目录第1章应变测试概况 (1)第2章应变测试的原理 (2)2.1 应力与应变的关系 (2)2.2 电阻应变片的构造 (8)2.3 应变片的工作原理 (9)第3章主要设备及配套器材 (10)3.1 电阻应变片 (10)3.2 电阻应变仪 (16)3.3 应变测试系统 (16)第4章应变测试的工艺要点 (17)4.1 应变片的选型 (17)4.2 选择粘贴应变片用胶黏剂 (18)4.3 应变片的粘贴 (19)第5章应变测试的应用 (21)5.1 运动构件的应变测量 (21)5.2 高(低)温条件下应变测量 (25)第6章应变测试方法的特点及适用范围 (27)参考文献 (29)第1章应变测试概况应变测试是当各种机械或者结构物有外力作用时，通过它来获得各部分发生的应变大小、应力状态和最大应力所在位置和大小，以此判断各部件的尺寸、形状和使用的材料是否合适，从而达到安全、价廉和经济的设计。

另外，应变测试可以估计断裂负荷，并能进行断裂预测而不需要损坏部件材料，因此它是无损检测的一个重要领域。

电阻应变测量方法是实验应力分析方法中应用最为广泛的一种方法。

该方法是用应变敏感元件——电阻应变片测量构件的表面应变，再根据应变—应力关系得到构件表面的应力状态，从而对构件进行应力分析。

电阻应变片（简称应变片）测量应变的大致过程如下：将应变片粘贴或安装在被测构件表面，然后接入测量电路（电桥或电位计式线路），随着构件受力变形，应变片的敏感栅也随之变形，致使其电阻值发生变化，此电阻值的变化与构件表面应变成比例，测量电路输出应变片电阻变化产生的信号，经放大电路放大后，由指示仪表或记录仪器指示或记录。

这是一种将机械应变量转换成电量的方法，其转换过程如图1-1所示。

测量电路的输出信号经放大、模数转换后可直接传输给计算机进行数据处理。

图1-1 用电阻应变片测量应变的第2章应变测试的原理2.1 应力与应变的关系2.1.1 应力的种类应力是在施加的外力的影响下物体内部产生的力。

如图2-1所示，在柱体的上面向其施加外力P 的时候，物体为了保持原形在内部产生抵抗外力的力--内力。

内力被物体（这里是柱体）的截面积所除后得到的值（单位截面积上的内力）即是“应力”（单位为Pa（帕斯卡）或N/m2）。

如圆柱横断面积为A(m2)，所受外力为P(N 牛顿)，由外力=内力可得，应力的大小。

图2-1外力（负荷）与内力的关系如图2-2 (a)所示，当内力F在某一截面上作用时，可以考虑把它分成与截面垂直的分力Fn 和沿着截面方向的分力Fr。

假设这些力在截面上都是均匀分布的话，则“单位截面积的力”就是应力，如图2-2 (b)所示。

它可以分为同截面垂直的正应力(σ)和沿着截面的切应力(τ)。

假如设截面积为A，则正应力可由下式表示：=F cosθ/A(MPa)(2-1)σ=FnA切应力为=F sinθ/A(MPa)(2-2)τ=FrA图2-2内力与应力的关系截面上的各种应力状态如图2-3所示。

图2-3 应力的种类与正负（a）拉伸，正应力为正值（b）压缩，正应力为负值（c）切应力为正值（d）切应力为负值把图2-3 (a)中的正应力称为拉应力，以正值来表示。

