第7章-應(yīng)力應(yīng)變測量課件

第三篇起重運(yùn)輸機(jī)械典型參數(shù)測量

起重運(yùn)輸機(jī)械的基本參數(shù)是反映機(jī)械設(shè)備特征、性能及運(yùn)行狀態(tài)的物理參數(shù)，其產(chǎn)品檢測的內(nèi)容包括:●性能檢測（1）幾何參數(shù)：外形尺寸、起升高度、工作幅度、軌距、跨度、回轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)；（2）運(yùn)動及動態(tài)特性參數(shù)：速度、位移、加速度及振動頻率等動態(tài)特性參數(shù)；（3）電參數(shù)：電流、電壓、功率因素等參數(shù)。

●機(jī)電傳動、鋼結(jié)構(gòu)檢測（1）力、能參數(shù)：力、力矩（扭矩）、應(yīng)力、壓力、流量、溫度及功率等參數(shù)；（2）強(qiáng)度、剛度：應(yīng)力、應(yīng)變，位移（變形），撓度（3）焊接質(zhì)量檢測

第三篇起重運(yùn)輸機(jī)1

●安全裝置檢測

超載限制裝置、行程限制裝置、夾軌器、錨定裝置等

●外觀質(zhì)量檢測機(jī)房、司機(jī)室、梯子欄桿走道的外觀質(zhì)量檢驗，油漆質(zhì)量檢驗。重點：典型的參數(shù)測量有：力、應(yīng)力應(yīng)變、振動及設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷。結(jié)合本專業(yè)特點，本課程重點介紹：應(yīng)力應(yīng)變測量、振動測量、設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷的檢測技術(shù)等知識。

●安全裝置檢測

超載限制裝置、行程限制裝置、夾軌器、錨定2

第七章應(yīng)力應(yīng)變測量一、應(yīng)變測量技術(shù)：應(yīng)變電測法應(yīng)變電測法是用電阻應(yīng)變片先測出構(gòu)件的表面應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系式來確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種實驗應(yīng)力分析方法。二、應(yīng)力應(yīng)變測量靜態(tài)應(yīng)變測量：利用靜態(tài)應(yīng)變儀測量系統(tǒng)動態(tài)應(yīng)變測量：利用動態(tài)應(yīng)變儀測量系統(tǒng)本章學(xué)習(xí)重點：1.貼片方法和應(yīng)力應(yīng)變換算2.常用型材測點位置布置3.金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變測量方法與測量步驟第七章應(yīng)力應(yīng)變測量一、應(yīng)變測量技術(shù)：應(yīng)3§7-2貼片方法和應(yīng)力應(yīng)變換算應(yīng)變電測法應(yīng)用問題：首先遇到的是如何貼片，貼片方位問題，取決于應(yīng)力狀態(tài)。其次，測出應(yīng)變值后，如何換算成應(yīng)力值，運(yùn)用材料力學(xué)知識。下面就單向應(yīng)力狀態(tài)和平面應(yīng)力狀態(tài)（主應(yīng)力方向已知和主應(yīng)力方向未知）的應(yīng)力和應(yīng)變換算和貼片方法加以介紹?！?-2貼片方法和應(yīng)力應(yīng)變換算應(yīng)變電測法應(yīng)用問題：4一、單向應(yīng)力狀態(tài)在單向拉伸或壓縮外力作用下，其變形如圖所示，沿軸向方向貼有電阻應(yīng)變片R。從材料力學(xué)莫爾圓可以看出：測片方位：沿軸向應(yīng)力方向貼應(yīng)變片，測得后，用公式求出大小。一、單向應(yīng)力狀態(tài)在單向拉伸或壓縮外力作用下，其變形如圖所示，5二、平面應(yīng)力狀態(tài)（主應(yīng)力方向已知）1、單元體0—1—1—1受平面應(yīng)力的作用。這時變形為0—2—2—2：產(chǎn)生應(yīng)變在x方向上有變形，在y方向上有變形。2、然后，再受的作用，這時0—2—2—2變?yōu)?—3—3—3：產(chǎn)生應(yīng)變在y方向產(chǎn)生變形，在x方向產(chǎn)生變形

