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Déterminer le poids qu'un pont peut supporter dépend de la façon dont il répond au stress et à la tension des voitures et des autres véhicules qui le traversent. Mais, pour les changements les plus minimes dans le stress, vous avez besoin d’une jauge de contrainte qui puisse vous donner des valeurs de stress beaucoup plus petites. La valeur microstrain vous aide avec cela.
Microstrain
Stress est mesurée en utilisant "sigma" σ = F / A pour la force F sur un objet et la région UNE sur lequel la force est appliquée. Vous pouvez mesurer le stress de cette manière simple si vous connaissez la force et la surface. Cela donne aux mêmes unités de tension que la pression. Cela signifie que vous pouvez ajouter de la pression sur un objet comme moyen de mesurer la contrainte exercée sur celui-ci.
Vous pouvez également déterminer la charge exercée sur un matériau à l'aide du valeur de la souche, mesurée par "epsilon" ε = ΔL / L pour le changement de longueur ΔL d'un matériau sous contrainte divisé par la longueur réelle L du matériau. Lorsqu'un matériau est comprimé dans une certaine direction, telle que le poids des voitures sur un pont, le matériau lui-même peut se dilater dans les directions perpendiculaires au poids. Cette réponse d’étirement ou de compression, connue sous le nom de Effet de Poisson, vous permet de calculer la contrainte.
Cette "déformation" du matériau se produit à un niveau micro pour des effets de microstrain. Alors que les jauges de contrainte de taille normale mesurent les changements de longueur de matériau de l’ordre du millimètre ou du pouce, les jauges microstrain sont utilisées pour des longueurs de micromètres (en utilisant la lettre grecque "mu") μm pour le changement de longueur. Cela voudrait dire que vous utiliseriez des valeurs de ε de l'ordre de 10-6 en magnitude pour obtenir des microtrains μ__ε. Convertir microdéformation en déformation signifie multiplier par 10 la valeur de microtrain-6.
Jauges Microstrain
Depuis que le chimiste écossais Lord Kelvin a découvert que les matériaux conducteurs métalliques soumis à des contraintes mécaniques présentaient une modification de la résistance électrique, des scientifiques et des ingénieurs ont exploré cette relation entre contrainte et électricité afin de tirer parti de ces effets. La résistance électrique mesure la résistance d'un fil au flux de charge électrique.
Les jauges de contrainte utilisent une forme de fil en zigzig de telle sorte que, lorsque vous mesurez la résistance électrique dans le fil lorsque le courant le traverse, vous pouvez mesurer la contrainte exercée sur le fil. La forme de grille en zigzag augmente la surface du fil parallèlement à la direction de la déformation.
Les jauges à micro-contraintes font la même chose, mais mesurent des modifications encore plus minimes de la résistance électrique à l'objet, telles que les modifications au microscope de la longueur d'un objet. Les jauges de contrainte profitent de la relation telle que, lorsque la contrainte sur un objet est transférée à la jauge de contrainte, la jauge change de résistance électrique proportionnellement à la contrainte. Les jauges de contrainte trouvent des utilisations dans les balances qui donnent des mesures précises du poids d'un objet.
Exemple de problèmes de jauge de contrainte
Des exemples de problèmes de jauge de contrainte peuvent illustrer ces effets. Si une jauge de contrainte mesure une micro-contrainte de 5_μ__ε_ pour un matériau de 1 mm de long, de combien de micromètres la longueur du matériau change-t-elle?
Convertissez la micro-contrainte en effort en la multipliant par 10-6 pour obtenir une valeur de contrainte de 5 x 10-6et convertissez 1 mm en mètres en le multipliant par 10-3 pour obtenir 10-3 m. Utilisez l'équation de contrainte à résoudre pour ΔL avec 5 x 10-6 = ΔL / 10-3 m_. Résoudre pour _ΔL comme (5 x 10-6) x (10-3) pour obtenir 5 x 10-9 m ou 5 x 10-3 μm _._