应力应变监测，一文梳理ISO、ASTM、GB/T核心规范
在工程材料测试及疲劳寿命评估等研究与工程实践中，应力应变监测作为表征材料/结构力学响应的基础手段，始终占据核心地位。尤其在大型复杂结构（如桥梁、风电叶片、航空构件）中，应力应变数据的准确性与可溯源性，直接关系到失效判据的判定精度、模拟边界条件的合理性及预测模型的可靠性。然而，监测数据是否具备工程参考价值，关键并不仅在于传感器性能或系统灵敏度，更在于其是否遵循了系统性的标准规范。
目前，国际范围内围绕应力应变测量、引伸计校准及应变片性能验证，已建立起较为完整的标准体系，主要包括：
• ISO（International Organization for Standardization）国际标准体系（如 ISO 9513、ISO 6892）
• ASTM（American Society for Testing and Materials）美国材料与试验协会标准（如 ASTM E83、E251、E111）
• GB/T（Guóbiāo/Tuījiàn）中国国家标准体系（如 GB/T 12160、GB/T 14574）
一、传感器与测量系统校准类标准
传感器本体（如应变片、引伸计）和测量系统的性能验证、分级与校准。
• ISO 9513（Metallic materials-Calibration of extensometer systems used in uniaxialtesting）
• ASTM E83（Standard Practice for Verification and Classification of Extensometer Systems）
• ASTM E251（Standard Test Methods for Performance Characteristics of Metallic Bonded ResistanceStrain Gauges）
• GB/T 12160-2019（引伸计系统（接触式/非接触式）的静态标定方法）
• GB/T 13992-2010（金属粘贴式电阻应变计的技术要求与测试方法）
传感器本体（如应变片、引伸计）和测量系统的性能验证、分级与校准。
在这里，我们特别提及了粘贴式电阻应变计的试验要求（ASTM E251 / GB/T 13992）：
（1）应变计安装（试验中需详细记录各项信息）
① 表面处理：打磨 → 去除氧化层 → 脱脂清洗（丙酮/酒精） → 干燥；粗糙表面建议用砂纸#400-600打磨；
② 定位标记：根据测量方向、测点要求精确定位，应变计轴线需严格平行于主应力方向；
③ 胶粘剂准备：按产品说明混合或激活胶粘剂，使用寿命一般为几分钟到数小时不等；
④ 粘贴应变计：使用镊子将应变计贴于预定位置，滚压排气（推荐使用橡胶滚轮），保持压力 2~5 分钟；
⑤ 固化处理：确保应变计全程静置；
⑥ 外观检查：观察应变计是否平整、无翘边、无气泡，并用万用表测量阻值，确保在标称值±1% 内。
（2）导线连接
① 导线选择：使用柔软导线，要求电阻率和电阻温度都较小，绝缘良好（如镀银铜线）；
② 引出方式：推荐使用三线制（中和温漂与导线电阻），高精度场合可用四线制（电阻测量方法）；
③ 焊接引线：使用恒温电烙铁（300–350°C）将引线焊接至应变计焊点，避免过热损伤应变计；
④ 固定引线：用胶带或专用粘结剂将导线贴附于试样表面，留出缓冲弯，防止拉断应变计焊点；
⑤ 屏蔽保护：必要时使用金属屏蔽网接地，防止电磁干扰，特别是在高噪声环境中。
图1. 应变片安装流程图
（3）计算原则
电阻应变计通过电阻变化量（ΔR）反推出应变（ε），计算关系为：
其中，ε：应变（单位：με），ΔR：电阻变化值，R：初始电阻值，K：应变计灵敏系数。
二、材料力学测试与应力应变获取类标准
用于测定材料关键力学性能，包括应力-应变曲线、杨氏模量及屈服强度等。
• ISO 6892-1/2/3/4（室温/高温/低温/液氦下温度 拉伸试验方法）
• ASTM E8/E8M（Standard Test Methods forTension Testing of Metallic Materials）
• GB/T 228.1/2/3/4-2019（同ISO 6892）
• ASTM E111（Standard Test Method forYoung's Modulus, Tangent Modulus, and Chord Modulus）
讨论：
目前工程中常用的应变测量方法主要包括金属粘贴式电阻应变计测量与拉伸试验机（配合引伸计）测量，但二者在测量原理、应变定义、空间分辨率与适用场景方面存在显著差异，需加以区分。
首先，从测量原理上看，电阻应变计通过检测应变片电阻随变形引起的微小变化来获得应变值，属于局部表面应变的直接测量。相比之下，拉伸试验通常采用引伸计跨距段的位移变化计算平均工程应变，其本质是对一定标距长度上的变形进行积分平均。其次，在应变定义上，应变计通常输出的是真实应变（尤其在弹性阶段下近似成立），而拉伸试验中所使用的为工程应变，即原始标距L0的伸长率：
因此，在存在明显应变梯度（如缺口、焊缝、裂纹萌生区）时，两者测值可能出现明显偏差。
此外，电阻应变计适用于捕捉局部应力集中区域的变形行为；而拉伸试验更适合材料本构行为的整体性评估。
综上所述，应变计适合于局部应力/应变监测，应力集中分析，疲劳试验等实际服役工况场景；拉伸试验则更适用于实验室环境下材料性能评价与标准力学测试。
