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什么是實驗應(yīng)力分析？

2022-03-23 17:01:04·  來源：HBM測試測量  
　
什么是實驗應(yīng)力分析?實驗應(yīng)力分析（Experimental StressAnalysis, ESA）是對材料的機械應(yīng)力狀態(tài)進行分析的一種方法，一般采用應(yīng)變片進行測量和分析。通過本文您
什么是實驗應(yīng)力分析?
實驗應(yīng)力分析（Experimental StressAnalysis, ESA）是對材料的機械應(yīng)力狀態(tài)進行分析的一種方法，一般采用應(yīng)變片進行測量和分析。通過本文您可以了解現(xiàn)有應(yīng)力類別，以及如何從應(yīng)變測量到應(yīng)力狀態(tài)測定等。
機械應(yīng)力測定
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)的力的影響。
應(yīng)力細(xì)分如下:
  • 類型：正應(yīng)力和剪應(yīng)力
  • 來源：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、殘余和熱應(yīng)力
  • 狀態(tài)：單軸、雙軸、三軸或立體空間
此外，與來源有關(guān)的應(yīng)力分為正應(yīng)力和剪應(yīng)力。此外，應(yīng)力可以根據(jù)狀態(tài)細(xì)分。
基于來源和類型定義應(yīng)力
與彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等以其來源命名的應(yīng)力不同，按照類型定義可分為拉向應(yīng)力（正）和壓向應(yīng)力（負(fù)），以及法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力。
殘余應(yīng)力（或固有應(yīng)力）由力內(nèi)部效應(yīng)產(chǎn)生，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
  • 機械加工的焊接或鍛造件
  • 較大的物體，本身自重導(dǎo)致
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，也可能是由于不均勻加熱導(dǎo)致的。
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)力分析是，只有將這些應(yīng)力“釋放”時，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行，如鉆孔法或環(huán)芯法等。
基于狀態(tài)定義應(yīng)力
應(yīng)力狀態(tài)細(xì)分如下：
  • 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。理論上，平面應(yīng)力的有效方向可分解在呈90°的兩個軸上
  • 三軸或三維應(yīng)力狀態(tài)：如果力作用在空間的任何方向，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)件的可接觸表面上進行測量，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，在受外力作用的三維物體，最大應(yīng)力一般都位于表面！（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。
根據(jù)測得的應(yīng)變進行應(yīng)力測量
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)材料強度理論進行計算，也可采用應(yīng)變片進行測量。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:


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