实验四-弯扭组合变形时的应力测定.doc

实验四 弯扭组合变形时的应力测定一、 实验目的1用电测法测定平面应力状态下的主应力大小及其方向，并与理论值进行比较。2测定弯扭组合变形杆件中的弯矩和扭矩分别引起的应变，并确定内力分量弯矩和扭矩的实验值。3进一步掌握电测法和电阻应变仪的使用。了解半桥单臂，半桥双臂和全桥的接线方法。二、 实验仪器1弯扭组合实验装置。2YJ-28-P10R静态数字应变仪, 或者YJ-31电阻应变仪。三、 实验原理和方法图4-1 弯扭组合实验装置 弯扭组合变形实验装置如图5-1所示，它由薄壁管1、扇臂2、钢索3、手轮4、加载支座5、加载螺杆6、载荷传感器7、钢索接头8、底座9、电子秤10和固定支架11组成。钢索一端固定在扇臂端，另一端通过加载螺杆、载荷传感器与钢索接头固定，实验时转动手轮，加载螺杆和载荷传感器都向下移动，钢索受拉，载荷传感器就有电信号输出，此时电子秤数字显示出作用在扇臂的载荷值，扇臂端的作用力传递到薄壁管上，使管产生弯扭组合变形。图4-3 A、B、C、D点应力状态-图4-2薄壁圆管材料为铝，其弹性模量E=70GPa、泊松比=0.33,管的平均直径D0=37mm,壁厚t=3mm。薄壁圆管弯扭组合变形受力如简图4-2所示。-截面为被测位置，该截面上的内力有弯矩和扭矩。取其前、后、上、下的A、B、C、D为被测的四个点，其应力状态见图4-3（截面-的展开图）。每点处按-450、0、+450方向粘贴一片450的应变花，将截面-展开如图4-4（a）所示。四、 实验内容和方法1确定主应力大小及方向：弯扭组合变形薄壁圆管表面上的点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变后，可算出主应变的大小和方向，再应用广义胡克定律即可求出主应力的大小和方向。主应力 (1)主方向 (2)式中：、分别表示与管轴线成、方向的线应变2 单一内力分量或该内力分量引起的应变测定：(1)弯矩M 及其所引起的应变测定（a）弯矩引起正应变的测定：用上、下（即B、D两点）两测点两片方向的应变片组成图8-4b所示半桥测量线路，测得B、D两处由于弯矩引起的正应变 (3)式中：应变仪的读数应变 由弯矩引起的轴线方向的应变 (b)弯矩M的测定：BDACRR11R5R0BDACRRRiR0BDACR9R3R1R7(a) 截面-展开图（d）扭矩（c）主应力（b）弯矩图4-4若薄壁圆管的弹性模量E及横截面尺寸已知，则可根据上面所测得的，用下式计算被测截面的弯矩M： (4)W薄壁圆管横截面的抗弯截面模量 (2)扭矩T及其所引起剪应变的测定：（a）扭矩引起剪应变的测定： 用A、C两测点方向的四片应变组成图5-4d所示的全桥测量线路，可测得扭矩引起剪应变的实验值为： (5)（b）扭矩T的测定 若材料弹性常数E、及其横截面积为已知，根据上面所得的，用下式计算出截面的扭矩为 (6)Wp薄壁圆管的抗扭截面模量。3为了与理论计算值进行比较，对所加载荷大小进行控制和显示，并测量有关几何尺寸，计算出被测截面的内力分量及测点的应力分量：弯矩正应力理论值： (7) 扭转剪应力理论值： （8） 主应力： （9） 主方向： （10）根据上式可分别求出A、B、C、D四个测点的主应力大小和方向的理论值，然后与实验值进行比较分析。五、实验步骤1.将传感器电源及信号线与电子秤联接，将应变仪与预调平衡箱联接。2.打开应变仪，预热15分钟。3.主应力测定。(1)将A、B、C、D上各应变片按图5-4c半桥方式接入电阻应变仪，各应变片共用一片温度补偿片。(2)用标准电阻调R0=0000，根据被测试件应变片的灵敏系数，计算出标定值。然后打开标定开关，使前面板显示出标定值，关标定开关，拆下标准电阻。(3)调被测点电阻平衡。(4)采用增量法逐级加载，每次0.1kN。 0.1 kN 初载荷调零 0.2 kN 读出测量值 0.3 kN 读出测量值 0.4 kN 读出测量值(5)卸载。4弯矩测定：(1)将B、D两点方向的应变片按图5-4b的方式接成半桥。(2)下同主应力测定。5扭矩测定：(1)将A、C两点方向和方向接的应变片按图5-4d的方式接成全桥。(2)下同主应力测定。6实验结束，将仪表恢复原状。六、实验报告要求1写出实验名称、实验设备并绘制装置简图。2绘出实验圆管试样受力简图，简述实验过程。3算出测点A处的主应力的实测平均值和该点理论值，并加以比较，求出相对误差。4画出A 点的应力状态图（主应力大小和方向）。5实验记录和数据表格可参考表4-1、表4-2和表4-3。表4-1 A、B、C、D各点的读数应变载荷/kN读数应变d/ABFF-45000+450-45000+450d增量最佳值/表4-2 II截面上弯矩、剪力和扭矩引起的应变载荷/kN读数应变d/FF弯矩d 剪力d扭矩d增量最佳值/表4-3A、B、C、D各点的应力数据 实验点实验参数实验值理论值误差ABCDABCDABCD1/MPa2/MPa0/0七、思考题1用电测法测量主应力时，其应变花是否可以沿测点的任意方向粘贴？为什么？2测量单一内力分量引起的应变，还可以采用哪几种桥路接线法？ . . . .