弯扭组合变形实验.doc

薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验
SQ1001804A004李扬
一．实验目的
用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向；
测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。
实验仪器和设备
弯扭组合实验装置；
YJ-4501A/SZ静态数字电阻应变仪。
三．实验原理
弯扭组合实验装置如图1所示。它由薄壁圆管1（已粘好应变片），扇臂2，钢索3，传感器4，加载手轮5，座体6，数字测力仪7等组成。试验时，逆时针转动加载手轮，传感器受力，将信号传给数字测力仪，此时，数字测力仪显示的数字即为作用在扇臂顶端的载荷值，扇臂顶端作用力传递至薄壁圆管上，薄壁圆管产生弯图1
扭组合变形。
薄壁圆管材料为铝合金，其弹性模量E为72,泊松比μ为0.33。薄壁圆管截面尺寸、受力简图如图2所示，Ⅰ-Ⅰ截面为被测试截面，由材料力学可知，该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。取Ⅰ-Ⅰ截面的A、B、C、D四个被测点，其应力状态如图3所示。每点处按–450、00、+450方向粘贴一枚三轴450应变花，如图4所示。图2

图3图4图5
实验内容及方法
1.指定点的主应力大小和方向的测定
受弯扭组合变形作用的薄壁圆管其表面各点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变，然后运用应变-应力换算关系求出主应力的大小和方向。本实验用的是450应变花，若测得应变ε-45、ε0、ε45，则主应力大小的计算公式为

主应力方向计算公式为

2.弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定
a.弯矩M引起的正应力的测定
用B、D两被测点00方向的应变片组成图5（a）所示半桥线路，可测得弯矩M引
的正应变
由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力
b.扭矩Mn引起的剪应力的测定
用A、C两被测点-450、450方向的应变片组成图5（b）所示全桥线路，可测得扭矩Mn在450方向所引起的应变为
由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力
剪力Q引起的剪应力的测定
用A、C两被测点-450、450方向的应变片组成图5（c）所示全桥线路，可测得剪力Q在450方向所引起的应变为
由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力
实验步骤
将传感器与测力仪连接，接通测力仪电源，将测力仪开关置开。
将薄壁圆管上A、B、C、D各点的应变片按单臂（多点）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上。
逆时针旋转手轮，预加50N初始载荷，将应变仪各测量通道置零。
分级加载，每级100N，加至450N，记录各级载荷作用下应变片的读数应变。
卸去载荷。
将薄壁圆管上B、D两点00方向的应变片按图5（a）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上，重复步骤3、4、5。
将薄壁圆管上A、C两点-450、450方向的应变片按图5（b）全桥测量接线方法接至应变仪测量通道上，重复步骤3、4、5。
将薄壁圆管上A、C两点-450、450方向的应变片按图5（c）全桥测量接线方法接至应变仪测量通道上，重复步骤3、4、5。
实验结果的处理
计算A、B、C、D四点的主应力大小和方向。
计算Ⅰ-Ⅰ截面上分别由弯矩、剪力、扭矩所引起的应力。
实验记录和计算可参考表1、表2和表3。

表1
被测点
主应力
A
B
C
D5.5313.754.042.40-3.86-0.48-2.00-11.5144.67-16.68-44.3616.87
表2
读数应变

载荷AB-450
（R1）00
（R2）450
（R3）-450
（R4）00
（R5）450
（R6）P
(N)∆P
(N)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)500100201009818-66145186-31509819-66145188-3100959-82131167-925019328-148276355-12100923-82130165-935028531-230406520-31100932-86130168-2145037833-316536688-52(με)94.58-79134171.5-10.5

表2续
读数应变

载荷CD-450
（R7）00
（R8）450
（R9）-450
（R10）00
（R11）450
（R12）P
(N)∆P
(N)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)ε
(με)∆ε
(με)500000001008227-2951-126-901508227-2951-126-90100614-5122-157-11925014331-8073-283-209100596