智能仪表在直梁弯曲正应力实验中的应用

　　在材料力学实验中,直梁弯曲正应力测试是基本的实验项目之一,主要目的是验证纯弯曲梁的正应力公式,并使学生初步掌握多点应变电测方法。

　　1实验内容

　　1.1实验台

　　实验台如图1所示,其中试件为长*宽*高=760 * 9 * 30mm的中碳钢矩形截面梁,在纯弯段中心的外表面上沿着梁高贴有五枚电阻应变片(每片相距h/4),并在梁的端部不受力处贴上一个补偿应变片。

　　1.2实验原理

　　利用金属的应变—电阻效应,我们将测量片和补偿片组成的应变测量电桥制成电阻应变计,电阻应变片阻值的相对变化与应变片金属丝的几何形状的相对变形成正比,由此可知,这种变化即反映被测物体的变化。

　　1.3实验过程

　　实验开始时,学生记录钢梁的有关原始数据,包括梁的跨距、横截面尺寸、载荷作用点距离和标点位置等。而后将测试仪器与电阻应变计上的相应标点联接,打开开关,开始加载,每加10牛顿读一次应变值,加到50牛顿为止。按同样的方法测量另一片,直到五片全部测完为止。

　　1.4数据处理

　　对学生实验报告的基本要求是,分别用虎克定律△б=Ε△ε和材料力学公式△б=△Μ·y/I计算纯弯曲梁横截面上五点的弯曲正应力,将计算结果进行比较,并做误差分析和适当的讨论。

　　2实验所用测试仪器

　　如何将直梁受到外力后的应变值测试出来,要用到测试仪器———应变仪。

　　2.1电阻应变仪

　　最常用的早期电阻应变仪也称为交流载波式应变仪,它由载波震荡器提供电桥交流电源,测量电桥中还有电阻平衡和电容平衡调整电路,其组成包括测量电桥、载波震荡器、放大器、相敏检波器、低通滤波器、读数电桥和指示记录仪等。一般这种应变仪的基本误差为±1%,稳定性4小时内零漂±5με,应变测量精度为1%~3%,考虑到构件材料弹性模量和泊松比的测量误差,则静态应力测量精度为3%~5%,如我院材料力学实验室八十年代使用的YJD-Ⅰ型静动态电阻应变仪就是采用这种双桥结构的,特点是输出结果用指示电表或用记录仪将电阻变化△R/R转换为电压或电流的变化。缺点是接线复杂,读数慢且需要修正,在课上理论讲解占用时间多,学生只能看老师演示。

　　2.2数字应变仪

　　随着电子技术的发展,在原交流载波式应变仪基础上将输出信号利用精密双斜积分的原理进行A/D转换而成数字信号显示的应变仪。如我院九十年代使用的YJK4500型数字静态电阻应变仪,它的基本误差≤±0.2%±1个字,4小时内零点漂移≤±2με、读数值变化≤±0.2%,特点是不需要电容平衡,操作简单,可进行多点应变快速测量,直接用四位半数码显示应变数值,在实验课上学生可以自己动手操作。缺点是初始值不能设置为零,增加了计算工作量。