弯扭组合变形的主应力测定.doc

试验报告第页

一、实验目的
1、测定薄壁圆管表面上一点的主应力的大小及方向。
2、验证弯扭组合变形理论公式。
3、通过现场对试验数据的分析，判断实验数据的准确性，加深对弯扭组合变形的理解。
二、实验设备
1、微机控制电子万能试验机。
2、静态电阻应变仪。
三、实验原理
1、薄壁圆管弯扭组和变形受力简图，如图1所示

图1：薄壁圆管弯扭组和变形受力简图
2、由试验确定主应力大小和方向
由应力状态分析可知，薄壁圆管表面上各点均处于平面应力状态。
若在被测位置想x,y平面内，沿x,y方向的线应变，剪应力为，根据应变分析可知，该点任一方向a的线应变的计算公式为

由此得到的主应变和主方向分别为

对于各向同性材料，主应变，和主应力，方向一致，主应力的大小可由各向同性材料的广义胡克定律求得：
（1）
式中，、分别为材料的弹性模量和泊松比。
在主应力无法估计时，应力测量主要采用电阻应变花，应变化是把几个敏感栅制成特殊夹角形式，组合在同一基片上。常用的应变花有450、600、900和1200等。
本实验采用的是45o直角应变花，在A、B、C、D四点上各贴一片，分别沿着-450、00、450如图所示。根据所测得的应变分别为、及，由下式计算出主应变，的大小和方向：

（2）

3、理论计算主应力大小及方向
由材料力学公式

可以计算出各截面上各点主应力大小及方向的理论值，然后与实测值进行比较。

四、实验步骤
1、试件准备。测量试件尺寸，加长臂的长度和测点距力臂的距离，按加载要求撞到微机控制万能试验机上。
2、接通应变仪电源，将薄壁圆管上所测各点的应变片和温度补偿片按半桥接线法接通应变仪，并调整好所用仪器设备。
3、试验加载。根据薄壁圆管尺寸及许用应力，确定最大载荷Pmax和载荷增量ΔP，拟定电子万能试验机方案，本实验以力控制，初载荷P0=0kN,加载速度为10N/S，每增加ΔP=200N，保载20s，依次记录各点相应的应变值，最大载荷为Pmax=1.2kN。
4、完成全部试验后，卸除荷载，关闭仪器设备电源。整理实验现场。

五、实验数据记录与处理
1、数据记录

应变片布置及对应通道布置位置
表1：应变仪测量数据
测点号ABCD-45000.450-45000.450-45000.450-45000.450通道号789101314151617181920200N-74-190-45-642-81636-24-215300N-109-710-63-662-115853-30-221400N-142-1302-82-681-148770-39-527500N-176-1855-100-899-1813987-47-731600N-208-22610-120-9117-21168104-55-837-33.5-51.752.5-18.75-0.7518.75-3.527.517-7.75-1.55.5
D=42mm，d=36mm，L=300mm，a=192mm

数据整理
A点：

,
B点：

,
C点：

,

D点：

,
表2：理论值计算结果
A点B点C点D点0.8472.8839.8092.883-9.809-2.883-0.847-2.883-0.643-0.643
用以上应变值差值的平均值计算如下：
A点：

=
=N/mm2

B点：

=
=N/mm2

C点：

=
=N/mm2

D点：

=
=N/mm2

表3：实验值计算结果
A点B点C点D点2.022.935.4920.7325-10.62-2.93-1.742-1.3485-0.497-----0.73517.67
表4：理论值与实验值相对误差
A点B点C点D点138.5%1.63%44.0%-74.6%8.26%1.63%48.5%53.2%-22.7%-213.95%

六、实验总结
1、从表5-4可得，试验数据部分如B点较为理想，但是总体而言相对误差偏大。误差可能有一下几个原因：实验对应变花的粘贴有很高的要求，应变片角度和位置的偏差可能是导致误差的最主要原因，并且试验装置使用的时间较长，应变片不可避免的有疲劳损坏的情况。实验中很难保证对装置进行对称加载，造成力大小的偏差；实验中人工操作误差等。
2、实验前要充分了解实验，明白实验原理，不能只是按照步骤进行试验，不能只为了完成任务，要有自我的思考，才能在试验过程中发现问题，解决问题，也才更可以有效的学习。