綜合性實驗指導書

1、綜合性實驗指導書一、 實驗特色1、鞏固材料力學概念和加強知識的綜合運用；2例如如何減小應力集中的影響，分析誤差的原因等；3設計；4、鍛煉學生的動手能力：儀器的正確應用和加載方法等。二、 實驗要求1、認真閱讀實驗指導書，做預習報告（主要針對第一部分）實驗前交預習報告。2明確試驗目的；在教師指導下分組討論實驗方案。3、課后自行查閱資料，以組為單位，設計實驗方案。45、做實驗并記錄數(shù)據(jù)。6、整理實驗數(shù)據(jù)；討論實驗誤差，交實驗報告。三、 實驗原理第一部分、預備知識一、圓管某點的彎曲正應力為： =二、圓管某點的扭轉剪應力為： =三、什么是疊加原理？請討論它的應用范圍。四、彎扭組合變形圓管某點的彎曲正應力

2、為： =圓管某點的扭轉剪應力為： =五、什么是一點的應力狀態(tài)，請分別給出單向、平面、空間應力狀態(tài)的概念及平面應力狀態(tài)下的胡克定律。六、習題：1.一點為平面應力狀態(tài)，已知 ， , ,試求 45斜截面的正應力 =0 xyxy452. 和 45斜截面的正應力 0 xy45的大小和方向。33.現(xiàn)已知：a.自由表面主應力 0 b.可測得另外兩主應力對應的主應變 , ，求另外兩個主應力的大12小。第二部分、實驗方案設計指導1. 用理論分析方法求出測點的主應力大小及方向。2. 用實驗分析手段求出測點的主應力大小及方向。3. 將實驗值和理論值比較，分析引起誤差的主要原因。4. 在彎扭組合作用下，單獨測出彎矩和

3、扭矩。電測法的基本思想是將非電學量如力、扭矩、位移、應變等力學量轉換為電學量如電阻、電容、電感等，再把這些電學量通過儀器放大并測量出來，根據(jù)電學量和力應變改變量的二次轉換儀器就是電阻應變儀。本實驗使用的是靜態(tài)電阻應變儀。見前面習題 3，只要測得該點兩個主應變大小及方向，即可求得該點主應力大小及方向。問題）單向應力狀態(tài)下，沿線應變方向貼電阻片即可，對于二維應力狀態(tài)，主應力方向已知，則沿主應力方向貼片。工程實際中，構件的受力形式及構件形狀一般比較復雜，主應力的大小方向往往是未知的。以本實驗為例，此時如何應用電測法測定主應力的大小和方向呢？推薦方案一：1.若已知某點的線應變 、 及剪應變 ，可否求得

4、該點的主應變大小和方xyxy向？2.但是，一點的剪應變 不可測，可否根據(jù)該點的某個方向上的線應變，反算xy出該點的剪應變 ？進而得到該點的主應變大小和方向。xy3.若可行，需要得到測點的幾個線應變？取哪幾個方向為宜？推薦方案二：1.將平面應力狀態(tài)主應變與主應力之間的廣義胡克定律以及線應變和正應力之間習題 2）進而測得一點的線應變，即可算出該點的主應變大小及方向。2.如果可以，需要得到測點的幾個線應變？取哪幾個方向為宜？綜上所述，本部分的難點包括：1.如何用測點的線應變表示出該點的主應變大小和方向？2.如何設計應變片的貼片方案，才能減小誤差？為什么1彎矩 M Rb 與 組成半橋接入。2扭矩T R

5、aRaRcRc四片電阻應變片組成全橋接入。如何設計，才能使理論計算值和實驗計算值具有可比性？圖4（a）圖（）實驗裝置電阻應變片在管的 m-m處布片方案如圖 4（by)mx圖 4（b） 測點應變花布置圖1該實驗裝置所用的試件采用無縫鋼管制成一空心軸，外徑 D=40mm，內(nèi)徑d=35.8mm，需實驗時根據(jù)實際尺寸記錄。E=210GPa，實驗裝置如圖 4（計要求初載 P 100N，終載 P 700Nminmax2. 測點到自由端距離 L=mm。扇形加力架加載臂距離圓管軸線L =250mm。13. 荷載增量P=N 。四、實驗設備與裝置1、設備（a）XL3418 多功能材料力學實驗臺；（b） XL211

6、8C 力應變綜合參數(shù)測試儀2、實驗裝置實驗裝置如圖 3 所示。在距自由端長為 L 的截面的 A 點貼片。在水平杠桿端部施加載荷，加力點到薄壁管的中心軸的距離為 L 。1五、 數(shù)據(jù)處理一、理論值計算測點主應力大小及方向。二、實驗值計算（） 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求主應變大小及方向；（b） 由主應變求主應力大小及方向，且與理論值比較；（） 畫出單元體圖，注意理論計算的主應力方向與實驗計算的主應力方向吻合。三、誤差分析（a） A 點的位置能否靠近固定端，為什么？（b） 分析形成誤差的主要原因是什么?（） 考慮橫力彎曲對剪力的影響，本實驗薄壁管測點所在橫截面哪一點的剪應力最大？為什么？六、思考題1. 測量單一

7、內(nèi)力分量引起的應變，可以采用那幾種橋路接線法？2. 主應力測量中，45直角應變花是否可沿任意方向粘貼？七、 參考文獻12一、試驗目的：1. 用理論分析方法求出測點的主應力大小及方向。2. 用實驗分析手段求出測點的主應力大小及方向。3. 將實驗值和理論值比較，分析引起誤差的主要原因。4. 在彎扭組合作用下，單獨測出彎矩和扭矩。（a）XL3418 多功能材料力學實驗臺；（b） XL2118C 力應變綜合參數(shù)測試儀三、測試記錄：試件幾何尺寸、材料常數(shù)的記錄與測量D=50 mm； d = 44 mm； L =250 mm； L=150 ；1E=199.8 ；= 0.2685；表一 試件相關幾何量的計算

8、D4對中型軸的慣性矩抗彎截面系數(shù)43D314z D3抗扭截面系數(shù)W 149.8210 m3P四、數(shù)據(jù)處理1. 理論值（） 計算測點所在截面的彎矩M 和扭矩T;M PLT PL1（b） 計算應力 ，注意各測點 及 值的正負；M WzT WP（） 計算主應力大小及方向。 2 12;xyxy222 =; =;12tan =；xy 00 xy表二 原始數(shù)據(jù)記錄格式次數(shù)12電阻片00預調箱號23123讀數(shù) 差值 讀數(shù) 差值 讀數(shù) 差值 讀數(shù) 差值 讀數(shù) 差值 讀數(shù) 差值0/0/-22-22-22-220/09991193039234平均值9.625-14.875-222. 實驗值計算a) 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，

9、求主應變大小及方向； 12 2 ; 12090204545902=;=;12 tan =09045 ； 00090b) 由主應變求主應力大小及方向； 12 = E；1112 21 = E;1212 =0c) 將實驗值與理論值比較，畫出單元體圖，注意理論計算的0 片取向應與實0驗測試時的 0 片取向關系。0 =; =1200五、誤差分析1. A 點的位置能否靠近固定端，為什么？不能，固定端處，截面面積的突然變化，會引起應力集中現(xiàn)象，理論計算無法得到該點的準確應力值。2. 分析形成誤差的主要原因是什么?一、貼片誤差是主要誤差，包括：電阻應變片的位置誤差，角度誤差，以及應變片本身測量的是較小面積內(nèi)的平均應變，并非是某點