六.弯扭组合内力素实验

1、1实验六、弯扭组合内力素实验实验六、弯扭组合内力素实验 一、实验目的一、实验目的1测定薄壁圆筒弯扭组合变形时指定点的主应力和测定薄壁圆筒弯扭组合变形时指定点的主应力和主方向，并与理论计算值进行比较。主方向，并与理论计算值进行比较。2 测定薄壁圆筒弯扭组合变形时指定截面上的弯矩、测定薄壁圆筒弯扭组合变形时指定截面上的弯矩、扭矩和剪力引起的应力，并与理论值比较。扭矩和剪力引起的应力，并与理论值比较。3. 学习布片原则、应变成份分析和各种组桥方法。学习布片原则、应变成份分析和各种组桥方法。二、仪器、设备二、仪器、设备1.力学试验台力学试验台 2. 静态应变仪静态应变仪 3. 辅助工具和量具辅助工具和

2、量具2三、实验装置：三、实验装置：薄壁圆筒试样（见图薄壁圆筒试样（见图3-10a）左端固）左端固定，籍固定在圆筒右端的水平杆加载。圆筒用不锈钢定，籍固定在圆筒右端的水平杆加载。圆筒用不锈钢1Cr18Ni9Ti或其它钢材制成，材料弹性模量或其它钢材制成，材料弹性模量E和泊松和泊松比比为己知，或由试验者自行测定，圆筒外径为己知，或由试验者自行测定，圆筒外径D，内径，内径d。3四、实验原理四、实验原理1. 指定点的主应力和主方向测定指定点的主应力和主方向测定根据理论分析可知：根据理论分析可知：弯曲正应力：弯曲正应力： MMW式中： DdDW32143薄壁圆筒扭转切应力：薄壁圆筒扭转切应力：PTWT

3、16143p DWFS0 SFR t40dDR2dDt弯曲切应力：弯曲切应力：， 4321、0由此可求得相应点的主应力由此可求得相应点的主应力 及主方向及主方向 的理论值。的理论值。5如何由实验来测定任一截面的主应力和主方向呢？据如何由实验来测定任一截面的主应力和主方向呢？据平面应变分析理论知，若某点任意三个方向的线应变平面应变分析理论知，若某点任意三个方向的线应变已知，就能计算出该点的主应变和主方向，从而计算已知，就能计算出该点的主应变和主方向，从而计算出该点的主应力和主方向。因此测量某点的主应力和出该点的主应力和主方向。因此测量某点的主应力和主方向时，必须在测点布置三枚应变片，工程中常用主

4、方向时，必须在测点布置三枚应变片，工程中常用应变花测定。常见的应变花有应变花测定。常见的应变花有45度应变花和等角应变度应变花和等角应变花等。在图花等。在图3-10a中的中的I-I截面的截面的b、d（或或a、c），即），即采用了采用了45度应变花进行测量，其展示图如图度应变花进行测量，其展示图如图3-10c所所示。示。采用单臂（多点）半桥公共温度补偿测量法，等量逐级加载。在每一载荷作用下，分别测得b、d（或a、c）两点沿-450、00、和450方向的应变值后，将测量结果记录在实验报告中。 6由以下公式计算由以下公式计算b、d（或（或a、c）两点的主应力大小和）两点的主应力大小和方向：方向： 2

5、2145450454503122 11E4545004545tan2272. 指定截面上的弯矩、扭矩和剪力所分别引起的指定截面上的弯矩、扭矩和剪力所分别引起的 应力的测定应力的测定1）弯矩）弯矩M引起的正应力的测定引起的正应力的测定为测定弯矩，可使用为测定弯矩，可使用b、d两点两点 方向的应变片，此处弯方向的应变片，此处弯曲正应力最大，而弯曲切应力为零，且曲正应力最大，而弯曲切应力为零，且（ 为最大弯曲正应变的绝对值），将它们组成如图为最大弯曲正应变的绝对值），将它们组成如图3-11所示半桥线路，据电桥的加减特性，则仪器读数为所示半桥线路，据电桥的加减特性，则仪器读数为:5M11M, M00d

