来制作结构件的低碳钢(低碳钢)的拉伸试验应力-应变曲线。可将其分为OA、BC、CD、和DE四个阶段。图2-6 低碳钢应力-应变曲线（1）弹性阶段（OA段）在OA阶段内，材料的变形是弹性的。

8、当应力小于A点的应力时，如果卸去外力，使应力逐渐减少到零，此时相应的应变也随之完全消失。材料受外力后变形，卸去外力后变形完全消失的性质称为弹性。因此OA阶段称为弹性阶段，相应于A点的应力称为弹性极限。在此阶段内，除靠近A点的极小一段AA外，应力与应变的关系是沿直线OA变化的，这时应力与应变之间呈正比关系，即遵循虎克定律：=E(其中弹性模量E是比例常数）对应于A点的应力称为比例极限，以p表示。由于比例极限与弹性极限非常靠近，试验中很难加以区别，所以实际应用中常将两者视为相等。如再继续增加应力，则即使去掉负荷，试样也不能完全复原而仍然残留一部分应变，这个应变就称为永久应变或残余应变。 （2）屈服阶

9、段（BC段） 当应力到达B点的相应值时，应力不再增加，仅有些微小的波动；而应变却在应力几乎不变的情况下急剧地增长，材料暂时失去了抵抗变形的能力。这个现象一直延续到C点。如果试样经过抛光，这时可以看到试样表面有许多与试样轴约成45度角的条纹，称为滑移线。这种应力几乎不变，应变却不断增加，从而产生明显的塑形变形的现象，称为屈服现象，BC阶段称为屈服阶段。 相应于B点的应力值称为上屈服点；在应力波动中，首次下降所达到的最低值（对应于曲线中的B点）称下屈服点。由于上屈服点之值受试验时一些因素的影响较大，不如下屈服点稳定，故规定下屈服点作为材料的屈服点（或称屈服极限)，以s表示。（3）强化阶段（CD段）

10、 经过屈服阶段以后，从C点开始曲线又逐渐上升。材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加应力，这种现象称为材料的强化。从C点至D点称为强化阶段。（4）局部变形阶段（DE段）在应力到达D点的相应值之前，沿试样的长度，变形是均匀的。当应力到达D点的相应值后，试样的变形开始集中于某一小段的范围内，横截面面积出现局部迅速收缩，这种现象称为颈缩现象。由于局部的截面收缩，使试样继续变形所需的拉力逐渐减小，所以，由原截面面积（不是颈缩处的截面面积）除以拉力F而计算出的名义应力也渐渐下降，因而曲线过D点后向下弯曲。因为应力等于负荷除以试样原截面积，所以所得的这种应力被称为公称应力。如果随着截面的缩小

11、，用缩小的截面积去除负荷，所得的数值作为实际应力，则可得到实际应力-应变曲线。当截面急剧地收缩到原截面的一半左右时，最后就在E点断裂。由D点到E点这个阶段，称为局部变形阶段。相应于D点的应力称为抗拉强度（或强度极限），以b表示。低碳钢以外各种材料的应力-应变曲线如图2-7所示。 它们都不出现像低碳钢那样的屈服点。对这些材料，一般把产生 0.2%永久应変时的应力称为屈服强度，以0.2表示。通常在材料的应变测定中，所用的应力都是在低于比例极限的范围内，在此条件下应力与应变呈正比关系。（a）高碳钢和合金钢 （b）铸铁 （c）铜和黄铜图2-7 各种材料的应力-应变曲线因此如果测得了应变，则应力 即可由