压杆稳定试验.doc

开始时间：2010年6月1日结束时间：2010年6月15日压杆稳定实验1实验目的(1)观察细长中心受压杆丧失稳定的现象。(2)用电测实验方法测定各种支承条件下压杆的的临界压力Fcr，增强对压杆承载及失稳的感性认识。(3)实测临界压力Fcr实与理论计算临界压力Fcr临进行比较，并计算其误差值。2设备和仪器(1)万能试验机。(2)计算机。(3)游标卡尺。(4)自动采集系统3 实验原理及试件当细长杆受轴向压力转小时，杆的轴向变形较小，它与载荷是线弹性关系。即使给杆以微小的侧向干扰力使其稍微弯曲，解除干扰后，压杆最终将恢复其原形既直线形状，如图111a所示，这表明压杆平衡状态是稳定的。 （a） （b）图111 压杆的稳定(a)与失稳(b)现象 图112 应变片粘贴位置 当轴向压力逐渐增大，超过某一值时，压杆受到微小的干扰力后弯曲，解除干扰后，压杆不能恢复直线形状，将继续弯曲，产生显著的弯曲变形，既丧失了原有的平衡状态，这表明压杆的平衡状态是不稳定的。使压杆直线形态的平衡状态开始由稳定转变为不稳定的轴向压力值，称为压杆的临界载荷，用Pcy实表示，如图111 b所示。压杆丧失其直线形状的平衡而过度为曲线平衡，称为丧失稳定或简称失稳，由失稳造成的失效，失效并非强度不足，而是稳定性不够。试件：材料为不锈钢，E=195GPa，试件尺寸：支座形式宽度b（mm）厚度h（mm）长度L（mm）长度系数两端固定21.920.941850.5一端固定一另一端铰支21.841.092110.7两端铰支21.860.942401一端固定另一端自由21.801.04149.52试验采用万能试验机对试件施压，压力的大小通过测力传感器经计算机负荷区显示，变形是将压杆中部所贴应变片接入计算机中进行数据处理，将变形结果显示出来。在计算机上观察试验曲线和测得各临界载荷N，输出的图形是负荷变形曲线。4 实验步骤(1)选定实验组合方式，根据需要任选12种组合方式进行实验，在实验台上装夹好试件及配件。压杆稳定有四种情况：（1）两端铰支。（2）一端固定另一端自由。（3）一端固定另一端铰支。（4）两端固定。它们的临界载荷的一般表达方式为=式中为长度因素，支承不同值不同（=1、2、0.5、0.7）。(2)试件制备：试件由不锈钢制成，两端是带圆角的刀刃。量取试件的长、宽、厚尺寸。夹具开有V 形槽，试件两端做成带有一定圆弧的尖端，将试件放在试验架支座的V形槽口中，当试件发生弯曲变形时，试件的两端能自由地绕V 形槽口转动，因此可把试件视为两端铰支压杆。当一端固定一端自由的情况下，可以把不锈钢一端用夹具固定，另一端自由放置。在一端用夹具固定另一端放置在V型槽中时可视为一端固定一端铰支。同理两端固定即两端用夹具固定的试件。(3)打开计算机，进入实验操作系统，点击试验操作，点击位移控制，选用5次/s的速度，选用压向。(4)点击开始即可缓慢加载试验，观察试验曲线，在实验过程中左上边显示压力载荷，右边显示压力与变形的试验曲线，既负荷-变形曲线。当图形缓慢上升至不再上升或在某一值附近波动时，说明压杆临界力出现，应立即点击停止加载，点击保存数据。(5)进行试验分析，点击文件操作，选择打开曲线数据文件，调出存盘的文件，显示实验曲线，点击试验报告，输入相关信息，选择试验结果输出项，选择负荷-变形曲线类型，打印报告，将屏幕上曲线和数据传递到打印机打印出来。5 实验结果处理(1)根据测量的试样尺寸，计算压杆横载面的最小惯性矩I，计算各种支承下的临界压力载荷Pcr理论值，以理论值为准，计算临界压力载荷实验值的相对误差，计算结果写入表格111。1、 原始数据：E=195GPa，支座形式宽度b（mm）厚度h（mm）长度L（mm）长度系数两端固定21.920.941850.5一端固定一另一端铰支21.841.092110.7两端铰支21.860.942401一端固定另一端自由21.801.04149.52实验值：支座形式第一次试验值 单位(Kg)第二次试验值 单位(Kg)两端固定31.6031.80一端固定另一端铰支20.2020.23两端铰支5.095.08一端固定另一端自由4.54.5(1)两端固定时： =31.70Kg(2)一端固定一端铰支： =20.215Kg(3)两端铰支： =5.085Kg(4)一端固定一端自由： =4.5Kg2、数据处理: =(1)当两端固定时：=1.517mm4 =34.1Kg(2)当一端固定另一端铰支： =2.357mm4 =20.8Kg(3)两端铰支： =1.513 mm4 =5.05Kg(4)一端固定另一端自由： =2.043mm4 =4.4Kg表111支座形式长度（L）宽（b）厚（h）临界载荷(实验值）临界载荷(理论值)相对误差 %两端固定18521.920.9431.7034.17.0一端固定另一端铰支21121.841.0920.21520.82.8两端铰支24021.860.945.0855.050.7一端固定另一端自由149.521.801.044.504.42.33、误差分析：(1)放置不锈钢时，不锈钢没有完全在V型槽内，受压时产生滑动，从而产生误差，对结果造成一定的影响。(2)对于两端或一端固定构件，由于夹具与受压面不能完全水平接触，导致受压力方向没有沿着不锈钢轴线方向，故产生误差。(3)万能试验机的加载速度是否均匀也能产生一定的误差。(4)不锈钢的受压次数导致回复能力减小。6 试验结论 细长杆件受压时，当压力增加到某一极限值时，压杆的直线平衡将变的不稳定转化为曲线方向的平衡。如果解除侧向干扰力后，他将保持曲线方向的平衡，不能恢复直线形状，上述压力的极限值称为压杆稳定的临界压力。本试验通过在杆件受压过程中利用试验力应变自动采集系统，来确定压力和应变之间的关系，当支座形式为两端固定形式时：临界荷载的实验值为31.7Kg，理论值为34.1 Kg。由于试验误差导致较理论值小。同理当支座形式分别为一端固定另一端铰支、两端铰支、一端固定另一端自由时：临界荷载的实验值分别为20.215 K