Tài liệu Đo lực và ứng suất, chương 1 doc

CHƯƠNG I
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG
I. KHÁI NIỆM VỀ BIẾN DẠNG:
Khi đặt một lực vào vật thể, vật thể bò thay đổi hình dạng.
Trong trường hợp tổng quát, sự thay đổi này gọi là biến dạng. Ở
đây chúng ta hiểu biến dạng như là sự thay đổi hình dạng trên 1
đơn vò dài hay là độ thay đổi chiều dài tương đối.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO BIẾN DẠNG:
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, kỹ thuật đầu dò,
đặc biệt từ những năm 1970, người ta đã chế tạo ra rất nhiều
dụng cụ đo biến dạng dựa trên các nguyên lý cơ khí, quang,
điện âm thanh và nguyên lý khí nén... Tuy nhiên không có một
nguyên lý nào có thể thỏa mãn mọi yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Do
đó có rất nhiều hệ thống đo khác nhau để đáp ứng mọi yêu cầu
đo trong phạm vi giải quyết những vấn đề khác nhau, sau đây là
các phương pháp đo:
1. Phương pháp cơ khí:
Phương pháp cơ khí đo biến dạng ngày nay ít được sử dụng,
bởi vì đo biến dạng bằng điện trở chính xác hơn và dễ sử dụng.
Tuy nhiên, dụng cụ đo cơ khí được gọi là Extensometer vẫn còn
được sử dụng rộng rãi trong hệ thống kiểm tra vật liệu.
2. Phương pháp âm thanh:
Phương pháp âm thanh đo biến dạng hiện nay hầu hết được
thay đổi bằng phương pháp đo điện. Phương pháp đo biến dạng
bằng âm thanh có nét độc đáo riêng, ổn đònh không mất độ
chính xác theo thời gian. Phương pháp đo biến dạng bằng âm
thanh vẫn được sử dụng dựa trên nguyên lý do ông R.S.Jerrett
sáng chế vào năm 1944.
3. Phương pháp biến dạng bằng điện trở:
Phương pháp đo biến dạng bằng điện trở này được xem là
hoàn hảo nhất, chỉ trừ một số trường hợp đạêc biệt phương pháp

này không sử dụng được. Phương pháp này được xem là phổ
biến nhất hiện nay dựa trên nguyên lý do ông Kelvin phát hiện
năm 1856.
4. Phương pháp đo biến dạng bằng chất bán dẫn:
Ưu điểm có độ nhạy cao nhưng giá thành lại cao. Phạm vi
đo chòu ảnh hưởng nhiều về yếu tố nhiệt độ. Phương pháp này
dùng để đo biến dạng rất nhỏ vì nó cực nhạy (với điều kiện
nhiệt độ ổn đònh) song rất ít sử dụng.
5. Phương pháp đo biến dạng bằng phương pháp lưới:
Phương pháp này có từ lâu đời, đặt lưới lên mẫu thử chụp
hình trước và sau khi đạt tải trọng, lưới sẽ bò biến dạng. Phương
pháp này có điểm khó khăn là các biến dạng thường nhỏ do đó
hầu hết các trường hợp sự dòch chuyển các mắt lưới không bảo
đảm tính chính xác. Để sử dụng phương pháp biến dạng đủ lớn
(cho chất dẻo cao su) rất hiệu quả.
6. Phương pháp tạo mẫu Hickson (phương pháp lưới):
Đặt tờ giấy nhám lên vật mẫu kéo theo 2 phương để tạo vết
trầy. Để đo biến dạng trên mẫu thử rất khó nên người ta lấy tấm
hợp kim mỏng dán lên chỗ trầy, để in lên tấm phim đó, thay vì
đo vật mẫu người ta đo vết trầy lên tấm phim.
Trong suốt 50 năm qua phương pháp đo biến dạng bằng
điện trở đã được sử dụng rộng rãi vì sự đơn giản cũng như kết
quả đáng tin cậy của chúng.
Do đó trong đề tài này nhóm sinh viên thực hiện đo biến dạng
bằng điện trở.
III. ĐO BIẾN DẠNG BẰNG STRAIN GAGE:
Miếng đo biến dạng (strain - gage) là một cấu kiện điện trở
được dùng để dán lên một bộ phận biến dạng. Mức biến dạng
của bộ phận thông qua lớp keo được truyền sang miếng đo.
Miếng đo như vậy phải chòu một sự biến động tỷ lệ với điện trở

của nó.
Strain Gage (SG-miếng đo biến dạng) là một trong những
công cụ quan trọng của kỹ thuật đo lường điện tử được áp dụng
đo các đại lượng cơ học. Đúng như tên gọi, nó được sử dụng để
đo biến dạng. Biến dạng của một vật thể được gây ra bởi tác
nhân bên ngoài hoặc bên trong, làm sinh ra ứng suất. Do vậy
trong phân tích ứng suất thực nghiệm người ta sử dụng rộng rãi
phương pháp xác đònh biến dạng.
Các thiết bò biến dạng cho đến nay đã được nhiều hãng chế
tạo như: Hottinger Baldwin, Messttechnik, Micromesures
Vishay...
Strain Gage được tạo ra với 2 kết cấu là lưới phẳng và dạng ống
trụ.
Winding Cord
a. Daùng lửụựi phaỳng b. Daùng
oỏng truù
1. Hệ số miếng đo (Gage factor):
Sự thay đổi điện trở của một cấu kiện có điện trở biến đổi
được tùy thuộc vào quan hệ sau:
Với R: là điện trở ban đầu của cấu kiện.

L: chiều dài ban đầu của cấu kiện.
F : hệ số miếng đo.
Một miếng đo lý tưởng phải có một điện trở rất lớn, một
hệ số đo cực đại và một mức giới hạn đàn hồi cao, đồng thời lại
không bò ảnh hưởng nhiệt độ cao tác động. Thêm vào đó, hệ số
miếng đo luôn luôn bất biến cho dù mức biến dạng có lớn đến
đâu đi chăng nữa.
Để miếng đo có thể hoạt động một cách thích hợp theo
sức căng cũng như sức nén, sợi điện trở phải càng mỏng để cho

lớp keo có thể truyền hoàn toàn mức biến dạng của bộ phận
sang miếng đo.
2. Chất keo dán:
a)Keo cyanoacrylate: Rất thực dụng cho việc áp dụng
bình thường trong thời gian ngắn, nhiệt độ áp dụng dưới
100
0
C. Sẽ khô cứng trong vài giây dưới tác dụng của sức ép.
b)
Keo epoxy: Rất có hiệu quả, ổn đònh trong thời gian
lâu với nhiệt độ đến 300
o
c.
E.F
L
L
F
R
R




trởđiệnđổi biếnđộ:
R
R