彎扭組合實驗實驗報告

北京航空航天大學(xué)材料力學(xué)實驗2023年彎扭組合實驗實驗報告2023年彎扭組合實驗實驗報告諸葛望

試驗二彎扭組合試驗一、試驗?zāi)康挠秒姕y法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角；測定圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩和扭矩；學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變花的應(yīng)用。二、試驗設(shè)備和儀器微機控制電子萬能試驗機；電阻應(yīng)變儀；游標(biāo)卡尺。三、試驗試件及裝置彎扭組合試驗裝置如圖一所示?？招膱A軸試件直徑D0＝42mm，壁厚t=3mm，l1=200mm，l2=240mm（如圖二所示）；中碳鋼材料屈服極限＝360MPa，彈性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。圖一試驗裝置圖四、試驗原理和措施1、測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角；圓軸試件的一端固定，另一端通過一拐臂承受集中荷載P，圓軸處在彎扭組合變形狀態(tài)，某一截面上下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)如圖四和圖五所示。圖五圓軸下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)圖四圓軸上表面微體的應(yīng)力狀態(tài)圖五圓軸下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)圖四圓軸上表面微體的應(yīng)力狀態(tài)在圓軸某一橫截面A－B的上、下兩點貼三軸應(yīng)變花（如圖三），使應(yīng)變花的各應(yīng)變片方向分別沿0°和±45°。根據(jù)平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變分析公式：（1）可得到有關(guān)εx、εy、γxy的三個線性方程組，解得：（2）由平面應(yīng)變狀態(tài)的主應(yīng)變及其方位角公式：（3）或（4）將式（2）分別代入式（3）和式（4），即可得到主應(yīng)變及其方位角的體現(xiàn)式。對于各向同性材料，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系滿足廣義虎克定律：（5）由式（2）~（5），可得一點的主應(yīng)力及其方位角的體現(xiàn)式為：（6）、和的測量可用1/4橋多點測量法同步測出（見圖六）。2、圓軸某一截面彎矩M的測量：軸向應(yīng)力x僅由彎矩M引起，故有：(7)根據(jù)廣義虎克定律，可得：（8）又:(9)由式（7）~（9）得到：(10)以某截面上應(yīng)力最大的上點或下點作為測量點。測出X方向應(yīng)變片的應(yīng)變值εX（）。ε0的測量可用1/4橋接法（見圖七），也可采用半橋接法（見圖八）。R0R0——x方向應(yīng)變片Rt——溫補片3、圓軸某一截面扭矩T的測量：切應(yīng)力τx僅扭矩T引起，故有：（11）根據(jù)廣義虎克定律，可得：（12）由式（11）、（12）可得：(13)的測量可用半橋接法（見圖七），也可采用全橋接法（見圖八）。為了盡量減小試驗誤差，本試驗采用反復(fù)加載法。可參照如下加載方案：P0=500N，Pmax=1500N，P=1000N，N=4。五、試驗環(huán)節(jié)設(shè)計試驗所需各類數(shù)據(jù)表格；測量試件尺寸；測量三次，取其平均值作為試驗值。確定加載方案；試驗機準備、試件安裝和儀器調(diào)整；確定各項規(guī)定的組橋方式、接線和設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù)；檢查及試車；檢查以上環(huán)節(jié)完畢狀況，然后預(yù)加一定載荷，再卸載至初載荷如下，以檢查試驗機及應(yīng)變儀與否處在正常狀態(tài)。進行試驗；將載荷加至初載荷，記下此時應(yīng)變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。反復(fù)加載，每反復(fù)一次，記錄一次應(yīng)變儀的讀數(shù)。試驗至少反復(fù)四次，假如數(shù)據(jù)穩(wěn)定，反復(fù)性好即可。數(shù)據(jù)通過后，卸載、關(guān)閉電源、拆線并整頓所用設(shè)備。六、試驗成果處理1、原始數(shù)據(jù)列表并計算各測量值的平均值組橋方式1/4橋半橋全橋測量所用的通道12345611應(yīng)變片位置上上上下下下理論應(yīng)變值-60+348+311-311-348+60+696+740實際測量值第一組-88+332+320-305-319+69+644+784第二組-86+333+321-298-309+74+646+783第三組-84+333+321-297-308+76+650+783平均值-86+332.67+320.67-300-312+73+646.67+783.332.