应力应变测量.pptx

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1、会计学1应力应变测量应力应变测量 第七章第七章第七章第七章 应力应变测量应力应变测量应力应变测量应力应变测量一、应变测量技术：应变电测法一、应变测量技术：应变电测法 应变电测法是用电阻应变片先测出构件的表面应变，再应变电测法是用电阻应变片先测出构件的表面应变，再根据应力、应变的关系式来确定构件表面应力状态的一种实根据应力、应变的关系式来确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。验应力分析方法。二、应力应变测量二、应力应变测量静态应变测量：利用静态应变仪测量系统静态应变测量：利用静态应变仪测量系统 动态应变测量：利用动态应变仪测量系统动态应变测量：利用动态应变仪测量系统 本章学习重点：本章学习

2、重点：1.1.贴片方法和应力应变换算贴片方法和应力应变换算2.2.常用型材测点位置布置常用型材测点位置布置3.3.金属结构应力应变测量方法与测量步骤金属结构应力应变测量方法与测量步骤 第1页/共29页7-2 7-2 7-2 7-2 贴片方法和应力应变换算贴片方法和应力应变换算贴片方法和应力应变换算贴片方法和应力应变换算应变电测法应用问题：应变电测法应用问题：n n首先遇到的是如何贴片，贴片方位问题，取决于应力状态。首先遇到的是如何贴片，贴片方位问题，取决于应力状态。n n其次，测出应变值后，如何换算成应力值，运用材料力学其次，测出应变值后，如何换算成应力值，运用材料力学知识。知识。下面就单向应

3、力状态和平面应力状态（主应力方向已知和主应下面就单向应力状态和平面应力状态（主应力方向已知和主应力方向未知）的应力和应变换算和贴片方法加以介绍。力方向未知）的应力和应变换算和贴片方法加以介绍。第2页/共29页一、单向应力状态一、单向应力状态一、单向应力状态一、单向应力状态在单向拉伸或压缩外力作用下，其变形如图所示，在单向拉伸或压缩外力作用下，其变形如图所示，沿轴向方向贴有电阻沿轴向方向贴有电阻应变片应变片R R。从材料力学莫尔圆可以看出：从材料力学莫尔圆可以看出：测片方位：沿轴向应力方向贴应变片，测得后，用测片方位：沿轴向应力方向贴应变片，测得后，用公式求出大小。公式求出大小。第3页/共29页

4、二、平面应力状态（主应力方向已知）二、平面应力状态（主应力方向已知）二、平面应力状态（主应力方向已知）二、平面应力状态（主应力方向已知）1 1、单元体、单元体01110111受平面应力的作用。这时变形为受平面应力的作用。这时变形为02220222：产生应变在产生应变在x x方向上有变形方向上有变形 ，在在y y方向上有变形方向上有变形 。2 2、然后，再受、然后，再受 的作用，的作用，这时这时02220222变为变为03330333：产生应变在产生应变在y y方向产生变形方向产生变形 ，在在x x方向产生变形方向产生变形 第4页/共29页 3.3.因此在因此在 、的共同作用下，单元体在的共同作

5、用下，单元体在x x方向方向的变形为的变形为 ，y y方向的变形为方向的变形为 若用应力表达，则为若用应力表达，则为贴片方位：贴片方位：沿沿 和和 的方向各贴一枚应变片（或直角应变的方向各贴一枚应变片（或直角应变花），测得花），测得 、值，即可求出值，即可求出 和和 值。值。第5页/共29页三、平面应力状态（主应力方向未知）三、平面应力状态（主应力方向未知）三、平面应力状态（主应力方向未知）三、平面应力状态（主应力方向未知）1 1、任意方向的应变、任意方向的应变前提：主应力前提：主应力 、的大小未知，的大小未知，方向也未知，有三个未知数。方向也未知，有三个未知数。存在：正应力存在：正应力 ，,

6、剪应力剪应力应变：应变：、，（剪应变）（剪应变）单元体单元体ABCDABCD在平面应力状态变形为在平面应力状态变形为ABCDABCD，单元体单元体ACAC方向上的应变与方向上的应变与 、和和 之间之间的关系，的关系，ACAC变形至变形至ACAC位置：位置：ACAC方向上的总应变为：方向上的总应变为：或或第6页/共29页2 2 2 2、贴片方位、贴片方位、贴片方位、贴片方位 为了测得为了测得 、和三个数值，可以在被测构件上的同和三个数值，可以在被测构件上的同一个测点以三个不同的方向进行测量（如一个测点以三个不同的方向进行测量（如 三片三片 应变花），并对应变花），并对3 3个不同方向上的应变进行

