力学测试基础总复习.ppt

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1、第一章 测试技术概念,测量的定义：测量“是通过实验手段获得被测对象量值的一个 操作过程”。实验手段指测量工具或测量仪表。,测量的分类：工程测量指对结果不考虑测量误差的测量精密测量指要求精细估计测量误差的测量直接测量指被测量与标准量直接进行比较或者用已经标定 过的达到标准的器具、仪器对被测量直接测量间接测量指测量与被测量有函数关系的量值，然后根据函 数关系确定被测量的测量静态测量指对静态量（即被测量在测量过程中固定不变）和准静态量（即被测量在测量过程中随时间缓 慢变化）的测量,测量方法：常用的方法有偏差测量、零位测量和微差测量。,测量精度比较高，但测量过程比较复杂、费时。,测量响应快，精度高，特

2、别适合于在线控制参数测量。,测试系统,传感级,中间级,终端级,静态特性曲线测试系统或测量装置的输入-输出关系曲 线。,静态特性指静态特性曲线形状的一些性能，主要有,1.线性度,2.灵敏度,3.滞后,实际关系曲线与拟合直线的吻合程度。,由小到大，有大到小变化，输入-输出特性曲线不重合的程度。,5.重复性,6.零漂与温漂,零漂：测量系统输入量不变，环境温度不变，而输出量随时间增加的变化量称为零漂。,温漂：测量系统输入量不变，环境温度发生变化，输出量随环境温度变化而产生的变化量称为温漂。,温漂中包含着零漂,4.灵敏限与分辨率,都是人为规定的,指针式仪表分辨率为最小刻度的一半；数字式仪表分辨率为最后一

3、位的一个字。,第二章 误差分析和数据处理,误差的定义:指被测量的实测值（或测得值）与其真实值（或 真值）之差。,真值 客观真实值,理论真值,计量学规定真值,相对真值,测量误差=实测值 真值示值误差=指示值 真值（对于仪器仪表）,误差的表示方法：绝对误差、相对误差、引用误差,绝对误差=测得值 真值=指示值 真值,误差的来源：测量装置误差，测量环境误差，测量方法误差，测量人员误差。,误差的分类：随机误差，系统误差，粗大误差。,随机误差特点,误差的大小、方向不固定,误差总体服从统计规律,误差平均值随测量次数增加逐渐趋近于零,随机误差出现的偶然性，大小、符号 均不知,随机误差特性,随机误差分布出现必然

4、性，符合统计规律，可用统计学的方法来处理,大多数服从正态分布规律,随机误差正态分布特点,随机误差标准差,标准差表征随机误差分散性的大小 小 曲线高而窄，小误差出现的概率多，大误差出现的概率少，数据点密集，重复性好。大 曲线平坦，大误差出现的概率多，小误差出现的概率少，数据分散，随机误差大。,系统误差分类,*定值系统误差，特征：误差大小、符号均确定,*变值系统误差，特征：误差数值、符号按 一定规律变化,系统误差特点,误差总体服从某一确定的规律，如服从定值、线性、多项式、周期性等函数规律,定值系统误差对残差无影响（残差中不存在系统误差），因此对标准差 无影响，但是从正态分布曲线来看，平移了一个位置

5、。,粗大误差特点,误差无规律,明显偏离测量值的真值,定值系统误差消除方法常用有三种：抵消法，交换法，替换法,变值系统误差消除方法常用有二种：对称法，半周期法,粗大误差属于异常值或坏值，应于剔除。,测量数据的精度：精密度，准确度（正确度），精确度（精 度）。,误差反映了测量结果与真值之间的差异，差异小，精度高，差异大，精度低。,不确定度：是对测量精度（或测量精确度）的评定方法，根 据评定方法的不同分为A类评定和B类评定。,误差是测量结果与真值之差，它以真值（或约定真值）为中心，说明测量结果与真值的差异程度；而测量不确定度是以反映人们对测量认识不足的程度，是以测量结果为中心，评估测量结果与被测量（

