结构静态应变测试试验.docx
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结构静态应变测试试验
结构静态应变测试试验
结构静态应变测试
实验报告
课程名称:
现代结构实验技术
专业:
船舶与海洋工程
学生姓名:
学号:
指导老师:
蔡忠华
小组：
第二组
2014年1月2日
1.实验目的
利用电阻应变片、静态应变仪等设备，测量某一海洋平台模型在单桩腿受外载荷的状况下各桩腿的应变值，掌握结构静态应变的测量方法。
2.实验原理
2.1电-液伺服加载系统
电液伺服液压系统它可以较为精确地模拟试件所受的实际外力，产生真实的实验状态，在结构实验的领域中，用以模拟并产生各种振动荷载，如地震、海浪等荷载对结构物的作用，是一种较为理想的载荷加载设备。
电液伺服系统目前采用闭环控制，其主要组成是有电液伺服加载器、控制系统和液压源等三大部分。
它可将负荷、应变、位移、加速度等物理量直接作为控制参数，实行自动控制。
指令发生器根据实验要求发出指令信号，与反馈信号在伺服控制器中进行比较，其差值即为误差信号，经放大后予以反馈，用来控制伺服阀操纵液压加载器活塞的工作，完成全系统的闭环控制。
电液伺服阀是电液伺服液压加载系统中的心脏部分，它能根据输入电流信号的极性控制油的流向，根据输入电流信号的大小控制油的流量。
使加载器按输入信号的规律对结构施加荷载。
目前，电液伺服液压实验系统均与电子计算机和模控系统联机使用，使整个系统能进行程序控制，数据采集和数据处理。
其优点是：
产生载荷频率范围广、负荷能力大；波形种类多，且易于重现外载荷波形；加载系统响应快、灵敏度高，系统控制与测量精度高。
2.2电阻应变片传感器原理
电阻应变片传感器由粘贴了电阻应变敏感元件的弹性元件和变换测量电路组成。
被测力学量作用在一定形状的弹性元件上，使之产生形变。
这时，粘贴在其上的电阻应变敏感元件将力学量引起的形变转化为自身电阻值的变化，再由变换测量电路将电阻的变化转化为电压变化后输出。
通过对电学量的分析，即可得出物体力学量的变化。
图1图2
电阻应变仪是测量精度很高的测量仪器，由于采用不同的测量电路形式可以分为单桥、半桥和全桥的电路。
通过电路测量的变化，即可得出应变的值。
由于应变片对于温度敏感，因此，必须设定温度补偿片抵消温度对测试结果的影响。
2.3静态应变测量技术
静态应变测量是分析机械构件应力常用的一种基本方法。
其特点是：
测量精度要求高，测点较多，测量持续时间长，要求测量系统的长期稳定性好。
这就需要对应变片的粘贴、防护、温度补偿、连接导线的布设，以及应变仪的性能等，提出较高要求。
本实验以某海洋平台桩腿模型为试验对象，测量其在静态侧向载荷作用下应变响应。
使用高压油泵进行加载，使用电阻应变片通过电测法进行测量。
电子应变片粘贴示意图如下：
图3模型及应变片位置示意图
3.实验过程
3.1实验概述
本实验在实验平台上，利用电-液伺服加载系统产生水平荷载作用于海洋平台模型，由粘贴在平台桩腿各处的静态应变仪测量出静态应变值。
由此反映出海洋平台模型对于外部荷载的静态相应关系。
3.2实验仪器
1）试验平台
试验平台是一个巨型的整体式钢筋混凝土厚板，平台表面一般与试验室地坪高一致或者略高数十厘米，以便于成为独立的系统，以减少干扰。
平台长由几米至几十米，宽可达十余米，厚几十厘米至几米。
台座刚度极大，受力后变形极小，故允许在上面同时进行几个实验，而不必考虑互相之间的影响。
按照构造试验平台可分为以下四种形式：
槽式试验平台，地脚螺丝式试验平台，箱形试验平台，水平推力试验平台。
2）静态应变仪：
DH3816
DH3816静态应变测试系统是全智能化的巡回数据采集系统。
通过计算机完成自动平衡、采样控制、自动修正、数据存贮、数据处理和分析，生成和打印试验报告.DH3816每个模块60测点，最多可扩展到16个模块，扩展距离可达1000m。
巡检速度60点／秒，每个模块独立工作，960个测点只需1秒就可结束采样。
3）拉压力应变仪：
BL2-E型0.5T
4）动态应变仪：
YE3817
5）高压油泵、吊带
6）电阻应变片：
丝绕式应变片，
7）万用表（测量应变片阻值变化）
8）位移千分表
9）丙酮、棉花等辅助材料
3.3实验步骤：
1）用砂纸打磨实验模型表面需粘贴电阻应变片的部位，打磨后使用酒精及丙酮清洁其表面；
2）用502胶将电阻应变片粘贴于各测点位置（注意应变片的方向）；测量各电阻应变片的电阻值与绝缘性能
3）在平台模型上连上拉压力传感器
4）对测点、数据线编号，用导线联接静态应变仪和各电阻应变片
5）绘制作用力方向及测量点位置示意图
6）拉压力传感器调零
7）电阻应变片调零
8）开始加载，拉力分4－5级加载达到额定值后，采集应变数据并记录
9）当拉力达到额定值后减小加载直至回零，在零值附近采集应变数据并记录
10）分析数据是否合理
11）再次加载、减载并记录数据，分析测得的数据是否正确。
12）实验结束。
关闭仪器电源。
4.
