加載同軸度測(cè)量基礎(chǔ)理論及應(yīng)用

內(nèi)容概要

梁新幫、高怡斐所著的這本《加載同軸度測(cè)量基礎(chǔ)理論及應(yīng)用》系統(tǒng)闡述了加載同軸度的基礎(chǔ)理論知識(shí)和同軸度參數(shù)的測(cè)定與計(jì)算方法，描述了加載同軸度測(cè)試方法和應(yīng)變測(cè)量的基本要求，以及同軸度參數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定。全書共14章，內(nèi)容包括：基本概念(第1章)、不同橫截面形狀傳感器試樣的加載同軸度參數(shù)理論計(jì)算方法(第2～9章)、應(yīng)變測(cè)量和同軸度參數(shù)測(cè)定方法基本要求(第10和11章)、同軸度參數(shù)預(yù)測(cè)方法探討(第12
章)、參數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析與評(píng)定(第13章)、應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)有效性判定方法(第14章)。本書對(duì)于重要的公式都給出了推導(dǎo)過程，以便讀者易于了解和掌握最基本的理論關(guān)系。
《加載同軸度測(cè)量基礎(chǔ)理論及應(yīng)用》可供材料、物理、機(jī)械等專業(yè)本科生和研究生閱讀，也可供高校及科研院所的工程技術(shù)人員、力學(xué)性能試驗(yàn)技術(shù)人員和試驗(yàn)方法研究人員參考。

書籍目錄

序
前言
第1章  基本概念
  1.1  概述
  1.2  加載同軸度測(cè)量用術(shù)語
  1.3  主要符號(hào)
第2章  圓形橫截面試樣的彎曲應(yīng)變
  2.1  彎曲應(yīng)變分析
  2.2  測(cè)量點(diǎn)的彎曲應(yīng)變方程
  2.3  彎曲應(yīng)變方程的性質(zhì)與最大彎曲應(yīng)變的表示通式
  2.4  當(dāng)測(cè)量點(diǎn)數(shù)n為偶數(shù)時(shí)的最大彎曲應(yīng)變的表示通式
  2.5  測(cè)量點(diǎn)數(shù)n的取值范圍
  2.6  最大彎曲應(yīng)變方位角
  2.7  軸向應(yīng)變和測(cè)量點(diǎn)的彎曲應(yīng)變
第3章  正多邊形橫截面試樣的彎曲應(yīng)變
  3.1  彎曲應(yīng)變分析
  3.2  最大彎曲應(yīng)變通式的驗(yàn)證
  3.3  最大彎曲應(yīng)變方位角
第4章  厚矩形橫截面試樣的彎曲應(yīng)變
  4.1  測(cè)量點(diǎn)分布方式
  4.2  彎曲應(yīng)變與最大彎曲應(yīng)變分析
  4.3  最大彎曲應(yīng)變方位角
  4.4  軸向應(yīng)變與彎曲應(yīng)變
第5章  薄矩形橫截面試樣的彎曲應(yīng)變
  5.1  4點(diǎn)測(cè)量方式的彎曲應(yīng)變和等效彎曲應(yīng)變
  5.2  最大彎曲應(yīng)變及其方位角
  5.3  3點(diǎn)測(cè)量方式的彎曲應(yīng)變和等效彎曲應(yīng)變
第6章  最大彎曲應(yīng)變的試驗(yàn)機(jī)分量與試樣分量的分離
  6.1  標(biāo)量法分離
  6.2  矢量法分離
  6.3  兩種分離方法對(duì)于圓形橫截面試樣的等效性證明
第7章  試驗(yàn)機(jī)和試樣分量方位角的分離
  7.1  圓形橫截面試樣的試驗(yàn)機(jī)分量和試樣分量的方位角
  7.2  正多邊形橫截面試樣的試驗(yàn)機(jī)分量和試樣分量的方位角
  7.3  厚矩形橫截面試樣的試驗(yàn)機(jī)分量和試樣分量的方位角
  7.4  薄矩形橫截面試樣的試驗(yàn)機(jī)分量和試樣分量的方位角
  7.5  試驗(yàn)機(jī)分量方位角和試樣分量方位角的計(jì)算舉例
第8章  最大彎曲應(yīng)變和方位角的優(yōu)化表示
  8.1  圓形橫截面試樣的最大彎曲應(yīng)變及其方位角的優(yōu)化表示
  8.2  正多邊形橫截面試樣的最大彎曲應(yīng)變及其方位角的優(yōu)化表示
  8.3  厚矩形橫截面試樣的最大彎曲應(yīng)變及其方位角的優(yōu)化表示
