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應力與應變如何 “拿捏” 結構健康監測

來源:技術文章    更新時間:2025-04-16    瀏覽:48次

多大的應變量才算超標

過高的應力和應變會(hui) 對基礎設施結構造成不可逆的損害。本文將為(wei) 您解析如何通過監測這兩(liang) 項關(guan) 鍵參數,為(wei) 重要結構提供安全保障。

應力與(yu) 應變如何 “拿捏


目前全球各地,道路、橋梁、建築等基礎設施正麵臨(lin) 日益嚴(yan) 重的老化問題。日積月累的損耗會(hui) 導致結構性能退化,直接影響安全與(yu) 功能性。結構健康監測(SHM)作為(wei) 基礎設施運維的核心手段,通過持續追蹤應力和應變數據,能夠發現傳(chuan) 統人工檢查難以捕捉的隱患,從(cong) 而在問題升級前采取幹預措施。


應力與應變如何 “拿捏


「 應力的定義(yi) 」


工程領域中的應力

是指材料單位麵積承受的內(nei) 力

由外部載荷、壓力或溫度變化引發

常用單位為(wei) 帕斯卡(Pa)

或磅每平方英寸(psi)

根據作用方式可分為(wei) 五類




拉伸應力


材料受拉長作用



壓縮應力


材料受擠壓作用



剪切應力


導致材料層間滑移或撕裂



扭轉應力


材料受扭轉變形



彎曲應力


多向力作用下材料發生彎曲

示意圖如下:

應力與(yu) 應變如何 “拿捏

右鍵點擊圖片查看大圖~



應力計算公式

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「 應變的定義(yi) 」


應變表征材料受力後的形變程度

為(wei) 無量綱量

計算公式為(wei) 形變量與(yu) 原始長度的比值

根據材料恢複能力

分為(wei) 彈性應變(可逆)

與(yu) 塑性應變(不可逆)



應變計算公式

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「 監測應力和應變的意義(yi) 」


通過實時監測應力和應變

工程師可精準評估

橋梁、大壩、高層建築等結構的健康狀況

例如,分析結構在

交通荷載、強風或地震中的響應數據

提前識別

裂紋擴展、構件偏移或材料疲勞等問題


應變數據尤其能反映結構內(nei) 部變化

結合材料的應力-應變曲線

(如鋼材與(yu) 混凝土的典型曲線)

可判斷材料是否處於(yu) 彈性區間

或已發生塑性變形

例如,某區域應變持續累積後驟降

通常表明裂紋已形成並釋放局部應力

(見下圖)

應力與(yu) 應變如何 “拿捏

右鍵點擊圖片查看大圖~




「 常用應變測量技術 」

結構健康監測中

主流傳(chuan) 感器類型包括:


01

箔式應變片

將導電金屬箔貼合於(yu) 結構表麵,通過電阻變化反映局部形變,適用於(yu) 精準測量小範圍應變。

02

振弦式應變計

通過檢測張緊金屬絲(si) 頻率變化計算應變,耐候性強,常用於(yu) 大壩、隧道等惡劣環境下的長期監測。

03

光纖應變傳(chuan) 感器

利用光纖布拉格光柵(FBG)技術,通過光信號變化捕捉應變,抗電磁幹擾且適用於(yu) 分布式測量。



數據分析要點


傳(chuan) 感器采集的原始數據

需結合工程經驗進行解讀

重點關(guan) 注:



彈性與(yu) 塑性形變界限

判斷結構損傷(shang) 是否可修複


裂紋擴展趨勢

局部應變突增區域

可能預示結構失效風險


超負荷預警

應力值突破設計閾值時

需啟動應急預案



通過SCADA係統或betway冠军

可實現自動化監測與(yu) 實時預警

大幅提升響應效率








應力和應變監測是結構健康管理的基石

借助應變片、光纖傳(chuan) 感器等技術手段,結合智能化分析平台,可顯著延長基礎設施壽命,確保其在複雜環境下的安全運行


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