1. 實驗目的
（1）掌握電阻應變測試原理及方法；
（2）掌握電阻應變片的安裝工藝；
（3）掌握電阻應變片電橋線路的連線及電阻應變儀的使用；
（4）熟練運用材料力學效能的電測實驗方法；
（5）確定構件在軸向載荷作用下危險點的主應力大小和方向及許用載荷；
（6）測試矩形截面在純剪下內力作用下的分布規律；
2. 實驗儀器、裝置名稱及型號
nh－04多功能組合實驗裝置、ts3863力指示器、yj－4501a靜態數字電阻應變儀、
實驗件、電阻應變片（r=120歐姆，ks＝1.88）和導線若干。
3. 實驗原理及實驗方法
3.1 電阻應變片的工作原理
當測量某一力學引數時，首先要把這個非電學引數轉換成某一電學引數。將非電學引數轉換成電學引數的裝置稱為感測器。電阻片是應用電阻絲的電阻率隨絲的變形而變化的關係，把力學引數（如壓力、載荷、位移、應力或應變）轉換成與之成比例的電學引數。
電阻片在工作過程中引起的是電阻的變化。通過測量電橋可使這微小的電阻變化轉換成電壓或電流的變化，再經電子放大器放大，並根據某一比例常數關係，將其變換成試件的應變值而顯示出來。完成上述工作的儀器叫電阻應變儀。
把用電阻片作為敏感元件、用電阻應變儀作為測量儀器的測量方法，稱為電阻應變測量。
（1）式（1）是電阻應變片的工作原理表示式，式中ks是應變片的應變靈敏係數。可見應變片是通過應變靈敏係數將應變值轉化成為電阻的相對變化值。選用合適的應變電阻絲，在適當的範圍就可以得到電阻應變片的dr/r~ε的線性變化關係。
3.2電阻片的工作特性
電阻片是基於金屬導體的應變效應製造而成的。在電阻片的變形過程中，除了機械應變對電阻值影響的特性外，還應具有以下效能，以保證測試精度。
（1）機械應變極限
電阻片所能測量的最大應變值稱為電阻片的機械應變極限。機械應變極限值的大小取決於電阻片的強度、線性段的大小以及基底和粘結劑材料的性質。為了保證測量精度，一般電阻片測量應變的上限應小於0.
5%。如果應變數大於這個數值，則基底和敏感柵之間容易發生滑脫現象，使測量失去意義。
（2）線性
一般情況下，電阻變化率與應變之間成線性關係。電阻片的線性度用非線性的百分比或者線性相關係數來表示。測量值偏離理想直線值的偏差與測量範圍內的最大值s的百分比就是非線性的百分比：
（3）零點漂移
在恆溫恆濕的環境中，以及試件不受力的條件下，貼上在試件上的電阻片視應變值隨時間變化的特性稱為零點漂移。零點漂移值為：
產生零漂的主要原因是由於電阻片受潮使絕緣電阻降低。通電後，驅散潮氣，造成電阻值改變和基底收縮，從而出現視應變值。敏感柵與引線產生熱電勢，也可能出現視應變值。
（4）蠕變與鬆弛
在恆溫、恆濕及恆載的作用下，貼上在試件上的電阻片的視應變值隨時間變化的特性。若向增加趨勢變化，稱為蠕變。若向減小趨勢變化，稱為鬆弛。其變化數值隨載荷增大而增大。
蠕變和鬆弛主要是由粘結劑與基底引起的。若粘結劑與基底固化不充分，受力時它們本身會產生蠕變。在高溫測量時，工作溫度若接近或超過粘結劑和基底的軟化溫度，也會產生蠕變。
而當粘結劑抗剪強度過低或與試件親和力較差時，就會產生鬆弛現象，嚴重者還可能脫膠。在進行這項效能標定時，要扣除零點漂移值，而恆溫與恆載都應採用測量時的極限溫度與最大載荷。
（5）機械滯後
當對貼有電阻片的試件進行反覆加解除安裝試驗時，其特性曲線不完全重合，並且呈一條封閉曲線，這種現象稱為電阻片的機械滯後。滯後值可用滯後曲線與豎直兩交點間的距離，同測量範圍內的最大值之比的百分比表示。即，
也可用絕對值表示，即
電阻片產生機械滯後的原因很多，主要是電阻片的特性差、粘結劑固化處理不當、膠層過後、區域性脫膠或翹曲等原因引起的。
（6）頻率響應
機械應變由試件傳遞到電阻片敏感柵所需要的時間，稱為電阻片的頻率響應時間。據分析，金屬柵電阻片的頻率響應時間為10-7秒，所以電阻片在沿其厚度方向對試件應變的響應是非常迅速的，故可以認為電阻片本身是沒有慣性的一種變形測量元件。
（7）疲勞壽命
貼上在試件上的電阻片，在某一定的動載荷作用下，不致使電阻片產生破壞的迴圈次數，稱為電阻片的疲勞壽命。產生疲勞破壞的主要原因是：
1）敏感柵本身達到疲勞極限。對短接式電阻片是縱橫連線點斷開。
2）電阻片敏感柵與引線的連線點斷開。
3）電阻片敏感柵與基底脫開。
3.3電阻應變片的測量電橋的工作原理。
