弯扭组合变形主应力实验..doc

实验五 弯扭组合变形主应力实验 一、实验目的 1、用电测法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向； 2、在弯扭组合作用下，分别测定由弯矩和扭矩产生的应力值； 3、进一步熟悉电阻应变仪的使用，学会全桥法测应变的实验方法。 二、仪器设备 1、弯扭组合变形实验装置； 2、YD-2009型数字式电阻应变仪； 三、试件制备与实验装置 1、试件制备 本实验采用合金铝制薄壁圆管作为测量对象。为了测量圆管的应力大小和方向，在圆管某一截面的管顶B点、管底D点各粘贴了一个45o应变花（如图4-5-1），圆管发生弯扭组合变形后，其应变可通过应变仪测定。 图4-5-1 2、实验装置 如图4-5-1所示，将薄壁圆管一端固定在弯扭组合变形实验装置上，逆时针转动实验架上的加载手轮，通过薄壁圆管另一端的钢丝束施加载荷，使圆管产生变形。从薄壁圆管的内力图4-5-2可以发现：薄壁圆管除承受弯矩M作用之外，还受扭矩T的作用，圆管处于“组合变形”状态，且弯矩M=P?L，扭矩T= P?a   图4-5-2 内力图 图 4-5-3 单元体图 四、实验原理 1、主应力大小和方向的测定 如图4-5-3，若测得圆管管顶B点的-45o、0o、45o三个方向（产生拉应变方向为45o，产生压应变的方向为-45o，轴向为0o）的线应变为ε-45o、ε0o、ε45o。由《材料力学》公式 可得到关于εx、εy、γxy的线形方程组 联立求解以上三式得 εx=ε0o εy=ε-45o+ε45o-ε0o γxy=ε-45o-ε45o 则主应变为 由广义胡克定律 得到圆管的管顶A点主应力的大小和方向计算公式 2、弯矩产生的应力大小测定 分析可知，圆管虽为弯扭组合变形，但管顶B和管底D两点沿x轴方向的应变计只能测试因弯矩引起的线应变，且两者等值反向。因此，由上述主应力测试过程得知 ε=εx=ε0o 实际反映的就是弯矩产生的应变值。据此公式，我们可分离测定弯矩产生的应变大小，假设试件材料纤维在比例极限范围内沿x轴方向仅受单向拉应力作用，故可通过轴向拉伸的胡克定律公式得到实测弯矩产生的应力大小 σw=E·εW= E·ε0o 3、扭矩产生的应力大小测定 由主应力求解过程得知 γxy=ε-45o-ε45o 由剪应力计算公式得 五、实验步骤 用游标卡尺测量圆管的截面尺寸，记录其数值大小；打开实验架上左侧测力仪的电源开关； 为了明确区分测量应变的方向，将圆管管顶A和管底C两点粘贴的45o应变花的相同角度的导线采用同一种颜色标示，以便测量电桥的连接。 ⑴ 主应力大小和方向的测定 1、应变仪的准备 a.测量电桥连接：将圆管管顶B点的-45o、0o、45o三个方向的引出导线分别连接在仪器后面板上三个不同通道的A、B号接线孔内。实验采用公共的温度补偿，且把它接入仪器后面板上的“公共补偿片BC”位置的B、C号接线孔内，这样就连接好了如图4-5-4（a）三个测量电桥，且每个电桥皆为半桥连接法，将应变仪前面板“全桥半桥”选择开关拨到半桥位置； b.灵敏系数设定：连接好测量电桥后，依照实验架上给出的应变计灵敏系数K的值，将 应变仪后面板上的“灵敏系数K-on”选择开关对应值的挡拨到on一侧，设定好灵敏系数K 的大小； 图4-5-4 图4-5-5 c.测量电桥预调平衡：接通应变仪前面板上的电源开关，将“测点选择”开关旋到连接好测量电桥所对应通道编号位置，检查应变仪显示窗上的数据是否正常，然后用专用螺丝刀旋转应变仪前面板右侧上部对应编号的调零螺丝孔，调节电位器的大小，使显示窗的读数为相对稳定的“±0000”，测量电桥达到电阻平衡。改变“测点选择”开关的位置，同样依次调节好其他通道的电阻平衡。记录下各通道调零的结果。 2、进行实验 逆时针旋转实验架上的加载手轮，施加载荷至Pn，读取各点的应变值。将载荷全部卸掉，并记下卸载后各点的应变值。按照 “c. 测量电桥预调平衡”的方法重新调好各通道的电阻平衡，重复实验两遍。 ⑵ 弯矩产生的应力大小测定 1、应变仪的准备 a.测量电桥连接：将圆管管顶B点的0o方向和管底D点的0o方向的两对引出导线分别连接在仪器后面板上同一个通道的A、B号和B、C号接线孔内。构成如图4-5-4(b)的半桥连接法； b.灵敏系数设定：灵敏系数不变，无需再设置； c.测量电桥预调平衡：参考“主应力大小和方向的测定”的“应变仪准备”进行。 2、进行实验 参考“主应力大小和方向的测定”的“进行实验”进行。 ⑶ 扭矩产生的应力大小测定的测量电桥连接 1、应变仪的准备 a.测量电桥连接：将圆管管顶B点的45o、-45o方向的两对引出导