7、测个不同方向上的应变进行测量，当这三个方向与量，当这三个方向与x x轴的夹角分别为轴的夹角分别为 、时，时，即可求解下列方程组：即可求解下列方程组：测点上测点上3 3个方向的角（个方向的角（、和和 ）通常预先设定的）通常预先设定的（根据（根据3 3片应变花的夹角片应变花的夹角 、和和 ）。若能测得这三）。若能测得这三个方向上的应变值个方向上的应变值 、和和 ，就能算出三个未知，就能算出三个未知数数 、和和 。第7页/共29页3 3 3 3、计算、计算、计算、计算 ，大小大小大小大小通过测出通过测出 、大小，即可求出大小，即可求出 ，式中：式中：为剪切弹性模量。为剪切弹性模量。第8页/共29页4

8、 4 4 4、求出主应力与主应力的方向、求出主应力与主应力的方向、求出主应力与主应力的方向、求出主应力与主应力的方向：主应力的计算公式：主应力的计算公式：主应力（与主应力（与x x轴夹角）的方向轴夹角）的方向式中：式中：主应力主应力 和和x x轴的夹角。轴的夹角。第9页/共29页5 5 5 5、常用应变花应用举例：、常用应变花应用举例：、常用应变花应用举例：、常用应变花应用举例：实际测量中，实际测量中，（1 1）主应力计算公式（）主应力计算公式（贴三片贴三片 应变花）应变花）（2 2）主应力计算公式（）主应力计算公式（贴三片贴三片 应变花应变花）（3 3）主应力方向（）主应力方向（与与 轴线的

9、夹角轴线的夹角 ）第10页/共29页7-3 7-3 7-3 7-3 常用结构型材的测点布置常用结构型材的测点布置常用结构型材的测点布置常用结构型材的测点布置一、结构型材断面的应力分布一、结构型材断面的应力分布 港口机械的金属结构基本上是由角钢、槽钢、工字钢、港口机械的金属结构基本上是由角钢、槽钢、工字钢、T T型钢、钢管等型材或由钢板焊成的箱形结构所组成。由型钢、钢管等型材或由钢板焊成的箱形结构所组成。由各种形式材料组成的结构，通常承受拉各种形式材料组成的结构，通常承受拉(压压)、弯、扭等几、弯、扭等几种外力的作用，其断面上的应力分布比较复杂。种外力的作用，其断面上的应力分布比较复杂。结构型材

10、的断面型式较多，通常有：矩形断面，圆形结构型材的断面型式较多，通常有：矩形断面，圆形断面，工字形断面，槽形断面，箱形断面。断面，工字形断面，槽形断面，箱形断面。例：箱形断面的受力状态：例：箱形断面的受力状态：第11页/共29页 n na a轴向力均布轴向力均布n nb b弯曲正应力沿主惯性轴呈线形分布。弯曲正应力沿主惯性轴呈线形分布。n nc c剪应力最大值一般出现在主惯性轴处。剪应力最大值一般出现在主惯性轴处。n nd d扭转问题：非约束扭转问题：非约束只有剪应力只有剪应力 约束约束有剪应力和扇形正应力。有剪应力和扇形正应力。第12页/共29页 箱形断面应力分布箱形断面应力分布开口薄壁结构断

11、面应力分布开口薄壁结构断面应力分布工字形断面，槽形断面工字形断面，槽形断面归纳：各种断面的应力分布规律：归纳：各种断面的应力分布规律：a a断面上通常只有两种力：正应力、剪应力断面上通常只有两种力：正应力、剪应力b b断面角点处只有正应力，而无剪应力（相当于单向应断面角点处只有正应力，而无剪应力（相当于单向应力状态）。正应力的最大值出现在角点处。力状态）。正应力的最大值出现在角点处。c c剪应力的分布形式根据其断面形状不同而不同，一般剪应力的分布形式根据其断面形状不同而不同，一般来说，最大剪应力产生在中性轴处（主惯性轴处）。来说，最大剪应力产生在中性轴处（主惯性轴处）。第13页/共29页二、应

