焊接式水下应力测量方法及装置的研究

摘要

电阻应变电测是解决工程力学问题的重要手段，户外测量往往要涉及潮湿的环境，从而使应变计防潮处理困难、繁琐。将普通应变计预粘贴到薄钢衬片上，在实验室内完成应变计及引出线的保护封装工作，再采用焊接方式焊接到测量位置，可克服潮湿或水下环境防护操作的问题，提高效率并降低成本。
　　 针对采用焊接方式将不锈钢衬片焊接到测量位置的主要特征，基于材料力学、弹性力学进行理论分析，结合有限元计算和相应实验进行焊接式水下应力测量方法及装置的验证，主要研究结论如下：
　　 (1)实际应用中的等强度梁，当由于加工的原因而使外载荷作用点朝固端偏移时，梁表面的应力及应变分布是不均匀的，应力及应变随固端距离非线性变化，在梁端部较小区域内，应力σ及应变ε固端距离x近似为一元线性关系；而较大时，σ、ε随x进行高次变化。
　　 (2)弯曲载荷作用下，焊接不锈钢衬片测量结构体的应变，在衬片厚度取0.05～0.20 mm时，可用推导的公式修正测量值。在考虑实验误差允许的条件下，并当衬片与被测物体的弹性模量相近时，应变测量值亦可不用修正，采用0.10 mm的衬片的测量精度最高。防水后可用于潮湿及水下测试。
　　 (3)单向拉伸加载下，在衬片厚度为0.05～0.10 mm的范围内，采用本文推导的公式进行修正具有较高精度；从实验的可操作性，减少实验误差角度出发，推荐使用0.10 mm厚度的衬片。进行防水封装后可用于潮湿及水下测试。
　　 (4)在单向拉伸加载的基础上，针对二维加载情况，推导出了真实应变与测量值间的关系，并通过有限元对多种材料组合方式进行计算和分析来验证，在衬片厚度△h≤0.10 mm下，其能够良好反映真实值与测量值间的关系。
　　 (5)在焊接衬片的基础上，制作出了焊接式应力测量装置，通过有限元计算及实验测试，表明测量值与真实应变为线性关系，该装置防潮防水性能好，操作简便，成本低，可便于工程应用。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 电测原理及特点

1.3 国内外研究现状、水平及发展趋势

1.3.1 机械密封法

1.3.2 化学涂层法

1.3.3 预处理与防水应变计

1.3.4 电阻应变计防潮的发展趋势

1.4 选题的研究意义与研究内容

1.4.1 选题的研究意义

1.4.2 本课题的研究内容

第二章 试验数据统计分析理论基础

2.1 引言

2.2 格拉布斯准则

2.3 数理统计

2.3.1 线性拟合及回归检验

2.3.2 正态分布检验

2.4 本章小结

第三章 弯曲载荷下点焊衬片的应变传递特性

3.1 引言

3.2 理想等强度梁的应力应变分布

3.2.1 等强度梁的设计及测量影响因素

3.2.2 等强度梁应力应变的有限元求解

3.3 偏载下梁的应力应变分布

3.3.1 偏载下的有限元求解

3.3.2 偏载下的理论分析

3.3.3 实验测试

3.4 弯曲加载下点焊衬片的应变传递特性

3.4.1 传递特性的有限元求解

3.4.2 焊接前后应变变化的分析

3.4.3 弯曲加载的实验验证

3.5 本章小结

第四章 拉伸载荷下点焊衬片的应变传递特性

4.1 引言

4.2 单向加载

4.2.1 应变传递的弹性分析

4.2.2 应变传递的有限元分析

4.2.3 两种材料的实验测试

4.3 复合应力下的应变传递特性

4.3.1 复合应力的弹性分析

4.3.2 复合应力的有限元求解

4.4 本章小结

第五章 焊接式水下应力测量装置

5.1 引言

5.2 装置的结构

5.3 装置的应力传递特性

5.3.1 传递特性的有限元分析

5.3.2 传递特性的实验测试

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文研究结论

6.2 本文工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况