六彎扭組合內(nèi)力素實驗

1、1實驗六、彎扭組合內(nèi)力素實驗實驗六、彎扭組合內(nèi)力素實驗 一、實驗目的一、實驗目的1測定薄壁圓筒彎扭組合變形時指定點的主應(yīng)力和測定薄壁圓筒彎扭組合變形時指定點的主應(yīng)力和主方向，并與理論計算值進行比較。主方向，并與理論計算值進行比較。2 測定薄壁圓筒彎扭組合變形時指定截面上的彎矩、測定薄壁圓筒彎扭組合變形時指定截面上的彎矩、扭矩和剪力引起的應(yīng)力，并與理論值比較。扭矩和剪力引起的應(yīng)力，并與理論值比較。3. 學習布片原則、應(yīng)變成份分析和各種組橋方法。學習布片原則、應(yīng)變成份分析和各種組橋方法。二、儀器、設(shè)備二、儀器、設(shè)備1.力學試驗臺力學試驗臺 2. 靜態(tài)應(yīng)變儀靜態(tài)應(yīng)變儀 3. 輔助工具和量具輔助工具和

2、量具2三、實驗裝置：三、實驗裝置：薄壁圓筒試樣（見圖薄壁圓筒試樣（見圖3-10a）左端固）左端固定，籍固定在圓筒右端的水平桿加載。圓筒用不銹鋼定，籍固定在圓筒右端的水平桿加載。圓筒用不銹鋼1Cr18Ni9Ti或其它鋼材制成，材料彈性模量或其它鋼材制成，材料彈性模量E和泊松和泊松比比為己知，或由試驗者自行測定，圓筒外徑為己知，或由試驗者自行測定，圓筒外徑D，內(nèi)徑，內(nèi)徑d。3四、實驗原理四、實驗原理1. 指定點的主應(yīng)力和主方向測定指定點的主應(yīng)力和主方向測定根據(jù)理論分析可知：根據(jù)理論分析可知：彎曲正應(yīng)力：彎曲正應(yīng)力： MMW式中： DdDW32143薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：PTWT

3、16143p DWFS0 SFR t40dDR2dDt彎曲切應(yīng)力：彎曲切應(yīng)力：， 4321、0由此可求得相應(yīng)點的主應(yīng)力由此可求得相應(yīng)點的主應(yīng)力 及主方向及主方向 的理論值。的理論值。5如何由實驗來測定任一截面的主應(yīng)力和主方向呢？據(jù)如何由實驗來測定任一截面的主應(yīng)力和主方向呢？據(jù)平面應(yīng)變分析理論知，若某點任意三個方向的線應(yīng)變平面應(yīng)變分析理論知，若某點任意三個方向的線應(yīng)變已知，就能計算出該點的主應(yīng)變和主方向，從而計算已知，就能計算出該點的主應(yīng)變和主方向，從而計算出該點的主應(yīng)力和主方向。因此測量某點的主應(yīng)力和出該點的主應(yīng)力和主方向。因此測量某點的主應(yīng)力和主方向時，必須在測點布置三枚應(yīng)變片，工程中常用主

4、方向時，必須在測點布置三枚應(yīng)變片，工程中常用應(yīng)變花測定。常見的應(yīng)變花有應(yīng)變花測定。常見的應(yīng)變花有45度應(yīng)變花和等角應(yīng)變度應(yīng)變花和等角應(yīng)變花等。在圖花等。在圖3-10a中的中的I-I截面的截面的b、d（或或a、c），即），即采用了采用了45度應(yīng)變花進行測量，其展示圖如圖度應(yīng)變花進行測量，其展示圖如圖3-10c所所示。示。采用單臂（多點）半橋公共溫度補償測量法，等量逐級加載。在每一載荷作用下，分別測得b、d（或a、c）兩點沿-450、00、和450方向的應(yīng)變值后，將測量結(jié)果記錄在實驗報告中。 6由以下公式計算由以下公式計算b、d（或（或a、c）兩點的主應(yīng)力大小和）兩點的主應(yīng)力大小和方向：方向： 2

5、2145450454503122 11E4545004545tan2272. 指定截面上的彎矩、扭矩和剪力所分別引起的指定截面上的彎矩、扭矩和剪力所分別引起的 應(yīng)力的測定應(yīng)力的測定1）彎矩）彎矩M引起的正應(yīng)力的測定引起的正應(yīng)力的測定為測定彎矩，可使用為測定彎矩，可使用b、d兩點兩點 方向的應(yīng)變片，此處彎方向的應(yīng)變片，此處彎曲正應(yīng)力最大，而彎曲切應(yīng)力為零，且曲正應(yīng)力最大，而彎曲切應(yīng)力為零，且（ 為最大彎曲正應(yīng)變的絕對值），將它們組成如圖為最大彎曲正應(yīng)變的絕對值），將它們組成如圖3-11所示半橋線路，據(jù)電橋的加減特性，則儀器讀數(shù)為所示半橋線路，據(jù)電橋的加減特性，則儀器讀數(shù)為:5M11M, M00d

