梁的純彎曲正應(yīng)力實驗

1、梁的純彎曲正應(yīng)力實驗電測法是應(yīng)力應(yīng)變測量最常用的方法，其方法簡便，技術(shù)成熟，已經(jīng)成為工程中不可缺少的測量手段。純彎曲時正應(yīng)力在橫截面上線性分布，是彎曲中最簡單的應(yīng)力情況。用電測法測定純彎曲梁上的正應(yīng)力，不僅可以驗證材料力學(xué)理論，也可以熟悉電測法測量的原理、操作方法和注意 的問題，為復(fù)雜的實驗應(yīng)力分析打下基礎(chǔ)。一、預(yù)習(xí)要求1、YJ 5電阻應(yīng)變儀測量前如何進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡？2、采用半橋接法進(jìn)行彎曲正應(yīng)力測量時，如何進(jìn)行溫度補償？說明原理。二、實驗?zāi)康?、初步掌握電測應(yīng)力分析方法，學(xué)習(xí)電測接線方法、儀器調(diào)試使用方法。2、測定梁在純彎曲下的彎曲正應(yīng)力及分布規(guī)律，驗證理論公式。三、實驗設(shè)備1、純彎曲正應(yīng)力試

2、驗臺。2、電阻應(yīng)變儀及預(yù)調(diào)平衡箱。3、矩形截面鋼梁。四、實驗原理及方法純彎曲梁如圖1a所示。在載荷P作用下，梁的CD段為純彎曲變形。沿梁橫截 面的高度方向每隔h高度粘貼平行于軸線的測量應(yīng)變片，共五片，其中第三片在中性層4上。另外在梁外安置溫度補償塊，其上貼一公共溫度補償應(yīng)變片。每一測量應(yīng)變片與公共溫度補償片按圖1b接法接為半橋測量系統(tǒng)。梁受到P力作用后，產(chǎn)生彎曲變形。通過電阻應(yīng)變儀測出載荷作 用下五個點處的應(yīng)變，由于是單向拉壓變形，由虎克定律E；即可算出各點的應(yīng)力值。另一方面，由彎曲正應(yīng)力理論公式二二My可算出各點的應(yīng)力理論值。于是可將實Iz測值和理論值進(jìn)行比較，驗證理論公式的正確性。實驗時，

3、載荷由砝碼經(jīng)過20倍杠桿放大施加。加載分四級，每增加一個砝碼，產(chǎn)生實驗時，載荷由砝碼經(jīng)過力的增量AP。每加一級后測出五個點的應(yīng)變，最后取力和應(yīng)變的增量平均值計算理論值和實驗值。該實驗也 可用萬能試驗機加載進(jìn)行測量。五、實驗步驟1、檢查調(diào)整純彎曲梁、電阻應(yīng)變儀，使各部件和旋鈕在正確位置，并打開應(yīng)變儀進(jìn)行預(yù)熱。2、接橋練習(xí)。參照表1組橋，每種方式下按應(yīng)變儀的使用方法進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡，平衡后加一個砝碼讀取應(yīng)變。讀數(shù)方法為，當(dāng)加載后應(yīng)變儀的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)應(yīng)變的大小選擇并調(diào)節(jié)微調(diào)、中調(diào)、粗調(diào)讀數(shù)盤使電表指針回零，這時各讀數(shù)盤所指讀數(shù)的代數(shù)和即是所測點的應(yīng)變值。讀數(shù)盤上“-”表示壓應(yīng)力，“ + ”表示拉應(yīng)

4、力，單位為微應(yīng)變，1 P=10-6 ）。測試后將 所有應(yīng)變片連線從平衡箱上拆除，并討論結(jié)果。3、將各測點測量應(yīng)變片和公共補償片按半橋方式接到預(yù)調(diào)平衡箱相應(yīng)的接線柱上，逐點進(jìn)行調(diào) 平。4、 分級加砝碼，每加一級后從應(yīng)變儀上讀出五個點的應(yīng)變，按表2記錄數(shù)據(jù)。5、結(jié)束實驗。實驗完畢，卸掉砝碼，關(guān)閉應(yīng)變儀電源，將應(yīng)變片接線從預(yù)調(diào)平衡箱上取下。表1接橋練習(xí)序號1234接橋方式b應(yīng)變儀輸出六、數(shù)據(jù)處理及實驗報告1、按表2記錄和處理實驗數(shù)據(jù)。表2彎曲實驗原始數(shù)據(jù)記錄表編號12345載荷（N）測點應(yīng)變（ii） &讀數(shù)增量讀數(shù)增量 Q讀數(shù)增量 i)讀數(shù)增量 Q讀數(shù)增量 i200400600800A P=200N

5、平均增量2、每個測點求出應(yīng)變增量的平均值的應(yīng)力增量實測值g測2、每個測點求出應(yīng)變增量的平均值的應(yīng)力增量實測值g測g（MPa）。其中，m3、純彎曲段（CD段）內(nèi)的彎矩增量為：:MzZ ASi(m=1, 2,，5),算出相應(yīng)5E 取 2 105MPa。1P a，由公式2求出各測點的理論值，式中I z二也。124、對每個測點列表比較 、測和么6理，并計算相對誤差=W吊00% : m 理在梁的中性層（第3點），因也口 3理=0，故只需計算絕對誤差。5、將接橋練習(xí)結(jié)果討論寫入實驗報告“思考題”中?；卮饐栴}：實測和理論計算彎曲正應(yīng)力分布規(guī)律如何？是否相同?七、相關(guān)問題的分析討論1電測法數(shù)據(jù)的可靠性問題電測

