实验力学复习讲义

一、填空1.计量的特点：准确性、一致性、溯源性、法制性。2.脆性涂层法是一种无损检测法，常用的脆性涂料：松脂基、陶瓷基。3.正态密度分布曲线，标准误差σ越大，曲线越平缓。4.独立的基本物理量有7个，力学相关的有4个：长度、时间、质量、温度。5.相似模拟要保证模型材料与原型材料的泊松比相同，否则会带来误差。6.云纹法做实验有两个栅：试件栅、参考栅。出现两种基本云纹：平行云纹、转角云纹。7.建立应变与云纹关系的方法：几何法、位移导数法二、名词解释1.计量的定义：从狭义上讲，计量是与测量结果置信度相关的，与测量不准确度联系在一起的一种规范化的测量。2.测量准确度：是指测量结果与被测量真值之间的一致程度。3.热光弹法：用光弹法来研究结构热应力状态的方法。4.动态光弹法：用光弹法来研究构件在振动或冲击等动态载荷作用下，构件中的应力状态随时间变化的方法。5.光学蠕变：指光弹材料在一定的外力载荷下，条纹级数随时间而缓慢增加的现象。6.时间边缘效应：指光弹材料在不受力的情况下，在室温下，随着时间的增长，在材料的边缘引起的初应力。7.等差线：代表两个主应力差相等的线。8.三倍标准误差判据：当单个测量值的误差大于这组观测值标准误差的三倍时，取消这个测量值。9.测量不准确度：表征合理地赋予被测量值的分散性，与测量结果相联系的参数。10.测量精密度：指在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度。11.相似第二定理：表示一现象各物理量之间的关系方程式都可以转化为无量纲方程，无量纲方程的各项即是相似判据。12.相似第三定理：在物理方程相同的情况下，如果两个现象单值条件相似，亦即从单值条件下引出的相似判据若与现象本身的相似判据相同，则这两个现象一定相似。13.π定理：所有的量纲齐次方程均可化作无量纲综合数群之和的形式，无量纲数群π项的数目为n-m个，其中n为方程中不同物理量的数目，m为独立的基本未知量个数。14.电阻应变效应：绝大多数金属丝在受到拉伸（或压缩）时，电阻值会增加（或减小），这种电阻值随变形发生变化的现象就叫电阻应变效应。三、论述1.透射光弹与反射光弹之间的区别和联系？定义？分别如何测量？透射光弹得到的等差线直接反映了模型中主应力差的分布规律；反射光弹试验中，构件受力后得到的等差线反映的是贴片中主应变差分布的规律，要通过贴片与构件应变相同的条件，才能求得构件的主应力差。透射光弹的光路，偏振光入射到受力模型后，即产生双折射效应，偏振光是一次通过模型；在反射光弹中，偏振光入射贴片后，经反射层反射，再通过贴片，产生光程差，因此偏振光是两次通过贴片的。透射测得的是材料条纹值，反射测得的是应变条纹值。反射光弹与材料无关，表面贴片测试即可，工程意义大，可修正验算；透射光弹工程使用少，不方便。反射光弹用应变分离法计算内部应力，透射用剪应力差法计算。2.云纹法测平面应力场应变的步骤？平面应变场测量：第一，将基准栅与试件栅平行于x方向放置；fx，hy第二，将基准栅与试件栅平行于y方向放置；fy，hx3.现场测试技术综合：1）应变片：常见应变片的种类、各自使用特点、使用场合、如何选型。①常见的应变片：a.丝式应变片：回绕丝式应变片、短接式应变片、张丝式应变片、卷绕式应变片；b.箔式应变片；c.应变花；d.半导体应变片；e.薄膜式应变片；f.特种应变片；②选用应变片的原则和方法a.品种温度、湿度、流体压力、核辐射、结构应力状态、荷载特性、应力与标距的范围、应变片加强效应、其他因素。b.阻值.在选用时，主要根据应变仪测量桥组合要求，并减少温度、湿度等外界因素影响的原则来确定。Ⅰ.通常利用等臂电桥测量，而等臂电桥是按120Ω设计的，所以无特殊要求，选用120欧应变片；Ⅱ.交流电桥，考虑到阻抗问题，选用高阻值应变片较好；Ⅲ.散热条件不好的场合，因为电桥的内阻通常为120Ω，应选用240~360Ω的应变片，以减少热漂移；Ⅳ.若测量导线较长，因增大应变片电阻，减少导线引起的零漂；Ⅴ.