文档介绍：第二章摸型试验原理
第一节概述
一、模型试验的意义
1. 模型:模型是仿照原型(真实结构)并按照一定的比例关系复制而成的代表物,它具有原型部分或全部的特征。
2. 意义:在自然科学研究领域,模型试验占有十分重要的地位。因为人们对事物的认识规律是实践-认识-再实践-再认识-往复以至无穷。模型试验具有尺寸小,构造简单,加工方便,耗费小,试验时加载及观测都比较方便、可靠、容易改变某些条件、反复进行试验等一系列优点。
二、模型试验的分类
桥梁结构除了原型(实物)试验外,还常常需要进行结构的模型试验。例如,对于某些受力复杂的大型桥梁,难以通过原型结构试验来鉴定其工作状态和结构性能,即或试验工作得以进行,也常因现场环境条件复杂,影响因素较多等原因,不易获得有效的试验结果,此时,则需通过模型试验来达到检验结构的目的。
模型试验也常与电子计算机的计算结果相互校核验证。
在桥梁设计阶段,当论证某些重要的复杂结构的设计方案时,通过模型试验获得必要的数据,以便验证设计计算方法,比较各设计方案的优劣,选择经济合理的结构型式和设计方案。
桥梁模型是按照同实际结构保持一定的相似关系而复制的代表物,它具有原型的全部特征或部分特征。通过模型试验,可以得到和原型相似的工作情况,根据相似理论使在模型上的试验结果能推广到与之相似的原型结构上去。
3. 研究性试验
在结构的研究性试验中,常常采用模型试验,因为在模型上易于改变某些设计因素,并研究它们的变化对结构的影响,这对于验证计算理论和推进新理论的建立是极为有利的。有时,模型试验可用于受力复杂的节点或局部应力分析。
模型试验也可作为某些重要的大型实物试验的辅助性试验,在实物试验之前,通过模型试验获得必要的参考数据,以便使整个试验工作更顺利地进行。
对于桥梁结构模型试验,其几何尺寸均较实物小很多,因此,模型试验可以在试验条件较好的室内进行,从而保证了试验结果的准确性。当模型材料采用有机玻璃或塑料时,模型具有透明性好、变形大(弹性模量小)等特点,这样就便于观察和量测结构的变形或破坏情况。
三、模型试验的内容
主要解决两个问题:一是合理选择材料、尺寸、荷载及试验方法;二是将模型试验结果正确进行初理,以解决实际问题。
1. 模型设计
2. 模型制作
3. 模型试验
4. 结果分析
四、模型试验中常用的方法
1. 电阻应变法----应变
2. 光弹性法----应力
3. 云纹法----应变场与位移场
4. 脆性涂层法-----应变场
5. 全息干涉法-----位移和振型
五、模型试验的优点和缺点
1. 优点:尺寸小,构造简单,加工方便,耗费小,试验时加载及观测都比较方便、可靠等优点。
试验用模型虽可在许多基本假设与主要因素方面模拟实物,但在一些局部的细节方面却很难实现,例如结构的连接接头,焊缝的特性,某些应力集中因素等,很难在模型试验中得到反映。
模型本身的刚度和质量都比较小,因此,对外界附加的影响比较敏感,这就要求测试仪器和设备更为轻巧,有时也会给试验工作的进行带来一定的困难。
对于有机玻璃,塑料等模型材料,易受外界温度和湿度的影响。
对于在结构的局部细节起关键作用的现象,如在结构的疲劳试验或断裂试验中,纹源和裂纹尖端小区域内的情况起决定作用,这些情况无法在模型上实现同原型的相似模型。,但它们与模型试验的概念是不同的。
六、必备知识
进行模型试验,除应掌握相似理论外,还应具有关于模型材料,模型制作工艺和加载测试等方面的技术知识。
第二节量纲分析的基本概念
量纲
表示一个物理量时,除了标明其数值外,还必须使用一定的单位。例如6m,600cm,6000mm等。
:度量单位有两种含义:一是表示被度量的物理量的类型,另一是表示度量单位的大小。称被度量的物理量的类型为该物理量的量纲。
:[L]、[T]、[F]、[M]
:力量系统[F][L][T]
质量系统[M][L][T]
长度[L]
时间[T]
力[F]
应力[F]/[L2]=[FL-2]
应变[1]
弹模[FL-2]
泊桑比[1]
速度[LT-1]
:
①独立性各基本量纲之间应是互相独立的,即其中任何一个不能由其它量纲组成,亦即,任何一个基本量纲不是其余基本量纲的导出量纲。例如长度、时间、速度三个量的量纲就不能同时都作为基本量纲,因为速度的量纲可由长度和时间的量纲所组成。
②完整性在所研究的问题中,若全部有关物理量的量纲都可由所选取的基本量纲组成,则称这些基本量纲