试验四弯扭组合变形时的应力测定

1、实验四 弯扭组合变形时的应力测定一、实验目的.用电测法测定平面应力状态下的主应力大小及其方向，并与理论值进行比较。.测定弯扭组合变形杆件中的弯矩和扭矩分别引起的应变，并确定内力分量弯矩 和扭矩的实验值。.进一步掌握电测法和电阻应变仪的使用。了解半桥单臂，半桥双臂和全桥的接线方法。二、实验仪器.弯扭组合实验装置。. YJ-28-P10R静态数字应变仪,或者YJ-31电阻应变仪。三、实验原理和方法弯扭组合变形实验装置如图5-1所示，它由薄壁管1、扇臂2、钢索3、手轮4、加图4-1弯扭组合实验装置载支座5、加载螺杆6、载荷传感器7、钢索接头8、底座9、电子秤10和固定支架11 组成。钢索一端固定在扇

2、臂端，另一端通过加载螺杆、载荷传感器与钢索接头固定，实验时转动手轮，加载螺杆和载荷传感器都向下移动，钢索受拉，载荷传感器就有电信号 输出，此时电子秤数字显示出作用在扇臂的载荷值，扇臂端的作用力传递到薄壁管上， 使管产生弯扭组合变形。薄壁圆管材料为铝，其弹性模量 E=70GPa泊松比产0.33,管的平均直径D)=37mm, 壁厚t=3mm350兀B图4-21800-900270图4-3 A、B、C、D点应力状态薄壁圆管弯扭组合变形受力如简图 4-2所示。I -I截面为被测位置，该截面上的 内力有弯矩和扭矩。取其前、后、上、下的 A、B、C D为被测的四个点，其应力状态见 图4-3 (截面I -

3、I的展开图)。每点处按-45 、0、+45方向粘贴一片45的应变花，将 截面I - I展开如图4-4 (a)所示。四、实验内容和方法1 .确定主应力大小及方向：弯扭组合变形薄壁圆管表面上的点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变后，可算出主应变的大小和方向，再应用广义胡克定律即可求出主应力的大小和方 向。主应力主方向二-45 - ； 45tan2 ：=竺遭(2)；0 - ； /5 门，=45 一 ；0式中： 乙5。、%、5。分别表示与管轴线成 匕5。、%、限5方向的线应变.单一内力分量或该内力分量引起的应变测定：(1)弯矢I M及其所引起的应变测定(a)弯矩引起正应变的测定：用上、下(

4、即B D两点)两测点两片方向的应变片组成图 8-4b所示半桥测量线路, 测得B D两处由于弯矩引起的正应变dsM =T式中：Sds 应变仪的读数应变编由弯矩引起的轴线方向的应变(b)弯矩M的测定:B/ 45B 51八 r/A 1-1 r/ d1IAZCD(b)弯矩90”bD(c)主应力B270 AcRXR7D180(a)截面I -1展开图4-4(d)扭矩若薄壁圆管的弹性模量E及横截面尺寸已知，则可根据上面所测得的 Sm ,用下式计算被测截面的弯矩MM = ；M EW = sEW(4)2W 薄壁圆管横截面的抗弯截面模量(2)扭矩T及其所引起剪应变的测定：(a)扭矩引起剪应变的测定：用A、C两测点

5、方向的四片应变组成图 5-4d所示的全桥测量线路，可测得扭矩引 起剪应变的实验值为：丫-dsn =(5)2(b)扭矩T的测定若材料弹性常数E、科及其横截面积为已知，根据上面所得的耳,用下式计算出截 面的扭矩为(6)W薄壁圆管的抗扭截面模量。.为了与理论计算值进行比较，对所加载荷大小进行控制和显示，并测量有关几何尺寸，计算出被测截面的内力分量及测点的应力分量： TOC o 1-5 h z 弯矩正应力理论值：C- =M(7)W扭转剪应力理论值：T(8)Wp二一二-22王应力：仃 i.2=3V(3)1(9)2 2王万向：tun = (10)CT根据上式可分别求出A、日C D四个测点的主应力大小和方向

6、的理论值，然后与实验值进行比较分析。五、实验步骤.将传感器电源及信号线与电子秤联接，将应变仪与预调平衡箱联接。.打开应变仪，预热15分钟。.主应力测定。(1)将A、R C D上各应变片按图5-4c半桥方式接入电阻应变仪，各应变片共用 一片温度补偿片。(2)用标准电阻调R=0000,根据被测试件应变片的灵敏系数，计算出标定值。然后 打开标定开关，使前面板显示出标定值，关标定开关，拆下标准电阻。(3)调被测点电阻平衡。(4)采用增量法逐级加载，每次0.1kN。0.1 kN初载荷调零0.2 kN读出测量值0.3 kN读出测量值0.4 kN读出测量值卸载。.弯矩测定：(1)将B、D两点方向的应变片按图

7、5-4b的方式接成半桥。(2)下同主应力测定。.扭矩测定：(1)将A、C两点方向和方向接的应变片按图 5-4d的方式接成全桥。(2)下同主应力测定。.实验结束，将仪表恢复原状。六、实验报告要求.写出实验名称、实验设备并绘制装置简图。.绘出实验圆管试样受力简图，简述实验过程。.算出测点A处的主应力的实测平均值和该点理论值，并加以比较，求出相对误差。.画出A点的应力状态图（主应力大小和方向）。.实验记录和数据表格可参考表 4-1、表4-2和表4-3。表4-1 A、B、C、D各点的读数应变载荷/kN读数应变川&ABFF-450o0+450-45000+450 d增量最佳M/ g /表4-2 I-I截面上弯矩、剪力和扭矩引起的应变载荷/kN读数应变小FF弯矩 d剪力 d扭矩8 d增量最佳值/ 表4-3A、B、C、D各点的应力数据