結(jié)構(gòu)靜載試驗靜載試驗儀器設(shè)備學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)靜載試驗靜載試驗儀器設(shè)備靜載試驗靜載試驗儀器設(shè)備第一頁，共48頁。第1頁/共47頁第二頁，共48頁。第2頁/共47頁第三頁，共48頁。儀表，在結(jié)構(gòu)試驗中準(zhǔn)確的獲得試驗數(shù)儀表，在結(jié)構(gòu)試驗中準(zhǔn)確的獲得試驗數(shù)據(jù)。據(jù)。第3頁/共47頁第四頁，共48頁。部分。部分。n顯示部分將經(jīng)過放大的機顯示部分將經(jīng)過放大的機械或電信號械或電信號(xnho)(xnho)通過指針、通過指針、電子數(shù)碼管、顯示屏等顯示。有電子數(shù)碼管、顯示屏等顯示。有的儀器將顯示部分與記錄裝置連的儀器將顯示部分與記錄裝置連在一起。在一起。n機械式儀表的三部分常組機械式儀表的三部分常組裝在一體，電測儀器儀表大多數(shù)裝在

2、一體，電測儀器儀表大多數(shù)由三個獨立的部分組成由三個獨立的部分組成第4頁/共47頁第五頁，共48頁。第5頁/共47頁第六頁，共48頁。第6頁/共47頁第七頁，共48頁。第7頁/共47頁第八頁，共48頁。第8頁/共47頁第九頁，共48頁。第9頁/共47頁第十頁，共48頁。第10頁/共47頁第十一頁，共48頁。幾種常用位移幾種常用位移(wiy)(wiy)傳感器構(gòu)造原理圖傳感器構(gòu)造原理圖1.1.測桿測桿 2. 2.外殼外殼 3. 3.彈簧彈簧 4. 4.電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片5.5.電阻絲電阻絲 6. 6.線線圈圈 7. 7.電纜電纜第11頁/共47頁第十二頁，共48頁。=電阻電阻(dinz)應(yīng)變應(yīng)變式

3、位移計式位移計機械機械(jxi)百分表百分表=機電機電(jdin)百分表百分表第12頁/共47頁第十三頁，共48頁。第13頁/共47頁第十四頁，共48頁。第14頁/共47頁第十五頁，共48頁。2 2、其它、其它(qt)(qt)變形測量儀器變形測量儀器第15頁/共47頁第十六頁，共48頁。 第16頁/共47頁第十七頁，共48頁。第17頁/共47頁第十八頁，共48頁。水準(zhǔn)水準(zhǔn)(shuzhn)管式傾角儀管式傾角儀第18頁/共47頁第十九頁，共48頁。器需要用二次電測儀器如電子器需要用二次電測儀器如電子秤、電阻秤、電阻(dinz)應(yīng)變儀等測量應(yīng)變儀等測量彈性元件的應(yīng)變，由標(biāo)定關(guān)系彈性元件的應(yīng)變，由標(biāo)定

4、關(guān)系得到力值。得到力值。第19頁/共47頁第二十頁，共48頁。第20頁/共47頁第二十一頁，共48頁。第21頁/共47頁第二十二頁，共48頁。裂縫寬度測量儀器主要有：裂縫寬度測量儀器主要有：（1 1）讀數(shù)顯微鏡。讀數(shù)鼓輪上標(biāo)有刻度，旋動）讀數(shù)顯微鏡。讀數(shù)鼓輪上標(biāo)有刻度，旋動(xun dn)(xun dn)讀讀數(shù)鼓輪，使鏡內(nèi)長線分別處于裂縫兩側(cè)邊緣并讀出兩次刻度值數(shù)鼓輪，使鏡內(nèi)長線分別處于裂縫兩側(cè)邊緣并讀出兩次刻度值。兩次讀數(shù)差即為裂縫寬度。讀數(shù)顯微鏡精度一般為。兩次讀數(shù)差即為裂縫寬度。讀數(shù)顯微鏡精度一般為0.01mm0.01mm，量程可達(dá)量程可達(dá)3 38mm8mm。（2 2）裂縫讀數(shù)卡。硬質(zhì)紙

