Technology and Practical Use of Strain Gages

With Particular Consideration of Stress Analysis Using Strain Gages
1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-433-03138-4
Verlag: Ernst, Wilhelm & Sohn

Buch, Englisch, 512 Seiten, Format (B × H): 170 mm x 240 mm, Gewicht: 1042 g

Das vorliegende Buch ist ein umfassendes grundlegendes Kompendium über Dehnungsmessstreifen (DMS) und ihre Anwendung in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sowie in allen Bereichen des Ingenieurwesens. Es deckt sowohl die theoretischen als auch die praktischen Aspekte der Spannungsanalyse mithilfe von Dehnungsmessstreifen ab. Ein historischer Rückblick auf die Erfindung und Entwicklung von DMS fasst das "Wer, Wann und Wie" zusammen. Die umfassende Bibliographie führt zu zusätzlichen Hintergrundinformationen.
Besonderes Augenmerk gilt der Spannungsanalyse zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften, der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit von Bauteilen sowie zur Planung von Monitoring und Inspektionen. Die richtige Planung und Auswertung von Messungen und die Algorithmen zur Ermittlung von Spannungen werden aufgezeigt und die Interpretation von Ergebnissen erläutert. Dabei schöpft der Autor für die praxisorientierten Beschreibungen der Messprinzipien, der Messanordnungen und der Versuchsreihen aus seinem reichen Erfahrungsschatz.
Das Buch enthält eine Anzahl realer Anwendungsbeispiele mit detaillierten Anleitungen, die als Vorbilder für die Lösung ähnlicher Aufgaben betrachtet werden können. Kommentare helfen, typische Fehler und Fehlversuche zu vermeiden.
Das Buch ist ein unverzichtbares Nachschlagewerk für Fachleute, die Bauteile analysieren und Messungen planen müssen, die zu zuverlässigen Ergebnissen führen.
Das Buch ist lehrreich für Praktiker, die zuverlässige Messkreise installieren und die Ergebnisse beurteilen müssen.
Das Buch empfiehlt sich auch für Anfänger, um sich mit den Problemen vertraut zu machen und die Möglichkeiten und Grenzen der Dehnungsmesstechnik kennen zu lernen.

Autoren/Hrsg.

Keil, Stefan

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Bauingenieurwesen Konstruktiver Ingenieurbau, Baustatik
• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Sensorik
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Technische Mechanik | Werkstoffkunde Werkstoffprüfung
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Produktionstechnik Industrielle Qualitätskontrolle

Inhaltsverzeichnis

Historische Rückschau
Grundlagen der DMS-Technologie
DMS-Installation
Wheatstonesche Brückenschaltung
Kompensations- und Abgleichschaltungen
Kabel zwischen DMS-Brückenschaltung und Messgerät
Gerätetechnik
Kalibrieren von Messeinrichtungen zum Messen mit DMS
Ermittlung mechanischer Lastspannungen aus Messungen mit DMS bei elastischen Beanspruchungen
Anwendungsbeispiele für elastische Beanspruchungen
Ermittlung von Wärmespannungen
DMS als Hilfsmittel zur experimentellen Ermittlung von Eigenspannungen
Beanspruchungsanalyse bei elastoplastischer Werkstoffverformung
Literaturverzeichnis
Sachverzeichnis

1 Historical Review
2 Fundamentals of strain gage technology
2.1 Measurement principle and structure
2.2 Sensitivity
2.3 Transverse sensitivity
2.4 Temperature effect
2.5 Mechanics of the strain gage
2.6 Influence of pressure
2.7 Dynamic behavior
2.8 Heat dissipation
2.9 Measuring at elevated temperatures
2.10 Stress gages
3 Installation of strain gages
3.1 Preparatory work
3.2 Methods of fastening
3.3 Remarks on some measurement object materials (Glas, enamel, glaced porcelain, Concrete, Wood, Plastics)
3.4 Measurement point protection
3.5 Quality tests of the strain gage installation
4 The Wheatstone bridge circuit
4.1 Circuit principle
4.2 Basic equation of the bridge circuit
4.3 Temperature compensation
4.4 Limit of the bridge signal resolution
4.5 Examples of some elementary bridge circuits
5 Adjustment and compensation circuits
5.1 General
5.2 Compensation of zero shift with temperature change and zero adjustment
5.3 Compensation of temperature effects on the sensitivity and linearization measures
5.4 Adjustment of the characteristic value
5.5 Creep compensation
5.6 Full bridge circuits connected in parallel
6 Cable between strain gage bridge circuit and measuring instrument
6.1 Basics
6.2 Ohmic resistance of the cable
6.3 Influence of cable capacitance
6.4 Full-bridge connection in four-wire technology
6.5 Six-wire circuit
6.6 Dual channel principle
6.7 Connection of half and quarter bridges
6.8 Protection against disturbing influences
7 Signal processing
7.1 Introductory viewing
7.2 Analog instrumentation amplifier
7.3 Digital amplifier concepts
7.4 Compensation method
7.5 Multi-point Measurement
8 Calibration devices for measurements with strain gages
8.1 Introduction
8.2 Measurement chain
8.3 Characteristic and sensitivity
8.4 Calibration of the entire measuring chain as a measuring device
8.5 Compensators
8.6 Transducers
8.7 Calibration measures
8.8 Calibration of measuring arrangements with self-installed strain gages
9 Determination of mechanical stresses from strains measured with strain gages
9.1 Introduction
9.2 Terms of stress and strain
9.3 Elastic deformation and stress of a tensile rod under uniaxial tensile loading
9.4 The biaxial stress state
9.5 Mohr?s Circle
9.6 Deformation circle
9.7 Types of rosettes and grid notation
9.8 Evaluation formulas for 0°/45°/90° strain-gage rosettes
9.9 Evaluation formulas for 0°/60°/120° strain-gage rosettes
10 Application examples of elastic deformation
10.1 Initial considerations
10.2 Principal directions are known
10.3 Stress analysis for unknown principal directions
10.4 Simultaneous measurement of multiple load components
10.5 Diaphragm rosettes
11 Determination of thermal stresses
11.1 Emergence of thermal stresses
11.2 Sensing the prevented thermal expansion at identical temperatures at the compensation gage and the active strain gage
11.3 Determination of the restricted thermal expansion by computational correction of the measured values with previously measured thermal outputs on dummies
11.4 Determination of the restricted thermal expansion by mathematical correction with the thermal outputs determined at the original measurement object
11.5 The ?reversible? strain gage
11.6 Separation of the mechanical strain from the thermal strain
11.7 Compensated half-bridge strain gage with compensating resistor
12 Strain gages as a means for experimental determination of residual stresses
12.1 Preliminary observation
12.2 Cutting down method
12.3 Layer removal method
12.4 Ring-core method
12.5 Hole-drilling method
13 Stress analysis using strain gages in the elasto-plastic deformation range
13.1 Introduction
13.2 Equivalent state with elastic deformation
13.3 Elasto-plastic deformation
13.4 Stress analysis
13.5 Practical Example of application
13.6 Tensorial representation of the elasto-plastic deformation
14 Strength theories
14.1 Preview
14.2 Concept of effective stress
14.3 Experimental results
14.4 Maximum stress theory
14.5 Maximum shear theory
14.6 Extended shear theory
14.7 Plastic potential theory
14.8 Distortion energy theory (shape changing theory)
14.9 Octahedral plane shear stress theory
References
Subject Index