6、真）值相符合的程度。,数据处理方法：表格法，图示法，经验公式法。,一元线性回归方法：端值法，平均值法，最小二乘法。,第三章 电阻应变测量原理及方法,应变片的工作特性,灵敏系数测定条件,电阻值的测定条件,不安装,不受外力,室温,试件受单向应力作用,应变片粘贴在试件上,应变片轴线与试件受力方向一致,应变片灵敏系数定义：在应变片轴线方向的单向应力作用下，应 变片电阻的相对变化与粘贴应变片试件表面轴向应变之比值。,应变片粘贴在试件上,温度恒定,无外力（试件上）,零点漂移测定条件,在以上条件下，应变随时间增加而变化的称为零漂。,蠕变测定条件,应变片粘贴在试件上,温度恒定,试件上外力恒定（或应变恒定）,在

7、以上条件下，应变随时间增加而变化的称为蠕变。,横向效应系数定义：指应变片圆弧部分的灵敏系数比上直线部 分的灵敏系数乘上百分数。,热输出测定条件,应变片总电阻变化率,应变片横向效应,应变片粘贴在试件上,试件无外力,温度发生变化,试件无约束力,读数应变为四桥臂上应变片感受的应变之代数和,电阻应变片的测量电路及其应用,电桥输出电压,应变仪的读数应变,电桥特性,1.相邻桥臂，应变同号，应变代数值相减 应变异号，应变代数值相加2.相对桥臂，应变同号，应变代数值相加 应变异号，应变代数值相减,半桥接线法与全桥接线法最大区别是半桥接线法：测量电桥半个桥是应变片（两片应变片）另半个 桥是电阻（仪器内部）；全桥

8、接线法：测量电桥四个桥臂上均为应变片（四片应变）。,测量电桥接桥方式,单臂半桥接线法 双臂半桥接线法 对臂全桥接线法四臂全桥接线法 串、并联接线法,利用电桥特性可实现1.消除测量时环境温度变化引起的误差2.增加读数应变d，提高测量灵敏度3.在复杂应力状态下，测出某一内力分量引起的应变,利用好电桥特性，关键在于接测量电桥。,复习：3.6.4 测量电桥的连接与测量灵敏度，熟悉电桥连接与 测量灵敏度关系 3.9 测量电桥的应用，熟练掌握不同的组桥方式与其结 果的关系，并且掌握主要的应变-应力换算（弯曲切应 力、扭转切应力）理解掌握这两节的所有例题（不是背书）,*判断1 与2绝对值谁大？*用这两个应变

9、片组成双臂半桥 测哪个内力分量引起的应变？*注意扭矩方向！,四桥臂串联或并联全桥，读数应变应该是几倍的表面弯曲应变等？,电测与桥路有关的都是选择题,另一类是这样的选择题，给了贴片位置，应变片号以及桥路形式，让你根据题意把应变号写到电桥桥臂上。,例：见下图，要求测F2力引起的弯曲应变和F力引起的压缩应 变。,给了两种桥路形式,类似上面的受力形式，到时看清题意要求，在哪些位置布片了，要求测哪个分力引起的应变，然后确定哪个号的应变片放在哪个桥臂上。,第四章 金属材料力学性能及测试原理,试件：按国标，对于比例试样,L0=10d0 L0=5d0,金属材料的力学性能指标：强度指标、塑性指标、弹 性指标。,

10、以拉伸性能为主,对于圆试样,强度指标测定时的速度：在弹性范围内，按应力速率加载，超 过弹性范围后按应变速率加载。,根据新国标，强度指标 ReH，ReL，屈服强度指标 Rp，Rt，Rr 规定强度指标 Rm 抗拉强度指标,塑性指标：A 断后伸长率 Z 断面收缩率,A均匀变形和非均匀变形,标距范围内的平均变形,注意：A 断后伸长率 与 应变 之区别,试样长度 L0 对测截面收缩率 Z 无影响试样直径 d0 对测截面收缩率 Z 略有影响,弹性指标：E、G，在材料弹性范围内测定。,试样拉伸断口距邻近标距距离小于等于1/3 L0时，测断后长度要用断口移中方法。注意移中处理时的偶数格和奇数格测量计算不一样。