5、片上印有許多寬度不同的線條，其）裂縫讀數(shù)卡。硬質(zhì)紙片上印有許多寬度不同的線條，其寬度為標(biāo)準(zhǔn)寬度，將標(biāo)準(zhǔn)寬度線條與裂縫放在一起，用放大鏡寬度為標(biāo)準(zhǔn)寬度，將標(biāo)準(zhǔn)寬度線條與裂縫放在一起，用放大鏡比照以測量裂縫寬度。此法比照以測量裂縫寬度。此法精度較讀數(shù)顯微鏡低。精度較讀數(shù)顯微鏡低。第22頁/共47頁第二十三頁，共48頁。讀數(shù)顯微鏡裂縫標(biāo)尺第23頁/共47頁第二十四頁，共48頁。第24頁/共47頁第二十五頁，共48頁。=裂縫裂縫(li fng)寬度觀測儀寬度觀測儀裂縫寬度測試裂縫寬度測試=（數(shù)字顯示）（數(shù)字顯示）第25頁/共47頁第二十六頁，共48頁。第26頁/共47頁第二十七頁，共48頁。 將應(yīng)變將

6、應(yīng)變(yngbin)片粘貼在彈性元件上，接成橋路，從片粘貼在彈性元件上，接成橋路，從而將感受到的電信號輸出。根據(jù)所測力學(xué)量不同可做成各而將感受到的電信號輸出。根據(jù)所測力學(xué)量不同可做成各種傳感器，常用的有：種傳感器，常用的有：1 1、力（載荷、力（載荷(zi h)(zi h)）傳感器；）傳感器；2 2、位移、位移(wiy)(wiy)傳感器；傳感器；3 3、扭矩傳感器；、扭矩傳感器；4 4、壓強傳感器；、壓強傳感器；5 5、加速度傳感器；、加速度傳感器；應(yīng)變片式傳感器應(yīng)變片式傳感器第27頁/共47頁第二十八頁，共48頁。彈性元件彈性元件(yunjin)是這類傳感器的關(guān)鍵元件是這類傳感器的關(guān)鍵元件(

7、yunjin)，因此要求彈性元件因此要求彈性元件(yunjin)：b b）穩(wěn)定性好。因而對材料、結(jié)構(gòu)形式）穩(wěn)定性好。因而對材料、結(jié)構(gòu)形式(xngsh)(xngsh)，熱處理加工等都有一定的要求。熱處理加工等都有一定的要求。a） 高，彈性范圍大。要求彈性元件的最大高，彈性范圍大。要求彈性元件的最大工作應(yīng)力處于材料的線彈性范圍內(nèi)。工作應(yīng)力處于材料的線彈性范圍內(nèi)。ep() c）為保證靈敏度，要求貼片部位的應(yīng)變足夠大，為保證靈敏度，要求貼片部位的應(yīng)變足夠大，500 1000eme=第28頁/共47頁第二十九頁，共48頁。一、測力一、測力(c l)傳感器傳感器根據(jù)彈性元件上粘貼應(yīng)變片處的變形特點根據(jù)彈性

8、元件上粘貼應(yīng)變片處的變形特點(tdin)，可分為拉，可分為拉壓彈性元件、彎曲彈性元件和剪切彈性元件。壓彈性元件、彎曲彈性元件和剪切彈性元件。1 1、拉壓彈性元件、拉壓彈性元件（1 1）柱式彈性元件）柱式彈性元件測拉力或壓力測拉力或壓力(yl)(yl)的傳感器，彈的傳感器，彈性元件常采用空心圓柱，以便于粘性元件常采用空心圓柱，以便于粘貼應(yīng)變片和易于熱處理、淬透。為貼應(yīng)變片和易于熱處理、淬透。為防止失穩(wěn)，壁厚不易太薄防止失穩(wěn)，壁厚不易太薄 。應(yīng)變片在圓筒中部均布，每處貼一縱向片和一橫向片。應(yīng)變片在圓筒中部均布，每處貼一縱向片和一橫向片。8 8片應(yīng)變片組全橋。片應(yīng)變片組全橋。第29頁/共47頁第三十

