土木工程测试与结构实验复习资料大全

中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第1页共9页创建时间：2012-12-8土木工程测试与结构实验复习资料大全考试题型名词解释8题，32分简答题6题，48分综合题1题，20分第一章测试技术的理论基础基本概念:1、标定(率定)曲线：测量系统的输入—输出关系曲线主要作用：1、确定仪器或测量系统的输入—输出关系，赋予仪器或测量系统分度值；2、确定仪器或测量系统的静态特性指标；3、消除系统误差，改善仪器或系统的正确度。4、在科学测量中，标定是一个不容忽视的重要步骤。2、稳定性：测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力3、灵敏度：是用输出信号的变化值与输入信号的变化值的比值衡量的。测量仪器响应的变化除以对应的激励变化4、线性度：测量系统的标定曲线(由试验确定的实际工作曲线)对理论拟合直线的接近程度5、分辨率：能测量的最小变化量,零点和90%满量程。显示装置能有效辨别的最小的示值差6、回程误差：（迟滞性）测量器具对同一个尺寸进行正向和反向测量时，由于结构上的原因，其指示值不可能完全相同这种误差被称作回程误差。即在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的的绝对值7、漂移(零点漂移)：测量仪器的测量特性随时间的缓慢变化8、传递特性：测试系统输入与输出对应关系的性能。1）静态特性、2）动态传递特性：时间域内输入、输出关系可用微分方程描述9、负载效应：仅当由于负载的变化而引起输出稳定量的变化的效应称为负载效应。一、测试系统的组成、各部分的作用及其性能指标：荷载系统：使被测对象处于一定受力状态，使其有关力学量充分显露，以便进行有效测量。测量系统：将被测物理量转化为电信号，并对信号进行变换、放大、运算，变成易于处理和记录的信号。由传感器（一次仪表）、中间变换、测量电路组成信号处理系统：对输出信号进一步处理以排除干扰。显示和记录系统：将对被测对象所测得得有用信号及其变化过程显示和记录下来五大性能指标：:1）精度:测值与真值接近程度；2）稳定性：时间、环境3）量程：测量范围4）分辩率：检测到被测量最小变化值。5）传递特性：输入输出对应关系的性能。二、线性(时不变)系统及其主要特性；线性时不变系统：测试系统必须保证输出能精确地反映输入。●具有确定的输入－输出关系，输出与输入成线性关系为最佳；●时不变性线形系统的方程：常系数齐次微分方程X→Y，X1→Y1，X2→Y2线性系统的主要特性：中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第2页共9页创建时间：2012-12-8叠加性：X1+X2→Y1+Y2齐次性（比例性）：cX→cY微分特性：X→YX’→Y’积分特性：X→Y频率保持特性：幅值、频率、相位差x(t)＝Asin(ωt)y(t)＝Bsin(ωt±φ)三、动态测试系统信号不失真的条件、频响函数与传递函数的区别。不失真传递：系统的响应波形（输出）与输入波形完全相似。可保持原信号的特性和全部信息。不失真条件：1）幅频函数为常数2）相频函数为线性（过原点的直线）频响函数与传递函数的区别：传递函数是系统的物理参数，也就是它受硬件决定，不会随着输入变化而变化，是分析系统的一个数学公式，而频率响应函数是输出函数，也就是说系统的传递函数乘上输入的信号，而得到的频率响应函数（当然是在频域中分析）。第二章传感器基本概念:1、传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。狭义定义指传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。2、热电效应：将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流。3、压电效应：有些电介质晶体材料在沿一定方向受到压力或拉力作用时发生极化，并导致介质两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外力成比例，若外力取消时，它们又会回到不带电状态，这种由外力作用而激起晶体表面荷电的现象称为压电效应。