实验四弯扭组合变形时的应力测定概要.doc

实验四 弯扭组合变形时的应力测定 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。 实验仪器 1．弯扭组合实验装置。 2．YJ-28-P10R静态数字应变仪, 或者YJ-31电阻应变仪。 实验原理和方法 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。 薄壁圆管材料为铝，其弹性模量E=70GPa、泊松比μ=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。Ⅰ-Ⅰ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Ⅰ-Ⅰ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Ⅰ-Ⅰ展开如图4-4（a）所示。 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 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： 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、μ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