9、頁，共48頁。應(yīng)變片在圓筒中部應(yīng)變片在圓筒中部(zhn b)(zhn b)均布，每處貼一縱向片均布，每處貼一縱向片和一橫向片。和一橫向片。8 8片應(yīng)變片組全橋。片應(yīng)變片組全橋。縱向串：縱向串：11RR與44RR與橫向串橫向串：22RR與33RR與各橋臂應(yīng)變各橋臂應(yīng)變(yngbin)為：為：應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變儀讀數(shù)(dsh)應(yīng)變?yōu)椋簯?yīng)變?yōu)椋?3teeee= - +24teemee=+d2(1)em e= -+ d=1-2+3-4 第30頁/共47頁第三十一頁，共48頁。圓筒的軸向應(yīng)變：圓筒的軸向應(yīng)變：d2(1+ )eem= -若圓筒截面面積為若圓筒截面面積為A A，則壓力，則壓力P P與讀數(shù)與讀數(shù)(

10、dsh)(dsh)應(yīng)變之間的關(guān)系為：應(yīng)變之間的關(guān)系為：dEAPAE A=2(1+ )seem=-由上式可知，壓力和應(yīng)變成線形關(guān)系。這僅僅是理論計算由上式可知，壓力和應(yīng)變成線形關(guān)系。這僅僅是理論計算公式。實際上截面面積公式。實際上截面面積A A在加載時是變化的在加載時是變化的 ，因此每一個，因此每一個傳感器的讀數(shù)應(yīng)變與力的關(guān)系都是要經(jīng)過傳感器的讀數(shù)應(yīng)變與力的關(guān)系都是要經(jīng)過(jnggu)(jnggu)嚴(yán)格的嚴(yán)格的標(biāo)定試驗確定的。標(biāo)定試驗確定的。上述上述(shngsh)彈性元件受到拉力或壓力時很彈性元件受到拉力或壓力時很難保證作用力嚴(yán)格通過柱的軸線，這就使得彈難保證作用力嚴(yán)格通過柱的軸線，這就使得彈

11、性元件除了受到軸向力外，還會受到橫向力和性元件除了受到軸向力外，還會受到橫向力和彎矩作用。為了消除這種影響，在圓筒受載荷彎矩作用。為了消除這種影響，在圓筒受載荷端增加兩片膜片。端增加兩片膜片。第31頁/共47頁第三十二頁，共48頁。（2 2）平板）平板(pngbn)(pngbn)開孔式彈性元件開孔式彈性元件當(dāng)測量較小載荷時，常選用有小孔的平板作為彈性元件當(dāng)測量較小載荷時，常選用有小孔的平板作為彈性元件，將應(yīng)變片粘貼在孔的邊緣。由于，將應(yīng)變片粘貼在孔的邊緣。由于(yuy)孔邊產(chǎn)生應(yīng)孔邊產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)變比無孔時大得多，可提高測量應(yīng)變的讀數(shù)力集中，應(yīng)變比無孔時大得多，可提高測量應(yīng)變的讀數(shù)。第32頁

12、/共47頁第三十三頁，共48頁。（二）彎曲（二）彎曲(wnq)彈性元件彈性元件（1 1）懸臂梁式彈性元件）懸臂梁式彈性元件這種彈性元件適用于制作這種彈性元件適用于制作(zhzu)小載荷測力傳感小載荷測力傳感器。器。在固定端附近上下表面各貼兩個應(yīng)變片，組成全橋在固定端附近上下表面各貼兩個應(yīng)變片，組成全橋，得讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋?，得讀數(shù)應(yīng)變?yōu)椋篸M4ee=由材料力學(xué)可知：由材料力學(xué)可知：M2M6PLEEWEbhse=載荷載荷P P與讀數(shù)應(yīng)變的關(guān)系為：與讀數(shù)應(yīng)變的關(guān)系為：2dbh EP24Le=第33頁/共47頁第三十四頁，共48頁。問題：當(dāng)問題：當(dāng)P P力作用點移動時會產(chǎn)生誤差，顯然力作用點移動時會產(chǎn)生誤

