測量應力的案例
知識分享 | 測量殘余應力的方法
<p><strong><u>什么是殘余應力？</u></strong></p><p>殘余應力是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后，仍留在物體內的自相平衡的內應力。殘余應力存在于所有的機械結構中，機械加工和強化工藝、不均勻塑性變形或相變等都可能引起殘余應力。</p><p>比如<strong>加工工藝</strong>：</p><ul><li>塑性變形或焊接</li><li>鑄造部件的非均勻冷卻</li><li>鍛造過程</li></ul><p>比如<strong>表面處理</strong>：：</p><ul><li>噴涂</li><li>表面硬化</li></ul><p>殘余應力與一般的機械應力一樣，對結構的強度起著同樣的作用。但和外部載荷引起的應力不同，其很難用計算方式來進行預測。因此，需要一個可靠的方法進行準確測量，并且需要最大程度地減小對測量表面的損傷。</p><p><br></p><p><strong><u>測量殘余應力的方法</u></strong></p><p>基于應變片常用的兩種的殘余應力測定方法是：環芯法和鉆孔法。兩種方法的共同特點是，在工件上安裝應變花后，通過鉆取或取芯的機械過程，殘余應力狀態將發生變化。在這一過程中，殘余應力得到釋放，通過應變花測得過程前后應變的變化情況，可以計算出殘余應力。</p><p><strong>環芯法：</strong>即在應變花周圍提取環形槽。用機械法開一個環形槽，局部分割、釋放殘余應力，在測試位置粘貼電阻應變片，測量轉子鍛件在軸向和周向釋放的應變值，根據力學原理推算工件的殘余應力。
展開 應變測量基礎 | 什么是實驗應力分析
應力的釋放可以通過多種方式進行，如鉆孔法或環芯法等。
基于狀態定義應力
應力狀態細分如下:
單軸應力狀態：僅在拉伸和壓縮過程中發生。
雙軸或平面應力狀態：如果應力發生在相互垂直的兩個軸上，就會發生這種情況。作用于同一平面但角度不同的力的有效方向可能不同。然而，它們總是可以進行正交分解。
三軸或三維應力狀態：如果力作用在立體空間中，則會出現這種情況。與平面應力狀態相似，三軸應力可分解在三個相互垂直的主軸上。
應變測量是有一定局限性的，因為其安裝黏貼在結構件的可接觸表面上并進行測量，因此只能提供部件表面應力狀態的信息。單軸和平面應力狀態相對簡單，通過應變測量技術即可完成。三維應力狀態則存在問題，因為通常無法沿第三軸（發生在物體內部）獲得所需的測量值。
然而，受外力作用的三維物體，最大應力一般都發生在表面
（例外：
赫茲效應問題）。
通常來說，工程師僅對最大應力感興趣，進行表面應力測定就足夠了，
內部狀況的重要性較小。
如果應變可以沿第三軸測量，即物體深度，三維應力狀態則可用應變測量來分析。例如，將應變片鑄入到塑料件中。這也可能用于土木工程領域，在澆筑過程中將應變測量設備嵌入混凝土中。
通過應變測量來確定應力
機械應力無法直接測量
。X射線技術是個例外，在這種技術中，微觀范圍內的材料應力可以通過晶體晶格結構的變形來測定，即通過原子分離的相對變化來測定。該過程僅限于被測物體表面5到15μm深度。
應力計算可根據材料強度理論進行計算，也可采用應變片進行測量。后一種方法基于胡克定律。
展開 線下培訓 | 4月16-17日上海HBK應力測量技術及應用培訓
HBK作為全球應力測試領域的專家，一直致力于給客戶提供優質的應力測試解決方案。現誠邀您參加HBK實驗應力分析技術及應用培訓班。
主題：HBK應力測量技術及應用培訓
日期：2025年4月16日-17日（周三 – 周四）
地點：上海市徐匯區田州路99號13號樓新安大樓102室
報名截止日期：2025年4月8日
培訓費用：5000元/席位（住宿、交通費用自理）
報名方式：請聯系對應區域的產品銷售，進行報名
培訓內容
應力基礎理論知識、概念和各種測試方法介紹。
應變片選擇、貼片工藝和流程、惠斯通電橋原理及各種橋路的適用性，包括1/4橋、半橋和全橋測量技術、測試軟件及參數的設置等。
測試案例分析，包括但不限于：電路板測試、光纖應變、應變計量、溫度補償、應變與振動等。
應變測試新技術及設備介紹，包括但不限于力和扭矩測量。
培訓日程
培訓對象
從事應力測量與分析工作，并掌握一定材料學基礎理論知識、非電量電測技術的技術人員等。
備注
課程費用含培訓費、實訓材料（耗材）費、電子版技術資料。
課程結束后將出具培訓證書。
培訓合同付費&開票
本次培訓通過合同約定，將由對應的我司產品銷售為用戶提供標準培訓合同模板。
款到后開具發電子版發票，請在報名時填寫準確的聯系郵箱以便查收。
展開 如何測量殘余應力?