二、平面應(yīng)力狀態(tài)（主應(yīng)力方向已知）1、單元體0—1—1—1受6

3.因此在、的共同作用下，單元體在x方向的變形為，y方向的變形為若用應(yīng)力表達(dá)，則為貼片方位：沿和的方向各貼一枚應(yīng)變片（或直角應(yīng)變花），測得、值，即可求出和值。3.因此在、的共同作用下，單元體在x方向的變形為7三、平面應(yīng)力狀態(tài)（主應(yīng)力方向未知）

1、任意方向的應(yīng)變前提：主應(yīng)力、的大小未知，方向也未知，有三個未知數(shù)。存在：正應(yīng)力，,剪應(yīng)力應(yīng)變：、，（剪應(yīng)變）單元體ABCD在平面應(yīng)力狀態(tài)變形為AB’C’D’，

單元體AC方向上的應(yīng)變與、和之間的關(guān)系，AC變形至AC’位置：

AC方向上的總應(yīng)變?yōu)椋夯蛉⑵矫鎽?yīng)力狀態(tài)（主應(yīng)力方向未知）1、任意方向的應(yīng)變82、貼片方位

為了測得、和三個數(shù)值，可以在被測構(gòu)件上的同一個測點以三個不同的方向進(jìn)行測量（如三片應(yīng)變花），并對3個不同方向上的應(yīng)變進(jìn)行測量，當(dāng)這三個方向與x軸的夾角分別為、、時，即可求解下列方程組：測點上3個方向的角（、和）通常預(yù)先設(shè)定的（根據(jù)3片應(yīng)變花的夾角、和）。若能測得這三個方向上的應(yīng)變值、和，就能算出三個未知數(shù)、和。

2、貼片方位為了測得、和三個數(shù)值，可以在被測構(gòu)93、計算，，大小通過測出、、大小，即可求出，，式中：為剪切彈性模量。3、計算，，大小通過測出、104、求出主應(yīng)力與主應(yīng)力的方向：主應(yīng)力的計算公式：主應(yīng)力（與x軸夾角）的方向式中：——主應(yīng)力和x軸的夾角。4、求出主應(yīng)力與主應(yīng)力的方向：主應(yīng)力的計算公式：115、常用應(yīng)變花應(yīng)用舉例：實際測量中，（1）主應(yīng)力計算公式（貼三片應(yīng)變花）（2）主應(yīng)力計算公式（貼三片應(yīng)變花）（3）主應(yīng)力方向（與軸線的夾角）5、常用應(yīng)變花應(yīng)用舉例：實際測量中，12§7-3常用結(jié)構(gòu)型材的測點布置一、結(jié)構(gòu)型材斷面的應(yīng)力分布

港口機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)基本上是由角鋼、槽鋼、工字鋼、T型鋼、鋼管等型材或由鋼板焊成的箱形結(jié)構(gòu)所組成。由各種形式材料組成的結(jié)構(gòu)，通常承受拉(壓)、彎、扭等幾種外力的作用，其斷面上的應(yīng)力分布比較復(fù)雜。結(jié)構(gòu)型材的斷面型式較多，通常有：矩形斷面，圓形斷面，工字形斷面，槽形斷面，箱形斷面。例：箱形斷面的受力狀態(tài)：§7-3常用結(jié)構(gòu)型材的測點布置一、結(jié)構(gòu)型材斷面的應(yīng)力分布13

a．軸向力均布b．彎曲正應(yīng)力沿主慣性軸呈線形分布。c．剪應(yīng)力最大值一般出現(xiàn)在主慣性軸處。d．扭轉(zhuǎn)問題：非約束——只有剪應(yīng)力約束——有剪應(yīng)力和扇形正應(yīng)力。a．軸向力均布14

箱形斷面應(yīng)力分布開口薄壁結(jié)構(gòu)斷面應(yīng)力分布工字形斷面，槽形斷面歸納：各種斷面的應(yīng)力分布規(guī)律：a．?dāng)嗝嫔贤ǔＶ挥袃煞N力：正應(yīng)力、剪應(yīng)力b．?dāng)嗝娼屈c處只有正應(yīng)力，而無剪應(yīng)力（相當(dāng)于單向應(yīng)力狀態(tài)）。正應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在角點處。c．剪應(yīng)力的分布形式根據(jù)其斷面形狀不同而不同，一般來說，最大剪應(yīng)力產(chǎn)生在中性軸處（主慣性軸處）。

