電學(xué)分析應(yīng)力方法

電學(xué)分析應(yīng)力方法電阻、電容、電感等多種方法，而以電阻應(yīng)變計測量技術(shù)應(yīng)用較為普遍，效果較好。

①電阻應(yīng)變計法

電阻應(yīng)變計是一種能將構(gòu)件上的尺寸變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的變換器，一般由敏感柵、引線、粘結(jié)劑、基底和蓋層構(gòu)成。將它安裝在構(gòu)件表面。構(gòu)件受載荷作用后，表面產(chǎn)生微小變形，敏感柵隨之變形，致使應(yīng)變計產(chǎn)生電阻變化，其變化率和應(yīng)變計所在處構(gòu)件的應(yīng)變成正比 。測出電阻變化，即可按公式算出該處構(gòu)件表面的應(yīng)變，并算出相應(yīng)的應(yīng)力。依敏感柵材料不同，電阻應(yīng)變計分金屬電阻應(yīng)變計和半導(dǎo)體應(yīng)變計兩大類。另外還有薄膜應(yīng)變計、壓電場效應(yīng)應(yīng)變計和各種不同用途的應(yīng)變計，如溫度自補償應(yīng)變計、大應(yīng)變計、應(yīng)力計、測量殘余應(yīng)力的應(yīng)變化等。

②電容應(yīng)變計法

電容應(yīng)變計是一種能將構(gòu)件上的尺寸變化轉(zhuǎn)換成電容變化的變換器。試件變形時，兩電容極片間距隨之變動，引起電容變化。測出電容變化率，按公式可算出試件的應(yīng)變 。電容應(yīng)變計有弓形、平板式和桿式等類型，多用于發(fā)電廠的管道、設(shè)備或核能設(shè)備的長期高溫應(yīng)變測量，監(jiān)視裂紋的形成和發(fā)展，以及對航空航天構(gòu)件材料進行高溫性能測試等。

光學(xué)應(yīng)力分析方法

光學(xué)方法此法發(fā)展較快，方式較多，逐漸形成光測力學(xué)。經(jīng)典的光彈性實驗技術(shù)已從二維、三維模型實驗（如光彈性法、光彈性應(yīng)力凍結(jié)法）發(fā)展成為能用于工業(yè)現(xiàn)場測量的光彈性貼片法，用來解決扭轉(zhuǎn)和軸對稱問題的光彈性散光法，研究應(yīng)力波傳播和熱應(yīng)力的動態(tài)光彈性法和熱光彈性法，進行彈-塑性應(yīng)力分析的光塑性法 ， 以及研究復(fù)合材料力學(xué)的正交異性光彈性法 。除了上述 經(jīng)典方法外 ，還有云紋法、云紋干涉法、全息干涉法、散斑干涉法、全息光彈性法、焦散線法等。此外還有80年代發(fā)展起來的光纖傳感技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)等。

①光彈性法

運用光學(xué)原理研究彈性力學(xué)問題的一種實驗應(yīng)力分析方法。某些各向同性透明的非晶體高分子材料受載荷作用時，呈現(xiàn)光學(xué)各向異性，使一束垂直入射偏振光沿材料中的兩主應(yīng)力方向分解成振動方向互相垂直、傳播速度不同的兩束平面偏振光；卸載后，又恢復(fù)光學(xué)各向同性。這就是所謂的暫時雙折射效應(yīng)。用具有這種效應(yīng)的透明塑料按一定比例制成零構(gòu)件模型，置于偏振光場中，施加一定的載荷，模型上便產(chǎn)生干涉條紋。通過計算，就能確定模型受載時各部位的應(yīng)力大小和方向。此法對應(yīng)力集中區(qū)和三維內(nèi)部應(yīng)力問題的求解特別有效。

②云紋法

通過測定云紋并對其進行分析以確定試件的位移場或應(yīng)變場的一種實驗分析法。其原理是，當(dāng)柵板和柵片重疊時，因柵片牢固地粘貼在試件表面而隨之變形，遂使柵板和柵片上的柵線因幾何干涉而產(chǎn)生條紋即云紋?？赏ㄟ^云紋測定物體表面的等高線，以及板殼的撓度分布等。

