单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,材料力学电测实验部分,电测实验概论,弯曲应力与桥路实验,工程力学系电测实验室,材料力学电测实验部分电测实验概论,1,概 述,电测法的基本原理,：,电阻应变测量（简称电测法）原理是用电阻应变片作为传感元件，将被测构件表面的物理量、力学量、机械量等非电量转换成电量进行测量的一种实验方法。,被测构件,电阻片,电 量,光、电、机械,传感器,测量仪器,数据采集与处理,预 测 量,物理参量,力学参量,机械参量,生物参量,电 压,电 流,概 述电测法的基本原理：被测构件电阻片电,2,桥路与弯曲应力实验,实验目的；,电测法基本原理；,实验装置及仪器设备；,实验内容及要求；,实验原始数据；,实验报告要求。,桥路与弯曲应力实验实验目的；,3,一,.,实验目的,测定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；,利用已有布片方案进行各种组桥，并比较不同组桥方式的测量结果，学习提高测量灵敏度的方法，并计算出各种组桥方式下的桥臂系数,B,；,初步掌握电阻应变仪的使用方法及电子拉力机的操作。,一.实验目的测定矩形梁在横弯条件下指定截面的应力分布规律，并,4,二,.,实验装置简图,高度,h,，宽度,b,自己量测；,跨度,L,，支点到截面距离,a,要校准。,L =,a,=,二.实验装置简图高度h，宽度b自己量测；L =a =,5,截面上应力的分布规律,在平面弯曲条件下，矩形梁任一截面上的应力沿高度的变化：,截面上应力的分布规律 在平面弯曲条件下，矩形梁,6,图示分布规律,M,x,l/2,Pl/4,M-x,弯距图,1,2,3,4,5,6,7,布片图,应力分布图,应力状态,-,+,图示分布规律Mxl/2Pl/4M-x弯距图1234567布片,7,1.,基本计算公式,1.,弯曲正应力公式：,2.,虎克定律：,J,y,1.基本计算公式1.弯曲正应力公式：2.虎克定律：Jy,8,2.,传感元件,电阻应变片,电阻片的构造,2.传感元件电阻应变片电阻片的构造,9,各种电阻片样品,各种电阻片样品,10,3.,电阻片的工作原理,金属丝的电阻应变效应,电阻应变片主要是根据金属丝的电阻应变效应的物理学原理工作的。,由物理学可知，导线电阻 的表达式：,我们将电阻应变片粘贴在受载构件上，当受到拉伸时金属丝将被伸长电阻值随之增加，同理受到压缩时电阻值将减小，可见电阻值随变形而发生变化。由实验可知，当变形在一定范内，线应变与电阻变化率之间存在线性关系。即：,3.电阻片的工作原理金属丝的电阻应变效应我们将电阻应变片粘贴,11,4.,应变仪电桥的工作原理,目前的应变仪均采用惠斯通电桥电路测量应变片的阻值变化。 四臂电桥如图所示：,4.应变仪电桥的工作原理目前的应变仪均采用惠斯通电桥电路测量,12,式中：,1,、,2,、,3,、,4,分别代表四个应变片所感受的应变值，我们称此式为,电桥的加减特性,。,当在小应变、等桥臂（,R,1,=,R,2,=,R,3,= R,4,）、相同的灵敏系数时，上式简化成下式：,若电桥的四个臂均与粘贴于构件上的电阻片相连，当构件变形时，桥臂上的阻值分别变为：,R,1,+,R,1,、,R,2,+,R,2,、,R,3,+,R,3,、,R,4,+,R,4,。,此时,BD,点的输出电压为：,可以证明输出电压与桥臂阻值的关系：,式中： 1、 2、 3、 4分别代表四个应变片所感受,13,几种常用的组桥方式：,1.,单臂测量：桥路中只有一个桥臂参与构件的机械变形。输出的桥压为：,2.,半桥测量：桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变形。输出的桥压为：,3.,对臂测量：桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形。输出的桥压为：,4.,全桥测量：桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。输出的桥压为：,几种常用的组桥方式：1. 单臂测量：桥路中只有一个桥臂参与构,14,温度补偿片,（,桥测量或称单点测量）,引起电阻片的阻值改变的因素：,1.,机械变形；,2.,温度变化。温度变化引起阻值改变的量是无用的量。可以利用电桥加减特性，通过温度补偿片来消除。即,单臂（,桥）测量,。,温度补偿片（桥测量或称单点测量） 引起电,15,半桥测量,在,AB,，,BC,两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵消。