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实验二空心圆管在弯扭组合变形下主应力测定 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,并与理论值进行比较 测定空心圆管在弯扭组合变形作用下的弯曲正应力和扭转剪应力 进一步掌握电测法 实验仪器设备和工具 弯扭组合实验装置 系列静态电阻应变仪 游标卡尺、钢板尺 实验原理和方法 测定主应力大小和方向 空心圆管受弯扭组合作用,使圆筒发生组合变形,圆筒的截面处应变片位置及平面应力状态(如图1)。在点单元体上作用有由弯矩引起的正应力,由扭矩引起的剪应力,主应力是一对拉应力和一对压应力,单元体上的正应力和剪应力可按下式计算 式中—弯矩, —扭矩, —抗弯截面模量,对空心圆筒: —抗扭截面模量,对空心圆筒: 由二向应力状态分析可得到主应力及其方向 图1圆筒的截面应变片位置及B点应力状态 本实验装置采用直角应变花,在、、、点各贴一组应变花(如图2所示),点或点应变花上三个应变片的角分别为、、,该点主应变和主方向 主应力和主方向 图2测点应变花布置及空心圆管截面图 弯曲正应力测定 空心圆管虽为弯扭组合变形,但和两点沿方向只有因弯曲引起的拉伸和压缩应变,且两应变等值异号,因此将和两点应变片和,采用半桥组桥方式测量,即可得到、两点所在截面由弯矩引起的轴向应变(),则该截面的弯曲正应力实验值为 扭转剪应力 当空心圆管受扭转时,和两点方向和方向的应变片,即四个应变片采用全桥组桥方式进行测量,可得到和两点由扭转引起的扭转应变()。则可得到和两点所在截面的扭转剪应力实验值为 实验步骤 设计好本实验所需的各类数据表格。 测量试件尺寸、加力臂长度和测点距力臂的距离,确定试件有关参数。见附表1 将空心圆管上的应变片按不同测试要求接到仪器上,组成不同的测量电桥。调整好仪器,检查整个测试系统是否处于正常工作状态。 主应力大小、方向测定:将或点的三个应变片按半桥单臂、公共温度补偿法组成测量线路进行测量。 弯曲正应力测定:将和两点的和两只应变片按半桥双臂组成测量线路进行测量()。 扭转剪应力测定:将和两点的四只应变片按全桥方式组成测量线路进行测量()。 拟订加载方案。可先选取适当的初载荷(一般取左右),估算(该实验载荷范围),分4~6级加载。 根据加载方案,调整好实验加载装置。 加载。均匀缓慢加载至初载荷,记下各点应变的初始读数;然后分级等增量加载,每增加一级载荷,依次记录各点电阻应变片的应变值,直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2,附表3 作完实验后,卸掉载荷,关闭电源,整理好所用仪器设备,清理实验现场,将所用仪器设备复原,实验资料交指导教师检查签字。 实验装置中,圆筒的管壁很薄,为避免损坏装置,注意切勿超载,不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。 注意事项 测试仪未开机前,一定不要进行加载,以免在实验中损坏试件。 实验前一定要设计好实验方案,准确测量实验计算用数据。 加载过程中一定要缓慢加载,不可快速进行加载,以免超过预定加载载荷值,造成测试数据不准确,同时注意不要超过实验方案中预定的最大载荷,以免损坏试件;该实验最大载荷700N。 实验结束,一定要先将载荷卸掉,必要时可将加载附件一起卸掉,以免误操作损坏试件。 确认载荷完全卸掉后,关闭仪器电源,整理实验台面 附表1(试件相关参考数据) 圆筒的尺寸和有关参数计算长度L=300mm弹性模量E=206GPa外径D=40mm泊松比μ=0.26内径d=32mm(钢)/34mm(铝)弹性模量E=70GPa扇臂长度a=248mm泊松比μ=0.3 附表2(B或D主应力实验数据) 载荷(N)各 测 点 实 验 数 据µε45°0-45° 附表3(实验数据) 载荷(N)100200300400500600100100100100100实验数据µε弯曲正应力扭转剪应力 实验结果处理 主应力及方向 点或点实测值主应力及方向计算: 点或点理论值主应力及方向计算: 计算弯曲正应力、扭转剪应力 理论计算: 弯曲正应力 扭转剪应力 实测值计算: 弯曲正应力 扭转剪应力 实验值与理论值比较 点或点主应力及方向 比较内容实验值理论值相对误差(%)点或点 弯曲正应力和扭转剪应力 比较内容实验值理论值相对误差(%)