1
什么是殘余應力
圖2 鑄件冷卻時斷裂
熱處理的淬火過程中，過冷奧氏體進行馬氏體轉變時容易導致材料斷裂。
圖3 淬火過程金屬斷裂
3
殘余應力的測量
對于殘余應力的測量，從大類上可以分為機械法、化學法和X射線法三種。
光纖應變傳感器用于測量金屬和非金屬復合材料應力應變
管道、儲罐等結構材料在遭受風載荷、地震、滑坡、泥石流等地質災害下會發生大變形或者斷裂破壞，需要借助數值有限單元法對破壞過程進行三維建模、情景還原以及溯源分析，此時要獲取準確有效的結果，金屬材料全程的真應力-真應變是最為基礎和重要的輸入數據。下面工采網小編和大家一起看看如何測量金屬和非金屬復合材料應力應變。
金屬材料測量裝置主要用于各種金屬、非金屬及復合材料進行力學性能指標的測試，精密的自動控制和數據采集系統，實現了數據采集和控制過程的全數字化調整，在拉伸試驗中，檢測材料的最大承載拉力、抗拉強度、伸長變形、延伸率等技術指標；一般在對金屬材料進行應力應變性能測量的過程中，在夾持時金屬材料受力頂部兩側不平衡，使得夾持效果不好，在測量過程中容易移動，導致測量的準確性較差。為了測量的準確性工采網推薦加拿大FISO 光纖應變傳感器 - FOS-N用于金屬和非金屬復合材料應力應變測量。
基于公認的Fabry-Perot干涉技術，FISO的光纖應變傳感器是進行高性能應變測量的好的選擇。FOS-N所基于的產品技術和配套的兼容監控系統，使用戶能在長距離且不影響讀數可靠性的前提下測量應變。它是復合材料工程研究和工業應用，如建筑物、橋梁、隧道襯砌、支承結構、船舶和電源變壓器等結構健康監控的理想產品。具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。
此外FOS-N應變傳感器對任何即將使用的纖維的拉伸和處理都不敏感，若將傳感器嵌入復合材料中，則上述特點可以成為非常有利的優點。可在惡劣的化學環境下正常工作，同時它的結構堅固，使用靈活性高，能夠滿足當前高性能復合材料研究和土建結構監控的要求。
展開 一個新的巖土工程數據集SSGeotech
【與露天巖坡穩定性評估有關的局部應力測量和區域應力估算--本文討論了巖坡穩定性評估新方法的概念。然后，介紹了在日本Torigata石灰石礦使用緊湊型錐端鉆孔過孔（CCBO）技術測量巖石應力的結果。提出了利用測量的局部應力，用三維有限元方法對區域應變和應力場進行反分析的程序，并在Torigata石灰巖礦成功地進行了演示。最后，為了估計礦井挖掘層的應力狀態，利用分析的區域應變和應力場的邊界條件進行了3-D有限元分析。結果表明，目前挖掘層的水平應力并沒有減少，在估計這個地方的巖坡穩定性時，不能不考慮水平應力部分，盡管該礦位于山頂附近。】
3 問題處理
Semantic Scholar使用了語義相似對查詢結果進行了排列，排名越靠后的結果與我們的查詢目的距離越遠，這將導致數據集中會出現一些與巖土工程毫不相關的論文，舉例來說，rock wedge stability查得共有37753篇論文，實際上不可能有這么多篇這樣的論文。因為其它學科也可能組合出這樣的關鍵字。"joint fracture"在巖體力學里指的是節理斷裂，但這個詞在醫學領域指的是關節斷裂，因此如果用這個短語來聚合，將會出現大量的醫學論文。在這種情況下，我們必須手動清理數據集的內容。考慮到這種偏差，目前只自動收集前300篇論文。通過設計下面這樣一個循環來自動取出有意義的論文。
3 SSGeotech的發展
通過一個大約40行的代碼，自動采集Semantic Scholar與巖土工程相關的論文題目與摘要，目前的數據是大約27600篇論文。這個數據集將在短期內迅速擴大并于SS同步。SSGeotech數據集傳遞到代碼geotech-flashtext-passages.py中進行二次處理，從而得出更精確的解答。
展開 看熱機械分析量測技術如何揭開高分子材料的神秘面紗！
圖 2：PMMA 塑料的 TMA 軟化溫度量測結果