4、零漂：受力为零、温度均不变时，应变测量值依然产生变化。在没有输入信号或者输入信号为零的情况下，输出应该是零或者一个稳定地值，零点漂移的结果就是不能够输出零或者一个稳定地值，并且漂移的值随着温度等因素的影响不断发生变化5、标定(率定)：通过试验建立传感器输入量和输出量之间的关系，求出传感器输出特性曲线（标定曲线）。一、应力和应变测试时对传感器的刚度要求中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第3页共9页创建时间：2012-12-8/RRk二、振弦式传感器的基本原理和公式；钢弦式传感器基本原理：一个两端固定绷紧的均匀弦，钢弦内应力变化转化为钢弦固有振动频率的变化。技术原理：电子脉冲信号输入的电磁线路，激励钢弦产生谐振频率振动，钢弦的振动在电磁线路内产生交变电动势，输入频率仪放大器后，示波，得到频率。三、传感器选择的基本原则.1）输入输出线性好，灵敏度高2）滞后、偏移误差小3）动态特性好4）功耗小5）对测试对象影响小6）抗干扰能力强7）抗腐蚀性好，能长期使8）重复性好，有互换性9）易维修和校准第三章电阻应变测试技术本章要求：1、横向效应：由于横向应变使得应变片的总电阻变化量减小的现象，降低灵敏度，称横向效应。横向效应用横向效应系数H描述。2、零点漂移：不受力、温度均不变时，应变测量值依然产生变化。产生原因：应变片受潮后，绝缘电阻降低，或通电后产生的热电势造成的。3、疲劳寿命：应变片承受特定的交变荷载至破坏（脱片、断栅等）时的使用次数。4、频率响应：当向电子仪器系统输入一个振幅不变，频率变化的信号时，测量系统相对输出端的响应。5、应变片灵敏系数：单向受力状态下，敏感栅纵向中心线与应力方向平行时，应变片电阻值的相对变化与沿其纵向的应变之比值。应变片灵敏系数KK0电阻丝灵敏系数（电阻丝的灵敏度系数是指直的电阻丝的单位应变所引起的电阻相对变化。由于横向效应，应变片的灵敏系数恒小于同一材料金属丝的灵敏度系数）6、电阻应变效应：外力作用于金属或半导体材料,使其发生机械变形,此时金属或半导体材料的电阻值就会随之发生变化,这种现象称为“电阻应变效应”。中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第4页共9页创建时间：2012-12-8一、应变片温度误差产生的原因及常用补偿方法1）应变片的温度效应：因环境温度变化引起的虚假应变。①电阻丝的电阻温度变化。②应变片与试件膨胀系数的不同造成的误差。2）温度补偿温度自补偿应变片，常用于中、高温；桥路补偿法，用于常温下。包括：a）补偿块补偿法（把粘贴在构件被测点处的应变片称为工作片，接入电桥的AB桥臂；另外以相同规格的应变片粘贴在与被测构件相同材料但不参与变形的一块材料上，并与被测构件处于相同温度条件下，称为温度补偿片，将它接入电桥与工作片组成测量电桥的半桥，电桥的另外两桥臂为应变仪内部固定无感标准电阻，组成等臂电桥。由电桥特性可知，只要将补偿片正确的接在桥路中即可消除温度变化所产生的影响。）b）工作片补偿法（这种方法不需要补偿片和补偿块，而是在同一被测构件上粘贴几个工作应变片，根据电桥的基本特性及构件的受力情况，将工作片正确地接入电桥中，即可消除温度变化所引起的应变，得到所需测量的应变。）二、电阻应变片选择时需考虑的因素1、工作环境合适温度范围的应变片、地下工程中防潮特性好2、被测物的材料性质弹模高，基长小；粗晶粒岩石或混凝土选用基长长3、按被测试件受力状态和应变性质：应变花变化大选用基长小，变化小选用基长大4、按测量精度：基底材料，考虑动态和静态电阻值要求三、惠斯登电桥的电阻测量原理，桥臂的加、减特性及其作用；1）原理：（等臂电桥的输出电压与应变在一定范围内为线性关系。）见下图电桥平衡条件：2）桥臂的加、减特性ERRRRRRRRUBD))((432142313241RRRR中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第5页共9页创建时间：2012-12-83）电桥加减特性作用：1）提高电桥灵敏度；2）温度补偿；3）复杂受力试件上测试某外力因素引起的应变等。