弯扭组合实验实验报告

1、北京航空航天大学材料力学实验弯扭组合试验实验报告机械工程及自动化学院3 0711 班张涛 38071122实验二弯扭组合试验一、实验目得1用电测法测定平面应力状态下一点处得主应力大小与主平面得方位角;2测定圆轴上贴有应变片截面上得弯矩与扭矩；3学习电阻应变花得应用。二、实验设备与仪器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D0 42mm ，壁厚 t 3mm ， l 1=0mm, l2 2 0m（如图二所示 );中碳钢材料屈服极限36 MPa,弹性模量 E 206G a，泊松比、 28。图一实验装置图四、实验原理与方法图三

2、应变花示意图1、测定平面应力状态下一点处得主应力大小与主平面得方位角 ;圆轴试件得一端固定,另一端通过一拐臂承受集中荷载P,圆轴处于弯扭组合变形状态,某一截面上下表面微体得应力状态如图四与图五所示。xxxx在圆轴某一横截面A B 得上、下两点贴三轴应变花（如图三）,使应变花得各应变片方向分别沿 0 与 45 .根据平面应变状态应变分析公式:图四圆轴上表面微体得应力状态图五圆轴下表面微体得应力状态(1)可得到关于x、 y、 x得三个线性方程组, 解得 :(2)由平面应变状态得主应变及其方位角公式：（3) 或（ 4)将式（ ) 分别代入式 ( ) 与式（ ), 即可得到主应变及其方位角得表达式。对

3、于各向同性材料，应力应变关系满足广义虎克定律:(5)由式 (2 ） （ 5） , 可得一点得主应力及其方位角得表达式为:1E4504502E2222 12 10045000450（6)tg 20450450200450450、与得测量可用 1/4桥多点测量法同时测出 ( 见图六 ) 。Ri2、圆轴某一截面弯矩得测量：轴向应力x 仅由弯矩引起 , 故有 :(7)根据广义虎克定律, 可得： Ri（ 8）又：图六( ）由式（ 7) （ 9) 得到 :(10)以某截面上应力最大得上点或下点作为测量点测出X 方向应变片得应变值X（ ) 。 得测量可用 1/4桥接法 ( 见图七 ), 也可采用半桥接法(

4、见图八） .R0上下R0R0R0 x 方向应变片Rt 温补片3、圆轴某一截面扭矩T 得测量：切应力x 仅扭矩T 引起 , 故有 :(11 ）根据广义虎克定律, 可得：(1 )由式（ 11) 、（ 2) 可得 :（ 13)得测量可用半桥接法( 见图七），也可采用全桥接法( 见图八 ) 。上上R-45R45R 上R45 上 5为了尽可能减小实验误差，本实验采用重复加载法-。45可参考如下加载方案：N,P =1500N ， P=1 00N, =4max下下R-45五、实验步骤R451 设计实验所需各类数据表格；2 测量试件尺寸；图七图八测量三次，取其平均值作为实验值。3 拟定加载方案；4 试验机准备

5、、试件安装与仪器调整;5 确定各项要求得组桥方式、接线与设置应变仪参数;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就是否处于正常状态。7 进行试验；将载荷加至初载荷,记下此时应变仪得读数或将读数清零。重复加载 ,每重复一次 ,记录一次应变仪得读数。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得平均值组桥方式测量1所用得通道应变上片位置理论 60应变值实第-88际一测组量 第 6 值 二组第 84三组平均 8值1桥半桥全桥234511上

6、上下下下 +311 11-34 60 96+ 048+ 3+3 0 305 69 44+78 9+333+ 21 98 7+646+ 30+3 + 21 2 7-30 76+60+7833 3+320 、 3 -312+73+ 6、 7+ 83、 3 2、67 7、计算实验点得主应力大小与其方位角，并与理论值（按名义尺寸计算 )进行比较由公式：E均均2E均 2均21450450均均22 12 10045000450均均tan204504502均均均00450450可计算值 :上1210109（ 320.67-86） 10 6上 2（ 1-0.28）2故有 :2210109226（ 1+0.28

7、） （ 332.67+86 ） （ 332.67-320.67）102可计算值：同理 :下121010962210109226（ -300+73 ） 10（ 1+0.28 ）（ -312-73 ） （ -312+300）10（ 1-0.28 ）下 222故有 :下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得弯矩根据公式 :均9（4233364646.67106M E Wzx210 1010 ）（ 1- （42）232而从理论值来瞧：4、计算圆轴上贴有应变片截面上得扭矩根据公式 :可以得到 T210109160.0423(1 ( 36 )4 )( 783.33) 10 6215

