工程實(shí)驗(yàn)力學(xué)第1章-緒--論課件

1、工程實(shí)驗(yàn)力學(xué)第1章緒論1.1概述1.2測(cè)量的基本概念1.3實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本方法1.1概述實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析，是一門用實(shí)驗(yàn)方法分析受力構(gòu)件的應(yīng)變和應(yīng)力等力學(xué)參量的學(xué)科，也是一門與工程實(shí)際密切聯(lián)系的學(xué)科。研究力學(xué)問(wèn)題有兩種途徑，即理論分析和實(shí)驗(yàn)分析，兩者相輔相成。一方面，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果常常為新理論的建立提供依據(jù)，新理論的提出和理論計(jì)算的結(jié)果需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證；另一方面，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施需要理論分析做指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析可以檢驗(yàn)和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，可以達(dá)到減少材料消耗、降低生產(chǎn)成本和節(jié)約能源的要求。它還可以為發(fā)展新理論、設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)以及新材料的應(yīng)用提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的方法很多，主要有

2、電測(cè)法、光測(cè)法等。隨著科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)試技術(shù)也提出了更高和更新的要求。1.2測(cè)量的基本概念1.2.1直接測(cè)量和間接測(cè)量1.2.2測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)特性1.2.1直接測(cè)量和間接測(cè)量一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)主要包括以下三部分：(1)傳感級(jí)是系統(tǒng)的信息敏感部件，用來(lái)感受被測(cè)量，并將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量成一定函數(shù)關(guān)系(通常是線性關(guān)系)的另一種物理量(通常為電量)。(2)中間級(jí)是用來(lái)將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于傳輸、顯示、記錄的信號(hào)并進(jìn)行放大的裝置。(3)終端級(jí)是一個(gè)顯示器、記錄儀或某種形式的控制器，用來(lái)顯示或記錄被測(cè)量的大小或輸出與被測(cè)量相應(yīng)的控制信號(hào)，以供應(yīng)用。1.2.2測(cè)量系統(tǒng)的靜

3、態(tài)特性靜態(tài)特性曲線的性質(zhì)，主要有以下幾個(gè)方面。1.線性度2.靈敏度3.滯后4.靈敏限與分辨率5.重復(fù)性6.零漂與溫漂圖1-1測(cè)量系統(tǒng)的線性度1.線性度2.靈敏度3.滯后圖1-2測(cè)量系統(tǒng)的滯后4.靈敏限與分辨率當(dāng)輸入量由零逐漸加大時(shí)，存在著某個(gè)最小值，在該值以下，系統(tǒng)不能檢測(cè)到輸出，但這個(gè)最小值一般不易確定，為此規(guī)定一個(gè)最小輸出值，而與它相應(yīng)的輸入值即為系統(tǒng)能夠檢測(cè)到輸出的最小輸入值，稱為靈敏限。如果輸入量從任意非零值緩慢地變化，將會(huì)發(fā)現(xiàn)在輸入量變化值沒(méi)有超過(guò)某一數(shù)值之前，系統(tǒng)不能檢測(cè)到輸出量變化，因此存在一個(gè)最小輸入變化量。為了便于確定，規(guī)定了一個(gè)最小輸出變化量，而與它相應(yīng)的輸入變化量即為系統(tǒng)

4、能夠檢測(cè)到輸出量變化的最小輸入變化量，稱為分辨率。5.重復(fù)性當(dāng)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，輸入量由小到大或由大到小重復(fù)變化，而對(duì)應(yīng)于同一輸入量，其輸出量亦不相同，這種偏差稱為重復(fù)性誤差。常用全量程中的最大重復(fù)性誤差與滿量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性指標(biāo)。6.零漂與溫漂對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)輸入量不隨時(shí)間變化的靜態(tài)測(cè)量，當(dāng)環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出量隨時(shí)間變化，稱為零漂。由外界環(huán)境溫度的變化引起的輸出量變化，稱為溫漂。1.3實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的基本方法1.3.1應(yīng)變電測(cè)法1.3.2光測(cè)法1.3.1應(yīng)變電測(cè)法電阻應(yīng)變測(cè)試法的優(yōu)點(diǎn)是：1)測(cè)量靈敏度和精度高。2)測(cè)量范圍廣。3)頻率響應(yīng)好。4)應(yīng)變計(jì)尺寸小，最小的應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)可

5、短到0.178mm，因此重量輕、安裝方便，不會(huì)影響構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，而且可進(jìn)行應(yīng)力梯度較大的應(yīng)變測(cè)量。5)由于在測(cè)量過(guò)程中輸出的是電信號(hào)，因此易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化及無(wú)線電遙測(cè)。6)可在高溫、低溫、高速旋轉(zhuǎn)及強(qiáng)磁場(chǎng)等環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。7)可制成各種傳感器，測(cè)量力、位移、加速度等物理量。8)適用于在工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。1.3.1應(yīng)變電測(cè)法電阻應(yīng)變測(cè)試法的缺點(diǎn)是：1)通常只能測(cè)量構(gòu)件表面的應(yīng)變，而不能測(cè)構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)變。2)一個(gè)電阻應(yīng)變計(jì)只能測(cè)定構(gòu)件表面一個(gè)點(diǎn)沿某一個(gè)方向的應(yīng)變，故不能進(jìn)行全域性的測(cè)量。3)只能測(cè)得電阻應(yīng)變計(jì)柵長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均應(yīng)變值，因此對(duì)應(yīng)變梯度大的應(yīng)力場(chǎng)測(cè)量誤差較大。4)易受外界環(huán)境(如溫度

6、)的影響。1.3.2光測(cè)法光測(cè)法的特點(diǎn)是：1)全場(chǎng)測(cè)量。2)高靈敏度。3)直觀。4)可以進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。5)可以進(jìn)行三維應(yīng)力分析，這是光測(cè)法特有的優(yōu)點(diǎn)，其他方法只能進(jìn)行表面的測(cè)試，即使將傳感元件置于被測(cè)物的內(nèi)部，也只能進(jìn)行逐點(diǎn)的測(cè)量。1.3.2光測(cè)法根據(jù)光測(cè)力學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀，下列幾方面的工作應(yīng)加以重視和研究。1)擴(kuò)大在工程問(wèn)題中的應(yīng)用，更好地為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和新學(xué)科服務(wù)，如水利、土建、機(jī)械、造船、航空到核電、宇航、材料等新興的工業(yè)。2)進(jìn)一步發(fā)揮光測(cè)法在科學(xué)研究領(lǐng)域的作用，研究塑性、粘彈性、蠕變、各向異性、動(dòng)態(tài)特性、微細(xì)觀以及高溫、高壓、熱輻射下的材料性能及塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、生物力學(xué)和復(fù)合材料力學(xué)中的本構(gòu)關(guān)系問(wèn)題。3)應(yīng)用最新科技成就提高現(xiàn)有光測(cè)法的精度和靈敏度，使之更方便、迅速有效地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，如最新的激光、視頻和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。4)發(fā)揮交叉學(xué)