  8.4  薄矩形橫截面試樣的最大彎曲應(yīng)變及其方位角的優(yōu)化表示
  8.5  試樣取向?yàn)?80°時(shí)的最大彎曲應(yīng)變B'及其方位角θ'的優(yōu)化表示
  8.6  方位角的表示規(guī)則
  8.7  最大彎曲應(yīng)變和方位角的優(yōu)化計(jì)算舉例
第9章  圓形橫截面試樣扭轉(zhuǎn)加載同軸度參數(shù)的表示方法
  9.1  扭轉(zhuǎn)和彎曲的應(yīng)變分析
  9.2  應(yīng)變計(jì)安裝位置和方向
第10章  應(yīng)變測(cè)量方法與傳感器試樣
  10.1  應(yīng)變測(cè)量的方法
  10.2  傳感器試樣
第11章  加載同軸度參數(shù)測(cè)定方法基本要求
  11.1  試驗(yàn)機(jī)加載同軸度測(cè)量要求
  11.2  試驗(yàn)機(jī)加載同軸度測(cè)量基本程序
  11.3  加載同軸度參數(shù)計(jì)算
  11.4  測(cè)定結(jié)果表示
  11.5  加載同軸度評(píng)定
  11.6  應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)調(diào)零程序?qū)虞d同軸度參數(shù)測(cè)定的影響
第12章  加載同軸度參數(shù)預(yù)測(cè)方法探討
  12.1  直桿彎曲的曲率與撓度
  12.2  圓形橫截面試樣的加載同軸度參數(shù)預(yù)測(cè)
  12.3  矩形(包括薄矩形)橫截面試樣的加載同軸度參數(shù)預(yù)測(cè)
  12.4  正多邊形橫截面試樣的加載同軸度參數(shù)預(yù)測(cè)
  12.5  加載同軸度參數(shù)預(yù)測(cè)的方法
第13章  加載同軸度參數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定度
  13.1  不確定度的數(shù)學(xué)模型
  13.2  重復(fù)性引起的不確定度分項(xiàng)
  13.3  參數(shù)測(cè)定結(jié)果數(shù)值的修約引起的不確定度分項(xiàng)
  13.4  圓形橫截面?zhèn)鞲衅髟嚇拥募虞d同軸度參數(shù)的測(cè)量不確定度
  13.5  厚矩形橫截面?zhèn)鞲衅髟嚇拥募虞d同軸度參數(shù)的測(cè)量不確定度
  13.6  加載同軸度參數(shù)的B類測(cè)量不確定度計(jì)算舉例
第14章  應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性判定
  14.1  理想數(shù)據(jù)及其判定方法
  14.2  有效數(shù)據(jù)及其判定方法
附錄A  用另一方法導(dǎo)出圓形橫截面試樣多點(diǎn)測(cè)量方式的最大彎曲應(yīng)變通式
  A.1  彎曲應(yīng)變方程
  A.2  測(cè)量點(diǎn)數(shù)為n=3時(shí)的最大彎曲應(yīng)變表示式
  A.3  當(dāng)測(cè)量點(diǎn)數(shù)為n時(shí)的最大彎曲應(yīng)變表示式
附錄B  三公式互等證明
  B.1  問題的提出
  B.2  預(yù)備公式
  B.3  3點(diǎn)測(cè)量方式的最大彎曲應(yīng)變公式的等效性
  B.4  4點(diǎn)測(cè)量方式的最大彎曲應(yīng)變公式的等效性
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 基本概念1.1概述加載同軸度，對(duì)于材料力學(xué)性能試驗(yàn)，尤其對(duì)于軸向加力試驗(yàn)受其影響甚為明顯.加載研究表明，試驗(yàn)機(jī)本身的軸向加載同軸度對(duì)拉伸試驗(yàn)、持久試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大影響.國(guó)外有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，由于試驗(yàn)系統(tǒng)同軸度的差別可以造成表面彎曲應(yīng)變與平均應(yīng)變之差高達(dá)50%?100%[1].