1、結構靜態應變測試實驗報告課程名稱: 現代結構實驗技術 專 業: 船舶與海洋工程 學生姓名: 學 號: 指導老師: 蔡忠華 小 組： 第二組 2014 年 1 月 2 日1.實驗目的利用電阻應變片、靜態應變儀等設備，測量某一海洋平臺模型在單樁腿受外載荷的狀況下各樁腿的應變值，掌握結構靜態應變的測量方法。2.實驗原理2.1電-液伺服加載系統 電液伺服液壓系統它可以較為精確地模擬試件所受的實際外力，產生真實的實驗狀態，在結構實驗的領域中，用以模擬并產生各種振動荷載，如地震、海浪等荷載對結構物的作用，是一種較為理想的載荷加載設備。 電液伺服系統目前采用閉環控制，其主要組成是有電液伺服加載器、控制系統和

2、液壓源等三大部分。它可將負荷、應變、位移、加速度等物理量直接作為控制參數，實行自動控制。指令發生器根據實驗要求發出指令信號，與反饋信號在伺服控制器中進行比較，其差值即為誤差信號，經放大后予以反饋，用來控制伺服閥操縱液壓加載器活塞的工作，完成全系統的閉環控制。電液伺服閥是電液伺服液壓加載系統中的心臟部分，它能根據輸入電流信號的極性控制油的流向，根據輸入電流信號的大小控制油的流量。使加載器按輸入信號的規律對結構施加荷載。目前，電液伺服液壓實驗系統均與電子計算機和?？叵到y聯機使用，使整個系統能進行程序控制，數據采集和數據處理。其優點是：產生載荷頻率范圍廣、負荷能力大；波形種類多，且易于重現外載荷波形

3、；加載系統響應快、靈敏度高，系統控制與測量精度高。2.2電阻應變片傳感器原理電阻應變片傳感器由粘貼了電阻應變敏感元件的彈性元件和變換測量電路組成。被測力學量作用在一定形狀的彈性元件上，使之產生形變。這時，粘貼在其上的電阻應變敏感元件將力學量引起的形變轉化為自身電阻值的變化，再由變換測量電路將電阻的變化轉化為電壓變化后輸出。通過對電學量的分析，即可得出物體力學量的變化。 圖1 圖2電阻應變儀是測量精度很高的測量儀器，由于采用不同的測量電路形式可以分為單橋、半橋和全橋的電路。通過電路測量的變化，即可得出應變的值。由于應變片對于溫度敏感，因此，必須設定溫度補償片抵消溫度對測試結果的影響。2.3 靜態

4、應變測量技術靜態應變測量是分析機械構件應力常用的一種基本方法。其特點是：測量精度要求高，測點較多，測量持續時間長，要求測量系統的長期穩定性好。這就需要對應變片的粘貼、防護、溫度補償、連接導線的布設，以及應變儀的性能等，提出較高要求。本實驗以某海洋平臺樁腿模型為試驗對象，測量其在靜態側向載荷作用下應變響應。使用高壓油泵進行加載，使用電阻應變片通過電測法進行測量。電子應變片粘貼示意圖如下： 圖3 模型及應變片位置示意圖3. 實驗過程3.1 實驗概述本實驗在實驗平臺上，利用電-液伺服加載系統產生水平荷載作用于海洋平臺模型，由粘貼在平臺樁腿各處的靜態應變儀測量出靜態應變值。由此反映出海洋平臺模型對于外

5、部荷載的靜態相應關系。3.2 實驗儀器1) 試驗平臺 試驗平臺是一個巨型的整體式鋼筋混凝土厚板，平臺表面一般與試驗室地坪高一致或者略高數十厘米，以便于成為獨立的系統，以減少干擾。平臺長由幾米至幾十米，寬可達十余米，厚幾十厘米至幾米。臺座剛度極大，受力后變形極小，故允許在上面同時進行幾個實驗，而不必考慮互相之間的影響。按照構造試驗平臺可分為以下四種形式：槽式試驗平臺，地腳螺絲式試驗平臺，箱形試驗平臺，水平推力試驗平臺。2) 靜態應變儀：DH3816 DH3816靜態應變測試系統是全智能化的巡回數據采集系統。通過計算機完成自動平衡、采樣控制、自動修正、數據存貯、數據處理和分析，生成和打印試驗報告.

