實驗五彎扭組合變形主應力實驗

1、實驗五 彎扭組合變形主應力實驗一、實驗目的1、用電測法測定平面應力狀態(tài)下一點的主應力的大小和方向；2、在彎扭組合作用下，分別測定由彎矩和扭矩產(chǎn)生的應力值；3、進一步熟悉電阻應變儀的使用，學會全橋法測應變的實驗方法。二、儀器設備1、彎扭組合變形實驗裝置；2、YD-2009型數(shù)字式電阻應變儀；三、試件制備與實驗裝置1、試件制備本實驗采用合金鋁制薄壁圓管作為測量對象。為了測量圓管的應力大小和方向，在圓管某一截面的管頂B點、管底D點各粘貼了一個45º應變花（如圖4-5-1），圓管發(fā)生彎扭組合變形后，其應變可通過應變儀測定。圖4-5-12、實驗裝置如圖4-5-1所示，將薄壁圓管一端固定在彎扭組

2、合變形實驗裝置上，逆時針轉(zhuǎn)動實驗架上的加載手輪，通過薄壁圓管另一端的鋼絲束施加載荷，使圓管產(chǎn)生變形。從薄壁圓管的內(nèi)力圖4-5-2可以發(fā)現(xiàn)：薄壁圓管除承受彎矩M作用之外，還受扭矩T的作用，圓管處于“組合變形”狀態(tài)，且彎矩M=PL，扭矩T= Pa 圖4-5-2 內(nèi)力圖圖 4-5-3 單元體圖四、實驗原理1、主應力大小和方向的測定如圖4-5-3，若測得圓管管頂B點的-45º、0º、45º三個方向（產(chǎn)生拉應變方向為45º，產(chǎn)生壓應變的方向為-45º，軸向為0º）的線應變?yōu)?45º、0º、45º。由材料力學公式可得

3、到關于x、y、xy的線形方程組聯(lián)立求解以上三式得x=0º y=-45º+45º-0ºxy=-45º-45º則主應變?yōu)?由廣義胡克定律得到圓管的管頂A點主應力的大小和方向計算公式2、彎矩產(chǎn)生的應力大小測定分析可知，圓管雖為彎扭組合變形，但管頂B和管底D兩點沿x軸方向的應變計只能測試因彎矩引起的線應變，且兩者等值反向。因此，由上述主應力測試過程得知=x=0º實際反映的就是彎矩產(chǎn)生的應變值。據(jù)此公式，我們可分離測定彎矩產(chǎn)生的應變大小，假設試件材料纖維在比例極限范圍內(nèi)沿x軸方向僅受單向拉應力作用，故可通過軸向拉伸的胡克定律公式得到實

4、測彎矩產(chǎn)生的應力大小w=E·W= E·0º3、扭矩產(chǎn)生的應力大小測定由主應力求解過程得知xy=-45º-45º由剪應力計算公式得五、實驗步驟用游標卡尺測量圓管的截面尺寸，記錄其數(shù)值大??；打開實驗架上左側(cè)測力儀的電源開關；為了明確區(qū)分測量應變的方向，將圓管管頂A和管底C兩點粘貼的45º應變花的相同角度的導線采用同一種顏色標示，以便測量電橋的連接。 主應力大小和方向的測定1、應變儀的準備a.測量電橋連接：將圓管管頂B點的-45º、0º、45º三個方向的引出導線分別連接在儀器后面板上三個不同通道的A、B號接線孔

5、內(nèi)。實驗采用公共的溫度補償，且把它接入儀器后面板上的“公共補償片BC”位置的B、C號接線孔內(nèi)，這樣就連接好了如圖4-5-4（a）三個測量電橋，且每個電橋皆為半橋連接法，將應變儀前面板“全橋半橋”選擇開關撥到半橋位置；b.靈敏系數(shù)設定：連接好測量電橋后，依照實驗架上給出的應變計靈敏系數(shù)K的值，將應變儀后面板上的“靈敏系數(shù)K-on”選擇開關對應值的擋撥到on一側(cè)，設定好靈敏系數(shù)K的大??；圖4-5-4 圖4-5-5 c.測量電橋預調(diào)平衡：接通應變儀前面板上的電源開關，將“測點選擇”開關旋到連接好測量電橋所對應通道編號位置，檢查應變儀顯示窗上的數(shù)據(jù)是否正常，然后用專用螺絲刀旋轉(zhuǎn)應變儀前面板右側(cè)上部對應