箱形斷面應(yīng)力分布15二、應(yīng)變片在測量斷面上的布置

（測點布置與貼片方法）最大正應(yīng)力法——角點法（1）貼片方法：在箱形斷面角點處分別貼4枚應(yīng)變花。（2）箱形梁斷面應(yīng)力分布：在外力拉（壓）、彎曲、扭（轉(zhuǎn)）矩作用下，正應(yīng)力分布如圖7-10所示二、應(yīng)變片在測量斷面上的布置

（測點布置與貼片方法）16

其測點1，2，3，4的正應(yīng)力分別為：然后根據(jù)測量得到的、、，求得獲得斷面內(nèi)力：

其測點1，2，3，4的正應(yīng)力分別為：17

（3）結(jié)論：斷面角點處沒有剪應(yīng)力存在，屬單向應(yīng)力狀態(tài)，該正應(yīng)力即為主應(yīng)力。因此沿斷面棱線方向上貼一單片，就可以測得主應(yīng)力大小。2.載荷分量測量法載荷分量測量法是根據(jù)斷面各載荷的應(yīng)力成分分布特性和測量電橋的加減特性，從多種應(yīng)力成分中直接測得某一種應(yīng)力成分?jǐn)?shù)值的方法（如某第5章中介紹的“測拉除彎”、“測彎除拉”等）。

18

（1）貼片方位：圖7-15（2）特點：a．可直接測量所需的載荷分量。b．應(yīng)變片布置在斷面的主慣性軸上。c．?dāng)嗝嫔系恼龖?yīng)力和剪應(yīng)力分別進(jìn)行測量，然后選第四強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核。

d．測量不同的載荷分量由不同的接橋方法來進(jìn)行測量。缺點：測不出翹曲正應(yīng)力。對于主慣性軸對稱的斷面，不受翹曲正應(yīng)力的干擾，而無主慣性軸對稱的斷面有干擾又無法測出。

（1）貼片方位：圖7-15193.剪應(yīng)力分量(1)貼片位置——貼在斷面主慣性軸上（剪應(yīng)力最大）(2)貼片方位——沿主軸線和方向（換算成應(yīng)力最方便）(3)應(yīng)力換算由圖7-3原理，得：整理得：

3.剪應(yīng)力分量(1)貼片位置——貼在斷面主慣性軸上（剪應(yīng)力最20

上兩式相減，得

4．平面應(yīng)力狀態(tài)測量（測點布置）（1）貼片：應(yīng)變花（2）計算主應(yīng)力大小和方向。（3）適用于薄壁結(jié)構(gòu)中的板與板的交接處，此處不僅有較大的正應(yīng)力，而且有較大的剪應(yīng)力。

四、應(yīng)力合成與強(qiáng)度校核（略講）通常用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行校核

上兩式相減，得21§7-4起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量一、金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量的任務(wù)應(yīng)力、應(yīng)變測量應(yīng)用任務(wù)：（測量目的和任務(wù)）1．校核性測量：驗證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（剛度）是否滿足理論計算要求。例如，新產(chǎn)品鑒定性檢測。2．改進(jìn)性測量（節(jié)約化）：產(chǎn)品改進(jìn)，確定安全儲備，減輕結(jié)構(gòu)自重。3．優(yōu)選性測量：各種設(shè)計產(chǎn)品的方案比較、試驗研究性檢測。4．.增潛性測量：產(chǎn)品改造，提高結(jié)構(gòu)承載能力。主要目的：是測量金屬結(jié)構(gòu)主要受力部位的應(yīng)變、應(yīng)力，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核，并且可通過動態(tài)測量，測出結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性?！?-4起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量一、金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量的任務(wù)22

二、測量斷面的選擇(1)理論設(shè)計計算書(含內(nèi)力圖)提供的具有代表性的載荷大的危險斷面；(2)載荷復(fù)雜（受力復(fù)雜），需要詳細(xì)分析的斷面；(3)斷面形狀不規(guī)則，有突變處的截面；(4)在現(xiàn)場測量中，對布片測量工作是方便的、安全的斷面；