PET 纖維熱應力的測量
（張力模式 -Tension Mode）
此 TMA 測試范例是利用固定伸長速率模式來量測材料的熱應力 (Thermal Stress)。藉由保持固定的樣品伸長率，同時逐漸改變溫度并觀察應力的變化來測量熱應力。由熱應力的測量可驗證樣品的尺寸和形狀的穩定性。此 TMA 范例是量測 PET 纖維。纖維樣品被拉伸 1% 變形量并進行加熱。由量測結果可觀察到拉伸應力在 97.6° C 時會開始增加。這是由于細長纖維的內部分子結構發生收縮所造成應力升高。固定變形量的拉伸過程會造成內部分子結構的排向現象，在測試的升溫歷程上于某一特征溫度下會開始產生收縮現象，因在該溫度下分子排向被釋放。隨后應力隨著溫度的升高而逐漸減小。通過此處分析的 PET 纖維，應力在 255° C 左右降至零，此時樣品發生熔化現象。
圖 3：PET 纖維以 TMA 量測熱應力的分析結果
磁帶 (Magnetic Tape) 收縮應力的測量（張力模式 -Tension Mode）
此 TMA 測試范例是將磁帶薄膜樣品以上述相同的張力測量模式來量測樣品的收縮應力。量測條件是將伸圖 1：左為日本島津公司 TMA 量測儀器的外觀；右為 TMA 儀器的量測模式圖 2：PMMA 塑料的 TMA 軟化溫度量測結果長率條件設定為零。當磁帶樣品受熱收縮時，會產生拉伸應力來抵抗收縮。樣品收縮應力的測量就可進行偵測此拉伸應力。由圖 4 量測結果可觀察此磁帶樣品。收縮開始于 100.7° C，產生的最大應力為 27.2g。
展開 【設計基礎】機械故障原因分析方法
五、實驗應力分析
利用實驗應力分析技術可用來確定零部件受力情況和引起損壞的應力值。以下幾種方法有較好的應用價值。
（1）脆性涂層法用于以下問題是有效的：
1）找出小面積的高應變區。
2）確定主應變方向。
3）測出拉應變和壓應變的近似值。
它已成為一般實驗室和野外使用的標準應變測量工具。
（2）電陰應變測量法可測單向應變、平面應變場的靜、動態應變，適用于金屬和非金屬結構。它是一種應用廣泛、使用經驗豐富的成熟方法。
（3）光彈性涂層也用作實驗室的應力測量。對于這種技術，是把一個控制厚度的雙折射涂層用反射涂層粘接劑貼在被測試的部件上，然后通過光彈性分析裝置來測量。這種方法需要特殊的設備，可用單幀彩色底片、彩色底片或彩色電影照相來記錄。
（4）X射線表面殘余應力測量是一種直接的非破壞測量應力的方法，它只適用于晶體材料。應力變化是通過受應力的晶體材料對X射線衍射線的角度變化來確定的。現在已有專門的X射線應力測定儀，可用來無損地測定零部件的表面應力。
六、化學成分分析
化學分析包括常規、局部、表面和微區四種。
由于冶金過程造成化學成分的局部差異，或殘留較高的有害元素，從而造成制造過程的廢品率增高。
氣體分析用來確定氧、氮、氫氣體元素（砷、銻、鉍、鉛、錫）是否超過含量。氣體分析用來確定氧、氮、氫氣體元素在金屬中的含量。氧、氮可以引起應變時效和淬火時效，而焊接、陰極清洗、電鍍、酸洗都能引起氫向金屬內部滲入而引起氫脆。
七、力學性能測試
當知道了施加于故障部件的載荷（無論是通過估算，還是根據設計資料），材料的力學性能都必須重新測量，以便作進一步的強度校核。對零部件的故障分析幾乎都應當測定材料的硬度和力學性能。
展開 流變儀、DSC等對不飽和聚酯樹脂固化反應行為的分析在SMC中的應用
幾種儀器和測試方法介紹
旋轉流變儀的基本原理
A、應變控制型
?驅動一個夾具
?測量產生的扭矩
?控制應變，測量應力
B、應力控制型
?施加一定的力矩
?測量產生的旋轉速度
?控制應力，測量應變
DSC的基本原理
DSC是指在程序控制溫度下，測量樣品與參比物的溫度與功率差的一種技術。
A、功率補償型
?試樣和參比具有獨立的加熱器和傳感器
?直接測量功率差
?美國PE公司的專利產品
B、熱流型
?與DTA非常相似，可認為是定量的DTA
?共用一個加熱源
?測量試樣和參比的溫度，通過溫差由軟件計算功率差。
DEA的基本原理