12、变片在测量断面上的布置二、应变片在测量断面上的布置二、应变片在测量断面上的布置二、应变片在测量断面上的布置（测点布置与贴片方法）（测点布置与贴片方法）（测点布置与贴片方法）（测点布置与贴片方法）最大正应力法最大正应力法角点法角点法（1 1）贴片方法：在箱形断面角点处分别贴）贴片方法：在箱形断面角点处分别贴4 4枚应变花。枚应变花。（2 2）箱形梁断面应力分布：在外力拉（压）、弯曲、）箱形梁断面应力分布：在外力拉（压）、弯曲、扭（转）矩作用下，正应力分布如图扭（转）矩作用下，正应力分布如图7-107-10所示所示第14页/共29页 其测点其测点1 1，2 2，3 3，4 4的正应力分别为的正应力

13、分别为：然后根据测量得到的然后根据测量得到的 、，求得获得断面内力：，求得获得断面内力：第15页/共29页 （3 3）结论：）结论：断面角点处没有剪应力存在，属单向应力状态，该正应断面角点处没有剪应力存在，属单向应力状态，该正应力即为主应力。因此沿断面棱线方向上贴一单片，就可力即为主应力。因此沿断面棱线方向上贴一单片，就可以测得主应力大小。以测得主应力大小。2.2.载荷分量测量法载荷分量测量法 载荷分量测量法是根据断面各载荷的应力成分分布载荷分量测量法是根据断面各载荷的应力成分分布特性和测量电桥的加减特性，从多种应力成分中直接测特性和测量电桥的加减特性，从多种应力成分中直接测得某一种应力成分数

14、值的方法（如某第得某一种应力成分数值的方法（如某第5 5章中介绍的章中介绍的“测拉除弯测拉除弯”、“测弯除拉测弯除拉”等）。等）。第16页/共29页（1 1）贴片方位：图）贴片方位：图7-157-15（2 2）特点：）特点：a a可直接测量所需的载荷分量。可直接测量所需的载荷分量。b b应变片布置在断面的主惯性轴上。应变片布置在断面的主惯性轴上。c c断面上的正应力和剪应力分别进行测量，然后选断面上的正应力和剪应力分别进行测量，然后选 第四强度理论进行强度校核。第四强度理论进行强度校核。d d测量不同的载荷分测量不同的载荷分量由不同的接桥方法来进量由不同的接桥方法来进行测量。行测量。缺点：测不

15、出翘曲正缺点：测不出翘曲正应力。对于主惯性轴对称应力。对于主惯性轴对称的断面，不受翘曲正应力的断面，不受翘曲正应力的干扰，而无主惯性轴对的干扰，而无主惯性轴对称的断面有干扰又无法测称的断面有干扰又无法测出。出。第17页/共29页3.3.3.3.剪应力分量剪应力分量剪应力分量剪应力分量(1)(1)贴片位置贴片位置贴在断面主惯性轴上（剪应力最大）贴在断面主惯性轴上（剪应力最大）(2)(2)贴片方位贴片方位沿主轴线和方向（换算成应力最方沿主轴线和方向（换算成应力最方便）便）(3)(3)应力换算应力换算由图由图7-37-3原理，得原理，得：整理得：整理得：第18页/共29页 上两式相减，得上两式相减，

16、得 4 4平面应力状态测量（测点布置）平面应力状态测量（测点布置）（1 1）贴片：应变花）贴片：应变花（2 2）计算主应力大小和方向。）计算主应力大小和方向。（3 3）适用于薄壁结构中的板与板的交接处，此处不仅有）适用于薄壁结构中的板与板的交接处，此处不仅有较大的正应力，而且有较大的剪应力。较大的正应力，而且有较大的剪应力。四、应力合成与强度校核（略讲）四、应力合成与强度校核（略讲）通常用第四强度理论进行校核通常用第四强度理论进行校核 第19页/共29页7-4 7-4 7-4 7-4 起重机金属结构应力测量起重机金属结构应力测量起重机金属结构应力测量起重机金属结构应力测量一、金属结构应力测量的

17、任务一、金属结构应力测量的任务应力、应变测量应用任务：（测量目的和任务）应力、应变测量应用任务：（测量目的和任务）1 1校核性测量：验证结构强度（刚度）是否满足理论计校核性测量：验证结构强度（刚度）是否满足理论计算要求。例如，新产品鉴定性检测。算要求。例如，新产品鉴定性检测。2 2改进性测量（节约化）：产品改进，确定安全储备，改进性测量（节约化）：产品改进，确定安全储备，减轻结构自重。减轻结构自重。3 3优选性测量：各种设计产品的方案比较、试验研究性优选性测量：各种设计产品的方案比较、试验研究性检测。检测。4 4.增潜性测量：产品改造，提高结构承载能力。增潜性测量：产品改造，提高结构承载能力。

