橋路與彎曲應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

1、材料力學(xué)電測(cè)實(shí)驗(yàn)部分彎曲應(yīng)力與橋路實(shí)驗(yàn)王習(xí)術(shù)Tel:62792972(O)橋路與彎曲應(yīng)力實(shí)驗(yàn)電測(cè)法基本原理及概述；電測(cè)法基本原理及概述；實(shí)驗(yàn)裝置及儀器設(shè)備；實(shí)驗(yàn)裝置及儀器設(shè)備；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求；實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求。電測(cè)法的基本原理電測(cè)法的基本原理： 電阻應(yīng)變測(cè)量（簡(jiǎn)稱電測(cè)法）原理是用電阻絲用基體電阻應(yīng)變測(cè)量（簡(jiǎn)稱電測(cè)法）原理是用電阻絲用基體材料封裝成一張片作為敏感元件，將被測(cè)構(gòu)件表面的物理材料封裝成一張片作為敏感元件，將被測(cè)構(gòu)件表面的物理量等非電量轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行測(cè)量的一種實(shí)驗(yàn)方法。量等非電量轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行測(cè)量的一種實(shí)驗(yàn)方法。被測(cè)構(gòu)件被測(cè)構(gòu)件電阻

2、片電阻片電電 量量光、電、機(jī)械光、電、機(jī)械傳感器傳感器測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理測(cè)測(cè) 量量 值值力學(xué)參量力學(xué)參量機(jī)械參量機(jī)械參量電電 壓壓電電 流流敏感元件之一敏感元件之一電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片電阻片的構(gòu)造電阻片的構(gòu)造各種電阻片樣品各種電阻片樣品電阻片的工作原理電阻片的工作原理金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng) 電阻應(yīng)變片主要是根據(jù)金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)的物理電阻應(yīng)變片主要是根據(jù)金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)的物理學(xué)原理工作的。學(xué)原理工作的。由物理學(xué)可知，導(dǎo)線電阻由物理學(xué)可知，導(dǎo)線電阻 的表達(dá)式：的表達(dá)式：slRKKllRR片我們將電阻應(yīng)變片粘貼在受載構(gòu)件上，當(dāng)受到拉伸時(shí)金我們將電阻

3、應(yīng)變片粘貼在受載構(gòu)件上，當(dāng)受到拉伸時(shí)金屬絲將被伸長(zhǎng)電阻值隨之增加，同理受到壓縮時(shí)電阻值屬絲將被伸長(zhǎng)電阻值隨之增加，同理受到壓縮時(shí)電阻值將減小，可見電阻值隨變形而發(fā)生變化。由實(shí)驗(yàn)可知，將減小，可見電阻值隨變形而發(fā)生變化。由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)變形在一定范內(nèi)，線應(yīng)變與電阻變化率之間存在線性當(dāng)變形在一定范內(nèi)，線應(yīng)變與電阻變化率之間存在線性關(guān)系。即：關(guān)系。即：應(yīng)變儀電橋的工作原理應(yīng)變儀電橋的工作原理目前的應(yīng)變儀均采用惠斯通電橋電路測(cè)量應(yīng)變片的阻目前的應(yīng)變儀均采用惠斯通電橋電路測(cè)量應(yīng)變片的阻值變化。值變化。 四臂電橋如圖所示：四臂電橋如圖所示：11144EKERRUBD121221124)(44EKEKERRR

4、RUBD21313311444EKEKERRRRUBD4143214)()(4EKEKUBD常用的幾種組橋方式：常用的幾種組橋方式：1. 單臂測(cè)量單臂測(cè)量：橋路中只有一個(gè)橋臂參與構(gòu)件的機(jī)械變形。：橋路中只有一個(gè)橋臂參與構(gòu)件的機(jī)械變形。輸出的橋壓為：輸出的橋壓為：2.半橋測(cè)量半橋測(cè)量：橋路中相鄰的兩個(gè)橋臂參與構(gòu)件的機(jī)械變形。：橋路中相鄰的兩個(gè)橋臂參與構(gòu)件的機(jī)械變形。輸出的橋壓為：輸出的橋壓為：3. 對(duì)臂測(cè)量對(duì)臂測(cè)量：橋路中相對(duì)的兩個(gè)橋臂參與構(gòu)件機(jī)械變形。輸：橋路中相對(duì)的兩個(gè)橋臂參與構(gòu)件機(jī)械變形。輸出的橋壓為：出的橋壓為：4.全橋測(cè)量：全橋測(cè)量：橋路中四個(gè)橋臂全部參與構(gòu)件機(jī)械變形。輸橋路中四個(gè)橋臂

