第一节矩形截面梁的纯弯曲实验

•19•第一节矩形截面梁的纯弯曲实验一、实验目的1.学习电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法。2.学习电测法中的1/4桥、1/2桥和全桥的测量方法。3.测量矩形截面梁在纯弯曲段中测点沿轴线方向的线应变，画出该线应变沿梁高度方向的变化规律，验证平面截面假设。4.根据上述测量结果计算测点的正应力，并与理论计算值进行比较。二、实验设备和仪器1.多用电测实验台。2.DH-3818型静态电阻应变仪。3.SDX-I型载荷显示仪。三、实验原理及方法实验装置如图2-1所示，矩形截面梁采用低碳钢制成，其弹性模量GPa210E，梁的尺寸为mm100a，mm20b，mm40h。在发生纯弯曲变形的梁段上，沿梁的沿轴线方向粘贴有5个应变片（其中应变片1位于梁的上表面，应变片2位于梁的上表面与中性层的中间，应变片3位于梁的中性层上，应变片4位于梁的中性层与下表面的中间，应变片5位于梁的下表面），另外在梁的支撑点以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片。应变片的灵敏系数08.2K。1.应变测量3种测量桥路的接线方法如下：Faa32145bhzy图2-1矩形截面梁的纯弯曲(1)1/4桥测量方法将5个工作片和温度补偿片按1/4桥形式分别接入电阻应变仪的5个通道中，组成5个电桥。具体接法：工作片的引线接在每个电桥的A、B端，温度补偿片接工作片温度补偿片•20•在电桥的B、C端。当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，工作片的电阻值将随着梁的变形而发生变化，电阻应变仪相应通道的输出应变为仪，于是测点的应变为仪实(2)1/2桥测量方法由于测点5与测点1的应变之间存在关系15实实测点4与测点2的应变之间存在关系24实实于是可将工作片5和1、4和2分别按1/2桥形式接入电阻应变仪的2个通道中，组成2个电桥。具体接法：工作片5接到一个电桥的A、B端，工作片1接到该电桥的B、C端；工作片4接到另一个电桥的A、B端，工作片2接到相应电桥的B、C端。当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，电阻应变仪相应通道的输出应变为仪，于是测点5和测点4的应变为2/仪实(3)全桥测量方法由于测点5、4、2和1的应变之间存在关系124522实实实实于是可将工作片5、4、2和1以全桥形式接入电阻应变仪的1个通道中，组成1个电桥。具体接法：工作片5接到电桥的A、B端，工作片1接到的B、C端，工作片4接到C、D端，工作片2接到D、A端。注意：工作片4和5可以对换，工作片1和2可以对换。当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，电阻应变仪相应通道的输出应变为仪，于是对应于测点5的应变为3/仪实2.应力计算(1)应力的测量值根据胡克定律，可计算出相应测点的正应力为实实E式中，E为梁材料的弹性模量。(2)应力的理论值梁在纯弯曲变形时，横截面上的正应力理论计算公式为zIyM理式中：2/FaM为横截面上的弯矩；123/bhIz为梁的横截面对中性轴的惯性矩；y为中性轴到欲求应力点的距离。四、实验步骤1.预热电阻应变仪和载荷显示仪。•21•2.将各应变片按1/4桥接法接到电阻应变仪的所选通道上。3.逐一调节各通道的电桥平衡。4.摇动多用电测实验台的加载机构，采用等量逐级加载（取kN1F），每增加一级载荷，分别读出各测点的应变值。5.记录实验数据。计算出各测点相应于载荷增量kN2F的应变值，并计算出相应的应力。6.再按1/2桥接法重复上述过程，测量测点5和测点4的应变值，计算出相应的应力。7.再按全桥接法重复上述过程，测量测点5的应变值，计算出相应的应力。8.比较上述3种测量结果。9.整理仪器，结束实验。五、实验数据的记录、计算与绘图实验数据的记录与计算见表2-1。根据1/4桥接法的测量结果，绘制线应变沿梁高度y方向的变化规律（见图2-2），验证平面截面假设。六、注意事项1.加载时要缓慢，防止冲击。2.读取应变值时，应保持载荷稳定。3.各引线的接线柱必须拧紧，测量过程中不要触动引线，以免引起测量误差。表2-1a矩形截面梁纯弯曲实验的数据记录与计算（1/4桥接法）应变610载荷F/kN测点1(mm20y)测点2(mm10y)测点3(0y)测点4(mm10y)测点5(mm20y)读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量1121314151F/kN12345实/MPa理/MPa误差=理实理/%•22•表2-1b矩形截面梁纯弯曲实验的数据记录与计算（1/2桥和全桥接法）应变610载荷F/kN1/2桥接法全桥接法测点5和1(mm20y)测点4和2(mm10y)测点5、4、2和1(mm20y)读数增量读数增量读数增量读数增量1121314151F/kN545实/MPa理/MPa误差=理实理/%图2-2线应变沿梁高度y方向的变化规律)mm(yO61020201010