把图2-3 (b)中的正应力称为压应力，以负值来表示。

图2-3 (c)中的切应力是顺时针方向作用的，作为正值；图2-3 (d)中的切应力是逆时针方向作用的，作为负值。

这种确定正负的方法是同梁的切应力相符合的，有的资料采用的正负值与这里正好相反。

2.1.2 应变被拉伸的时候会产生伸长变形Δl，试件的长度则变为l′。

这里，由伸长量Δl 和原长l的比所表示的伸长率（或压缩率）就叫做“应变”，记为ε。

应变表示的是伸长率（或压缩率）Δl/l，是量纲为一的，1x10-6的应变称为微应变。

（1）纵向应变图2-4应变的种类如图2-4 (a)所示，把拉应力σ作用在圆柱物体上，当原来的长度延伸了Δl而成为l′时，其拉应变ε可从下式得出：（2-3）其数值为正值，当受压应力时，则物体收缩，Δl就变成负值，压应变也成为负值。

拉伸应变和压缩应变都叫做纵向应变。

（2）横向应变在应力作用的方向上产生纵向应变时，同时在与它垂直的方向上产生横向应变ε′。

从图2-4(a)上可以看出，若直径从d变为d′时，横向应变由下式表示：（2-4）这个横向应変与纵向应变之比的绝对值叫做泊松比，通常以υ或者µ来表示，即（2-5）低碳钢的泊松比约为0.3。

如图2-4 (b)所示，当受切应力τ作用时，长度l的顶部向横向偏移λ，如果设最初的直角∠ABC改变了角γ'成为∠ABC′则切应变λ/l可由下式（2-6）表示:图2-4 应变的种类（2-6）2.1.3应力应变曲线做材料的强度试验时，材料要制成如图2-5所示的试样。

将拉伸试验时所加的负荷除以试样的截面积，即应力λ作为纵坐标；把标距伸长量除以标距的原长度，即应变ε作横坐标，这样得出的曲线称为应力-应变曲线。

（a）拉伸前（b）拉伸后图2-5 拉伸式样图2-6所示是广泛用来制作结构件的低碳钢(低碳钢)的拉伸试验应力-应变曲线。

可将其分为OA、B′C、CD、和DE四个阶段。

图2-6 低碳钢应力-应变曲线（1）弹性阶段（OA段）在OA阶段内，材料的变形是弹性的。

当应力σ小于A点的应力时，如果卸去外力，使应力逐渐减少到零，此时相应的应变ε也随之完全消失。

材料受外力后变形，卸去外力后变形完全消失的性质称为弹性。

因此OA阶段称为弹性阶段，相应于A点的应力称为弹性极限。

在此阶段内，除靠近A点的极小一段A′A外，应力与应变的关系是沿直线OA′变化的，这时应力与应变之间呈正比关系，即遵循虎克定律：σ=Eε(其中弹性模量E是比例常数）对应于A′点的应力称为比例极限，以σp表示。

由于比例极限与弹性极限非常靠近，试验中很难加以区别，所以实际应用中常将两者视为相等。

如再继续增加应力，则即使去掉负荷，试样也不能完全复原而仍然残留一部分应变，这个应变就称为永久应变或残余应变。

（2）屈服阶段（B′C段）当应力到达B′点的相应值时，应力不再增加，仅有些微小的波动；而应变却在应力几乎不变的情况下急剧地增长，材料暂时失去了抵抗变形的能力。

这个现象一直延续到C点。

如果试样经过抛光，这时可以看到试样表面有许多与试样轴约成45度角的条纹，称为滑移线。

这种应力几乎不变，应变却不断增加，从而产生明显的塑形变形的现象，称为屈服现象，B′C阶段称为屈服阶段。

相应于B′点的应力值称为上屈服点；在应力波动中，首次下降所达到的最低值（对应于曲线中的B点）称下屈服点。

由于上屈服点之值受试验时一些因素的影响较大，不如下屈服点稳定，故规定下屈服点作为材料的屈服点（或称屈服极限)，以σs表示。

（3）强化阶段（CD段）经过屈服阶段以后，从C点开始曲线又逐渐上升。

材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加应力，这种现象称为材料的强化。

从C点至D 点称为强化阶段。

（4）局部变形阶段（DE段）在应力到达D点的相应值之前，沿试样的长度，变形是均匀的。

当应力到达D点的相应值后，试样的变形开始集中于某一小段的范围内，横截面面积出现局部迅速收缩，这种现象称为颈缩现象。

由于局部的截面收缩，使试样继续变形所需的拉力逐渐减小，所以，由原截面面积（不是颈缩处的截面面积）除以拉力F 而计算出的名义应力σ也渐渐下降，因而曲线过D点后向下弯曲。