典型的例子如，彈性應(yīng)變梯度導(dǎo)致的不同，總是發(fā)生在試樣表面彈性應(yīng)變的最大處，同軸度造成的應(yīng)變梯度將明顯影響拉伸試驗(yàn)結(jié)果，尤其是在塑性應(yīng)變小于0.2%時(shí)尤為明顯，而此時(shí)應(yīng)變硬化還未抵消掉應(yīng)變梯度.由于加載鏈與試樣軸之間的不同軸，產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力將明顯影響力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果.在大多數(shù)工程材料的拉伸試驗(yàn)中，如果足夠的塑性應(yīng)變能夠抵消掉彎曲應(yīng)力時(shí)，彎曲應(yīng)力將是不重要的.然而，被測(cè)試材料的內(nèi)在脆性限制了塑性流變，在對(duì)這種材料的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，或需要在彈性極限附近進(jìn)行測(cè)量時(shí)，或者對(duì)缺口試樣其塑性被限制在很小的范圍內(nèi)時(shí)，很小的不同軸度會(huì)導(dǎo)致變化的彎曲應(yīng)力，將明顯影響試驗(yàn)結(jié)果.國(guó)外研究者已做了多方面研究[1]，例如Morrison實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于經(jīng)嚴(yán)格機(jī)加工的相同鋼試樣，分別進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)顯示其屈服強(qiáng)度的變動(dòng)性約為§1%，而拉伸試驗(yàn)卻顯示達(dá)§5%，其原因并非材料的微觀結(jié)構(gòu)的變化，而是拉伸試驗(yàn)機(jī)同軸度造成；Robinson報(bào)告當(dāng)彎曲微應(yīng)變?cè)黾?倍，鋼螺栓拉{拉疲勞壽命減小40%?60%；Jones等報(bào)告當(dāng)偏心從負(fù)值到正2.5mm變化，鉻{鉬{釩鋼在溫度538±C，應(yīng)力414MPa下的高溫缺口持久壽命連續(xù)減小80%?90%；Kandil在統(tǒng)計(jì)低周疲勞試驗(yàn)不確定度時(shí)發(fā)現(xiàn)，同軸度差的試驗(yàn)室產(chǎn)生顯著地低的低周疲勞壽命.由此可見加載同軸度對(duì)力學(xué)性能的影響是明顯的.軸向加載同軸度影響材料力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果的事實(shí)，已經(jīng)逐漸被共識(shí).國(guó)內(nèi)外很多試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)軸向加載同軸度規(guī)定限制性指標(biāo)要求.例如美國(guó)ASTME139-06[2]，ASTME606-04[3]，ASTME466-96[4]和ASTME111-04[5]等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定彎曲應(yīng)變百分比分別為不超過10%"ax，5%￠"ax；min，5%￠"ax和5%"ax；mean；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO12106:2003[6]規(guī)定彎曲應(yīng)變不超過軸向應(yīng)變的5%；我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3075-2008[7]和GB/T15248-2008[8]也分別對(duì)疲勞試驗(yàn)機(jī)的同軸度規(guī)定了要求.美國(guó)重視試驗(yàn)機(jī)同軸度的影響，已有ASTME1012-05[1]加載同軸度校準(zhǔn)規(guī)程，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也在制定加載同軸度校準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)ISO23788[9].