三、測量斷面上應(yīng)變片布置原則：1、根據(jù)應(yīng)力分布狀態(tài)：單向平面應(yīng)力狀態(tài)（1）主應(yīng)力方向已知：軸向受力構(gòu)件——應(yīng)變片可在斷面上、下或左、右沿軸向布置。受彎構(gòu)件——最大彎矩處斷面的邊緣或四角沿軸向布置。壓彎構(gòu)件——斷面上四角不少于四片軸向布置。（2）主應(yīng)力方向未知：受彎構(gòu)件的正應(yīng)力與剪應(yīng)力較大的部位；斷面形狀不規(guī)則或有突變處；匯交力系的桿件節(jié)點部位。2、重要受力部位：貼雙片，提高測量值的可靠性3、對稱結(jié)構(gòu)斷面：可適當(dāng)減少布片、數(shù)量，例如單邊布片。二、測量斷面的選擇23四、應(yīng)力應(yīng)變測量的一般步驟與方法：1、預(yù)先準(zhǔn)備工作（1）測量斷面的選擇和布點方案確定（2）測試儀器準(zhǔn)備：應(yīng)變片、導(dǎo)線、器具、儀器準(zhǔn)備2、現(xiàn)場測試準(zhǔn)備工作：（1）貼片工作：應(yīng)變花粘貼位置表面打磨、清潔、貼片。（2）測量導(dǎo)線布置、連接，測試儀器布置。（3）測量儀器調(diào)試

3.現(xiàn)場測試工作根據(jù)測試工況和載荷情況，分別測量靜態(tài)、動態(tài)應(yīng)力。做好測試數(shù)據(jù)記錄。4.測試數(shù)據(jù)處理工作和整理測試報告舉例1：圖7-21所示門座起重機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變測量：強(qiáng)度測量剛度測量舉例2：岸橋結(jié)構(gòu)測量。四、應(yīng)力應(yīng)變測量的一般步驟與方法：1、預(yù)先準(zhǔn)備工作24舉例2：岸橋結(jié)構(gòu)測量舉例2：岸橋結(jié)構(gòu)測量25岸橋結(jié)構(gòu)測點布置圖岸橋結(jié)構(gòu)測點布置圖26測試工況工況編號載荷（t）小車位置操作程序I0小車位于后門框陸側(cè)停車位置前臂梁仰起儀器置“0”，放平到工作狀態(tài)，儀器讀數(shù)。II32.6前后門框中間位置小車在后門框陸側(cè)停車，載荷落地時儀器置“0”；小車提升載荷運(yùn)行到各工況位置時，儀器讀數(shù)。III前臂梁中部B-B截面位置IV前臂梁端部位置V后臂梁端部D-D位置測試工況工況編號載荷（t）小車位置操作程序I0小車位于后門框27

8號岸橋靜載應(yīng)力檢測結(jié)果

(單位：MPa)

工況號測點號ⅠⅡⅢⅣⅤA115.6-8.9-10.866.6-8.5A218.2-7.8-8.459.7-7.7A3-15.2-2.2-7.0-55.4-2.8A4-11.4-2.5-6.6-55.0-2.9B1-22.9-3.4-101.526.6-10.6B2-21.6-11.0-99.023.2-10.0B32.1-6.242.0-49.5-3.8B4-9.5-3.439.0-47.7-1.2C15.0/-7.4/-1.3C25.8/-4.8-1.3-1.1D18.317.0-8.2-0.5-33.1D26.417.7-9.0-1.2-32.8E1-18.2-4.0-17.6-48.271.7E2-11.1-4.1-15.8-34.470.8F145.5-6.226.981.6-9.4F244.9-6.737.389.5-7.8G168.7-5.759.0155.2-15.2G259.4-4.554.0136.2-15.8G320.5-2.419.348.4-6.7G421.8-2.819.048.5-8.4H1-12.3-8.4-22.7-22.93.8H2-2.3-3.4-13.6-20.83.7I1-45.616.7-20.7-60.8-18.3I2-48.918.0-21.6-64.8-19.5J15.5-11.17.310.24.0K12.31.9-1.63.914.3K25.0-5.0-2.37.020.78號岸橋靜載ⅠⅡⅢⅣⅤA128（G）與額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值（Q）進(jìn)行綜合處理，其應(yīng)力值為8號岸橋：=(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，小車位于前臂梁中部位起吊載荷（第Ⅲ種工況）時，前臂梁B1、B2測點靜載合成應(yīng)力為=(G)+(Q)=22.9+101.5=124.4MPa

=(G)+(Q)=21.6+99.0=120.6MPa（G）與額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值（Q）進(jìn)行綜合處理，其應(yīng)力值為8號岸橋：=(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）與額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值（Q）進(jìn)行綜合處理，其應(yīng)力值為8號岸橋：=(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）與額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力值=(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)=