應變測量基礎(chǔ) | 什么是實驗應力分析

來源：深圳市樂買宜電子有限公司 2022年12月27日 17:09

什么是實驗應力分析?

實驗應力分析（Experimental Stress Analysis, ESA）是對材料的機械應力狀態(tài)進行分析的一種方法,，一般采用應變片進行測量和分析,。通過如下介紹,，您可以了解現(xiàn)有應力類別,，它們的來源和狀態(tài)，以及如何通過測量的應變來確定應力,。

機械應力測定

應力定義為材料在外力作用下的物理響應（變形）,。它通常是由施加的力（機械應力）導致材料變形的結(jié)果，但也經(jīng)常受到材料或更大系統(tǒng)內(nèi)的力影響,。

應力細分如下:

類型：正應力和剪切應力
來源：拉伸,、壓縮、彎曲,、扭轉(zhuǎn),、殘余應力和熱應力
狀態(tài)：單軸、雙軸,、三軸或立體空間

根據(jù)來源定義應力

彎曲應力,、扭轉(zhuǎn)應力以及拉向應力（正）和壓向應力（負）等都是以其來源命名的，其它來源還包括：

殘余應力——殘余應力 (或固有應力) 由力內(nèi)部效應產(chǎn)生的,。例如,，熱處理件在淬火過程中體積的不均勻變化，金屬鑄造或塑料制品注塑的不均勻冷卻,，以及焊接或鍛造件的機械加工等,。簡單地來說，這些都是由于其自身內(nèi)部重量不均造成的,。

熱應力——熱應力是發(fā)生在系統(tǒng)中的一種殘余應力,，其大部分是由于不同熱膨脹的部件連接在一起，防止了材料自由熱膨脹導致的,，也可能是不均勻加熱的結(jié)果,。

殘余應力和熱應力對材料的影響與加載應力相似，其降低了材料的承載能力,。因此,，只有對殘余應力進行定量和定性分析，才能充分確定結(jié)構(gòu)件操作是否安全的問題,。在殘余應力分析時,，只有將這些應力“釋放”，才能測定這些應力,，并測量材料在非應力狀態(tài)下的彈性松弛程度,。應力的釋放可以通過多種方式進行，如鉆孔法或環(huán)芯法等,。

基于狀態(tài)定義應力

應力狀態(tài)細分如下:

單軸應力狀態(tài)：僅在拉伸和壓縮過程中發(fā)生,。
雙軸或平面應力狀態(tài)：如果應力發(fā)生在相互垂直的兩個軸上，就會發(fā)生這種情況,。作用于同一平面但角度不同的力的有效方向可能不同,。然而,，它們總是可以進行正交分解。
三軸或三維應力狀態(tài)：如果力作用在立體空間中,，則會出現(xiàn)這種情況,。與平面應力狀態(tài)相似，三軸應力可分解在三個相互垂直的主軸上,。

應變測量是有一定局限性的,，因為其安裝黏貼在結(jié)構(gòu)件的可接觸表面上并進行測量，因此只能提供部件表面應力狀態(tài)的信息,。單軸和平面應力狀態(tài)相對簡單,，通過應變測量技術(shù)即可完成。三維應力狀態(tài)則存在問題,，因為通常無法沿第三軸（發(fā)生在物體內(nèi)部）獲得所需的測量值,。然而，受外力作用的三維物體,，最大應力一般都發(fā)生在表面（例外：赫茲效應問題）,。通常來說，工程師僅對最大應力感興趣,，進行表面應力測定就足夠了,，內(nèi)部狀況的重要性較小。

如果應變可以沿第三軸測量,，即物體深度,，三維應力狀態(tài)則可用應變測量來分析。例如,，將應變片鑄入到塑料件中,。這也可能用于土木工程領(lǐng)域，在澆筑過程中將應變測量設(shè)備嵌入混凝土中,。

通過應變測量來確定應力

機械應力無法直接測量,。X射線技術(shù)是個例外，在這種技術(shù)中,，微觀范圍內(nèi)的材料應力可以通過晶體晶格結(jié)構(gòu)的變形來測定,，即通過原子分離的相對變化來測定。該過程僅限于被測物體表面5到15μm深度,。

應力計算可根據(jù)材料強度理論進行計算,，也可采用應變片進行測量。后一種方法基于胡克定律,。機械應力可由受力F與受力材料橫截面積A的商表示：

機械應力.jpg

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