③云紋干涉法

幾何云紋法與光學(xué)干涉法相結(jié)合的一種實驗分析法。將高密度衍射光柵精確復(fù)制在物體表面，并用激光束照射該光柵，便可通過光柵衍射波干涉形成的條紋圖，獲得物體表面的變形信息 。此法靈敏 度高 ，條紋對比度好；能進行全場分析，實時觀測，量程幾乎不受限制。

④全息干涉法

利用全息照相獲得物體變形前后的光波波陣面相互干涉所形成的干涉條紋圖進行物體變形分析的一種方法。全息照相是一種不用透鏡而能記錄和再現(xiàn)被攝物體的三維圖像的照相方法。它能把來自物體的光波波陣面的振幅和相位信息以干涉條紋形式記錄下來，又能在需要時再現(xiàn)出來，以觀察到物體的三維圖像。全息干涉法的主要內(nèi)容是研究條紋圖的形成、條紋的定位以及對條紋圖的解釋。對于具有漫反射表面的不透明物體，條紋圖表示物體沿觀察方向的等位移線；對于透明的光彈性模型（如有機玻璃），則表示模型中主應(yīng)力之和等于常數(shù)的等和線。常用的全息干涉法有雙曝光法、即時法和均時法。

⑤散斑干涉電學(xué)分析應(yīng)力方法法

精確檢測物體表面各點位移的光學(xué)測試法。激光照射在漫反射物體表面時，由反射光波干涉形成的散斑隨物體變形或位移而變化。采用適當(dāng)裝置，通過雙曝光法把變形前后的散斑記錄在一張全息底片上，經(jīng)顯影定影后便可獲得存儲物體表面各點位移信息的散斑圖。用激光照射散斑圖，就顯出散斑干涉條紋。在進行光學(xué)傅里葉變換信息處理后，便可分析出位移信息。

⑥焦散線法

利用焦散線測量應(yīng)變（或應(yīng)力）奇異場力學(xué)參數(shù)的一種光學(xué)實驗法。當(dāng)一束光垂直照射在一塊受載的帶有邊緣裂紋透明薄板試件的局部高應(yīng)變場區(qū)域時，由于域內(nèi)各處厚度的變化十分懸殊，使透過的光線發(fā)生強烈偏折和匯聚，在試件與像屏間的空間形成一個明亮的曲面，稱為焦散面。若用一個半透明屏幕切割此焦散面，就可看到一條明亮的曲線，即焦散線。通過光學(xué)和力學(xué)分析，可將焦散線的幾何參數(shù)與奇異場的力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系建立起來，從而通過測量焦散線的幾何形狀，可求出有關(guān)的力學(xué)量。

⑦光纖傳感技術(shù)

用光纖作“傳”和“感”的元件，當(dāng)光通過光纖時，光的某一特性（如光強、相位、波長、偏振等）受到被測物理量的影響而發(fā)生變化，利用這一變化即可測得諸如聲壓、電場、磁場、位移、加速度、應(yīng)變、溫度等。光纖傳感器的獨特優(yōu)點是：光纖是一種絕緣介質(zhì)，不受電磁干擾，能耐高溫高壓，能在腐蝕和易燃、易爆等惡劣環(huán)境下工作；光纖靈敏度高，能探射極弱的信號和微小的信號變化；可做成便于應(yīng)用的任何形狀；光纖作為傳輸介質(zhì)，損耗低 ，可作遠(yuǎn)距離遙測和遙控；能構(gòu)成對各種物理量（如聲、電 、磁、溫度、轉(zhuǎn)動等）微擾敏感的器件。因此，光纖傳感器在傳感器領(lǐng)域內(nèi)占有重要地位。

⑧數(shù)字圖像處理技術(shù)

利用電子計算機對圖像信息進行采集、處理和分析的圖像信息處理技術(shù)。在實驗力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，主要用來分析處理光測力學(xué)中光彈性法、云紋干涉法、全息干涉法、散斑干涉法等的光學(xué)干涉條紋信息，獲取全面而有效的實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)光測力學(xué)的圖像信息采集自動化和數(shù)據(jù)分析程序化。