從上述可見，軸向加載試驗(yàn)機(jī)的加載同軸度參數(shù)成為試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)優(yōu)劣指標(biāo)之一，或者成為這類試驗(yàn)機(jī)技術(shù)控制的目標(biāo)之一.因此，試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)者和使用者日趨重視試驗(yàn)機(jī)的這些特性參數(shù)要求，并促使發(fā)展加載同軸度參數(shù)的測(cè)量理論和評(píng)定方法.本書將對(duì)加載同軸度測(cè)量基本原理、方法和測(cè)量應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)描述.1.2加載同軸度測(cè)量用術(shù)語（1）平均軸向應(yīng)變（a）安置在傳感器試樣同一橫截面平面的一組應(yīng)變計(jì)在試樣表面測(cè)量的平均縱向應(yīng)變，代表試樣橫截面幾何中心點(diǎn)處的應(yīng)變.（2）彎曲應(yīng)變（b）在傳感器試樣同一測(cè)量平面上應(yīng)變計(jì)測(cè)量的應(yīng)變與平均軸向應(yīng)變之差.一般應(yīng)區(qū)分彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量和試樣分量.（3）彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量（bi；mc）單獨(dú)由試驗(yàn)機(jī)引起的彎曲應(yīng)變部分.（4）彎曲應(yīng)變?cè)嚇臃至浚╞i；sp）單獨(dú)由試樣引起的彎曲應(yīng)變部分.（5）最大彎曲應(yīng)變（B）在給定的橫截面平面上具有最大彎曲應(yīng)變數(shù)值的矢量值.一般應(yīng)區(qū)分最大彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量和最大彎曲應(yīng)變?cè)嚇臃至?（6）最大彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量（Bmc）單獨(dú)由試驗(yàn)機(jī)對(duì)中失準(zhǔn)引起的最大彎曲應(yīng)變.（7）最大彎曲應(yīng)變?cè)嚇臃至浚˙sp）單獨(dú)由試樣的固有不完整（誤差）引起的最大彎曲應(yīng)變.（8）最大彎曲應(yīng)變百分比（PB）最大彎曲應(yīng)變與平均軸向應(yīng)變之比的百分比.一般應(yīng)區(qū)分試驗(yàn)機(jī)分量彎曲應(yīng)變百分比和試樣分量彎曲應(yīng)變百分比.（注：最大彎曲應(yīng)變百分比在我國(guó)也稱為\加載同軸度"）.（9）試驗(yàn)機(jī)分量彎曲應(yīng)變百分比（PBmc）最大彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量與平均軸向應(yīng)變之比的百分比：PBmc=Bmca￡100（1-1）（10）試樣分量彎曲應(yīng)變百分比（PBsp）最大彎曲應(yīng)變?cè)嚇臃至颗c平均軸向應(yīng)變之比的百分比：PBsp=Bspa￡100%（1-2）（11）方位角（μ）最大彎曲應(yīng)變方向與參考方向的角度.順時(shí)針方向?yàn)檎鏁r(shí)針方向?yàn)樨?fù).一般應(yīng)區(qū)分試驗(yàn)機(jī)分量方位角和試樣分量方位角.（12）試驗(yàn)機(jī)分量方位角（μmc）最大彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量方向與參考方向的角度.（13）試樣分量方位角（μsp）最大彎曲應(yīng)變?cè)嚇臃至糠较蚺c參考方向的角度.（14）試樣橫截面角頂點(diǎn)位置角度（á）矩形或正多邊形橫截面上處于最大彎曲應(yīng)變的角頂點(diǎn)與參考方向的角度.（15）加載同軸度參數(shù)試驗(yàn)機(jī)（或裝置）加力中心線與試樣軸線一致性的特性量值.主要包括最大彎曲應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)分量和試樣分量及它們的方位角、以及相應(yīng)的彎曲應(yīng)變百分比等特性參數(shù)值，用以評(píng)定試驗(yàn)機(jī)（或裝置）加載同軸度品質(zhì)的優(yōu)劣.