18、主要目的：是测量金属结构主要受力部位的应变、应力，主要目的：是测量金属结构主要受力部位的应变、应力，进行强度、刚度校核，并且可通过动态测量，测出结进行强度、刚度校核，并且可通过动态测量，测出结构的动态特性。构的动态特性。第20页/共29页 二、测量断面的选择二、测量断面的选择(1)(1)理论设计计算书理论设计计算书(含内力图含内力图)提供的具有代表性的载荷大的危险断提供的具有代表性的载荷大的危险断面；面；(2)(2)载荷复杂（受力复杂），需要详细分析的断面；载荷复杂（受力复杂），需要详细分析的断面；(3)(3)断面形状不规则，有突变处的截面；断面形状不规则，有突变处的截面；(4)(4)在现场测

19、量中，对布片测量工作是方便的、安全的断面；在现场测量中，对布片测量工作是方便的、安全的断面；三、测量断面上应变片布置原则：三、测量断面上应变片布置原则：1 1、根据应力分布状态：单向平面应力状态、根据应力分布状态：单向平面应力状态（1 1）主应力方向已知：）主应力方向已知：轴向受力构件轴向受力构件应变片可在断面上、下或左、右沿轴向布置。应变片可在断面上、下或左、右沿轴向布置。受弯构件受弯构件最大弯矩处断面的边缘或四角沿轴向布置。最大弯矩处断面的边缘或四角沿轴向布置。压弯构件压弯构件断面上四角不少于四片轴向布置。断面上四角不少于四片轴向布置。（2 2）主应力方向未知：）主应力方向未知：受弯构件的

20、正应力与剪应力较大的部位；受弯构件的正应力与剪应力较大的部位；断面形状不规则或有突变处；断面形状不规则或有突变处；汇交力系的杆件节点部位。汇交力系的杆件节点部位。2 2、重要受力部位：贴双片，提高测量值的可靠性、重要受力部位：贴双片，提高测量值的可靠性3 3、对称结构断面：可适当减少布片、数量，例如单边布片。、对称结构断面：可适当减少布片、数量，例如单边布片。第21页/共29页四、应力应变测量的一般步骤与方法：四、应力应变测量的一般步骤与方法：四、应力应变测量的一般步骤与方法：四、应力应变测量的一般步骤与方法：1 1、预先准备工作、预先准备工作（1 1）测量断面的选择和布点方案确定）测量断面的

21、选择和布点方案确定（2 2）测试仪器准备：应变片、导线、器具、仪器准备）测试仪器准备：应变片、导线、器具、仪器准备2 2、现场测试准备工作：、现场测试准备工作：（1 1）贴片工作：应变花粘贴位置表面打磨、清洁、贴片。）贴片工作：应变花粘贴位置表面打磨、清洁、贴片。（2 2）测量导线布置、连接，测试仪器布置。）测量导线布置、连接，测试仪器布置。（3 3）测量仪器调试）测量仪器调试 3.3.现现场测试工作场测试工作根据测试工况和载荷情况，分别测量根据测试工况和载荷情况，分别测量静态、动态应力。做好测试数据记录。静态、动态应力。做好测试数据记录。4.4.测试数据处理工作和整理测试报告测试数据处理工作

22、和整理测试报告举例举例1 1：图：图7-217-21所示门座起重机的结所示门座起重机的结构应力应变测量：构应力应变测量：n n强度测量强度测量n n刚度测量刚度测量举例举例2 2：岸桥结构测量。：岸桥结构测量。第22页/共29页举例举例2 2：岸桥结构测量：岸桥结构测量第23页/共29页岸桥结构测点布置图岸桥结构测点布置图第24页/共29页测试工况测试工况工况编号载荷（t）小车位置操作程序I0小车位于后门框陆侧停车位置前臂梁仰起仪器置“0”，放平到工作状态，仪器读数。II32.6前后门框中间位置小车在后门框陆侧停车，载荷落地时仪器置“0”；小车提升载荷运行到各工况位置时，仪器读数。III前臂梁

23、中部B-B截面位置IV前臂梁端部位置V后臂梁端部D-D位置第25页/共29页 8号岸桥静载 应力检测结果 (单位：MPa)工况号测点号A115.6-8.9-10.866.6-8.5A218.2-7.8-8.459.7-7.7A3-15.2-2.2-7.0-55.4-2.8A4-11.4-2.5-6.6-55.0-2.9B1-22.9-3.4-101.526.6-10.6B2-21.6-11.0-99.023.2-10.0B32.1-6.242.0-49.5-3.8B4-9.5-3.439.0-47.7-1.2C15.0/-7.4/-1.3C25.8/-4.8-1.3-1.1D18.317.0-