工作在潮湿环境下，在绝缘电阻相同的情况下，应变片的阻值越小，产生的零点漂移越小。c.标距Ⅰ.结构材料特性。匀质材料小标距，非匀质材料大标距。Ⅱ.应力梯度。梯度大选小标距。2）桥路：组桥等三种桥路的选择，与距离远近的关系3）现场测试：火炬塔（理论分析、应变片的选择、选桥）如何贴应变片、电测如何用、工艺流程：粘贴、打磨、加载、编号理论分析：现场环境：潮湿；塔吊很高，因此选择四分之一桥（省线）加循环检测仪。判断吊钩吊点、支腿、应力集中位置，来选择在何处集中测试，确定应变片的位置。应变片选择：应变片品种、阻值选择：在潮湿环境下测量，要选择防潮性能好的胶基应变片以及响应的抗湿性强的粘接剂。对于长期观测并要求有一定耐久性和稳定性的场合，应选用耐高温老化性能好的胶基应变片及相应的粘接剂。打磨、粘贴、编号等选桥加载：卷扬机+A型桅杆监测、检验计算分析：可以回答误差分析，如环境潮湿；应变片阻值、类型等的选择；应变片粘贴位置；仪器测量误差、人为读数等误差评判：如材料损伤等4.测量不准确度的来源测量过程中有许多引起测量不准确度的来源，并大致分为以下十个方面：1）对测量的定义不完整或不完善。定义要完整表述，如在测量长度的定义中指定温度及压力，就可以避免因温度和压力影响不不确定度。2）实现被测量定义的方法不理想。如上所述，定义完整，但实测时温度及压力达不到定义的要求，使结果中引入了不确定度。3）取样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量。如测定某材料在某条件下的某一参数，由于测量方法和设备的限制，只能取材料的一部分作为样块进行测量，如果测量时所用样块在材料的成分或均匀性方面不能完全代表定义的被测量，样块将引起不确定度。4）对被测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善。如1）例，不仅温度和压力影响长度测量，湿度及支撑方式等也有影响，但由于认识不足，没有采取措施，引起不确定度。5）对模拟仪器的读数存在人为偏差。模拟仪器在读数时，一般估计到最小分度值的十分之一。由于观测者位置和观测者个人习惯不同等原因，可能对同一状态下的显示值有不同的估计值，产生不确定度。6）测量仪器的分辨力或鉴别力不够。数字式测量仪器的不确定度来源之一，是其指示装置的分辨力。即使指示为理想重复，这种重复性对不确定度的贡献也不为零，这是因为当输入信号在一个已知的区间内变动时，该仪器却给出了同样的指示。7）赋予测量标准和标准物质的值不准。通常的测量是通过被测量与测量标准的给定值进行比较实现的，因此该测量标准的不确定度将直接引入测量结果。例如天平测量时，测得质量的不确定度中包括了砝码的不确定度。8）用于数据计算的常量和其他参量不准。如计算需要查有关资料数据手册，同时也可以手册查出或计算出该值的不确定度，它同样是测量结果不确定度的一个来源。9）测量方法和测量程序的近似性和假定性。如数学表达式的近似、自动测试程序的迭代程度、测量系统不完善等引起的不准确度。10）表面上看来完全相同的条件，被测量重复观测值的变化。实际中，无论怎样控制环境等影响因素，测得的结果总会存在分散性，这是因为随机现象引起的客观存在现象。以上不确定度的来源不一定的独立的，如第十项可能与前面各项都有关系。5.现场测试技术一、测试准备工作1.确定测试方案监测设备安装及工程建设的应力指标。2.应变测试点的选择通常情况下，测点应布置在构件的易破碎区、应力集中区、最大应力区以及需要测定应力分布的地方。对于重要的地区还应布置备用和校核测点。一般来说，测点越多越能了解构件的应变情况，但测点太多，会增加仪器设备，使得成本加大，也可能会影响主要测点数据的取得。实际中常利用结构的对称性来减少测点。3.构件加载与测量制定测试过程中，首先要满足构件的工作状况和规程，尽量满足测试的条件。有可能的话尽量采取分级加载和读数，排除偶然误差，提高精度。4.现场布置二、电阻应变片的选择与安装1.品种选择根据测试要求和环境条件进行选择，并考虑以下因素的影响：1）温度。