DEA，介電法樹脂固化監測儀，是通過測試試樣固化過程中介電性能的變化，以監測樹脂的固化反應過程。
?測試的是樣品的介電變化
?可測試液體樣品
?也可測試SMC片料
模擬模壓放熱曲線測試
該儀器由日本進口SMC生產線自帶，通過小型氣動壓機模擬真實的模壓現場，由熱電偶記錄固化放熱曲線，配套軟件自動分析凝膠時間、固化時間、放熱峰溫度。
典型溫度-時間曲線
樹脂凝膠時間的調整方法及意義
SMC模壓過程
樹脂固化過程
關鍵點
?SMC片料可流動的階段是樹脂的引發階段。
?SMC片料的充模時間由樹脂高溫下的凝膠時間決定。
?樹脂的凝膠時間由阻聚劑決定。
?通過阻聚劑調整凝膠時間。
展開 網絡課程 | 8月3日應變測量過程中的干擾因素
培訓內容
在應變測量過程中，會受到各種因素的影響，從而影響應變測量結果。本次課程將對應變測量鏈逐步分析，在整個應變測量和應力分析過程中，講解如何排除這些干擾因素，從而讓測量結果更精確。
培訓時間
8月3日（周三）下午14:00-15:00
課程對象
從事疲勞耐久測試、強度測試、應力分析、計算機仿真、機械零部件設計的工程、技術、測試工程師，和相關院校的專業師生。
講師簡介
費用：免費
備注
培訓將通過網絡授課的方式進行，請自備具備上網條件的電腦或手機。
報名方式：點擊這里，即刻報名
* 注冊報名后，您可以點擊HBM微信公眾號菜單欄【會員中心】-【注冊/登陸】，進入個人中心，找到您報名的所有課程。
官網：
<HBM應變片：應力測試測量首選>
<HBM稱重傳感器：稱重精度，久經驗證>
<HBM力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術>
<HBM扭矩傳感器和轉矩傳感器>
<電功率測試 - 從部件到車輛能源管理>
<數據采集系統與設備>
您還可以通過如下方式聯系我們，了解更多產品與應用詳情：
郵箱：hbmchina@hbm.com.cn
官網：https://www.hbm.com/cn/
電話：400-900-3165（周一至周五9:00-18:00）
展開 應變測量基礎 | 什么是箔式應變片
箔式應變片是一種傳感器，用于測量由于施加的力引起的材料長度的相對變化（應變）。這種變形可以為壓縮或拉伸，并且受被測材料的彈性影響極大。正應變指的是機械部件被拉伸，而負應變則為材料被壓縮。
箔式應變片測量原理
箔式應變片用于確定應變的值和方向。這是通過測量柵絲實現的，測量柵絲通常安裝在材料表面上，并通過測量柵絲電阻值的相對變化和靈敏度系數來獲得所施加的應變。當壓縮時，測量柵絲電阻值將減少，拉伸時，電阻值將增加。為了計算材料應力（實驗應力分析），需要將應變值與材料的物理特性對應，例如材料的楊氏模量（胡克定律）。應變片的應用領域主要是傳感器，包括稱重傳感器、力傳感器、扭矩傳感器和壓力傳感器等。
箔式應變片類型包括直片，應變花，剪切片，全橋片和鏈式片。
直片應變片用于測量單一方向的應變
應變花兩個或三個測量柵絲，彼此間夾角為 90° 、45° 和 60° , 用于未知主應力方向的應力分析，扭轉應變等
剪切片通過測量柵絲的特殊排列，測量扭桿的剪切應力
雙橋片測量柵絲平行排列，用于彎曲梁的垂直應力測量
全橋片帶有 4 個測量柵絲，用于拉壓雙向應力和扭轉應力等
鏈式片多個測量柵絲，等距離排列，進行應變梯度測量
HBK箔式應變片
HBK是制造和供應測量儀器的專家，產品廣泛適用于各種應用場景。我們的箔式應變片常用于實驗應力分析、耐久性測試和傳感器制造，在應變分析領域提供高精度。如果您想了解更多關于我們應力分析測量組件的信息，請隨時與我們聯系。
展開 
網絡課程 | 6月1日應變測量中的溫度影響和補償方法
培訓內容
在應力應變測量過程中，越來越多地遇到高低溫的測試工況，這些測試環境會對應變測量結果產生一些影響。為了消除這種溫度對應變測量結果的影響，保證測量的準確性。本次課程將為您介紹：
應力應變測量溫度的影響因素
如何消除溫度對測量結果的影響
培訓時間
6月1日（周三）下午14:00-15:00