13、差，顯然(xinrn)P(xinrn)P與與L L有關(guān)。有關(guān)。改進(jìn)后：若改進(jìn)后：若P P有偏移，兩有偏移，兩個截面?zhèn)€截面(jimin)(jimin)中一個中一個截面截面(jimin)(jimin)彎矩增加彎矩增加，一個截面，一個截面(jimin)(jimin)彎彎矩減小，且增加量等于減矩減小，且增加量等于減少量，不會影響讀數(shù)的大少量，不會影響讀數(shù)的大小。小。第34頁/共47頁第三十五頁，共48頁。（2 2）圓環(huán)式彈性元件）圓環(huán)式彈性元件1）純圓環(huán)彈性元件：）純圓環(huán)彈性元件：截面截面ABAB的彎矩分別為：的彎矩分別為：AM0.318PR= +BM0.182PR= -組成全橋，得到讀數(shù)應(yīng)變與彎曲應(yīng)

14、變關(guān)系為：組成全橋，得到讀數(shù)應(yīng)變與彎曲應(yīng)變關(guān)系為：dM4ee=第35頁/共47頁第三十六頁，共48頁。由材料力學(xué)可知由材料力學(xué)可知(k zh)，若忽略圓環(huán)曲率的影響，若忽略圓環(huán)曲率的影響，貼片處的彎曲應(yīng)變?yōu)椋?，貼片處的彎曲應(yīng)變?yōu)椋篗2M1.09PREEWEbhse=2dEbhP4.36Re=其中其中 ： b b 是圓環(huán)的厚度是圓環(huán)的厚度(hud)(hud)； h h 是圓環(huán)的寬度。是圓環(huán)的寬度。第36頁/共47頁第三十七頁，共48頁。（2 2）有加載端的）有加載端的(dund)(dund)彈性元件彈性元件由于環(huán)的兩端尺寸加大部分剛度由于環(huán)的兩端尺寸加大部分剛度(n d)很大，故可把它看作圓很大

15、，故可把它看作圓環(huán)的固定端來進(jìn)行內(nèi)力分析。環(huán)的固定端來進(jìn)行內(nèi)力分析。截面截面ABAB的彎矩分別為：的彎矩分別為：0A00sinPRM(cos)2jjj=-0B0sinPRM(1)2jj=-組全橋，可得到組全橋，可得到P P力與讀數(shù)力與讀數(shù)(dsh)(dsh)應(yīng)變的關(guān)系。應(yīng)變的關(guān)系。第37頁/共47頁第三十八頁，共48頁。3 3、剪切彈性元件、剪切彈性元件（1 1）梁式剪切彈性元件）梁式剪切彈性元件在梁的中性軸上，各點均為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，故沿與在梁的中性軸上，各點均為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，故沿與軸線成軸線成 方向粘貼四個應(yīng)變片，組成全橋，得到方向粘貼四個應(yīng)變片，組成全橋，得到P P與與讀數(shù)應(yīng)變的關(guān)系為

16、：讀數(shù)應(yīng)變的關(guān)系為：45dbhGP3e=特點：當(dāng)載荷特點：當(dāng)載荷P P的作用位置由偏移時，中性軸上的剪應(yīng)的作用位置由偏移時，中性軸上的剪應(yīng)力和力和 方向上的線應(yīng)變不會變化，可消除載荷作用點方向上的線應(yīng)變不會變化，可消除載荷作用點偏移造成的誤差。偏移造成的誤差。45第38頁/共47頁第三十九頁，共48頁。為了為了(wi le)盡可能減少彎矩的影響，采用圖中結(jié)構(gòu)形盡可能減少彎矩的影響，采用圖中結(jié)構(gòu)形式，使得貼片截面處的彎矩等于零。式，使得貼片截面處的彎矩等于零。PLP(L-L)LL第39頁/共47頁第四十頁，共48頁。第40頁/共47頁第四十一頁，共48頁。第41頁/共47頁第四十二頁，共48頁。X-Y記錄儀第42頁/共47頁第四十三頁，共48頁。信號信號A/D計算機計算機PCI采集卡采集卡USB 采集卡采集卡第43頁/共47頁第四十四頁，共48頁。第44頁/共47頁第四