测应力损伤的方法(应力应变测试常用的方法)

1.应力应变测试常用的方法有哪些

常见的应力测试方法

应力仪或者应变仪是来测定物体由于内应力的仪器。一般通过采集应变片的信号，而转化为电信号进行分析和测量。

应力测试一般的方法是将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片其实就是应用了这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅所使用的是铜铬合金材料，这种材料其电阻变化率为常数，它与应变成正比例关系。

我们通过惠斯通电桥，便可以将这种电阻的比例关系转化为电压。然后不同的仪器，可以将这种电压的变化转化成可以测量的数据。

对于应力仪或者应变仪，关键的指标有： 测试精度，采样速度，测试可以支持的通道数，动态范围，支持的应变片型号等。并且，应力仪所配套的软件也至关重要，需要能够实时显示，实时分析，实时记录等各种功能，高端的软件还具有各种信号处理能力。

2.热应力的测定方法

一，实验目的？1.了解热应力实验装置的组成，各部分的作用及使用方法；？2.了解金属构件在热循环过程中热应力的产生原因，过程及分布规律；？3.熟悉铸造热应力对铸件质量的影响以及减小铸造热应力的措施.？二，实验内容？1.在计算机上，利用《铸造应力》实验教学课件，了解铸造应力的分类，形成原因，测定原理，对铸件质量的影响及采用应力框测定铸造热应力的实际过程；？2.熟悉热应力实验装置的使用方法及热应力测定的过程；？3.记录，处理和分析实验数据，绘出应力-温度曲线.？三，实验装置简介？本实验所使用的热应力实验装置是一种模拟测定装置，该装置由应力框部件，温控显示箱和 计算机系统三部分组成.？1.应力框部件？这是实验装置的核心部件，由应力框，拉压力传感器，温度传感器，加热体和冷却水管路等组成，如图2-1所示.？三根直径相同的应力杆（？A,B,C？）由侧支架支撑，组成相互关联的金属构架（应力框）.杆？A,C？与支架固定在一起，杆？B？的一端与支架固定，另一端与支架之间可作相对水平移动，只有拧紧螺栓？G？时才被锁定，此时应力框成为刚性结构，以便进行实验.松开螺栓时，杆？B？可自由伸缩，三杆间的约束被解除，以此模拟杆？B？在高温下的塑性变形.加热体（电阻丝）？R？用于改变应力杆的温度，以造成三杆间的温差，从而产生内应力.各杆的温度变化由温度传感器？W?A,W?B,W?C？测定.？拉压力传感器？D,E,F？用于测量各杆承受的内应力.杆？A,C？上的拉压力传感器的最大量程为2 kN，杆？B？上的拉压力传感器的最大量程为5 kN，输出毫伏级电压信号.？为保证传感器本身温度恒定，采用循环水进行冷却.？2.温度控制显示箱？它由温控仪，稳压电源及显示仪表组成，如图2-2所示.？温控仪（型号WMZK-01）?A?1,A?2,A?3？接收温度传感器的信号，显示各应力杆的温度，并可设定极限温度以控制加热体的工作状态.？稳压电源向拉压力传感器提供24 V工作电压.？电压表V用于显示实验装置总电路的工作电压.毫伏表mV用于显示拉压力传感器的输出信号.表中显示的值为实际输出信号的10倍.该毫伏值与作用力大小成正比关系.经测定，5 kN量程时，当量值为0.067 kN/mV;24 kN量程时，当量值为0.025 kN/mV.3.计算机系统？由主机，显示器及打印机组成.应力杆的输出信号被放大1 000倍，后经计算机处理后以坐标图形式显示在屏幕上，以便直观地看到应力变化趋势.该坐标图的横轴为时间轴，纵轴为应力（或电压）轴.所显示的图像中，横坐标轴下方的曲线为杆？B？所受应力的动态变化情况（其上方的两条曲线与杆？A,C？对应）.屏幕图像可存储和重现，亦可通过打印机打印出来.？四，实验原理？金属构件在热循环过程中，由于材料热传导特性等因素的影响，构件各部分之间，构件表层与心部之间必然存在温差，致使金属构件的膨胀，收缩量有所差异，加之刚性构架中各部分之间的互相制约，于是在不同的温度区间里在构件中便会形成热应力.？基于上述原理，将应力框的中间应力杆？B加热，随着温度的升高，其长度将有所增加.由于杆B已被锁定，于是形成两侧杆A,C与杆B之间的约束状态，致使杆A,C受拉，杆B？受压.此时三杆间的相互作用通过拉压力传感器以电压信号的形式输出，由毫伏表和屏幕显示出来.三杆间的温差越大，作用力也越大.根据标定的作用力与电压间的当量值可计算出作用力（应力）的数值.加热到最高温度时松开锁紧螺栓，使三杆间的约束解除，相当于中间杆？B？发生了塑性变形.由于作用力消失，因此毫伏表指针和屏幕显示的曲线均回归零位.再次锁紧中间杆，并停止加热，则在冷却过程中，三杆间又产生符号相反的作用力.？五，实验设备？热应力测定仪，微型计算机（含《铸造应力》CAI软件）.？六，实验步骤？1.计算机仿真测定？1）在计算机上，利用《铸造应力》实验教学课件，了解铸造应力的分类，成因，分布规律及其影响；？2）用应力框法进行铸造热应力的仿真测定.？2.使用热应力实验装置进行铸造热应力的测定？1）检查实验装置各部件，管路，接头的连接是否正确与完好；检查电器线路，接口连接正确及接触良好与否；检查确认应力框部分接地良好与否.设定温度控制仪的极限加热温度值（杆间温差不大于60 ℃）.？2）接通电源，开启温度控制仪；接通稳压电源，开启计算机，并使计算机处于C\>状态.进行如下计算机操作：？SAMPLE？ 显示菜单？0？ 显示File Name——？输入文件名（或？）？ 显示hour——？输入时（0），分（30），秒（0）数和采样时间（1 ms）.？显示坐标图.？3）锁定杆B.适当调整杆A,C紧固程度，使各毫伏表的初始指示值最小.？4）接通加热体电路，加热中间杆B（为避免加热速度过快，可手动控制开关KB1 ，以形成间歇供热方式）.？5）记录温度值和该时刻与之对应的毫伏表的毫伏值.？6）在设定的极限温度上停留一段时间.在红灯亮的状态下，松开杆B的锁紧螺栓G.当毫伏表指针停留在最小数值时，再次锁紧中间杆B，同时切断加热体电路.？7）观察和记录冷却过程中的温度值和对应的毫伏数.当毫伏表指针低于0刻度时，将开关KA2 ,KB。