8、.10 N m2(10.28)422而从理论值来瞧：七、误差分析1、数据定量分析() 、主应力与主平面方位角相对误差分析，84.130MP,上1上1理论100%上1 82.812MP上1理论相对误差错误 !上 1理论82.81284.130100%1.567%84.130上 2 14.367MP，上2理论10.992MP, 相对误差上 2上 2理论100%错误 !上2 理论14.36710.992100%30.704%10.9920上21.679 0，0上理论19.909 0 , 相对误差0上0上理论错误 !0上理论21.679 019.9090100%19.9090100%8.89%，10.

9、922MP,下1下1理论下1 11.581MP下 1理论相对误差4下1理论10.92211.581100%6.03%10.922100%，84.130MP,下 2下2理论100%下 2 77.790MP下2理论相对误差错误 !下2理论77.79084.130100%7.54%84.130 ac(， )0下21.6070，0下理论19.9090 ,0下0下理论100%相对误差0下理论21.607 019.909019.909 0100%8.53%（ )、将上述M 得计算值与得值进行比较,并分析其误差M 227.295N m, M 理论 240N m,MM 理论100%相对误差M 理论227.29

10、52405.29%240100%（3）、将上述得计算值与得值进行比较，并分析其误差T 215.10N m, M 理论TT理论100%200N m, 相对误差T理论215.10200100%7.55%2002、定性分析由前面得误差计算可以瞧出 ,实验结果与真值比较接近 ,但就是上表面得误差相对比下表面大，产生较大实验误差得原因可以归纳为：(1)、接线接头处接触电阻对实验结果得影响，有些线可能没有接好或者接得太松,从而引入较大得接触电阻 ,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得误差 ;（ 2）、应变片在黏贴时候产生得缺陷对测量产生较大影响,因为我们在进行实验得过程中,发现我们

11、得测量结果比理论值一直偏大，而且数据得稳定性一直比较好,老师检查时候说数据稳定性好说明实验本身得步骤没有问题，应该就是在贴应变片得时候应变片贴得不就是很标准 ;（）、在清零得过程中由于数据变动对实验结果产生较大得影响；(4)、卸载及再加载得过程中由于速度过快，没有足够得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得相关尺寸得测量，而就是沿用了一贯得标准数据 ,实际尺寸可能与标准尺寸有出入，从而造成实验结果得计算误差;(6)材料本身得质量分布以及缺陷对实验也会造成一定得影响。八、实验感想与实验改进建议这次做得实验名称就是弯扭组合实验。材料力学实验就是材料力学学习得基础

12、与深化，在其中要用到很多课堂上所学到得理论知识与结果,就是将自己所学到得知识付诸实践得一种形式。在力学实验中,影响实验得因素很多，产生误差得原因也错综复杂，要求我们有一颗严谨得心，严格控制好实验条件等多种途径，以最佳得试验方式呈现力学现象,考验了我们实际动手能力与分析解决问题得能力。材料力学实验有一定得复杂性，为了在规定得时间内完成老师所要求得实验内容,达到良好得实验结果,需要课前认真得预习，因此在课前,我认真预习了实验讲义上提到得相关步骤与注意事项,了解了仪器得工作原理、性能、正确得操作步骤与各种桥路得接法及其电路原理，写好了实验预习报告。预习就是实验前面必须要完成得工作，但就是工作得重点还

13、就是在实验过程中.我在做实验得过程中 ,格外小心，因为我们所用得万能试验机就是一种比较精确地仪器,稍微不注意就会使得机器所施加得力超过我们得预期要求。我觉得就是要过程中老师得指导就是必不可少得 ,在本次试验中， 老师给了我们三个她要求检查得地方(三种桥路所测得三种数值)，通过老师在实验过程中得检查，能够使我意识到我得实验就是否在一路正确得进行下去。在读数得过程中一定要小心,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得数据得精确性。试验完成后，要认真清理试验台,把所有得仪器恢复到位。在实验完成后，我认真得处理了实验数据。实验数据就是定量分析得依据,就是探索、验证力学规律得第一手资料。本次试