因为应力等于负荷除以试样原截面积，所以所得的这种应力被称为公称应力。

如果随着截面的缩小，用缩小的截面积去除负荷，所得的数值作为实际应力，则可得到实际应力-应变曲线。

当截面急剧地收缩到原截面的一半左右时，最后就在E点断裂。

由D 点到E点这个阶段，称为局部变形阶段。

相应于D点的应力称为抗拉强度（或强度极限），以σb表示。

低碳钢以外各种材料的应力-应变曲线如图2-7所示。

它们都不出现像低碳钢那样的屈服点。

对这些材料，一般把产生0.2%永久应変时的应力称为屈服强度，以σ0.2表示。

通常在材料的应变测定中，所用的应力都是在低于比例极限的范围内，在此条件下应力与应变呈正比关系。

（a）高碳钢和合金钢（b）铸铁（c）铜和黄铜图2-7 各种材料的应力-应变曲线因此如果测得了应变ε，则应力σ 即可由下式表示：σ=Eε（2-7）式中，比例常数E称为纵向弹性模量(杨氏模量)。

低碳钢纵向弹性模量 E 的数值为2.1×105MPa，铝是0.72×l05MPa。

2.2 电阻应变片的构造不同用途的电阻应变片，其构造不完全相同，但一般都由敏感栅、引线、基底、盖层和粘结剂组成，其构造简图如图2-8所示。

盖层引线敏感栅基底粘结剂图2-8电阻应变片的构造敏感栅：是应变片中将应变量转换成电量的敏感部分，是用金属或半导体材料制成的单丝或栅状体。

敏感栅的形状与尺寸直接影响应变片的性能。

敏感栅如图2-9所示，其纵向中心线称为纵向轴线，也是应变片的轴线。

敏感栅的尺寸用栅长L和栅宽B来表示。

栅长指敏感栅在其纵轴方向的长度，对于带有圆弧端的敏感栅，该长度为两端圆弧内侧之间的距离，对于两端直线的敏感栅，则为两直线内侧的距离；在与轴线垂直的方向上敏感栅外侧之间的距离为栅宽。

栅长与栅宽代表应变片的标称尺寸。

一般应变片栅长在0.2毫米至100毫米之间。

图2-9 应变片敏感栅尺寸引线：用以从敏感栅引出电信号的镀银线状或镀银带状导线，一般直径在0.15～0.3毫米之间。

基底：用以保持敏感栅、引线的几何形状和相对位置的部分，基底尺寸通常代表应变片的外形尺寸。

粘结剂：用以将敏感栅固定在基底上，或者将应变片粘结在被测构件上，具有一定的电绝缘性能。

盖层：用来保护敏感栅而覆盖在敏感栅上的绝缘层。

2.3 应变片的工作原理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。

应变片就是应用这个原理，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使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系如式（2-8）所示；ΔR /R= K×ε (2-8) R：应变片的原电阻值ΩΔR：伸长或压缩所引起的电阻变ΩK：比例常数(应变片常数)ε：应变不同的金属材料有不同的比例常数K。

铜铬合金的K 值约为2。

这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。

但是由于应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。

例如我们来计算1000×10−6的应变产生的电阻的变化。

应变片的电阻值一般来说是120 欧姆，即ΔR /120=2×1000×10-6ΔR =120×2×1000×10−6 = 0.24Ω电阻变化率为ΔR/ R=0.24/120=0.002→0.2%要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。