11、,同材料，同直径，不同长度，测得的断后伸长率A不同，断面收缩率Z相同。,低碳钢、铸铁 在拉伸、压缩、扭转破坏时断口的形式 以及引起破坏的原因。,低碳钢拉伸时，破坏前出现颈缩，由于颈缩中心部分处于三向应力状态，因此，中心部分被拉坏，边缘部分仍是单向应力状态，因此，边缘部分沿450方向由切应力引起破坏；压缩时，越压越扁，不会破坏；扭转时，沿与轴线垂直的截面由切应力引起破坏。因为低碳钢属于拉、压强度相等的材料，而剪切强度低于拉、压强度。铸铁拉伸时由拉应力引起破坏；压缩时，沿450方向由切应力引起破坏；扭转时，沿45 0方向由拉应力引起破坏。因为铸铁的抗拉强度低于抗剪强度，抗剪强度低于抗压强度。,力学

12、测试误差分析考试考试地点：A3201，A3202 请同学们带好学生证、计算器，提前10分钟到达A3201，A3202实验室外走廊处，等候进入考场。各班考试时间安排如下,2012年6月11日（18周星期一),关于力学测试与误差分析课程考试规则和给分原则,一 考试形式：闭卷 二 考试时间：60分钟 三 给分原则：,1基本概念题（包括测试技术概念、误差分析和数据 处理、电阻应变测量原理及方法、金 属材料力学性能及测试原理4部分）共8题，共计48分；,2实验 共计52分 根据实验报告项目分配如下：实验仪器和设备 5分 写全使用的实验仪器和设备 满分 实验原理 10分 画出桥路接线图：5分 实验结果处理

13、计算公式：5分 实验步骤 10分 写出简单实验步骤：3分 灵敏系数：4分 实验结束恢复：3分,实验数据 10分 三遍数据或增量三遍：4分 加初载：3分 数据准确性：3分 实验结果 12分 结果正确 满分 思考题 5分 答案正确 满分,一般实验装置都包含三部分 1试验件部分加力部分（给试验件加力，判断加力方向）测力显示部分,实验规范1只要试验允许，试验前必须加卸载，至少三遍（消 除机械滞后等）2只要试验允许，试验前必须加初载，一般为满载荷 的5%10%（或根据设备特点固定初载荷值）（以 排除机械间隙等）3试验数据，一般做三遍，取平均值,已做试验分析：1等强度梁实验装置,a.如何测表面应变（弯曲应

14、变）b.用单臂半桥（多点公共补偿）c.双臂半桥d.对臂全桥e.四臂全桥f.串并联,首先观察应变片布片（粘贴）的位置，分析应变变化规律。,等强度梁实验装置,然后确定：要求计算（测）多大载荷下应力或应变的？200克，共测了5个200克，从0（砝码盘重量为初载）至1000克。这称为增量加载。两个目的：一是可观察等强度梁在材料弹性阶段，其应力或应变是线性变化的，二是根据试验要求，只要试验允许数据至少测三遍，取三遍的平均值。这个试验数据实际上测量了5遍，取5遍的平均值计算的。,该实验考试时注意：,2.纯弯曲梁实验装置,试验中，计算（测）梁在 F 力为 1KN 作用下，沿梁横截面高度应力（应变）的分布规律

15、。实际测了4遍，取了4遍的平均值。,c.如果要求测定应力，那就通过虎克定律计算,b.要求用何种组桥方式，测量上表面，还是下表面，根据要求组 桥测量。,a.要求测多大载荷下的应变或应力，如400克、600克等，根据 载荷考虑如何加载，若不够用增量加载方式，就用从复加在 方式。,纯弯曲梁实验装置,注意加力方向，往下是给梁加力。手轮旁边有指示标签。,该实验考试时注意：不会要求做分布曲线，只会要求测量距中性层某个距离层面 在某力作用下的应力，看清要求中性层以上距离，还是以下 距离，或是上、下表面。（10mm，15mm，20mm）该设备最大载荷5KN，若要求测梁在 F 力为 2KN 或 3KN 或 4K