聲學(xué)應(yīng)力分析方法

聲學(xué)方法有聲彈性法、聲發(fā)射技術(shù)和聲全息法等。

①聲彈性法

利用超聲剪切波的雙折射效應(yīng)測量應(yīng)力的一種方法。超聲波在有應(yīng)力的介質(zhì)中傳播時，其剪切波沿兩主應(yīng)力方向發(fā)生偏振，兩偏振波以不同速度傳播。實驗和理論分析得到應(yīng)力-光學(xué)定律 ： 沿主應(yīng)力方向的兩個超聲剪切波的速度差與兩主應(yīng)力差成正比。該比例系數(shù)稱聲彈性系數(shù)，與材料的彈性常數(shù)有關(guān)。用此法可測量非透明材料的內(nèi)部應(yīng)力，并可測量焊接件的殘余應(yīng)力。

②聲發(fā)射技術(shù)

構(gòu)件在受力過程中產(chǎn)生變形或裂紋時 ，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射；利用接收的聲發(fā)射信號，對構(gòu)件進行動態(tài)無損檢測的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)。此技術(shù)可用來檢測裂紋和研究腐蝕斷裂過程，以及監(jiān)視構(gòu)件的疲勞裂紋擴展等；還可用來評價構(gòu)件的完整性，判斷結(jié)構(gòu)的危險程度。

③聲全息法

20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的成像技術(shù)。其原理和全息照相相同，即利用波的干涉原理記錄物波的振幅和相位，并利用衍射原理再現(xiàn)物體的像。它的不同處是用超聲波代替光波。此法的成像分辨率高，用于無損檢驗，可顯示試件內(nèi)部缺陷的形狀和大小。

其他應(yīng)力分析方法

其他方法常見的有脆性涂層法、X射線應(yīng)力測定法、比擬法等。

①脆性涂層法

把特殊的涂料噴涂在工程構(gòu)件表面，以確定主應(yīng)力方向和估計主應(yīng)力大小的一種全場實驗方法。涂料噴涂到構(gòu)件表面后，經(jīng)過處理，就在構(gòu)件表面結(jié)成脆性層。當(dāng)此構(gòu)件由于加載而產(chǎn)生的應(yīng)變在某點達到一定的臨界值時，該點涂層就出現(xiàn)一條與主應(yīng)力方向垂直的裂紋。連接同一載荷下所有裂紋的端點，其連線上各點是有相等的應(yīng)力值，稱為等應(yīng)力線。通過逐級加載，可得幾乎遍布整個涂層表面的裂紋圖和對應(yīng)于不同載荷的等應(yīng)力線，從而可直接觀察到構(gòu)件表面各處主應(yīng)力大小和方向的分布狀況。此法主要用來測出ZUI大應(yīng)力區(qū)和主應(yīng)力方向，作為電阻應(yīng)變計測量技術(shù)的輔助方法。

②X射線應(yīng)力測定法

利用X射線穿透金屬晶格時發(fā)生衍射的原理，測量衍射角的變化并通過布拉格公式確定晶格的變化，從而算出金屬構(gòu)件表面應(yīng)力的一種實驗方法。此法可無損地測量構(gòu)件中的應(yīng)力或殘余應(yīng)力，特別適于測量薄層和裂紋尖端的應(yīng)力分布，是檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，研究材料強度，選用較佳工藝的一種重要手段。

③比擬法

根據(jù)兩種物理現(xiàn)象之間的比擬關(guān)系，通過一種物理現(xiàn)象的觀測試驗，研究另一種物理現(xiàn)象的方法。如果兩種物理現(xiàn)象中存在以形式相同的 數(shù) 學(xué)方程 描 述的物理量，它們之間便存在比擬關(guān)系，就可用一種較易測試的物理現(xiàn)象模擬另一種難以測試的物理現(xiàn)象，從而使試驗工作大為簡化。在實驗應(yīng)力分析領(lǐng)域中，常用的有薄膜比擬、電比擬、電阻網(wǎng)絡(luò)比擬、沙堆比擬。