應(yīng)變測量基礎(chǔ) | 什么是實驗應(yīng)力分析
更新時間：2022-12-27 點擊次數(shù)：947
實驗應(yīng)力分析（Experimental Stress Analysis, ESA）是對材料的機械應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析的一種方法，一般采用應(yīng)變片進(jìn)行測量和分析。通過如下介紹，您可以了解現(xiàn)有應(yīng)力類別，它們的來源和狀態(tài)，以及如何通過測量的應(yīng)變來確定應(yīng)力。
應(yīng)力定義為材料在外力作用下的物理響應(yīng)（變形）。它通常是由施加的力（機械應(yīng)力）導(dǎo)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。
彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及拉向應(yīng)力（正）和壓向應(yīng)力（負(fù)）等都是以其來源命名的，其它來源還包括：殘余應(yīng)力——殘余應(yīng)力 (或固有應(yīng)力) 由力內(nèi)部效應(yīng)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(yīng)力——熱應(yīng)力是發(fā)生在系統(tǒng)中的一種殘余應(yīng)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(dǎo)致的，也可能是不均勻加熱的結(jié)果。殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力對材料的影響與加載應(yīng)力相似，其降低了材料的承載能力。因此，只有對殘余應(yīng)力進(jìn)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(yīng)力分析時，只有將這些應(yīng)力“釋放"，才能測定這些應(yīng)力，并測量材料在非應(yīng)力狀態(tài)下的彈性松弛程度。應(yīng)力的釋放可以通過多種方式進(jìn)行，如鉆孔法或環(huán)芯法等。
單軸應(yīng)力狀態(tài)：僅在拉伸和壓縮過程中發(fā)生。
雙軸或平面應(yīng)力狀態(tài)：如果應(yīng)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(jìn)行正交分解。
三軸或三維應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)相似，三軸應(yīng)力可分解在三個相互垂直的主軸上。
應(yīng)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(jìn)行測量，因此只能提供部件表面應(yīng)力狀態(tài)的信息。單軸和平面應(yīng)力狀態(tài)相對簡單，通過應(yīng)變測量技術(shù)即可完成。三維應(yīng)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(yīng)力一般都發(fā)生在表面（例外：赫茲效應(yīng)問題）。通常來說，工程師僅對最大應(yīng)力感興趣，進(jìn)行表面應(yīng)力測定就足夠了，內(nèi)部狀況的重要性較小。如果應(yīng)變可以沿第三軸測量，即物體深度，三維應(yīng)力狀態(tài)則可用應(yīng)變測量來分析。例如，將應(yīng)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(yīng)變測量設(shè)備嵌入混凝土中。
機械應(yīng)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(yīng)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(yīng)力計算可根據(jù)材料強度理論進(jìn)行計算，也可采用應(yīng)變片進(jìn)行測量。后一種方法基于胡克定律。機械應(yīng)力可由受力F與受力材料橫截面積A的商表示：
