实验应力分析

在固体力学的各分支(如弹性力学﹑塑性力学﹑断裂力学﹑复合材料力学等)中﹐都常用实验应力分析方法研究应力分布基本规律﹐为发展新理论提供依据。在工程领域内﹐它又是提高设计质量和进行失效分析的一种重要手段。有效地应用实验应力分析方法﹐不仅能提高工程结构的安全度和可靠性﹐还能减少材料消耗﹑降低生产成本和节约能源。

早在17世纪﹐人们将力学原理应用於工程问题时﹐就曾用简单的实验手段测定材料的力学性能﹐并阐明工程结构的某些力学特徵。19世纪后期﹐虽然出现了较为灵敏的机械式应变测量装置﹐但在工程实用上﹐仍受到很大限制。20世纪30年代﹐黏贴式电阻应变计的出现﹐光弹性实验技术的进一步完善﹐以及其他实验技术的发展﹐使实验应力分析蓬勃发展起来﹐并得到广泛应用。

实验方法 实验应力分析方法目前已有电学的﹑光学的﹑声学的以及其他方法。

电学方法 有电阻﹑电容﹑电感等多种方法﹐而以电阻应变计测量技术的应用较为普遍﹐实际效果也较好。电阻应变计不仅可用於模型实验﹐而且可在机器运转的条件下进行应变及其他参量(如扭矩﹑压力等)的测量。利用无线电遥测技术﹐还可进行远距离的应变遥测(见应变遥测技术)。电容应变计可在高达 650℃以上的温度环境中﹐长期进行应变测量。此外﹐根据各种特殊的用途﹐还可制成相应的传感器和测力装置(见电阻应变计式传感器)。其中电感式传感器多用於位移的测量。

光学方法 这种方法发展较快﹐方式也较多﹐逐渐形成一门光测力学。经典的光弹性实验技术﹐已从二维﹑三维模型实验(见光弹性法﹐光弹性应力冻结法)发展成为能用於工业现场测量的光弹性贴片法﹐用来解决扭转和轴对称问题的光弹性散光法﹐研究应力波传播和热应力的动态光弹性法和热光弹性法﹐进行弹-塑性应力分析的光塑性法﹐以及研究复合材料力学的正交异性光弹性法。除了这些经典方法之外﹐还有下述一些方法。云纹法﹕此法已日趋完善﹐特别是用於大变形测量﹐效果尤为明显。全息干涉法和散斑干涉法﹕60年代后期发展起来的新技术﹐在分析复杂构件的振型和振幅﹑测量物体的微小变形﹑对三维位移场的定量分析(见位移场全息干涉分析)以及测定含裂纹构件的应力强度因子等方面﹐都已取得一定的成效﹔在全息技术和散斑技术中应用脉冲激光﹐还可以研究应力波在固体中的传播。全息光弹性法﹕用此法可以同时获得等差线及等和线的数据﹐便於分离主应力﹐可以解决平面的应力分析问题。焦散线法﹕一种测量奇异变形的光学方法﹐可以测量裂纹尖端的塑性区和应力强度因子﹐也可以测量角隅区的应力奇异性和两物体间的接触应力等。