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应变测量基础 | 什么是实验应力分析

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2022/12/27 17:09:40
什么是实验应力分析?


实验应力分析(Experimental Stress Analysis, ESA)是对材料的机械应力状态进行分析的一种方法,一般采用应变片进行测量和分析。通过如下介绍,您可以了解现有应力类别,它们的来源和状态,以及如何通过测量的应变来确定应力。



机械应力测定
应力定义为材料在外力作用下的物理响应(变形)。它通常是由施加的力(机械应力)导致材料变形的结果,但也经常受到材料或更大系统内的力影响。

应力细分如下:




根据来源定义应力
弯曲应力、扭转应力以及拉向应力(正)和压向应力(负)等都是以其来源命名的,其它来源还包括:

残余应力——残余应力 (或固有应力) 由力内部效应产生的。例如,热处理件在淬火过程中体积的不均匀变化,金属铸造或塑料制品注塑的不均匀冷却,以及焊接或锻造件的机械加工等。简单地来说,这些都是由于其自身内部重量不均造成的。

热应力——热应力是发生在系统中的一种残余应力,其大部分是由于不同热膨胀的部件连接在一起,防止了材料自由热膨胀导致的,也可能是不均匀加热的结果。

残余应力和热应力对材料的影响与加载应力相似,其降低了材料的承载能力。因此,只有对残余应力进行定量和定性分析,才能充分确定结构件操作是否安全的问题。在残余应力分析时,只有将这些应力“释放”,才能测定这些应力,并测量材料在非应力状态下的弹性松弛程度。应力的释放可以通过多种方式进行,如钻孔法或环芯法等。



基于状态定义应力
应力状态细分如下:




应变测量是有一定局限性的,因为其安装黏贴在结构件的可接触表面上并进行测量,因此只能提供部件表面应力状态的信息。单轴和平面应力状态相对简单,通过应变测量技术即可完成。三维应力状态则存在问题,因为通常无法沿第三轴(发生在物体内部)获得所需的测量值。然而,受外力作用的三维物体,最大应力一般都发生在表面(例外:赫兹效应问题)。通常来说,工程师仅对最大应力感兴趣,进行表面应力测定就足够了,内部状况的重要性较小。

如果应变可以沿第三轴测量,即物体深度,三维应力状态则可用应变测量来分析。例如,将应变片铸入到塑料件中。这也可能用于土木工程领域,在浇筑过程中将应变测量设备嵌入混凝土中。



通过应变测量来确定应力
机械应力无法直接测量。X射线技术是个例外,在这种技术中,微观范围内的材料应力可以通过晶体晶格结构的变形来测定,即通过原子分离的相对变化来测定。该过程仅限于被测物体表面5到15μm深度。

应力计算可根据材料强度理论进行计算,也可采用应变片进行测量。后一种方法基于胡克定律。机械应力可由受力F与受力材料横截面积A的商表示:

机械应力.jpg


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