24、8.2-0.5-33.1 D26.417.7-9.0-1.2-32.8 E1-18.2-4.0-17.6-48.271.7E2-11.1-4.1-15.8-34.470.8F145.5-6.226.981.6-9.4F244.9-6.737.389.5-7.8G168.7-5.759.0155.2-15.2G259.4-4.554.0136.2-15.8G320.5-2.419.348.4-6.7G421.8-2.819.048.5-8.4H1-12.3-8.4-22.7-22.93.8H2-2.3-3.4-13.6-20.83.7I1-45.616.7-20.7-60.8-18.3I2-48

25、.918.0-21.6-64.8-19.5J15.5-11.17.310.24.0K12.31.9-1.63.914.3K25.0-5.0-2.37.020.7第26页/共29页（G）与额定载荷作用下产生的应力值（Q）进行综合处理，其应力值为8号岸桥号岸桥：=(G)+(Q)=15.6+66.6=82.2MPa =(G)+(Q)=18.2+59.7=77.9MPa =(G)+(Q)=45.5+81.6=127.1MPa =(G)+(Q)=44.5+89.5=134.4MPa =(G)+(Q)=68.7+155.2=223.9MPa =(G)+(Q)=59.4+136.2=195.6MPa另外，小

26、车位于前臂梁中部位起吊载荷（第种工况）时，前臂梁B1、B2测点静载合成应力为 =(G)+(Q)=22.9+101.5=124.4MPa =(G)+(Q)=21.6+99.0=120.6MPa（G）与额定载荷作用下产生的应力值（Q）进行综合处理，其应力值为8号岸桥号岸桥：=(G)+(Q)=15.6+66.6=82.2MPa =(G)+(Q)=18.2+59.7=77.9MPa =(G)+(Q)=45.5+81.6=127.1MPa =(G)+(Q)=44.5+89.5=134.4MPa =(G)+(Q)=68.7+155.2=223.9MPa =(G)+=(G)+(Q)=22.9+101.5=1

27、24.4MPa =(G)+(Q)=21.6+99.0=120.6MPa（G）与额定载荷作用下产生的应力值（Q）进行综合处理，其应力值为8号岸桥号岸桥：=(G)+(Q)=15.6+66.6=82.2MPa =(G)+(Q)=18.2+59.7=77.9MPa =(G)+(Q)=45.5+81.6=127.1MPa =(G)+(Q)=44.5+89.5=134.4MPa =(G)+(Q)=68.7+155.2=223.9MPa =(G)+=(G)+(Q)=22.9+101.5=124.4MPa =(G)+(Q)=21.6+99.0=120.6MPa（G）与额定载荷作用下产生的应力值=(G)+(Q)

28、=15.6+66.6=82.2MPa =(G)+(Q)=18.2+59.7=77.9MPa =(G)+(Q)=45.5+81.6=127.1MPa =(G)+(Q)=44.5+89.5=134.4MPa =(G)+(Q)=68.7+155.2=223.9MPa =(G)+=(G)+(Q)=22.9+101.5=124.4MPa =(G)+(Q)=21.6+99.0=120.6MPa（Q）进行综合处理，其应力值8号岸桥号岸桥：=(G)+(Q)=15.6+66.6=82.2MPa =(G)+(Q)=18.2+59.7=77.9MPa =(G)+(Q)=45.5+81.6=127.1MPa =(G)

29、+(Q)=44.5+89.5=134.4MPa =(G)+(Q)=68.7+155.2=223.9MPa =(G)+=(G)+(Q)=22.9+101.5=124.4MPa =(G)+(Q)=21.6+99.0=120.6MPa动载应力检测结果 设备编号测点号动载应力峰值（MPa）动载应力稳定值（MPa）对比值8号B1-124.12-119.581.04B2-121.33-115.881.05F199.5692.51.08F289.8784.81.06G1169.73159.71.06G2152.56142.561.079号B1-108.98-105.961.03B2-112.88-110.461.02F184.5579.811.05F2115.91110.031.05G1168.96158.931.06G2189.25176.741.07第27页/共29页测点动载应力曲线图测点动载应力曲线图测点动载应力曲线图测点动载应力曲线图 第7章内容完第28页/共29页