6、編號的調(diào)零螺絲孔，調(diào)節(jié)電位器的大小，使顯示窗的讀數(shù)為相對穩(wěn)定的“±0000”，測量電橋達到電阻平衡。改變“測點選擇”開關的位置，同樣依次調(diào)節(jié)好其他通道的電阻平衡。記錄下各通道調(diào)零的結果。2、進行實驗逆時針旋轉(zhuǎn)實驗架上的加載手輪，施加載荷至Pn，讀取各點的應變值。將載荷全部卸掉，并記下卸載后各點的應變值。按照 “c. 測量電橋預調(diào)平衡”的方法重新調(diào)好各通道的電阻平衡，重復實驗兩遍。 彎矩產(chǎn)生的應力大小測定1、應變儀的準備a.測量電橋連接：將圓管管頂B點的0º方向和管底D點的0º方向的兩對引出導線分別連接在儀器后面板上同一個通道的A、B號和B、C號接線孔內(nèi)。構成如圖4

7、-5-4(b)的半橋連接法；b.靈敏系數(shù)設定：靈敏系數(shù)不變，無需再設置；c.測量電橋預調(diào)平衡：參考“主應力大小和方向的測定”的“應變儀準備”進行。2、進行實驗參考“主應力大小和方向的測定”的“進行實驗”進行。 扭矩產(chǎn)生的應力大小測定的測量電橋連接1、應變儀的準備a.測量電橋連接：將圓管管頂B點的45º、-45º方向的兩對引出導線分別連接在儀器后面板上同一個通道的A、B號，B、C號接線孔內(nèi)，將管底D點的45º、-45º方向的兩對引出導線分別連接在該通道的C、D號，D、A號接線孔內(nèi)。構成如圖4-5-4(c)的全橋連接法。將應變儀前面板“全橋半橋”選擇開關撥到

8、全橋位置； b.靈敏系數(shù)設定：靈敏系數(shù)不變，無需再設置；c.測量電橋預調(diào)平衡：參考“主應力大小和方向的測定”的“應變儀準備”進行。2、進行實驗參考“主應力大小和方向的測定”的“進行實驗”進行。 結束實驗：實驗完畢后，整理所記錄的實驗數(shù)據(jù)；卸掉實驗載荷；關閉儀器電源；拆掉儀器接線孔內(nèi)的連接導線，將實驗儀器復原；清理實驗現(xiàn)場；將實驗數(shù)據(jù)交指導老師簽字同意后離開實驗室。六、實驗注意事項1、預調(diào)平衡時，若發(fā)現(xiàn)調(diào)零困難、調(diào)零數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或電位器旋到底也無法調(diào)到零等現(xiàn)象應從接線是否有誤、接線孔螺絲是否擰緊、導線裸露線頭是否伸入太短或太長等方面檢查接線質(zhì)量，并排除故障，不要盲目使勁旋轉(zhuǎn)電位器螺絲，以免損壞儀器

9、；2、測量電橋連接過程中要區(qū)分清楚連接導線的位置和方向；3、實驗前應將所連接的測量導線理清，以免纏死；測試過程中，勿亂動已連接好的測量導線和儀器開關；4、加載時切勿過載。七、實驗數(shù)據(jù)處理與分析1、主應力大小和方向的計算a.實測值的計算b.理論值的計算主應力大小和方向2、彎矩產(chǎn)生的應力大小a.實測值的計算由測量電橋連接可知：彎矩產(chǎn)生的應變w和應變儀讀數(shù)值儀關系為所以，彎矩產(chǎn)生的應力實測值為b.理論值的計算3、扭矩產(chǎn)生的應力大小a.實測值的計算由測量電橋連接可知：扭矩產(chǎn)生的應變xy和應變儀讀數(shù)值儀關系為xy=-45º-45º=儀所以，扭矩產(chǎn)生的應力實測值為b.理論值的計算4、實測值與理論值的比較分別計算各