課程對象
從事汽車研發，航空航天測試，汽車電路開發，等有應變測量類極端溫度測試需求。
講師簡介
費用：
免費
備注
培訓將通過網絡授課的方式進行，請自備具備上網條件的電腦或手機。
報名方式：
點擊這里，即刻報名
* 注冊報名后，您可以點擊HBM微信公眾號菜單欄
【會員中心】-【注冊/登陸】
，進入個人中心，找到您報名的所有課程。
展開 稱重傳感器工作原理基礎參數
但切應力本身測量不出來，它只可以產生于與工字梁中心軸 線成45“的互相垂直的主應力，即產生于由切應力而引起的拉伸應力及壓縮應力。所以，把4片應變計分別貼在工字梁腹板的兩面，與中心軸線成45度的相互垂直的位置上。瀏覽米思米官網https://www.misumi.com.cn/學習更多電工知識
應變測量基礎 | 什么是應變花？
應變花是一個術語，采用兩個或兩個以上的應變片，緊密地排列以測量構件不同方向的應變。單應變片僅能測量單個方向的應變，應變花使用多個應變片進行多個方向應變測量，更精確地測量被測表面的應變。
雙軸應力
單一的應力作用，測量相對容易。如果某些力的組合產生直角應力狀態，這就要求測量雙軸應力。“雙軸”是在XY平面上進行二維應力分析，并假定該平面的應力為零。雙軸應力狀態是兩個應力或剪應力之和。雙軸應力是大多數結構件屢見不鮮，所以應變花通常用于實驗應力分析。
常見的兩種配置的應變花——矩形和三角形：
矩形應變花包括三個應變片；A，B，和C，A 和 C彼此呈90o角排列，B在兩者之間，相差45度角。
三角形應變花也由三個應變片組成，彼此之間呈 60° 角排列。
除了矩形和三角形外，還有許多其他類型的應變花。
HBK應變花
除了標準的應變片外，我們還提供多種應變花。
RY應變花帶有三個測量柵絲，用于未知方向的應力測試。RY1, RY3, RY8, RY9, 和 RY10 測量柵絲彼此呈 0°/45°/90° 排列。RY4 和RY7 測量柵絲彼此呈 0°/60°/120° 排列。
XY應變花帶有兩個測量柵絲，用于已知方向的雙軸應力測試。此類應變花彼此呈 90° 排列。
展開 通用汽車采用仿真技術代替傳動系統試驗
主要原因在于這些旋轉零部件在生產過程中都有不平衡誤差，這會產生離心力，離心力會伴隨著車速的提高而增強，并且在所有傳動部件內導致內應力。連接傳動系統和變速箱的適配器常常是最敏感的部件。在試驗室，通過給零部件增加偏心重量來評估最差的不平衡因素。通常的試驗方法在傳動系的關鍵位置配置應變儀來測量應力和振動，然后將發動機在0到7,000rpm范圍內運行，來鑒別那些在某特定轉度下產生的激勵。這樣，就可以測試出容易引起疲勞問題或者產生過量噪聲的振動和扭曲。
采用仿真代替試驗
構建和裝配試驗樣機，以及進行試驗的過程要占用大量的工程時間且花費巨額費用。物理樣機試驗的另一個缺陷是僅能在開發進程相當晚的后期才能提供物理樣機，那時已經存在的潛在問題需要在各個方面進行長時間且昂貴的測試才能解決。基于這些因素，通用汽車早在幾年前就開始模擬具有一定精度的虛擬傳動系統，這樣在制造出物理樣機之前就可以識別出問題。“物理試驗一直以來是驗證仿真精確性必不可少的一項工作，特別在開發新型車設計時。”Shah說。“與試驗不同，仿真技術可以在早期的設計階段鑒別出問題，并且能夠評估新設計與已有設計之間的性能差異，這樣節省了大量時間并降低成本。通過這種方式能夠在開發早期獲得更深入的見解，使工程師能夠在新設計中消除所有主要的薄弱點，從而減少物理試驗次數。”
盡管多體仿真技術在過去已經成功地應用于模擬傳動子系統，但這項應用仍是最富挑戰性的。為了可靠地獲得傳動系統的動態性能，大部分零部件，包括動力總成部件、旋轉的內部變速器和分動器部件、適配器、以及前/后傳動軸，都必須用柔性體來建模，這會導致相當大的計算量。此外，將仿真模型在整個汽車駕駛速度范圍內進行計算，還將進一步增加計算量。
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