計算試驗點的主應(yīng)力大小和其方位角，并與理論值(按名義尺寸計算)進行比較由公式：可計算值：故有：可計算值:同理:故有:下面將理論應(yīng)變值代入求解理論值:3、計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩根據(jù)公式：而從理論值來看：4、計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的扭矩根據(jù)公式：可以得到而從理論值來看：七、誤差分析1、數(shù)據(jù)定量分析（1）、主應(yīng)力與主平面方位角相對誤差分析eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)（2）、將上述M的計算值與的值進行比較，并分析其誤差（3）、將上述T的計算值與的值進行比較，并分析其誤差2、定性分析由前面的誤差計算可以看出，試驗成果與真值比較靠近，不過上表面的誤差相對比下表面大，產(chǎn)生較大試驗誤差的原因可以歸納為：（1）、接線接頭處接觸電阻對試驗成果的影響，有些線也許沒有接好或者接的太松，從而引入較大的接觸電阻，并且有些線拆了后又再接上去，接觸電阻前后不一樣樣也會導(dǎo)致對應(yīng)的誤差；（2）、應(yīng)變片在黏貼時候產(chǎn)生的缺陷對測量產(chǎn)生較大影響，由于我們在進行試驗的過程中，發(fā)現(xiàn)我們的測量成果比理論值一直偏大，并且數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性一直比很好，老師檢查時候說數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好闡明試驗自身的環(huán)節(jié)沒有問題，應(yīng)當(dāng)是在貼應(yīng)變片的時候應(yīng)變片貼的不是很原則；（3）、在清零的過程中由于數(shù)據(jù)變動對試驗成果產(chǎn)生較大的影響；（4）、卸載及再加載的過程中由于速度過快，沒有足夠的時間使數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來也許就讀數(shù)了；（5）、本試驗在試驗前并沒有再次進行軸的有關(guān)尺寸的測量，而是沿用了一貫的原則數(shù)據(jù)，實際尺寸也許與原則尺寸有出入，從而導(dǎo)致試驗成果的計算誤差；（6）材料自身的質(zhì)量分布以及缺陷對試驗也會導(dǎo)致一定的影響。八、試驗感想與試驗改善提議這次做的試驗名稱是《彎扭組合試驗》。材料力學(xué)試驗是材料力學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)與深化，在其中要用到諸多課堂上所學(xué)到的理論知識與成果，是將自己所學(xué)到的知識付諸實踐的一種形式。在力學(xué)試驗中，影響試驗的原因諸多，產(chǎn)生誤差的原因也錯綜復(fù)雜，規(guī)定我們有一顆嚴謹?shù)男?，嚴格控制好試驗條件等多種途徑，以最佳的試驗方式展現(xiàn)力學(xué)現(xiàn)象，考驗了我們實際動手能力和分析處理問題的能力。材料力學(xué)試驗有一定的復(fù)雜性，為了在規(guī)定的時間內(nèi)完畢老師所規(guī)定的試驗內(nèi)容，到達良好的試驗成果，需要課前認真的預(yù)習(xí)，因此在課前，我認真預(yù)習(xí)了試驗講義上提到的有關(guān)環(huán)節(jié)與注意事項，理解了儀器的工作原理、性能、對的的操作環(huán)節(jié)與多種橋路的接法及其電路原理，寫好了試驗預(yù)習(xí)匯報。預(yù)習(xí)是試驗前面必須要完畢的工作，不過工作的重點還是在試驗過程中。我在做試驗的過程中，格外小心，由于我們所用的萬能試驗機是一種比較精確地儀器，稍微不注意就會使得機器所施加的力超過我們的預(yù)期規(guī)定。我覺得是要過程中老師的指導(dǎo)是必不可少的，在本次試驗中，老師給了我們?nèi)齻€她規(guī)定檢查的地方（三種橋路所測得三種數(shù)值），通過老師在試驗過程中的檢查，可以使我意識到我的試驗與否在一路對的的進行下去。在讀數(shù)的過程中一定要小心，由于數(shù)據(jù)具有變動性，不要馬虎了事，一定要等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后在進行讀數(shù)、這樣才可以保證我們所測量的數(shù)據(jù)的精確性。試驗完畢后，要認真清理試驗臺，把所有的儀器恢復(fù)到位。在試驗完畢后，我認真的處理了試驗數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)是定量分析的根據(jù)，是探索、驗證力學(xué)規(guī)律的第一手資料。本次試驗我深入學(xué)習(xí)了用電腦處理試驗數(shù)據(jù)，剛開始我還不