6、uM511M2由胡克定律可求得彎矩由胡克定律可求得彎矩M引起的正應(yīng)力為：引起的正應(yīng)力為：duMMM2EE82)、扭矩、扭矩T引起的切應(yīng)力的測定引起的切應(yīng)力的測定045a、c兩點為純剪切應(yīng)力狀兩點為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，主應(yīng)力沿態(tài)，主應(yīng)力沿 方向，方向，其數(shù)值等于其數(shù)值等于 ，用，用a、c兩點兩點 和和 方向的方向的應(yīng)變片組成圖應(yīng)變片組成圖3-12d所示全所示全橋線路，則儀器讀數(shù)為：橋線路，則儀器讀數(shù)為： 045045 duT3197FSTFSTFSTFSTT4RRRR 由廣義胡克定律有：由廣義胡克定律有：T13TTT111EEE由此可求得扭矩由此可求得扭矩T引起的切應(yīng)力為：引起的切應(yīng)力為：duTTT

7、14 1EE93)、剪力、剪力Fs引起的切應(yīng)力的測定引起的切應(yīng)力的測定用用a、c兩點兩點 方向的應(yīng)變片組成圖方向的應(yīng)變片組成圖3-13所示所示全橋線路，則儀器讀數(shù)為：全橋線路，則儀器讀數(shù)為：004545 和duFSFS4由廣義胡克定律可求得剪力由廣義胡克定律可求得剪力引起的切應(yīng)力為：引起的切應(yīng)力為： duFSFS4 1E應(yīng)該說明的是上述測扭矩和應(yīng)該說明的是上述測扭矩和剪力的組橋方案也只是諸多剪力的組橋方案也只是諸多方案中的其中一種，請實驗方案中的其中一種，請實驗者自己思考并設(shè)計其它組橋者自己思考并設(shè)計其它組橋方案。方案。10五、實驗步驟五、實驗步驟1安裝彎扭組合實驗裝置并固定。安裝彎扭組合實驗

8、裝置并固定。2測量主應(yīng)力時按單臂（多點）半橋公共溫度補償測量主應(yīng)力時按單臂（多點）半橋公共溫度補償將有關(guān)應(yīng)變片接入應(yīng)變儀所選通道?；蜃孕性O(shè)計測量主將有關(guān)應(yīng)變片接入應(yīng)變儀所選通道?；蜃孕性O(shè)計測量主應(yīng)力的組橋方案，并按組橋方案將有關(guān)應(yīng)變片接入應(yīng)變應(yīng)力的組橋方案，并按組橋方案將有關(guān)應(yīng)變片接入應(yīng)變儀所選通道。儀所選通道。 3. 分級加載，記錄各級載荷作用下的讀數(shù)應(yīng)變，卸去載荷。分級加載，記錄各級載荷作用下的讀數(shù)應(yīng)變，卸去載荷。設(shè)置應(yīng)變儀測應(yīng)變通道參數(shù)：橋路、應(yīng)變片靈敏設(shè)置應(yīng)變儀測應(yīng)變通道參數(shù)：橋路、應(yīng)變片靈敏系數(shù)、應(yīng)變片電阻值。系數(shù)、應(yīng)變片電阻值。未加載時平衡所選應(yīng)變通道電橋。未加載時平衡所選應(yīng)變通道

9、電橋。4. 按設(shè)計的測量彎矩按設(shè)計的測量彎矩M、扭矩、扭矩T和剪力和剪力 的組橋方案，的組橋方案，并按先后順序?qū)⒂嘘P(guān)應(yīng)變片分別接入應(yīng)變儀所選通道，并按先后順序?qū)⒂嘘P(guān)應(yīng)變片分別接入應(yīng)變儀所選通道，重復步驟重復步驟1、3。SF11六、實驗結(jié)果處理六、實驗結(jié)果處理1. 主應(yīng)力、主方向?qū)嶒灁?shù)據(jù)處理按表主應(yīng)力、主方向?qū)嶒灁?shù)據(jù)處理按表3-6進行。據(jù)式進行。據(jù)式3-20和和3-21計算出主應(yīng)力和主方向?qū)嶒炛?，然后計算主計算出主?yīng)力和主方向?qū)嶒炛担缓笥嬎阒鲬?yīng)力和主方向的理論值。分別計算應(yīng)力和主方向的理論值。分別計算b、d兩點實驗值的兩點實驗值的相對誤差。相對誤差。2. 計算計算I-I截面上分別由彎矩、扭矩、

10、彎曲剪力所引起截面上分別由彎矩、扭矩、彎曲剪力所引起的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理參考表的應(yīng)力數(shù)據(jù)處理參考表3-7進行，據(jù)式進行，據(jù)式3-22、3-23和和3-24計算彎曲正應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲切應(yīng)力。計算彎曲正應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力和彎曲切應(yīng)力。12七、實驗報告七、實驗報告實驗報告應(yīng)包括實驗目的，原理簡述，組橋方案，實驗報告應(yīng)包括實驗目的，原理簡述，組橋方案，實驗數(shù)據(jù)記錄和處理，以及誤差分析等。實驗數(shù)據(jù)記錄和處理，以及誤差分析等。八、預習要求八、預習要求 1. 預習實驗教材預習實驗教材2-2-3和和2-3-4節(jié)，對主應(yīng)力和內(nèi)力素節(jié)，對主應(yīng)力和內(nèi)力素 測量原理有較好的了解。測量原理有較好的了解。2. 根據(jù)材料的比例極限根據(jù)材料的比例極限 ，試件的參考尺寸，試件的參考尺寸h、D、 d，估算最大載荷，擬定加載方案（載荷增量，估算最大載荷