四、拉弯联合作用电阻应变测试技术:布片、组桥、公式例题：R1和R2为性能完全相同的两个应变片，R为与R1、R2阻值相同的无感电阻，一悬臂梁同时受拉力和弯矩作用，应变片按下图方式贴片。（1）测拉力但不受弯矩影响如何连桥？（2）测弯矩但不受拉力影响如何连桥？要求：画出布片图和相应的电路图，给出拉应变或弯应变与输出应变关系。解：据布片方法和受力条件，分析R1和R2阻值变化（1）测拉力不受弯矩影响a)半桥四片补偿块法b)全桥四片补偿块法TWPRRRR1TWPRRRR2中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第6页共9页创建时间：2012-12-8c)全桥四片工作片补偿法半桥工作片自补偿法第四章振动测试技术本章要求：1、振型：结构共振时形成的弹性曲线，用某一固有频率下由中性面或中性轴上的点偏离其平衡位置的最大位移值绘制图形描述。振型是结构自身固有的振动形式，与固有频率相对应。2、动力系数：动挠度与静挠度的比值。3、结构疲劳：结构物或构件在重复荷载作用下，达到破坏时的应力比其静力强度要低得多。这种现象称为疲劳。结构的疲劳包括材料疲劳和结构构件的疲劳4、振动变位图：结构在特定荷载作用下的变形曲线。一、结构动力特性参数的常用测定方法1）自由振动法（通过瞬态激振，结构产生的自由振动(阻尼振荡)，获得结构的基本频率和阻尼系数。）2）共振法（使用起振机变频激振，干扰力频率与结构固有频率相同时，结构产生共振，从而分析结构动力特性。）3）脉动法（通过测量建筑物由于外界环境脉动（地面脉动、气流脉动）而产生的微幅振动，来确定建筑物的动力特性。）移动荷载缓慢通过，所测定最大挠度作为静挠度；使移动荷载以各种速度通过，采集各次振中国矿业大学土木工程测试与结构实验复习资料第7页共9页创建时间：2012-12-8动位移曲线，得出最大动挠度。二、结构动力特性和结构动力反应的区别1、=振型与变位图区别：前者结构本身的动力特性，与外荷载无关。后者为结构在特定荷载作用下的变形曲线。2、结构动力特性：结构受动荷载后，自身产生的动力特性，主要由模态参数表征。3、结构动力反应：动荷载在结构中引起的附加动应力、振动位移；已经移动的动载荷对结构的动力效应，为结构设计提供动力参数。第五章无损测试技术本章要求：1、无损检测：在不扰动介质性状、不损害材料承载能力的条件下实现对被测物体性质和相关参数的测定。2、弹性波：当物体某部分突然受力时，该处将产生弹性变形，并以波的形式向周围传播，使整个物体产生弹性变形，这种波称为弹性波。3、纵波：质点振动方向与波传播方向一致4、横波：质振动方向与波传播方向垂直。5、表面波；沿介质表面和交界面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波（也称瑞利波，R波）。一、声波测试技术的原理；以人工方法在岩土介质和结构中激发一定频率的弹性波，弹性波以各种波形在材料和结构内部传播并由仪器接收，通过分析波动信号，确定岩土介质和结构的力学特性，了解内部缺陷。二、岩体中波速的影响因素；(1)弹性模量降低时，岩体声波速度也相应的下降，这与波速理论公式相符。(2)岩石越致密，岩体声速越高。波速公式中，波速与密度成反比，但密度增高，弹性模量将有大幅度的增高，因而波速也将越高。(3)结构面的存在，使得声速降低。并使声波在岩体中传播时存在各向异性。垂直结构面方向声速低，平行于结构面方向声速高。(4)岩体风化程度大，破碎，裂隙发育，则声速低。(5)应力的关系：压应力方向上声波速度高。(6)孔隙率n大，则波速低；密度高、单轴抗压强度大的岩体波速高。三、回弹法、超声－回弹综合法混凝土强度检测的基本原理和优缺点。a）回弹法检测混凝土强度：以回弹仪弹击混凝土表面，测得回弹值，根据回弹值与抗压强度校准的相关关系，用回弹值推算混凝土强度。(采用回弹法检测不会对结构和构件的力学性质和承载能力产生不利影响，因而被广泛应用于工程验收的质量检测。)优点：1.仪器构造简单，易于携带使用。2.操作简单，容易掌握。3.检测灵活快捷，几乎不受构件尺寸.形状的影响。4.对结构不会造成损害。缺点：1.受环境湿度的影响较大。2.受碳化