高强度部件的结构测试

在实验应力测试以及疲劳寿命分析中,应变片 (SG) 是非常关键的。真实或是虚拟负载对组件或是结构的影响可以通过应变测量链进行评估,产生优异的测量结果。

新型的高强度材料例如,复合纤维对于应变测量设备来说是一项挑战,尤其是这些部件机械性能极限下进行评估时。

抗交变载荷

机械部件的抗疲劳性是通过抗交变载荷性能来描述的。这可以通过在材料特有的SN曲线来描述和绘制。在 S-N 测试中,材料式样周期性加载 - 通常是正弦方式 - 具有恒定的振幅。这个测试将在材料失效(例如断裂)时停止。如果测试重复振幅不同,失效的周期在图形上表示成点,将形成 S-N 曲线。材料失效的周期数将记录在 x 轴上,相关的振幅被输入作为机械应力或应变,在 Y 轴上表示。

下面图标显示的是不同材料的 S-N 曲线。纤维复合材料对交变载荷的高抵抗性能清晰可见。

 

应变片的 S-N 曲线

应变片本身屈服于疲劳从而产生 S-N 曲线。这将受到材料本身,布局和安装等方面的影响。和康铜合金相比,带有镍铬合金的测量栅丝的应变片对于交变载荷有更好的抵抗性。

可弯曲的几何形状可提高应变片抵御交变负载的能力,带应变释放的焊接端子能够阻止连接电缆的机械应变传递,但会引起焊接端子和测量栅丝之间的断裂。

因此,应变片安装必须采用很薄的黏合剂,焊接时也需要非常小心,以避免产生断裂点。在测试中,当零点漂移超过100 µm/m 就意味着产生了断裂。对于标准应变片来说,典型的康铜应变片在±1400 µm/m 可加载 107,这对普通的金属材料是足够的,但是对于高强度复合材料来说,是远远不够的。

提升应变片抗交变负载能力

箔式应变片 M 系列 满足这些要求。其测量栅丝采用特殊的镍铬合金制成。专门按照交变负载要求设计。带有应变释放功能的焊接端子能够获得更佳的测量结果。能满足高强度材料的测试要求。下图为 M 系列应变片和通用应变片 Y 系列之间的对照箔式应变片 M 系列应变片满足这些要求。

极端交变载荷需要采用光学测量技术

如果抗交变负载的要求更高, S-N 曲线向上移动,金属应变片将无法继续使用。需要采用基于布拉格光栅的光学测量技术。 基于布拉格光栅的光学测量技术

布拉格光栅将反射固定的波长。这些波长是应变依赖性的,因此可以用于生产光学应变片。

光纤具有各向同性的机械性能,并且几乎没有疲劳之说。光纤可以动态加载到约 30000 µm/m的极限强度。在疲劳寿命试验中,±5,000 µm/m 情况下加载周期可达 107 ,而且不会产生疲劳。

光纤应变片可以嵌入,可以用于极端,高应变的应用中,并且可以用于无法使用金属应变片场合,例如高电磁场(变压器,高压开关等)环境。在疲劳寿命分析中,现代材料例如纤维复合材料,对抗交变负载的要求非常高。HBM M 系列应变片能够满足大多数的应用的要求,光纤应变片能够用于极端交变载荷的应用场合。

 

 

About the author

Jens Boersch has been with HBM for 14 years as a product manager. He has worked with nearly all products, including strain gauges, amplifier systems and data acquisition software, in the test and measurement world of HBM. He is based in Darmstadt, Germany.

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