6、uM511M2由胡克定律可求得弯矩由胡克定律可求得弯矩M引起的正应力为：引起的正应力为：duMMM2EE82)、扭矩、扭矩T引起的切应力的测定引起的切应力的测定045a、c两点为纯剪切应力状两点为纯剪切应力状态，主应力沿态，主应力沿 方向，方向，其数值等于其数值等于 ，用，用a、c两点两点 和和 方向的方向的应变片组成图应变片组成图3-12d所示全所示全桥线路，则仪器读数为：桥线路，则仪器读数为： 045045 duT3197FSTFSTFSTFSTT4RRRR 由广义胡克定律有：由广义胡克定律有：T13TTT111EEE由此可求得扭矩由此可求得扭矩T引起的切应力为：引起的切应力为：duTTT

7、14 1EE93)、剪力、剪力Fs引起的切应力的测定引起的切应力的测定用用a、c两点两点 方向的应变片组成图方向的应变片组成图3-13所示所示全桥线路，则仪器读数为：全桥线路，则仪器读数为：004545 和duFSFS4由广义胡克定律可求得剪力由广义胡克定律可求得剪力引起的切应力为：引起的切应力为： duFSFS4 1E应该说明的是上述测扭矩和应该说明的是上述测扭矩和剪力的组桥方案也只是诸多剪力的组桥方案也只是诸多方案中的其中一种，请实验方案中的其中一种，请实验者自己思考并设计其它组桥者自己思考并设计其它组桥方案。方案。10五、实验步骤五、实验步骤1安装弯扭组合实验装置并固定。安装弯扭组合实验

8、装置并固定。2测量主应力时按单臂（多点）半桥公共温度补偿测量主应力时按单臂（多点）半桥公共温度补偿将有关应变片接入应变仪所选通道。或自行设计测量主将有关应变片接入应变仪所选通道。或自行设计测量主应力的组桥方案，并按组桥方案将有关应变片接入应变应力的组桥方案，并按组桥方案将有关应变片接入应变仪所选通道。仪所选通道。 3. 分级加载，记录各级载荷作用下的读数应变，卸去载荷。分级加载，记录各级载荷作用下的读数应变，卸去载荷。设置应变仪测应变通道参数：桥路、应变片灵敏设置应变仪测应变通道参数：桥路、应变片灵敏系数、应变片电阻值。系数、应变片电阻值。未加载时平衡所选应变通道电桥。未加载时平衡所选应变通道

9、电桥。4. 按设计的测量弯矩按设计的测量弯矩M、扭矩、扭矩T和剪力和剪力 的组桥方案，的组桥方案，并按先后顺序将有关应变片分别接入应变仪所选通道，并按先后顺序将有关应变片分别接入应变仪所选通道，重复步骤重复步骤1、3。SF11六、实验结果处理六、实验结果处理1. 主应力、主方向实验数据处理按表主应力、主方向实验数据处理按表3-6进行。据式进行。据式3-20和和3-21计算出主应力和主方向实验值，然后计算主计算出主应力和主方向实验值，然后计算主应力和主方向的理论值。分别计算应力和主方向的理论值。分别计算b、d两点实验值的两点实验值的相对误差。相对误差。2. 计算计算I-I截面上分别由弯矩、扭矩、

10、弯曲剪力所引起截面上分别由弯矩、扭矩、弯曲剪力所引起的应力数据处理参考表的应力数据处理参考表3-7进行，据式进行，据式3-22、3-23和和3-24计算弯曲正应力、扭转切应力和弯曲切应力。计算弯曲正应力、扭转切应力和弯曲切应力。12七、实验报告七、实验报告实验报告应包括实验目的，原理简述，组桥方案，实验报告应包括实验目的，原理简述，组桥方案，实验数据记录和处理，以及误差分析等。实验数据记录和处理，以及误差分析等。八、预习要求八、预习要求 1. 预习实验教材预习实验教材2-2-3和和2-3-4节，对主应力和内力素节，对主应力和内力素 测量原理有较好的了解。测量原理有较好的了解。2. 根据材料的比例极限根据材料的比例极限 ，试件的参考尺寸，试件的参考尺寸h、D、 d，估算最大载荷，拟定加载方案（载荷增量，估算最大载荷