5、全部參與構(gòu)件機(jī)械變形。輸出的橋壓為：出的橋壓為：ERRRRRRUDB434211ERRRRRRRRRRRRUUBDBD43434422111143214EKUBD式中：式中： 1、 2、 3、 4分別代表四個(gè)應(yīng)變片所感受的應(yīng)變值，分別代表四個(gè)應(yīng)變片所感受的應(yīng)變值，我們稱此式為我們稱此式為電橋的加減特性電橋的加減特性。當(dāng)在小應(yīng)變、等橋臂（當(dāng)在小應(yīng)變、等橋臂（R1= R2= R3 = R4 ）、相同的靈敏系數(shù)）、相同的靈敏系數(shù)時(shí)，上式簡(jiǎn)化成下式：時(shí)，上式簡(jiǎn)化成下式：若電橋的四個(gè)臂均與粘貼于構(gòu)件上的電阻片相連，當(dāng)構(gòu)件變?nèi)綦姌虻乃膫€(gè)臂均與粘貼于構(gòu)件上的電阻片相連，當(dāng)構(gòu)件變形時(shí)，橋臂上的阻值分別變?yōu)椋盒?/p>

6、時(shí)，橋臂上的阻值分別變?yōu)椋?R1+ R1 、R2+ R2、 R3+ R3、 R4+ R4。此時(shí)此時(shí)BD點(diǎn)的輸出電壓為：點(diǎn)的輸出電壓為：可以證明輸出電壓與橋臂阻值的關(guān)系：可以證明輸出電壓與橋臂阻值的關(guān)系：溫度補(bǔ)償片溫度補(bǔ)償片（橋測(cè)量或稱單點(diǎn)測(cè)量）橋測(cè)量或稱單點(diǎn)測(cè)量） 引起電阻片的阻值改變的因素：引起電阻片的阻值改變的因素：1.機(jī)械變形；機(jī)械變形；2.溫度變溫度變化。溫度變化引起阻值改變的量是無用的量?？梢岳秒姌蚧囟茸兓鹱柚蹈淖兊牧渴菬o用的量。可以利用電橋加減特性，通過溫度補(bǔ)償片來消除。即加減特性，通過溫度補(bǔ)償片來消除。即單臂（單臂（橋）測(cè)量橋）測(cè)量。11144EKERRUBD半橋測(cè)量半

7、橋測(cè)量21331144EKERRRRUBD在在AB，BC兩個(gè)臂上分別接上工作片，溫度影響將互相抵消。兩個(gè)臂上分別接上工作片，溫度影響將互相抵消。對(duì)臂測(cè)量對(duì)臂測(cè)量31331144EKERRRRUBD 在在AB，CD兩個(gè)臂上接工作片，兩個(gè)臂上接工作片，BC，DA接溫度補(bǔ)償接溫度補(bǔ)償片。四個(gè)臂的電阻同處一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消。片。四個(gè)臂的電阻同處一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消。全橋測(cè)量全橋測(cè)量41432144EKEKUBD 電橋的四個(gè)臂上接工作片，都參與機(jī)械變形，同處電橋的四個(gè)臂上接工作片，都參與機(jī)械變形，同處一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消。一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定矩形

8、梁在橫彎條件下指定截面的應(yīng)力分布規(guī)律，測(cè)定矩形梁在橫彎條件下指定截面的應(yīng)力分布規(guī)律，并與理論值進(jìn)行比較；并與理論值進(jìn)行比較； 利用已有布片方案進(jìn)行各種組橋，并比較不同組橋方利用已有布片方案進(jìn)行各種組橋，并比較不同組橋方式的測(cè)量結(jié)果，學(xué)習(xí)提高測(cè)量靈敏度的方法，并計(jì)算式的測(cè)量結(jié)果，學(xué)習(xí)提高測(cè)量靈敏度的方法，并計(jì)算出各種組橋方式下的橋臂系數(shù)出各種組橋方式下的橋臂系數(shù)B B；初步掌握電阻應(yīng)變儀和電子拉伸試驗(yàn)機(jī)的工作原理以初步掌握電阻應(yīng)變儀和電子拉伸試驗(yàn)機(jī)的工作原理以及對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響因素；及對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響因素；學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)研究工程問題的理念如如何提出科學(xué)問題，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)研究工程問題的理念如如何提出科學(xué)問題

