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如何大限度地提高應(yīng)變片的疲勞壽命
電阻應(yīng)變片的疲勞壽命是一個(gè)經(jīng)常被誤解的話題。一些客戶經(jīng)常會(huì)問“應(yīng)變片的大疲勞壽命是多少？”、”大振幅下，應(yīng)變片能承受多少次加載周期？“以及材料越來(lái)越堅(jiān)固（復(fù)合材料），我們需要耐久性更高的應(yīng)變片等。
電阻應(yīng)變片是一種久經(jīng)驗(yàn)證的傳感器技術(shù)，可用于多種應(yīng)用測(cè)試，如靜載荷、構(gòu)件和全尺寸疲勞測(cè)試等。通過測(cè)試來(lái)改進(jìn)材料或設(shè)計(jì)，提高重量強(qiáng)度比，滿足未來(lái)的需求。
在這些試驗(yàn)中，材料需要作為部件或完整產(chǎn)品在試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行試驗(yàn)，或在移動(dòng)試驗(yàn)中模擬應(yīng)力情況，以確保不會(huì)發(fā)生故障。
耐久性試驗(yàn)過程中應(yīng)變片的意外失效會(huì)導(dǎo)致大量的額外工作和成本。因此在此類測(cè)試中，知道應(yīng)變片能承受多少次循環(huán)加載，以及能達(dá)到什么精度是非常重要的。
其中一個(gè)制約因素是電阻箔式應(yīng)變片使用的材料。箔式應(yīng)變片主要測(cè)試部件是金屬柵絲。金屬柵絲在加載過程中會(huì)產(chǎn)生變形，并導(dǎo)致電阻產(chǎn)生變化。應(yīng)變片電阻的變化可通過惠斯通電橋轉(zhuǎn)換為電壓變化。
常用的電阻應(yīng)變片測(cè)量柵絲是康銅或鉻鎳合金（modco）。康銅和鉻鎳合金與其他鋼鋁等金屬材料有著相似之處，具有彈性和塑性變形區(qū)。下圖顯示了鋼在應(yīng)力和應(yīng)變下的變形情況。
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如果材料只在線性彈性區(qū)受力，則材料的變形是可逆的。對(duì)材料施加過屈服限的應(yīng)力會(huì)使材料發(fā)生塑性變形。當(dāng)達(dá)到該區(qū)域的特定應(yīng)力值時(shí)，在外部載荷后，材料不會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)——材料發(fā)生不可逆變形。這種典型的材料變形狀況同樣也存在于應(yīng)變片金屬材料上！
不幸的是，屈服點(diǎn)/彈性限不能擴(kuò)展，這也是電阻應(yīng)變片疲勞壽命受到限制的原因之一。
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箔式應(yīng)變片的疲勞壽命取決于其受到的應(yīng)力。應(yīng)變片在線性彈性區(qū)受力，材料的變形是可逆的，較低的振幅必然會(huì)增加疲勞壽命。更高的振幅，過特定的限會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變片失效。?
靜載荷試驗(yàn)（2）中，應(yīng)變片在單個(gè)方向上使用 (拉或壓)，如果過限定值，在塑性變形區(qū)其依然會(huì)提供了一個(gè)的測(cè)量值。電阻應(yīng)變片的大值在PDF參數(shù)表中被規(guī)定為應(yīng)變。拉向和壓向值分別規(guī)定。對(duì)于這些試驗(yàn)，HBM的箔式應(yīng)變片可測(cè)量1%到10%的高應(yīng)變。?
大允許值也在應(yīng)變片參數(shù)表中為疲勞壽命。疲勞壽命意味著大允許振幅取決于負(fù)載循環(huán)和信號(hào)零點(diǎn)漂移公差。
一個(gè)加載循環(huán)對(duì)應(yīng)規(guī)定振幅下的1x拉伸和1x壓縮。
應(yīng)變
靜應(yīng)變是指應(yīng)變片在使用壽命內(nèi)只能在單個(gè)方向進(jìn)行一次加載規(guī)定的應(yīng)變。當(dāng)過規(guī)定限值時(shí)，應(yīng)變片可能產(chǎn)生損壞。
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在較高振幅（>4000μm/m）下使用電阻應(yīng)變片進(jìn)行的測(cè)量顯示，在信號(hào)出現(xiàn)明顯的零點(diǎn)漂移之前，負(fù)載循環(huán)周期會(huì)出現(xiàn)大幅下降。例如，使用M系列應(yīng)變片進(jìn)行+5200μm/m膨脹負(fù)荷試驗(yàn)，循環(huán)加載周期將減少到1000次。在+7000μm/m下加載周期將縮短至100。
對(duì)于測(cè)試要求較高的負(fù)載振幅，我們建議使用光纖應(yīng)變片。
如何大化應(yīng)變片的疲勞壽命?
1. 減少焊錫點(diǎn)面積和焊料使用量
當(dāng)向材料施加靜載荷或動(dòng)載荷時(shí)，材料的剛性區(qū)域是破壞的關(guān)鍵點(diǎn)。專業(yè)焊接，盡可能減少焊接點(diǎn)上的焊料，降低剛度，增加疲勞壽命。
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2. 與應(yīng)變方向成90°角焊接電纜
將焊點(diǎn)的接觸面減至小，可提高其疲勞壽命。
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3. 使用柔軟的導(dǎo)線材料/導(dǎo)線。
連接電纜是機(jī)械系統(tǒng)的一部分。使用大直徑的剛性電纜會(huì)增加局部剛度。使用細(xì)直徑的柔軟電纜可以降低剛度。
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?4. 使用帶外部焊接端的應(yīng)變計(jì)
帶引線的應(yīng)變片具有高的靈活性。
5. 避免使用保護(hù)層
如果要達(dá)到大疲勞壽命，也應(yīng)避免使用保護(hù)層。由于它們與應(yīng)變片相互作用，在特定點(diǎn)增加應(yīng)力。
6. 使用較大的測(cè)量柵絲
較大的測(cè)量柵絲可提高疲勞壽命（例如，使用6毫米柵絲而不是3毫米柵絲）。
7. 確保高質(zhì)量的粘合
使用薄粘合劑
???8. 使用封裝應(yīng)變片?
?9. 疲勞壽命應(yīng)變片?
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