Über Autor(innen)

Prof. Dr.-Ing. Stefan Keil (Jg. 1937) studierte Maschinenbau an der RWTH Aachen, Abschluss 1963 als Dipl.-Ing. Seine ersten beruflichen Aufgaben fand er bei der damaligen Hamburger Flugzeugbau GmbH, wo er Festigkeitsuntersuchungen an Flugzeugteilen durchführte. 1970 promovierte er an der RWTH Aachen mit einer Arbeit über Festigkeitsbetrachtungen bei dynamischer Belastung und wurde mit der Borchers-Plakette ausgezeichnet. Von 1971 bis 1996 war Stefan Keil leitender Angestellter mit Handlungsvollmacht bei der Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, wo er sich speziell mit der Anwendung der Messtechnik in der experimentellen Mechanik befasste. Dort betreute er über 20 Jahre lang die Fachzeitschrift "Messtechnische Briefe" und gründete die englischsprachige Zeitschrift "Reports in Applied Measurement". Von 1996 bis 1999 war er Projektkoordinator des kooperativen Forschungsprojekts EXTRA II auf dem Gebiet des Bauingenieurwesens. 1995 veröffentlichte er das Buch "Beanspruchungsermittlung mit Dehnungsmessstreifen", in dem er seine in 30jähriger praktischer Tätigkeit auf diesem Gebiet gesammelten Erfahrungen zusammenfasste. Ein Lehrauftrag an der TU Clausthal gibt ihm bis heute Gelegenheit, seine Erfahrungen an die nächste Generation weiterzugeben. Dort wurde er 2003 zum Honorarprofessor bestellt. 2010 verlieh ihm der VDl die Ehrenplakette. Über 60 Fachveröffentlichungen, eine Vielzahl von Fachvortragen auf nationalen und internationalen Konferenzen und Symposien sowie eine langjährige beratende Tätigkeit auf den Gebieten der experimentellen Spannungsermittlung und Beanspruchungsanalyse sprechen für die hervorragende fachliche Kompetenz des Autors.

Prof. Dr.-Ing. Stefan Keil played an authoritative part in the development of modern experimental strain analysis. Stefan Keil was born in 1937. He studied mechanical engineering at RWTH Aachen, Germany. After graduation he researched on strength of materials and leaded fatigue tests on structural components of aircrafts with Hamburger Flugzeugbau GmbH. He then returned to the RWTH Aachen Institute of Material Science as assistant professor where he was active in research on material behavior under service loads. He dealt with strength calculations and methods of stress analysis using strain gages, i.e. in the elastoplastic deformation range. He received his doctorate in 1970 and was honored with the Borchers Award. From 1971 to 1996 he was employed with Hottinger Baldwin Messtechnik where he spezialized in the technique and application of strain gages. Here he was responsible for research projects dealing with the experimental assessment of load-bearing capacity and safety of structures. From 1996 to 1999 Stefan Keil has worked with the Institute of Experimental Statics in Bremen. In 1997 he was appointed associate lecturer and honorary professor in 2003 at the Technical University of Clausthal. For more than 20 years he was the editor of the journal ?Messtechnische Briefe? and in 1985 he founded the journal ?Reports in Applied Measurement? RAM. He is member of the GESA executive board and in 2010 he was awarded the VDI honorary plaque. He has authored and co-authored more than 60 journal papers, a large number of conference papers, and has been a working member of several technical committees and working groups. Stefan Keil is a sought-after expert advisor in the field of experimental mechanics.