16、N 作用时的应力，应如何加载，如何组桥试验？记住编号与中性层距离关系。通过虎克定律计算应力。根据 载荷考虑如何加载，若不够用增量加载方式，就用从复加在 方式。,3.弯扭组合实验装置,弯扭组合实验装置,该实验考试时注意：测定弯矩引起的正应力、扭矩引起的切应力（剪应力）、剪力引起的弯曲剪应力（切应力）。由于是确定应力，必须有应力-应变换算。正应力上、下表面，单向应力状态，用虎克定律,切应力（剪应力），用A、C点的应变片，用广义虎克定律,d=4T 全桥,4.拉压实验装置,该实验考试时注意：1.板试件在某力作 用下的轴向应力。会给定 F 力2.测定板试件的弹性 模量E。会给定应 变值 F,拉压实验装置

17、,对臂全桥,四臂全桥,根据虎克定律 可求得 E,用对臂全桥,四臂全桥,主通道0CBA,补偿BC,测量通道A、B、C、D,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,1.看清题意，测什么（或测哪个位置的），有没有组桥要求，有，则按要求组桥，没有，则自己确定，选择灵敏度大的组桥方式，并将接桥方式画出，画惠斯顿电桥形式。2.测定应变还是应力，测应力，则写出应变-应力换算公式。3.确定加载方案，按实验要求测得有关数据，并处理数据，得到结果。,1分析各种测量方法中温度补偿的实现方法。,单臂半桥、对臂全桥组桥均由温度补偿片实现温度补偿；双臂半桥、四臂全桥、串、并联半桥组桥均由工作片实现温度自补偿

18、。,2采用串联或并联组桥方式，能否提高测量灵敏度？为什么？,采用串联或并联组桥方式，不能提高测量灵敏度。因为无论串、并联均不能改变，不能提高读数应变。,3当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致时，将粘贴在被测件 上的应变片组成单臂半桥测量电路，被测件受力后，应变仪读 到的应变是否是被测件表面的应变？,实验二思考题,电桥测量灵敏度是测量电桥所感受被测件上应变的灵敏程度。P66,当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致，组成单臂半桥测量电路时，应变仪读到的应变即为被测件表面的应变。,4电桥测量灵敏度是否指用应变片组成的测量电桥所感受被测 件上应变的灵敏程度？,5.将粘贴在被测件上的应变片组成测量电桥接至

19、应变仪上，未对被测件作用外力，但应变仪有读数应变，问该读数应变 是由什么原因引起的？,该读数应变是由于四桥臂电阻阻值不完全相等，造成电桥不平衡所引起的。,1.比较应变片6和7（或应变片4和5）的应变值，可得到什么结 论？,4和5，6和7应变相等，符号相反，对称于中性层，纵向纤维间无挤压。,实验三思考题,2.应变片测量的应变是：a.应变片栅长中心处的应变？b.应变片栅长长度内的平均应变？c.应变片栅长两端点处的平均应变？,应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变,3.本实验中对应变片的栅长尺寸有无要求？为什么？,本实验中对应变片的栅长尺寸无要求。因为应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应

20、变，而纯弯曲梁在纯弯曲段内沿梁轴线方向应变是均匀的，沿梁横截面高度应变是线性分布的。,根据公式，实测应变分别为：274.5、206、137。,4应变片的灵敏系数K为2.24，应变仪的灵敏系数K仪为2.12，已知 读数应变分别为290，218，145，问实测应变为多少？,5能通过加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻 值来改变应变片的灵敏系数？为什么？,用加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻值，不能改变应变片的灵敏系数，因为应变片的灵敏系数与电阻变化率有关，即,实验四讨论,1.不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征有何不同？,不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特

21、征不同，两端铰支撑时，变形对称，在 处，变形最大，为失稳截面；而一端固定一端铰支撑时，则在 处，变形最大，为失稳截面；后者的临界力,2.临界力测定结果和理论计 算结果之间的差异主要是 由哪些因数引起的？,临界力测定结果和理论计算结果之间的差异主要影响因素有：,a）压杆受一对P力作用，P力 作用偏心会影响测量结 果；,b）压杆反复测试，产生预弯曲，会影响测量结果；,c）应变片粘贴位置与失稳截面有差异，会影响测量结果；,d）理论计算力学模型与实际不完全一致，会引起计算结果与实 测结果的差异，比如压杆长度，在一端固定一端铰支撑时，压杆长度的实际尺寸是小于350mm的。,1.测定由弯矩、剪力、扭矩所引