影响很大，是现场测试零点漂移的主要原因。根据温度范围，选择热稳定性好、热输出及分散度小的原则来选择。-50°-200°之间，选用康铜胶基应变片。2）湿度。潮湿环境下选用防潮性能好的胶基应变片以及抗湿性能强的粘接剂。3）流体压力。4）核辐射。5）结构应力状态。应力梯度较大时，选用短距应变片，宜选择横向效应小的箔式应变片。6）载荷特性。对于长期观测并用于传感器的应变片，需要良好的耐久性和稳定性，可选用耐高温老化性能较好的胶基应变片及其相对应的粘结剂。高频或冲击载荷选用机械强度较高、抗冲击性能强、疲劳寿命长、并在焊头上作特殊处理的胶基丝式应变片。7）应变范围。大变形材料、测量塑形应变时采用专用的大变形应变片。8）应变片的加强效应。应变片自身刚度对试件产生的影响时，尽量选用片基薄而且柔软的应变片，必要时对加强效应进行修正。9）其他因素。不好粘贴的部位选用容易粘贴的应变片、快速固化又无需加温加压处理的粘接剂。2.选择应变片阻值主要根据组桥要求，并参考温度湿度。1）等臂电桥时，容易预调平衡，而且线性输出较大，应用最广泛。通常是120欧应变片。2）交流电桥时，当电桥的电抗分量较大时，如长导线测量时，采用阻值较高的应变片。3）散热较差的环境中，为减小热漂移，内桥电阻120，应变片取240-360。4）长导线测量时，采用阻值较高的应变片，减小零漂。5）潮湿环境，受潮使绝缘电阻变化产生零漂。当绝缘电阻阻值变化相同时，应变片阻值越大，零漂越严重。6）旋转构件，阻值越大，零漂越小。3.选择应变片标距根据被测构件的材料特性及应力梯度。1）材料特性：弹性模量高、均匀材质，选小标距；材质不均匀，选长标距。2）应力梯度大，小标距，如应力集中区。4.质量检查和参数分选根据现场使用条件，二次检查分选。1）外观：平整柔软无破损，粘贴牢固，无受潮变质。2）阻值分选：根据应变仪平衡范围的要求，对应变片阻值分散度做出规定，控制应变片的阻值范围。3）灵敏度：高精度监测要重新抽样检查，确定k值和分散性。4）热输出：野外测量等温差大时，热输出分选，温度自动补偿应变片也要测定补偿效果。5）疲劳极限和疲劳响应检查：动态测量时。6）机械滞后：高频动态时，要选择机械滞后小的。5.电阻应变片的安装根据应变片的基底情况和要测量的材料及使用情况选择。分焊接和粘贴两种。常温和高温也不同。以下以粘贴为例：1）测试表面的打磨和处理金属表面：一定的平整度、光洁度▽4左右，表面清洁干燥即可。砂轮磨去表面锈斑和锈蚀形成的孔洞，尽量不削弱端面，新旧面结合处圆滑过渡，不能产生应力集中；锉刀修片；砂布抛光，与贴片方向成45°的斜纹。要求光洁度（▽4左右），打磨尺寸一般比贴片位置宽6-8cm，引出线方向比应变片长4-6cm，以保证固线和防潮层涂敷的要求。2）贴片首先检查胶液有无浑浊结块沉淀和失去粘接力等变质现象，必要时做贴片实验，确保胶水质量可靠，再继续进行。划线：化纤针在测点表面轻轻画出应变片的中心位置。清洗：金属材料用脱脂棉加丙酮等由里至外逐层清洗，直至脱脂棉无污迹后擦干。非金属隔潮基底务必用不侵蚀基底的清洗剂。贴片：先用小刷子在贴片处涂一层薄而均匀的胶液，面积略大于应变片尺寸，然后立即在应变片背面涂胶使粘贴面充分湿润。待胶稍干而又没有失去流动性之前，将应变片贴在划好的中心线上，轻轻压干，用塑料薄膜盖上，并用食指隔着薄膜沿着一个方向滚压，赶出多于胶液及气泡，使应变片紧密贴在构件上。加压：基底较硬的应变片和固化时间较长的粘接剂，贴片后加压才能保证粘贴严密。首先在应变片表面盖一层塑料薄膜，上面压一块6-10mm的软橡胶，加上压块和重物，通常取1-2kg/cm2.不能直接加压的部位设计专门的夹具将应变片压平。胶层完全固化后除去压力，去掉薄膜即可。3）贴片胶的干固处理为保证充分固化，要进行加温处理。贴好的应变片自然固化3-4小时，再用红外灯或其他加热方式进行固化。固化程度的标志，就是通过测量粘接剂的绝缘电阻，电阻达到1000兆欧以上。4）引出导线的焊接处理干燥处理前，在引出线位置的结构件表面上，涂一层厚度为