弯扭组合试验试验报告

1、精品归纳弯扭组合试验实验报告机械工程及自动化学院 380711 班张涛实验二 弯扭组合试验、实验目的1 用电测法测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角；2 测定圆轴上贴有应变片截面上的弯矩和扭矩；3 学习电阻应变花的应用。二、实验设备和仪器1 微机控制电子万能试验机；2 电阻应变仪；3 游标卡尺。三、试验试件及装置弯扭组合实验装置如图一所示。 空心圆轴试件直径 D042mm，壁厚 t=3mm ， l 1=200mm ， l2=240mm （如图二所示） ；中碳钢材料屈服极限 s 360MPa，弹性模量 E 206GPa，泊松 比。图一 实验装置图四、实验原理和方法图三 应变花示意

2、图1、测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角；P，圆轴处于弯扭组合变形状态，圆轴试件的一端固定， 另一端通过一拐臂承受集中荷载某一截面上下表面微体的应力状态如图四和图五所示。xx图四 圆轴上表面微体的应力状态 图五 圆轴下表面微体的应力状态在圆轴某一横截面 AB 的上、下两点贴三轴应变花（如图三） ，使应变花的各应变片 方向分别沿 0和 45根据平面应变状态应变分析公式：xy2y cos2xy2sin2可得到关于 x、 y、 xy的三个线性方程组，解得：00450450 00xy450450由平面应变状态的主应变及其方位角公式：tg 0xy2xyxy将式（ 2）分别代入式（xy2

3、( xmin )02( maxxy1）2）3）4）xy3）和式（ 4），即可得到主应变及其方位角的表达式。对于各向同性材料，应力应变关系满足广义虎克定律：215）由式（ 2） （5），可得一点的主应力及其方位角的表达式为：E 450 450212E210024500024506）tg2 0450 4502 00 450 45000 、450 和450的测量可用 1/4 桥多点测量法同时测出（见图六）Ri图六2、圆轴某一截面弯矩 M 的测量：轴向应力 x 仅由弯矩 M引起，故有：MWz(7)根据广义虎克定律，可得：y)8）又:y0(9)由式（ 7）（ 9）得到：(10)以某截面上应力最大的上点或

4、下点作为测量点。测出X 方向应变片的应变值 XWz xx00 )。 0的测量可用 1/4 桥接法（见图七） ，也可采用半桥接法（见图八） 。温补片图八图七3、圆轴某一截面扭矩 T 的测量：切应力 x仅扭矩 T 引起，故有：WP11)根据广义虎克定律，可得：x G xy G (450450 )12)由式（ 11）、（ 12）可得：T G WP ( 450 450)2(1 ) WP (450450)(13)450） 的测量可用半桥接法（见图七），也可采用全桥接法（见图八）( 450P0=500N，五、实验步骤1 设计实验所需各类数据表格；2 测量试件尺寸；测量三次，取其平均值作为实验值 。3 拟定

5、加载方案；4 试验机准备、试件安装和仪器调整；5 确定各项要求的组桥方式、接线和设置应变仪参数；6 检查及试车；检查以上步骤完成情况， 然后预加一定载荷， 再卸载至初载荷以下， 以检查试验机及应 变仪是否处于正常状态。7 进行试验；将载荷加至初载荷， 记下此时应变仪的读数或将读数清零。重复加载， 每重复一次，记 录一次应变仪的读数。实验至少重复四次，如果数据稳定，重复性好即可。8 数据通过后，卸载、关闭电源、拆线并整理所用设备。六、试验结果处理1、原始数据列表并计算各测量值的平均值组桥方式1/4 桥半桥全桥测量 所用 的通 道12345611应变 片位 置上450上 00上450下450下00

6、下450上 00、 下 00上 450 - 上 450 、下 450 - 下 450理论 应变 值-60+348+311-311-348+60+696+740实 际 测 量 值第组-88+332+320-305-319+69+644+784第组-86+333+321-298-309+74+646+783第组-84+333+321-297-308+76+650+783平均值-86+-300-312+73+2.计算实验点的主应力大小和其方位角， 并与理论值 （按名义 尺寸计算 ）进行比较由公式：均均12E 4500452E均均2均均221均均210045000450tan24504500均2 00

7、均均045450可计算值：9上1 210 10 （320.67-86 ）10 6 上22（ 1-0.28 ）2 210 109（2 1+0.28 ）（332.67+86 ）2 （ 332.67-320.67 ）2上1 82.812MP 上1 上214.367MP故有：10 6可计算值 :tan2 0上320.67 860上2 332.67 320.6721.6790860.9443同理 :下1下29210 109210 10 （-300+73 ） （2 1-0.28 ）10 6（22 12+100.281）0 （-312-73 ）2 （-312+300）2 106故有:下1下211.581MP