22、起的应变，还有哪些接线方 法，请画出测量电桥的接法。,实验六思考题,a测量弯矩引起的应变，还可以用R5 或R11与补偿片组成单臂半桥，见图；,b测量扭矩引起的应变见下图；,c测量剪力引起的应变见下图；,2.本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确定主 应力的大小和方向？为什么？,本实验中A、C两点可以用二轴450应变花替代三轴450应变花，B、D两点不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知的，只要求主应力大小，两个未知数，只要用两个应变片就可以了。,3.本实验中，测定剪力FS引起的剪应力时，是否有其他力的影 响？若存在其他力的影响，请画出仅测定剪力FS引起的剪应 力的

23、布片图以及组桥接线图。,有弯矩引起的应变的影响,实验一思 考 题1.测定材料的力学性能为什么要用标准试件？为了排除试件尺寸对材料塑性指标 A 测试结果的影响，便于进行不同材料间的塑性指标 A 的比较。2材料拉伸时有哪些力学性能指标？材料拉伸时的力学性能指标有强度指标：上屈服强度ReH、下屈服强度ReL；规定非比例延伸强度Rp，规定残余延伸强度Rr，规定总延伸强度Rt，抗拉强度Rm；塑性指标：断后伸长率A，断面收缩率Z；弹性指标：弹性模量E，泊松比。,3测定断后伸长率 A11.3 时，若断面邻近标距点的距离小于或等于1/3L0时，应如何处理？应进行断口移中处理，按 或按 来进行计算。4试述低碳钢

24、、铸铁拉伸、压缩、扭转时，主要是由哪些应力引起破坏的，为什么？低碳钢拉伸时，首先出现颈缩，由于颈缩中心部分处于三向应力状态，因此，中心部分被拉坏，边缘部分仍是单向应力状态，因此，边缘部分沿45 方向由切应力引起破坏；压缩时，越压越扁，不会破坏；扭转时，沿与轴线垂直的截面由切应力引起破坏。因为低碳钢属于拉、压强度相等的材料，而剪切强度低于拉、压强度。,铸铁拉伸时由拉应力引起破坏；压缩时，沿45方向由切应力引起破坏；扭转时，沿45 方向由拉应力引起破坏。因为铸铁的抗拉强度低于抗剪强度，抗剪强度低于抗压强度。5规定强度指标Rp、Rr、Rt是在受力还是在卸力的情况下测定的？Rp0.2和Rr0.2有何区

25、别？规定非比例延伸强度Rp和规定总延伸强度Rt是在受力的条件下测定的；规定残余延伸强度Rr是在卸力后测定的.Rp 0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力，在受力的情况下测定；而Rr 0.2则表示规定残余延伸率为0.2%时的应力，在卸力的情况下测定。对于大多数金属材料，Rp 0.2与Rr 0.2非常接近。,实验八思考题1.试件尺寸、形状对测定弹性模量和泊松比有无影响？为什么？试件尺寸对测定弹性模量有影响，对测定泊松比无影响；试件形状对测定弹性模量和泊松比均无影响，因为计算弹性模量时与试件的横截面尺寸有关，与试件形状无关。计算泊松比时，与试件形状和尺寸都无关。2.试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移或角度差，对实验结果有无影响？试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移，对实验结果基本没有影响；出现角度差对实验结果就有影响。,3.本实验为什么采用全桥接线法？采用全桥接线法可以消除试件预弯曲的影响，同时也可以消除载荷作用不在同一轴线上造成试件弯曲的影响。4.比较本实验的数据处理方法。由于本实验在材料弹性范围内测定，材料在弹性范围内的应力-应变呈线性关系，因此三种数据处理（端值法、平均值法、最小二乘法）的结果差异不大。所以遇到类似线性的测试，数据处理用端值法比较好，既简单又保证一定的数据处理精度。,