3.实验应力分析的实验方法

实验应力分析方法目前已有电学的、光学的、声学的以及其他方法。

有电阻、电容、电感等多种方法，而以电阻应变计测量技术应用较为普遍，效果较好。①电阻应变计法 电阻应变计是一种能将构件上的尺寸变化转换成电阻变化的变换器，一般由敏感栅、引线、粘结剂、基底和盖层构成。

将它安装在构件表面。构件受载荷作用后，表面产生微小变形，敏感栅随之变形，致使应变计产生电阻变化，其变化率和应变计所在处构件的应变成正比 。

测出电阻变化，即可按公式算出该处构件表面的应变，并算出相应的应力。依敏感栅材料不同，电阻应变计分金属电阻应变计和半导体应变计两大类。

另外还有薄膜应变计、压电场效应应变计和各种不同用途的应变计，如温度自补偿应变计、大应变计、应力计、测量残余应力的应变化等。②电容应变计法 电容应变计是一种能将构件上的尺寸变化转换成电容变化的变换器。

试件变形时，两电容极片间距随之变动，引起电容变化。测出电容变化率，按公式可算出试件的应变 。

电容 应 变计有弓形 、平板式和杆式等类型，多用于发电厂的管道、设备或核能设备的长期高温应变测量，监视裂纹的形成和发展，以及对航空航天构件材料进行高温性能测试等。 此法发展较快，方式较多，逐渐形成光测力学。

经典的光弹性实验技术已从二维、三维模型实验（如光弹性法、光弹性应力冻结法）发展成为能用于工业现场测量的光弹性贴片法，用来解决扭转和轴对称问题的光弹性散光法，研究应力波传播和热应力的动态光弹性法和热光弹性法，进行弹-塑性应力分析的光塑性法 ， 以及研究复合材料力学的正交异性光弹性法 。除了上述 经典方法外 ，还有云纹法、云纹干涉法、全息干涉法、散斑干涉法、全息光弹性法、焦散线法等。

此外还有80年代发展起来的光纤传感技术和数字图像处理技术等。①光弹性法 运用光学原理研究弹性力学问题的一种实验应力分析方法。

某些各向同性透明的非晶体高分子材料受载荷作用时，呈现光学各向异性，使一束垂直入射偏振光沿材料中的两主应力方向分解成振动方向互相垂直、传播速度不同的两束平面偏振光；卸载后，又恢复光学各向同性。这就是所谓的暂时双折射效应。