6、法利用電阻應(yīng)變片將非電量一一線應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏恳灰浑娮?，測量應(yīng)變的精度達(dá)到10-6，是一 種精度很高的測試方法。在實驗中，為了保證測量的可靠性，采用溫度補償片解決試樣溫度和儀器標(biāo)準(zhǔn)電 阻溫度可能的差異引起的溫度應(yīng)力問題；測量時也采取了實驗人員遠(yuǎn)離貼片區(qū)域，不要接觸導(dǎo)線，避免儀器振動，應(yīng)變儀先預(yù)熱等一系列防范措施。但是，電測法這種高靈敏度測量方法對外界環(huán)境變化是非常敏感的，任何一點變化都會使輸出結(jié)果靈敏度測量方法對外界環(huán)境變化是非常敏感的，任何一點變化都會使輸出結(jié)果產(chǎn)生變化。如果你有實測的經(jīng)歷就會發(fā)現(xiàn)，隨機干擾因素很多，剛剛預(yù)調(diào)平衡的一個測點，當(dāng)旋鈕轉(zhuǎn)過去 再轉(zhuǎn)回來時，幾秒鐘時間又不平衡了，往往需

7、要多次反復(fù)，耐心細(xì)致，所有測點調(diào)平；有才能將多次反復(fù) 卻無法調(diào)平， 只好保留原始誤差開始測量。 在實測時還會 發(fā)現(xiàn)，同一個實驗裝置，同樣的儀器和接線，不同的實驗小組測量結(jié)果也不同，顯區(qū)別，甚至姍在組數(shù) 據(jù)更可靠呢？這些問題是我們實驗中必然遇到的問題，的問題。 也是必須解決電測法測量環(huán)節(jié)多。要保證測量的可靠性，首先從實驗測試的全過程上，無論是貼片、接橋、預(yù) 還是測試、計算環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程要求進(jìn)行，遇到明顯不符合實際的測試結(jié)果必須查找原 待解決后重新測試；其次從測量環(huán)節(jié)上，由于測量過程包括3 再轉(zhuǎn)換成應(yīng)變表示的步驟，每一個環(huán)節(jié)有外界干擾都會反映到引起干擾的因素出現(xiàn)。如為了不出現(xiàn)電磁干擾，導(dǎo)

8、線應(yīng)固定，實驗穩(wěn)固，并避免環(huán)境振 動，如測試在振動環(huán)境下進(jìn)行，要采取儀器隔調(diào)， 因， 大、測電測法測量環(huán)節(jié)多。要保證測量的可靠性，首先從實驗測試的全過程上，無論是貼片、接橋、預(yù) 還是測試、計算環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程要求進(jìn)行，遇到明顯不符合實際的測試結(jié)果必須查找原 待解決后重新測試；其次從測量環(huán)節(jié)上，由于測量過程包括3 再轉(zhuǎn)換成應(yīng)變表示的步驟，每一個環(huán)節(jié)有外界干擾都會反映到引起干擾的因素出現(xiàn)。如為了不出現(xiàn)電磁干擾，導(dǎo)線應(yīng)固定，實驗穩(wěn)固，并避免環(huán)境振 動，如測試在振動環(huán)境下進(jìn)行，要采取儀器隔調(diào)， 因， 大、測時避免觸振 I到電量轉(zhuǎn)換、將微弱信號放上，因此，要盡量避免可能碰和挪動導(dǎo)線，儀器放置要3

9、)圖2偏心壓縮試樣措施，另外電源最好配有穩(wěn)壓器。在實際測試時，除了前面提到的各種防范措施外，解決誤差最有效的辦法是反復(fù)多次測 試。通常要求 同一測試過程重復(fù)三次，按三次平均計算，或按三次中數(shù)據(jù)最規(guī)范的一次計算。若發(fā)現(xiàn)某一點數(shù)據(jù)異常， 應(yīng)重做。若重做后數(shù)據(jù)依舊，則應(yīng)檢查貼片、接線、調(diào)平等情況。若幾次測量數(shù)據(jù)均不正常，且數(shù)據(jù)分散， 則應(yīng)考慮鏟除原有應(yīng)變片重新貼片。判斷數(shù)據(jù)可靠性的方法并不是關(guān)注每一次測量的具體值，而是關(guān)注相 同載荷增量下的應(yīng)變增量是否同步遞增。2、偏心拉（壓）實驗簡介與純彎曲梁橫截面應(yīng)力狀況和分布規(guī)律類似，當(dāng)桿件受到偏心拉伸（壓縮）時，其橫截面上只有正應(yīng)力 且也是線性分布的。我們可以設(shè)計一個實驗，測定偏心拉（壓）試樣某橫截面上的應(yīng)力分布并依據(jù)測量結(jié) 果確定外載P和偏心距。偏心拉（壓）實際上是拉（壓）與純彎曲的組合，由于拉（壓）和純彎曲時橫截面上只有正應(yīng)力存在， 經(jīng)過疊加后橫截面上只有正應(yīng)力