如圖1所示，是由四個電阻應變片組成的惠斯通電橋。電橋的輸出電壓與電阻的關係
如式（2）所示：
（2）1）在實驗測量中為了提高測量的精度，通常使電橋的初始電壓輸出值為0，即通過調節電阻使之滿足r1r4=r2r3。調零後電橋的輸出電壓就完全歸因於橋臂電阻的阻值變化。
2）設電橋各個橋臂的電阻增量分別為δr1、δr2、δr3、δr4，則電橋的輸出電壓可以表示為：
（3）展開式（3），考慮到式r1r4=r2r3，略去δr/r的二次項，得到
（4）一般而言，在電阻應變儀的設計中普遍採用兩種方案：（1）等臂電橋。各個橋臂電阻的初始值相等，（2）對輸出端對稱的半等臂電橋。
r1=r2=r，，r3＝r4＝r，，，r，≠r，，。可見無論哪一種方案，都滿足平衡條件，且滿足r1=r2，則式（4）可以化為：
（5）式（5）便是測量電橋輸出電壓和橋臂電阻相對變化值之間的關係，兩者呈現非線性關係。通常的實驗情況下，電阻的相對變化很小可以忽略，式（5）可以簡化為：
（6）通常用式（6）近似地描述電橋輸出電壓和橋臂電阻相對變化值之間的線性變化關係。在四個橋臂中接入相同的電阻應變片並結合式（1）就可以得到測量電橋的基本原理表示式：
（7）式（7）中k是應變片的應變靈敏係數，ε1、ε2、ε3、ε4分別是四個電阻應變片所測量構件處的應變值。由式（7）可以看出，相鄰橋臂應變值代數相減，相對橋臂應變值代數相加。
3）溫度補償。當電阻應變片安裝在無外力作用，無約束的構件表面時，在溫度變化的情況下，由於溫度效應，它的電阻會發生相應的變化，這樣在測量應變中就含有溫度變化產生的溫度應變，使結果與機械應變出現偏差。通常可以採用兩種線路補償的方法消除：
a）溫度補償片補償，在測量電路中接入乙個無約束無應變的補償片，位於工作應變片的相鄰橋臂；b）工作應變片補償，將工作應變片接入相鄰的測量橋臂中使得彼此產生的溫度應變相互抵消。
4）幾種典型的測量電橋如下圖所示：（沒有加下標的電阻是電阻應變儀內部的固定電阻，帶下標沒有陰影的是溫度補償片，帶下標和陰影的是電阻應變片）
圖2（a），圖2（b）
圖3（a），圖3（b）
3.4電阻應變儀的工作原理。
（8）式（8）是電阻應變儀的工作原理表示式，式中k0是應變儀的靈敏係數，εd是應變儀的讀數應變。所以，只要調節應變儀的靈敏係數，使之滿足k0＝k，就有電阻應變儀測量試件應變值的原理表示式：
（9）試件最大允許載荷的計算
設有載荷p作用於試件上，通過測量得出試件危險點在平面應力狀態下的主應力分別是σ1、σ2。採用第四強度理論進行強度校核，得出試件危險點的相當應力：
（10）
所以試件的最大允許載荷為：
（11）
4. 實驗步驟
1、 打磨：在試件上要貼片的位置（危險截面）用砂紙進行打磨，去除表面雜質。
2、 清洗：對打磨好的部位用丙酮進行清洗。
3、 貼片：按下圖所示在危險截面貼上應變片。
圖4 試件一
圖5 試件二
圖6 試件三
4、 焊線：把應變片的引腳與導線用錫焊焊接起來。
5、 檢查貼片、焊線：保證貼片位置、數量無誤，沒有虛焊存在。
6、 組橋：連線電路，將各個應變片分別按照半橋接線法中的單臂測量方法接入應變
儀的各個通道中。
7、較零。將各個通道上的初始值進行清零和校準處理。
8、測量：確定實驗的載入方案：根據試件一分別載入400n，800，和1200n的力，然後將其應變儀的應變顯示值記錄下來，重複進行2次。
根據試件二，載入1000n的力，記錄上述貼片位置的應變情況，然後應變儀的應變顯示值記錄下來，並重複進行4次實驗。
根據試件三，鋼架試驗件載入到500n，共載入五次，分別記錄資料如圖6所示。
9、拆除電路，關閉電源並整理實驗器材拆線，整理儀器。
5. 實驗資料
試件一：
表1 各載荷點處各應變片在應變儀上的讀數
試件二：
表2 純剪試驗件載入1000n資料
試件三：
表3鋼架元件載入500n
6. 實驗結果
（1）純剪試驗件：
對於純剪試驗件共載入兩次，每次分**載入，每級400n。資料處理如下表：
表4應變平均值
由貼片情況，1~5號應變片分別和9~13號應變片正反面對應，分別對其求應變平均值和總的平均值，資料如下：
表5對應點應變平均值根據
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