6、DH3816每個模塊60測點，最多可擴展到16個模塊，擴展距離可達1000m。巡檢速度60點秒，每個模塊獨立工作，960個測點只需1秒就可結束采樣。 3) 拉壓力應變儀：BL2-E型 0.5T 4) 動態應變儀：YE3817 5) 高壓油泵、吊帶 6) 電阻應變片：絲繞式應變片， 7) 萬用表 (測量應變片阻值變化) 8) 位移千分表 9）丙酮、棉花等輔助材料3.3 實驗步驟： 1) 用砂紙打磨實驗模型表面需粘貼電阻應變片的部位，打磨后使用酒精及丙酮清潔其表面； 2) 用502膠將電阻應變片粘貼于各測點位置（注意應變片的方向）；測量各電阻應變片的電阻值與絕緣性能 3) 在平臺模型上連上拉壓力傳

7、感器 4) 對測點、數據線編號，用導線聯接靜態應變儀和各電阻應變片 5) 繪制作用力方向及測量點位置示意圖 6) 拉壓力傳感器調零 7) 電阻應變片調零 8) 開始加載，拉力分45級加載達到額定值后，采集應變數據并記錄 9) 當拉力達到額定值后減小加載直至回零，在零值附近采集應變數據并記錄 10) 分析數據是否合理 11) 再次加載、減載并記錄數據，分析測得的數據是否正確。 12) 實驗結束。關閉儀器電源。4. 實驗結果數據分析4.1實驗加載示意圖圖4 加載示意圖如圖4所示，實驗過程中加載點分為上下兩層，即上層為A層，下層為D層，見下圖測點俯視圖。 圖5 測點俯視示意圖4.2 原始實驗數據 載

8、荷/kg應變/ 3- 1 3- 2 3- 3 3- 4 3- 5 3- 6 3- 7 3- 8 3- 90002900000056-20-20-89-12-12-12211922116-42-43-255-24-24-24433946150-55-56-130-31-32-31544857201-74-77-123-44-44-42716375249-92-95-242-54-54-51887993301-111-115-242-48-64-6110795112250-90-93-186-39-52-50907993202-73-75-83-34-43-41736577148-52-53-71

9、-16-31-29544858116-40-40-177-20-23-2342384556-17-17-167-9-10-10221925032-3011100024.3 實驗結果及分析4.3.1各點詳細應變圖圖6 各通道應變-載荷關系圖分析：1) 測點1、2、3、4、5、6應變值均為負值（除去實驗誤差），表明在實驗過程中始終受壓；測點7、8、9應變值均為正值，表明在實驗過程中始終受拉。測點3應變值變動較大，經過重復實驗后均未能消除變動，所以有理由懷疑測點3處應變片未粘好。2) 除去測點3外，在實驗誤差范圍內，每個應變片的曲線幾乎重合，各測點的加載曲線和卸載曲線均存在一個交點。表明加載和卸載過

10、程中應變隨外載荷的變化規律幾乎一致，結構變形屬于彈性變形，載荷消失時候無殘余應變。3) 除去測點3外，各測點應變值與外載荷成線性正相關。4) 當外載荷很小時，各測點的應變值非常接近。當外載荷逐漸增大時，各測點應變值變化趨勢部分出現不同，但是差值較小。4.3.2 測點1、2、3應變分析圖7 測點1、2、3應變-載荷關系圖分析：1) 由模型可知，測點1、2、3高度相同，位于中和軸同一側，均受壓。由圖7可知，實驗中測點1、2、3應變值始終為負值，測點1、2且較為接近，測點3跳動較大。2) 測點1、2的應變與載荷成線性正相關，測點3跳動較大，可能是應變片未貼好引起的偶然誤差。4.3.3 測點4、5、6

11、應變分析圖8 測點4、5、6應變-載荷關系圖分析：1) 測點4、5、6應變值始終為負值，三點均受壓。三點的變化規律相同。隨著載荷的增加，測點的應變絕對值4<6<5。2) 測點5、6的應變與載荷成線性正相關，測點4的應變與載荷也基本成線性正相關。3) 測點4最后卸載后應變值不為零，但非常小，且在誤差范圍內，故可以忽略其對實驗結果的影響。 測點7、8、9應變分析圖9 測點7、8、9應變-載荷關系圖分析：1) 測點7、8、9應變值都為正值，三點均受拉。各測點應變值較為接近，變化規律相同。2) 測點7、8、9的應變與載荷成線性正相關。 測點2、5、8應變分析圖10 測點2、5、8應變-載荷

12、關系圖分析：1) 測點2、5、8反映了包含載荷的垂直于地面的平面內三個點的應變的不同。其中測點2、8反映在同一高度，距離中和軸不同距離的應變情況，測點2、5反映受拉時不同高度的點應變情況。2) 由在各載荷情況下，2、8點的應變絕對值幾乎相同、符號相反可以推知，中和軸大約為測點2、8中點所在軸線。3) 由測點2、5應變值可知，兩點應變均為負值，均受壓，但測點2的應變絕對值大于測點5應變絕對值，這與理論相符合。5. 實驗感想通過此次結構靜態應變測試的試驗，我基本了解了結構靜態應變測試的基本原理、通用方法。試驗前我做了充分預習，再加上老師的現場講解，我對電-液伺服加載系統、電阻應變片傳感器原理以及靜態應變測量技術有了更加深入的認識和理解。作為本課程第二小組的組長，除了及