,半桥测量在AB，BC两个臂上分别接上工作片，温度影响将互相抵,16,对臂测量,在,AB,，,CD,两个臂上接工作片，,BC,，,DA,接温度补偿片。四个臂的电阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。,对臂测量 在AB，CD两个臂上接工作片，B,17,全桥测量,电桥的四个臂上接工作片，都参与机械变形，同处一个温度场，温度影响相互抵消。,全桥测量 电桥的四个臂上接工作片，都参与机,18,三,.,实验内容及要求,1.,测量矩形截面梁指定截面的应力分布。通过接线箱对梁上,7,枚电阻片逐片进行单臂测量，要求每枚电阻片不少于,2,遍有效差值。所谓差值就是用末读数减去初读数，即,2.,根据仪器显示的数值经过修正得到实际应变值：,将修正后的,片,带入下式计算出应力值。,末,初,= E,片,三.实验内容及要求1. 测量矩形截面梁指定截面的应力分布。通,19,3.,利用梁上下表面各两片电阻片按下列方式进行测量，求出该截面最大应变,max,，,及各种组桥方式下的桥臂系数,B,：,半桥测量：两片工作片，选所感应的应变值符号相反，大小相等的；,对臂测量：两片工作片，选所感应的应变值符号相同。大小相等的；,全桥测量：四片工作片，选所感应的应变值符号和应变值两两相同的。,3. 利用梁上下表面各两片电阻片按下列方式进行测量，求出该截,20,实验名称，实验日期，实验成员姓名及学号,;,实验目的,;,实验设备及装置简图：应注明所用机、仪器的名称、,型号、精度、量程等，并画出实验装置简图,;,实验原理简述,;,实验内容及步骤,;,原始实验数据：包括所用材料的力学性能指标，如：,材料名称及牌号、弹性模量,E,。机、仪器的量,程，加载速度、应变仪的灵敏系数、电阻片的,灵敏系数、试样的几何尺寸等,;,实验数据的处理：实验数据应列表和以曲线形式给,出，注明测量单位，给出最终实验结果。对结,果应定性分析实验误差，分析主要误差来源,;,四,.,实验报告要求,实验名称，实验日期，实验成员姓名及学号;四.实验报告要求,21,实验结果的讨论：应将实验中所观测到的主要现象、实,验结果进行总结归纳；并运用基本理论，分析实验,中观测到的实验现象，以便巩固和加深材料力学的,基本理论与概念,;,在报告中可以表达对实验的体会及对实验的意见；,一周后交报告。,对于本次实验根据各点应变值，计算最大应变点的,应力，并画出该截面的理论和实验的应力分布,曲线。要求取两遍地有效数据作为原始实验数,据，两遍数据的不重复性不大于,5%,；,误差分析及讨论。,实验结果的讨论：应将实验中所观测到的主要现象、实对于本次实验,22,实验曲线的正确画法,不正确画法,正确画法,实验曲线的正确画法不正确画法正确画法,23,五,.,原始数据,矩形截面梁的几何尺寸,(,自己测量,),，跨度、,截面到支座的距离（校准）；,钢材的弹性模量：,2.0610,5,MPa,；,电阻片灵敏系数,2.15,；,应变仪灵敏系数设为,2.15,；,初载荷,P,0,=500N,，末载荷,P,N,=2500N,；,加载速度：,0.5mm/min,；,试验机精度：,0.5%,；,应变仪量程：,19999,；,应变仪分辨率：,1,。,五.原始数据矩形截面梁的几何尺寸(自己测量) ，跨度、,24,思考题,1,、用梁上表面,1,，,2,两枚电阻片组成半桥测量会,得到什么结果，为什么？,2,、用,1,，,7,两枚电阻片组成对臂测量时测量结果,如何，为什么？,3,、如果载荷,P,与矩形梁的中性轴不垂直时，对,测量结果有什么影响，如何利用组桥方法来,消除这种影响。,思考题1、用梁上表面1，2两枚电阻片组成半桥测量会2、用1，,25,参考数据表格,参考数据表格,26,附,1/4,桥测量的操作步骤,按顺序将试件上粘贴的各个应变片（工作片）接到每个通道的,AB,接线端上，,BB,为短接状态；,将温度补偿片接到公共端（,CD,）；,运行软件或按联机键，自动检测联机状态；,在参数设置界面，设置各测量点连接形式为应变,1-1,和设置各测量点灵敏系数等参数；,在初始载荷时先在自动平衡状态按自动平衡，显示测量的自动平衡结果；然后转到试采样状态，按开始测量键采样一次，显示初始值，检查测量数据有无问题；,正式实验时转到扫描采样状态，在初始载荷下按扫描采样采样一次，显示初始值；,在加载过程中，达到每个预定的载荷时，按扫描采样进行一次采样；,实验完成后，打印或拷贝数据。,附 1/4桥测量的操作步骤按顺序将试件上粘贴的各个应变片（,27,结束,结束,28,U,BD,E,A,D,C,B,R,1,R,3,R,2,R,4,工作片,工作片,UBDEADCBR1R3R2R4工作片工作片,29,材料力学实验电测实验部分课件,30,