用具有这种效应的透明塑料按一定比例制成零构件模型，置于偏振光场中，施加一定的载荷，模型上便产生干涉条纹。通过计算，就能确定模型受载时各部位的应力大小和方向。

此法对应力集中区和三维内部应力问题的求解特别有效。②云纹法 通过测定云纹并对其进行分析以确定试件的位移场或应变场的一种实验分析法。

其原理是，当栅板和栅片重叠时，因栅片牢固地粘贴在试件表面而随之变形，遂使栅板和栅片上的栅线因几何干涉而产生条纹即云纹。可通过云纹测定物体表面的等高线，以及板壳的挠度分布等。

③云纹干涉法 几何云纹法与光学干涉法相结合的一种实验分析法。将高密度衍射光栅精确复制在物体表面，并用激光束照射该光栅，便可通过光栅衍射波干涉形成的条纹图，获得物体表面的变形信息 。

此法灵敏 度高 ，条纹对比度好；能进行全场分析，实时观测，量程几乎不受限制。④全息干涉法 利用全息照相获得物体变形前后的光波波阵面相互干涉所形成的干涉条纹图进行物体变形分析的一种方法。

全息照相是一种不用透镜而能记录和再现被摄物体的三维图像的照相方法。它能把来自物体的光波波阵面的振幅和相位信息以干涉条纹形式记录下来，又能在需要时再现出来，以观察到物体的三维图像。

全息干涉法的主要内容是研究条纹图的形成、条纹的定位以及对条纹图的解释。对于具有漫反射表面的不透明物体，条纹图表示物体沿观察方向的等位移线；对于透明的光弹性模型（如有机玻璃），则表示模型中主应力之和等于常数的等和线。

常用的全息干涉法有双曝光法、即时法和均时法。⑤散斑干涉法 精确检测物体表面各点位移的光学测试法。

激光照射在漫反射物体表面时，由反射光波干涉形成的散斑随物体变形或位移而变化。采用适当装置，通过双曝光法把变形前后的散斑记录在一张全息底片上，经显影定影后便可获得存储物体表面各点位移信息的散斑图。

用激光照射散斑图，就显出散斑干涉条纹。在进行光学傅里叶变换信息处理后，便可分析出位移信息。

⑥焦散线法 利用焦散线测量应变（或应力）奇异场力学参数的一种光学实验法。当一束光垂直照射在一块受载的带有边缘裂纹透明薄板试件的局部高应变场区域时，由于域内各处厚度的变化十分悬殊，使透过的光线发生强烈偏折和汇聚，在试件与像屏间的空间形成一个明亮的曲面，称为焦散面。

若用一个半透明屏幕切割此焦散面，就可看到一条明亮的曲线，即焦散线。通过光学和力学分析，可将焦散线的几何参数与奇异场的力学参数间的关系建立起来，从而通过测量焦散线的几何形状，可求出有关的力学量。

⑦光纤传感技术 用光纤作“传”和“感”的元件，当光通过光纤时，光的某一特性（如光强、相位、波长、偏振等）受到被测物理量的影响而发生变化，利用这一变化即可测得诸如声压、电场、磁场、位移、加速度、应变、温度等。光纤传感器的独特优点是：光纤是一种。

4.残余应力的测量方法

1.盲孔法残余应力测量

它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔 ，以去除一部分具有应力的金属，而使圆 孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新 的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变 量，就可以计算原应力场的应力值。

残余应力检测仪主要采用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力分析和研究，还可作为在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器。如果配用相应的传感器，也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。它以计算机为中央微处理机，采用高精度测量放大器、数据采集和处理器，测量中无需调零，可直接测出残余应力值的大小及方向，实现了残余应力测量的自动化。

2.磁测法残余应力测量

磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知，铁磁材料具有磁畴结构，其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。

3.X射线衍射法残余应力测量

在各种无损测定残余应力的方法之中，X射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。它原理成熟，方法完善，经历了七十余年的进程，在国内外广泛应用于机械工程和材料科学，取得了卓著成果。 X-射线应力测定仪是一种简化和实用化的X射线衍射装置，因而它还有一项附加的功能──测定钢中残余奥氏体含量。由于它适用于各种实体工件，而且能够针对同一点以不同的φ角、Ψ角进行测试，以探测织构的影响，这项功能便具备了重要而独特的用途。