9、，如何處理實(shí)驗(yàn)中的誤差等等？如何處理實(shí)驗(yàn)中的誤差等等？實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介量測(cè)高度量測(cè)高度h，寬度，寬度b，跨度，跨度L，支點(diǎn)到，支點(diǎn)到測(cè)試截面距離測(cè)試截面距離a等原始數(shù)據(jù)。等原始數(shù)據(jù)。L =a =橫截面上應(yīng)力的分布理論分析基礎(chǔ)橫截面上應(yīng)力的分布理論分析基礎(chǔ) 在平面彎曲條件下，矩形梁任一在平面彎曲條件下，矩形梁任一截面上的應(yīng)力沿高度的變化：截面上的應(yīng)力沿高度的變化：為抗彎截面系數(shù)值為產(chǎn)生在上、下表面，其其中不難判斷最大應(yīng)力。所求點(diǎn)至中線軸的距離截面慣性矩；該截面上的彎距；式中WWMZJMZY,JM:maxY圖示分布規(guī)律圖示分布規(guī)律MxL / 2PL/4M-x彎距圖彎距圖布片圖布片圖應(yīng)力分布

10、圖應(yīng)力分布圖應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)-+-123456789加載點(diǎn)應(yīng)該在中點(diǎn)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系（小變形條件下）應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系（小變形條件下）1.彎曲正應(yīng)力公式：2.虎克定律：yM ZJ EJy實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求儀片儀片片片儀儀KKKK1. 測(cè)量矩形截面梁指定截面的應(yīng)力分布。通過接線箱對(duì)測(cè)量矩形截面梁指定截面的應(yīng)力分布。通過接線箱對(duì) 梁上梁上7枚電阻片逐片進(jìn)行單臂測(cè)量，要求每枚電阻片枚電阻片逐片進(jìn)行單臂測(cè)量，要求每枚電阻片不少于不少于2遍有效差值。所謂差值就是用末讀數(shù)減去初遍有效差值。所謂差值就是用末讀數(shù)減去初讀數(shù)，即讀數(shù)，即2. 根據(jù)儀器顯示的數(shù)值經(jīng)過修正得到實(shí)際應(yīng)變值：根據(jù)儀器顯示的數(shù)值經(jīng)過修正得到實(shí)際應(yīng)變

11、值：將修正后的將修正后的 片片帶入上式計(jì)算出相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力值。帶入上式計(jì)算出相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力值。 末末 初初 = E 片片K片2.08E=?3. 利用梁上下表面各兩片電阻片按下列方式進(jìn)行測(cè)量，利用梁上下表面各兩片電阻片按下列方式進(jìn)行測(cè)量，求出該截面最大應(yīng)變求出該截面最大應(yīng)變 max，及各種組橋方式下的橋臂及各種組橋方式下的橋臂系數(shù)系數(shù)B：212半半橋B半橋測(cè)量：半橋測(cè)量：兩片工作片，選所感應(yīng)的應(yīng)變值符號(hào)兩片工作片，選所感應(yīng)的應(yīng)變值符號(hào) 相反，大小相等的；相反，大小相等的；對(duì)臂測(cè)量：對(duì)臂測(cè)量：兩片工作片，選所感應(yīng)的應(yīng)變值符號(hào)兩片工作片，選所感應(yīng)的應(yīng)變值符號(hào) 相同。大小相等的；相同。大小相等的；全橋測(cè)量

12、：全橋測(cè)量：四片工作片，選所感應(yīng)的應(yīng)變值符號(hào)四片工作片，選所感應(yīng)的應(yīng)變值符號(hào) 和應(yīng)變值兩兩相同的。和應(yīng)變值兩兩相同的。實(shí)驗(yàn)名稱，實(shí)驗(yàn)日期，實(shí)驗(yàn)成員姓名及學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱，實(shí)驗(yàn)日期，實(shí)驗(yàn)成員姓名及學(xué)號(hào); ;實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康? ;實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置簡(jiǎn)圖：應(yīng)注明所用機(jī)、儀器的名稱、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置簡(jiǎn)圖：應(yīng)注明所用機(jī)、儀器的名稱、 型號(hào)、精度、量程等，并畫出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖型號(hào)、精度、量程等，并畫出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖; ;實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述; ;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟; ;原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：包括所用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，如：原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：包括所用材料的力學(xué)性能指標(biāo)，如： 材料名稱及牌號(hào)、彈性模量材料名稱及牌號(hào)、彈性