实验结果数据分析
4.1实验加载示意图
图4加载示意图
如图4所示，实验过程中加载点分为上下两层，即上层为A层，下层为D层，见下图测点俯视图。
图5测点俯视示意图
4.2原始实验数据
载荷/kg
应变/με
3-1
3-2
3-3
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
3-9
0
0
0
29
0
0
0
0
0
0
56
-20
-20
-89
-12
-12
-12
21
19
22
116
-42
-43
-255
-24
-24
-24
43
39
46
150
-55
-56
-130
-31
-32
-31
54
48
57
201
-74
-77
-123
-44
-44
-42
71
63
75
249
-92
-95
-242
-54
-54
-51
88
79
93
301
-111
-115
-242
-48
-64
-61
107
95
112
250
-90
-93
-186
-39
-52
-50
90
79
93
202
-73
-75
-83
-34
-43
-41
73
65
77
148
-52
-53
-71
-16
-31
-29
54
48
58
116
-40
-40
-177
-20
-23
-23
42
38
45
56
-17
-17
-167
-9
-10
-10
22
19
25
0
3
2
-30
11
1
0
0
0
2
4.3实验结果及分析
图6各通道应变-载荷关系图
分析：
1）测点1、2、3、4、5、6应变值均为负值（除去实验误差），表明在实验过程中始终受压；测点7、8、9应变值均为正值，表明在实验过程中始终受拉。
测点3应变值变动较大，经过重复实验后均未能消除变动，所以有理由怀疑测点3处应变片未粘好。
2）除去测点3外，在实验误差范围内，每个应变片的曲线几乎重合，各测点的加载曲线和卸载曲线均存在一个交点。
表明加载和卸载过程中应变随外载荷的变化规律几乎一致，结构变形属于弹性变形，载荷消失时候无残余应变。
3）除去测点3外，各测点应变值与外载荷成线性正相关。
4）当外载荷很小时，各测点的应变值非常接近。
当外载荷逐渐增大时，各测点应变值变化趋势部分出现不同，但是差值较小。
图7测点1、2、3应变-载荷关系图
分析：
1）由模型可知，测点1、2、3高度相同，位于中和轴同一侧，均受压。
由图7可知，实验中测点1、2、3应变值始终为负值，测点1、2且较为接近，测点3跳动较大。
2）测点1、2的应变与载荷成线性正相关，测点3跳动较大，可能是应变片未贴好引起的偶然误差。
图8测点4、5、6应变-载荷关系图
分析：
1）测点4、5、6应变值始终为负值，三点均受压。
三点的变化规律相同。
随着载荷的增加，测点的应变绝对值4<6<5。
2）测点5、6的应变与载荷成线性正相关，测点4的应变与载荷也基本成线性正相关。
3）测点4最后卸载后应变值不为零，但非常小，且在误差范围内，故可以忽略其对实验结果的影响。
测点7、8、9应变分析
图9测点7、8、9应变-载荷关系图
分析：
1）测点7、8、9应变值都为正值，三点均受拉。
各测点应变值较为接近，变化规律相同。
2）测点7、8、9的应变与载荷成线性正相关。
测点2、5、8应变分析
图10测点2、5、8应变-载荷关系图
分析：
1）测点2、5、8反映了包含载荷的垂直于地面的平面内三个点的应变的不同。
其中测点2、8反映在同一高度，距离中和轴不同距离的应变情况，测点2、5反映受拉时不同高度的点应变情况。
2）由在各载荷情况下，2、8点的应变绝对值几乎相同、符号相反可以推知，中和轴大约为测点2、8中点所在轴线。
3）由测点2、5应变值可知，两点应变均为负值，均受压，但测点2的应变绝对值大于测点5应变绝对值，这与理论相符合。
5.实验感想
通过此次结构静态应变测试的试验，我基本了解了结构静态应变测试的基本原理、通用方法。
试验前我做了充分预习，再加上老师的现场讲解，我对电-液伺服加载系统、电阻应变片传感器原理以及静态应变测量技术有了更加深入的认识和理解。
作为本课程第二小组的组长，除了及时向组员传达有关试验的通知外，在整个实验过程中，我还积极参与了应变片的粘贴、校核应变片阻值、数据采集等一系列工作，完成了一项团队工作，也让我觉得是一件很有意义的事情。
最后，感谢老师在整个实验过程中向我们提供的理论以及技术层面的指导，感谢同组的各位同学齐心协力、相互帮助，感谢学院为我们提供了这样一个宝贵的锻炼机会，既拓宽了我们的视野，又让我们切实感受到将理论和实践相结合的重要意义。
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