应力应变测量系统

应力应变检测仪

一、           应力应变检测仪的分类

根据测量工件及数据的不同分为残余应力检测仪和应力应变检测仪、

残余应力检测仪一般应用于焊缝周围、铸造件、锻造件等不带载件的某一点或一些点的残余应力测量，测量结果可以反映被测点的最大、最小主应力（δ1，δ2）以及最大主应力的角度θ，用户可以根据此数据来分析判断此工件的残余应力是否超过或达到其屈服极限，从而分析其加工工艺是否合理并想办法消除；比如要测量焊缝及热影响区的应力或某轧辊端部的应力（如果应力过大，外部皮带加载后，加载的力和残余应力叠加会使应力集中处断裂）就需要采用残余应力检测仪。残余应力检测仪一般采用应变花为传感器，如右图一：       图一

应力应变检测仪一般应用于带载工件加载后某一点或一些点的受力情况，测量结果可以反映出被测点受外力或本身重力等影响后产生的应力，用户可以根据此数据来分析判断加载的大小，或工件承载的能力是否能满足使用要求。比如海关用的悬臂吊车（如下图二）左侧有4个拉杆，当下面吊起重物时，如果这4个拉杆受力不均匀则会造成拉杆断裂或达不到最大吊载量，此时可以将应变片（一个方向片），贴在四个拉杆相同高度的位置上，然后下面加载，看是否左右两个拉杆受力一致，如果不一致，则可以调整拉杆间的距离使其一致为止。因为应力应变检测仪测量的应力大多都是已知方向的应力，所以传感器一般采用应变片，如图三

图二                                                            图三

二、        残余应力的检测方法

主要有以下三种方法：

1、X射线衍射法

优势：没有人为因素，测量结果准确。

劣势：价格相对较高（30-200万之间）；只测量表面残余应力（几微米-几十微米）；有很低的辐射，可能对人体有低微的影响。

2、盲孔法

优势：价格较低，适合推广；国内普遍认可；测量较为准确；可测量2MM内的残余应力

劣势：属于有损检测，需要在被测工件上打一个深度2MM左右的盲孔；需要配备专用的打孔装置，来保证钻孔精度

3、磁测法

技术不成熟，国内大部分厂家不认可。

三、        ZS21B残余应力检测仪主要技术参数及介绍

1、应变测量范围：0-±32767με

因为残余应力检测仪的工作过程是，先通过应变花的变化量精确测出某点的应变，然后仪器根据被测工件的释放系数A,B自动计算出此点的最大最小主应力和他们的方向。所以只规定应变的测量范围，而不规定残余应力的测量范围

2、分辨率：1με/字

    检测仪的测量精度，可以精确到1个微应变。

3、适用应变片阻值：120Ω±0.5

    传感器的阻值（应变花上的三个电阻应变片的阻值）

4、测量速度：每秒1次

5、接桥方式：1/4桥

    因为都采用平衡电桥原理来测量，所以接桥方式一般有三种：1/4桥、半桥、全桥方式；半桥和全桥方式一般用于应变特别小的应用场合，在应力应变检测仪上用的比较多，残余应力检测仪都是采用1/4桥的固定模式。

6、计算公式及解释

参考轴

          ε1：0°方向的应变，单位με

ε2：45°方向的应变，单位με

ε3：90°方向的应变，单位με

δ1：最大主应力，单位MP

δ2：最小主应力，单位MP

θ：最大主应力的方向

A、B为工件的释放系数，不同工件的释放系数是不同的。AB的大小决定了最终残余应力的大小。一般A,B值是通过对某种工件的标定而得来的，但是标定的过程很复杂，所以工程师们通过对标定出的结果和工件的弹性模量E、工件的泊松比及应变片的尺寸进行研究后，推出了A,B的计算公式，方便了客户的使用，计算公式如下：

A=-

B=-

A,B:为释放系数

U:为泊松比（可查）

R:应变花的中心比

E:为弹性模量（可查）

7、残余应力检测仪采用的标准：参照船舶CB3395-92标准

8、打孔的直径及深度

打孔的直径根据应变花来选择，我公司用的BN120-3CA采用φ1.5mm的麻花钻；钻孔的深度为钻头直径的1-1.2倍，即1.5-1.8mm深。

注：钻孔深度可以达到2mm深，因为此种型号应变片1.8mm深度以后，不会再次释放出应变。

9、残余应力的种类：

一般分为两种，拉应力和压应力，一般通过结果的符号来区分

+：为拉应力，焊缝的热影响区一般都是拉应力，也为有害力，通过超声冲击后，大部分可以变为拉应力

-：为压应力

10、             

四、            打孔装置

因为盲孔法测应力的打孔位置及精度，直接影响测量结果，所以一般采用精确的打孔设备来进行钻孔，同时此设备可以在不同的平面、曲面、角焊缝、对接焊缝、拐角等处方便灵活的进行钻孔。

注意事项：

1、  应变片与应变花的区别

2、  被测工件必须是金属件

五、            BN-SM100系列静态应变仪

BN-SM100系列静态电阻应变仪采用嵌入式高性能微处理控制技术（MCU），快速A/D转换器及进口切换开关等器件精心设计的，可实现手动测量、自动巡检、灵敏度K值灵活设定、测量通道自动平衡；可广泛应用于土木工程、桥梁、机械结构的实验应力分析，结构及材料任意点变形的应力分析。BN-SM100B2+/B3+型静态电阻应变仪可通过各测点参数单独设定，能同时测量应变(应力)、拉压力、位移等三种物理量(με/kN/mm)，直接显示测量值不需要折算。配接应变式压力、拉力、扭矩、位移和温度传感器，对上述物理量进行测试。

六、           BN-SM200系列动静态电阻应变仪

用途：BN-SM200系列动静态电阻应变仪应用于静态和频率低于200Hz的动态应变测试。同时可以配接不同的传感器，测量力、压力、位移等多种物理量。

软件功能

1. 操作系统Window2000/NT/XP/7。

2. 在计算机外控下，由PC机和相应软件完成从桥路平衡、自动采集、数据回放、图形处理和分析。

3. 应变片阻值、灵敏系数、导线电阻修正。

4. 多种采集方式：手动采集、自动扫描采样、定时采样、触发采样。

技术参数

七、            BN-SM300程控动态应变仪

用途：该应变仪的桥路平衡、增益、桥压、低通滤波设置等参数均由微机软件控制；分析软件包含时域、频域、幅值域等多项分析处理功能

程控动态应变仪

    BN-SM300系列程控动态电阻应变仪采用嵌入式高性能微处理控制技术(MCU)及最新的USB总线数据采集技术设计完成的。该应变仪的桥路平衡、增益、桥压、低通滤波设置等参数均由微机软件控制；分析软件包含时域、频域、幅值域等多项分析处理功能;同时利用计算机海量硬盘的仿真磁带记录仪功能本应变仪的采样速率已可达200kHz，不丢点；丰富的数据回放功能使用户真正做到“快录慢放”，能有效地分析数据。在Windows98/Me/2000/NT/XP系统下均可正常运行。
特性：
1、全程控（程控增益、程控滤波、程控桥路自动平衡、程控桥压），不需手动调节；
2、USB2.0接口，适配性好,直接与计算机相连,支持“热插拔”；
3、可实现静态、动静态、动态应变测量；
4、高档铝合金高级机箱坚固，体积小，重量轻；
5、16位A/D数据采集卡，采集速率最高200kHz,连续存储记录不丢点。