13、模量E E。機(jī)、儀器的量。機(jī)、儀器的量 程，加載速度、應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)、電阻片的程，加載速度、應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)、電阻片的 靈敏系數(shù)、試樣的幾何尺寸等靈敏系數(shù)、試樣的幾何尺寸等; ;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)列表和以曲線形式給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)列表和以曲線形式給 出，注明測(cè)量單位，給出最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)結(jié)出，注明測(cè)量單位，給出最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)結(jié) 果應(yīng)定性分析實(shí)驗(yàn)誤差，分析主要誤差來源果應(yīng)定性分析實(shí)驗(yàn)誤差，分析主要誤差來源; ;實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論：應(yīng)將實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)到的主要現(xiàn)象、實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論：應(yīng)將實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)到的主要現(xiàn)象、實(shí) 驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)歸納；并運(yùn)用基本理論，分析實(shí)驗(yàn)

14、驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)歸納；并運(yùn)用基本理論，分析實(shí)驗(yàn) 中觀測(cè)到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以便鞏固和加深材料力學(xué)的中觀測(cè)到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以便鞏固和加深材料力學(xué)的 基本理論與概念基本理論與概念; ;在報(bào)告中可以表達(dá)對(duì)實(shí)驗(yàn)的體會(huì)及對(duì)實(shí)驗(yàn)的意見；在報(bào)告中可以表達(dá)對(duì)實(shí)驗(yàn)的體會(huì)及對(duì)實(shí)驗(yàn)的意見；一周后交報(bào)告。一周后交報(bào)告。對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)各點(diǎn)應(yīng)變值，計(jì)算最大應(yīng)變點(diǎn)的對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)各點(diǎn)應(yīng)變值，計(jì)算最大應(yīng)變點(diǎn)的 應(yīng)力，并畫出該截面的理論和實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力分布應(yīng)力，并畫出該截面的理論和實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力分布 曲線。要求取兩遍地有效數(shù)據(jù)作為原始實(shí)驗(yàn)數(shù)曲線。要求取兩遍地有效數(shù)據(jù)作為原始實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，兩遍數(shù)據(jù)的不重復(fù)性不大于據(jù)，兩遍數(shù)據(jù)的不重復(fù)性不大于5%

15、5%；誤差分析及討論。誤差分析及討論。%100%理實(shí)理實(shí)驗(yàn)曲線的正確畫法實(shí)驗(yàn)曲線的正確畫法不正確畫法不正確畫法正確畫法正確畫法-300-300-200-200-100-1000 0100100200200300300400400h/2h/2h/4h/40 0h/4h/4h/2h/2理論曲線理論曲線實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線-300-300-200-200-100-1000 0100100200200300300400400h/2h/2h/4h/40 0h/4h/4h/2h/2理論曲線理論曲線實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線五五. .原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)矩形截面梁的幾何尺寸矩形截面梁的幾何尺寸( (自己量?。┳约毫咳。╀摬牡?/p>

16、彈性模量：鋼材的彈性模量：2.062.0610105 5MPaMPa；電阻片靈敏系數(shù)電阻片靈敏系數(shù)2.082.08；應(yīng)變儀靈敏系數(shù)設(shè)為應(yīng)變儀靈敏系數(shù)設(shè)為2.082.08；初載荷初載荷P P0 0=500N=500N，末載荷，末載荷P PN N=4500N=4500N；加載速度：加載速度：0.5mm/min0.5mm/min；試驗(yàn)機(jī)精度：試驗(yàn)機(jī)精度：1%1%；應(yīng)變儀量程：應(yīng)變儀量程：19999 19999 ；應(yīng)變儀分辨率：應(yīng)變儀分辨率：1 1。思考題思考題1、用梁上表面、用梁上表面1，2兩枚電阻片組成半橋測(cè)量會(huì)兩枚電阻片組成半橋測(cè)量會(huì) 得到什么結(jié)果，為什么？得到什么結(jié)果，為什么？2、用、用1，8兩枚電阻片組成對(duì)臂測(cè)量時(shí)測(cè)量結(jié)果兩枚電阻片組