应力测量方法简介
关于应力
物体由于外因(受力、湿度、温度场变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力（Stress）。同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。
在工程设计中，应力是一个非常重要的物理量，也是很多设计规范用来评价结构强度、优化结构设计的重要指标。但是，应力是一个看不见摸不着的东西，如果通过试验，我们怎么进行测量呢。以下简单介绍应力测量的一些方法。
一、接触式应力测量方法
1. 应变片（电测法）
原理：基于金属电阻应变效应，将应变片贴于被测件，变形时应变片电阻变化，转化为电信号测量。
电测法应变测试
应变片结构示意图
优点：精度高、响应快、成本低。
缺点：需接触粘贴，易受环境（温度、湿度）影响，单点测量效率低。
适用场景：机械零件、建筑结构等小范围、高精度应力检测。
2. 引伸计（机械法）
原理：通过机械机构（如杠杆、指针）直接测量构件两点间位移，换算成应变和应力。
引伸计测量应力示意图
优点：结构简单、操作便捷、无需复杂电路。
缺点：精度较低、量程有限，仅适用于大变形测量，易受振动干扰。
适用场景：材料拉伸试验、大型构件粗略变形监测。
二、非接触式应力测量方法
1. 光学方法
（1）光弹法
原理：透明材料受力产生双折射，通过偏振光干涉条纹分析应力分布。
光弹法测量应力分布
优点：可测全场应力，直观显示应力集中。
缺点：需透明试件或贴片，环境光影响大。
适用场景：透明材料（如玻璃、树脂）或贴光弹贴片的构件（如齿轮、管道）。
（2）DIC（数字图像方法）
原理：拍摄试件变形前后图像，通过像素匹配计算位移和应变。
DIC法测量应力
优点：全场测量、非接触、精度较高。
缺点：对拍摄环境要求高，计算量大。
适用场景：金属构件、复合材料变形及应力分析。
2. 声波 / 电磁波法
（1）超声法
原理：超声波在受力材料中传播速度随应力变化，通过测声速推算应力。
超声法测量应力原理示意
优点：可测内部应力，穿透性强。
缺点：受材料晶粒、温度影响大，精度有限。
适用场景：金属锻件、焊缝内部应力检测。
（2）X 射线衍射法
原理：X 射线照射晶体材料，应力导致衍射峰偏移，通过偏移量计算应力。
X 射线衍射法测量应力
优点：非接触、可测表面微观应力。
缺点：设备昂贵，仅适用于晶体材料，穿透深度浅。
适用场景：金属表面热处理应力、薄膜应力测量。
三、新兴 / 特殊应力测量方法
1. 中子衍射法
原理：中子穿透材料时与晶体作用，应力引起衍射峰位移，通过分析计算应力。
中子衍射法测量装置
优点：可测材料内部深层应力，不受材料导电、磁性影响。
缺点：设备昂贵且稀缺，测量时间长，对试件尺寸有要求。
适用场景：大型金属构件、核反应堆材料内部应力检测。
2. 光纤光栅 FBG
原理：光纤光栅反射光波长随应变（应力）变化，通过监测波长偏移量获取应力。
光纤光栅FBG测量应力示意
优点：体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀，可分布式测量。
缺点：粘贴工艺影响精度，量程相对较小。
适用场景：航空航天构件、桥梁、油气管道等长期应力监测。
3. 磁测法（巴克豪森噪声）
原理：铁磁材料受力时，磁畴运动产生巴克豪森噪声，噪声特征随应力变化。
磁测法测量应力
优点：非接触、操作简便，可测表面及近表面应力。
缺点：仅适用于铁磁材料，受材料成分、热处理状态影响大。
适用场景：钢铁构件（如轴承、轴类零件）表面应力检测。