8、77.790MPtan2300 730下0下2 （ -312 ） -73- （-300 ）21.60700.9395上184.130MP下110.922MP 上 210.922MP 下 284.130MP0上19.90900下19.9090面将理论应变值代入求解理论值3、计算圆轴上贴有应变片截面上的弯矩根据公式：M E Wz210 109 32（42 103）3（1-（3426）4）646.67210M 227.295N ? m而从理论值来看：M 理论P L 2 1000 240 10 3 240N m4、计算圆轴上贴有应变片截面上的扭矩根据公式：E均T WP ( 450450 ) 均2(1

9、) P 4545可以得到9210 1093 36 4 783.33 6T0.0423 (1 ( )4) ( ) 10 6 215.10 N m2(1 0.28) 16 42 2而从理论值来看：T理论P L1 1000 200 10 3 N m 200N m七、误差分析1、数据定量分析（1）、主应力与主平面方位角相对误差分析上 1 82.812MP ， 上 1理论82.812 84.130 100%84.13084.130MP, 相对误差1.567%上1上 1理论100%上1理论上 214.367MP ， 上 2理论10.992MP, 相对误差上 2上2理论上2理论100%14.367 10.9

10、9210.992100%30.704%0上21.6790，0上理论19.909 , 相对误差0上0上理论100%0上理论21.6790 19.909 0019.9090100%8.89%下1 11.581MP， 下 1理论11.581 10.92210.92210.922MP, 相对误差6.03%下 1下 1理论100%下1理论下 277.790MP， 下 2理论77.790 84.13084.130100%84.130MP, 相对误差7.54%下2下2理论100%0下21.6070，0下理论19.909 , 相对误差下2理论0下0下理论100%0下理论21.6070 19.909 019.9

11、090100%8.53%2）、将上述 M 的计算值与 P l 2的值进行比较，并分析其误差M 227.295N m, M 理论 240N m, 相对误差 MM 理论 100%M 理论227.295 240240100% 5.29%3）、将上述 T 的计算值与 P l1 的值进行比较，并分析其误差T 215.10N m, M 理论 200N m, 相对误差100%215.10 200200100%7.55%2、定性分析由前面的误差计算可以看出， 实验结果与真值比较接近， 但是上表面的误差相对比下表 面大，产生较大实验误差的原因可以归纳为：（ 1）、接线接头处接触电阻对实验结果的影响， 有些线可能

12、没有接好或者接的太松， 从 而引入较大的接触电阻， 而且有些线拆了后又再接上去， 接触电阻前后不一样也会造成相应 的误差；（ 2）、应变片在黏贴 时候产生的缺陷对测量产生较大影响，因为我们在进行实验的过 程中， 发现我们的测量结果比理论值一直偏大， 而且数据的稳定性一直比较好， 老师检查时 候说数据稳定性好说明实验本身的步骤没有问题， 应该是在贴应变片的时候应变片贴的不是很标准；（3）、在清零的过程中由于数据变动对实验结果产生较大的影响；（ 4）、卸载及再加载的过程中由于速度过快， 没有足够的时间使数据稳定下来可能就读 数了；（ 5）、本实验在实验前并没有再次进行轴的相关尺寸的测量，而是沿用了

13、一贯的标准数据，实际尺寸可能与标准尺寸有出入，从而造成实验结果的计算误差；（6）材料本身的质量分布以及缺陷对实验也会造成一定的影响。八、实验感想与实验改进建议这次做的实验名称是弯扭组合实验 。材料力学实验是材料力学学习的基础与深化， 在其中要用到很多课堂上所学到的理论知识与结果， 是将自己所学到的知识付诸实践的一种 形式。在力学实验中， 影响实验的因素很多， 产生误差的原因也错综复杂， 要求我们有一颗严 谨的心， 严格控制好实验条件等多种途径， 以最佳的试验方式呈现力学现象， 考验了我们实 际动手能力和分析解决问题的能力。材料力学实验有一定的复杂性， 为了在规定的时间内完成老师所要求的实验内容

14、， 达到 良好的实验结果， 需要课前认真的预习， 因此在课前， 我认真预习了实验讲义上提到的相关 步骤与注意事项， 了解了仪器的工作原理、 性能、 正确的操作步骤与各种桥路的接法及其电 路原理，写好了实验预习报告。预习是实验前面必须要完成的工作， 但是工作的重点还是在实验过程中。 我在做实验的 过程中， 格外小心， 因为我们所用的万能试验机是一种比较精确地仪器， 稍微不注意就会使 得机器所施加的力超过我们的预期要求。 我觉得是要过程中老师的指导是必不可少的， 在本 次试验中，老师给了我们三个她要求检查的地方（三种桥路所测得三种数值） ，通过老师在 实验过程中的检查， 能够使我意识到我的实验是否在一路正确的进行下去。 在读数的过程中 一定要小心，因为数据具有变动性， 不要马虎了事，一定要等数据稳定后在进行读数、 这样 才能够保证我们所测量的数据的精确性。 试验完成后， 要认真清理试验台， 把所有的仪器恢 复到位。刚开始我还不是很在实验完成后， 我认真的处理了实验数据。实验数据是定量分析的