（16）試樣取向試樣橫截面測(cè)量平面上指定的第i測(cè)量點(diǎn)與參考方向的角度.習(xí)慣上指定第1測(cè)量點(diǎn)與參考方向成0±角為0±取向，與參考方向成180±角為180±取向等等.（17）參考方向（R-方向）方位角的固定參考坐標(biāo).參考方向系人為指定，習(xí)慣上把試驗(yàn)機(jī)正面朝向作為參考方向.（18）加載同軸度試驗(yàn)通過傳感器試樣測(cè)定加載鏈的加載同軸度參數(shù)的試驗(yàn).（19）測(cè)量不確定度表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù).（20）測(cè)量平面?zhèn)鞲衅髟嚇右唤M應(yīng)變計(jì)其橫軸所在的橫截面平面.（21）測(cè)量方式同一測(cè)量平面設(shè)置的應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)數(shù)及其分布方式.例如，3點(diǎn)式，4點(diǎn)式，n點(diǎn)式等.（22）彎曲中性線試樣彎曲變形時(shí)其橫截面上彎曲應(yīng)變?yōu)榱愕木€.（23）平面彎曲試樣軸線保持在同一平面的彎曲.沿軸線彎曲方向的縱截面平面為彎曲平面.（24）彎曲應(yīng)變命名方式在同一測(cè)量平面的各測(cè)量點(diǎn)的彎曲應(yīng)變順序編號(hào)的規(guī)則.本書對(duì)于彎曲應(yīng)變命名方式有兩種，其一：測(cè)量點(diǎn)順序編號(hào)與彎曲應(yīng)變命名順序編號(hào)相同，按順時(shí)針方向順序從1!n（即b1?bn）由小到大編號(hào)；其二：測(cè)量點(diǎn)順序編號(hào)與彎曲應(yīng)變命名順序數(shù)不同，彎曲應(yīng)變測(cè)量值為最高者命名為b1，按順時(shí)針方向下一測(cè)量點(diǎn)的彎曲應(yīng)變名為b2，再下一個(gè)為b3，等等.通常采用前者的命名方式.（25）加載鏈在試驗(yàn)機(jī)十字頭和作動(dòng)器之間傳遞作用力的所有連接件（包括試樣）.（26）傳感器試樣（對(duì)中傳感器）用應(yīng)變傳感元件儀器化了的試樣.通常在其橫截面平面安裝一組或多組應(yīng)變計(jì)用以在試樣表面測(cè)量軸向應(yīng)變.1.3主要符號(hào)加載同軸度試驗(yàn)與測(cè)量常用符號(hào)和單位列于表1-1：注：i=1；2；3；…；n:第2章 圓形橫截面試樣的彎曲應(yīng)變當(dāng)在加載鏈中的試樣受軸向力作用時(shí)，由于組成加載鏈的各連接零件（包括試樣）的對(duì)中或多或少存在失準(zhǔn)，致使試樣承受附加的彎曲矩，在其表面產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)變.彎曲應(yīng)變分布及其大小與試樣橫截面形狀有關(guān)，不同橫截面形狀有不同彎曲應(yīng)變及其分布.本章 就最常用的試樣類型，即圓形橫截面試樣進(jìn)行彎曲應(yīng)變分析，確立其加載同軸度參數(shù)的關(guān)系，即最大彎曲應(yīng)變及其方位角的理論關(guān)系.2.1彎曲應(yīng)變分析一根等橫截面實(shí)心均質(zhì)各向同性的直桿試樣在彎曲矩的作用下，在彈性范圍內(nèi)直桿試樣發(fā)生彎曲變形，彎曲的外側(cè)處于拉應(yīng)變，內(nèi)側(cè)處于壓應(yīng)變，而其軸線不發(fā)生任何應(yīng)變，成為彎曲中性線，彎曲平面上中性線兩則的應(yīng)變大小相等、符號(hào)相反，如圖2-1所示.處于彈性彎曲狀態(tài)的直桿試樣，其彎曲應(yīng)變與測(cè)量點(diǎn)至中性線的距離和中性線的彎曲半徑有關(guān)，下面將導(dǎo)出彎曲應(yīng)變的一般表示式.設(shè)圖2-1的試樣中性線ad的弧線長(zhǎng)度為L(zhǎng)，弧線包含的角度和彎曲半徑分別為μ和R，觀測(cè)的母線至中性線的距離為t，那么，該母線的伸長(zhǎng)￠L(zhǎng)可以表示為￠L(zhǎng)=（R+t）μ?Rμ=tμ

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