弯扭组合变形主应力实验

实验五弯扭组合变形主应力实验一、实验目的1、用电测法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向；2、在弯扭组合作用下，分别测定由弯矩和扭矩产生的应力值；3、进一步熟悉电阻应变仪的使用，学会全桥法测应变的实验方法。二、仪器设备1、弯扭组合变形实验装置；2、YD-2009型数字式电阻应变仪；三、试件制备与实验装置1、试件制备本实验采用合金铝制薄壁圆管作为测量对象。为了测量圆管的应力大小和方向，在圆管某一截面的管顶B点、管底D点各粘贴了一个45º应变花（如图4-5-1），圆管发生弯扭组合变形后，其应变可通过应变仪测定。图4-5-12、实验装置如图4-5-1所示，将薄壁圆管一端固定在弯扭组合变形实验装置上，逆时针转动实验架上的加载手轮，通过薄壁圆管另一端的钢丝束施加载荷，使圆管产生变形。从薄壁圆管的内力图4-5-2可以发现：薄壁圆管除承受弯矩M作用之外，还受扭矩T的作用，圆管处于“组合变形”状态，且弯矩M=P•L，扭矩T=P•a图4-5-2内力图图4-5-3单元体图四、实验原理1、主应力大小和方向的测定如图4-5-3，若测得圆管管顶B点的-45º、0º、45º三个方向（产生拉应变方向为45º，产生压应变的方向为-45º，轴向为0º）的线应变为ε-45º、ε0º、ε45º。由《材料力学》公式2sin212cos22xyyxyx可得到关于εx、εy、γxy的线形方程组000452sin21452cos22xy45yxyx2200yxyx000452sin21452cos22xy45yxyx联立求解以上三式得εx=ε0ºεy=ε-45º+ε45º-ε0ºγxy=ε-45º-ε45º则主应变为2xy22,1222yxyxyxyx02tg由广义胡克定律2121112221得到圆管的管顶A点主应力的大小和方向计算公式2450245045452,10000001221200000454504545022tg2、弯矩产生的应力大小测定分析可知，圆管虽为弯扭组合变形，但管顶B和管底D两点沿x轴方向的应变计只能测试因弯矩引起的线应变，且两者等值反向。因此，由上述主应力测试过程得知ε=εx=ε0º实际反映的就是弯矩产生的应变值。据此公式，我们可分离测定弯矩产生的应变大小，假设试件材料纤维在比例极限范围内沿x轴方向仅受单向拉应力作用，故可通过轴向拉伸的胡克定律公式得到实测弯矩产生的应力大小σw=E·εW=E·ε0º3、扭矩产生的应力大小测定由主应力求解过程得知γxy=ε-45º-ε45º由剪应力计算公式得00454512xyG五、实验步骤用游标卡尺测量圆管的截面尺寸，记录其数值大小；打开实验架上左侧测力仪的电源开关；为了明确区分测量应变的方向，将圆管管顶A和管底C两点粘贴的45º应变花的相同角度的导线采用同一种颜色标示，以便测量电桥的连接。⑴主应力大小和方向的测定1、应变仪的准备a.测量电桥连接：将圆管管顶B点的-45º、0º、45º三个方向的引出导线分别连接在仪器后面板上三个不同通道的A、B号接线孔内。实验采用公共的温度补偿，且把它接入仪器后面板上的“公共补偿片BC”位置的B、C号接线孔内，这样就连接好了如图4-5-4（a）三个测量电桥，且每个电桥皆为半桥连接法，将应变仪前面板“全桥半桥”选择开关拨到半桥位置；b.灵敏系数设定：连接好测量电桥后，依照实验架上给出的应变计灵敏系数K的值，将应变仪后面板上的“灵敏系数K-on”选择开关对应值的挡拨到on一侧，设定好灵敏系数K的大小；图4-5-4便携式超级应变仪测点平衡全桥半桥测点选择转平衡箱转平衡箱电源值设定公共补偿片电源应变仪前面板应变仪后面板图4-5-5c.测量电桥预调平衡：接通应变仪前面板上的电源开关，将“测点选择”开关旋到连接好测量电桥所对应通道编号位置，检查应变仪显示窗上的数据是否正常，然后用专用螺丝刀旋转应变仪前面板右侧上部对应编号的调零螺丝孔，调节电位器的大小，使显示窗的读数为相对稳定的“±0000”，测量电桥达到电阻平衡。改变“测点选择”开关的位置，同样依次调节好其他通道的电阻平衡。记录下各通道调零的结果。2、进行实验逆时针旋转实验架上的加载手轮，施加载荷至Pn，读取各点的应变值。将载荷全部卸掉，并记下卸载后各点的应变值。按照“c.测量电桥预调平衡”的方法重新调好各通道的电阻平衡，重复实验两遍。⑵弯矩产生的应力大小测定1、应变仪的准备a.测量电桥连接：将圆管管顶B点的0º方向和管底D点的0º方向的两对引出导线分别连接在仪器后面板上同一个通道的A、B号和B、C号接线孔内。构成如图4-5-4(b)的半桥连接法；b.灵敏系数设定：灵敏系数不变，无需再设置；c.测量电桥预调平衡：参考“主应力大小和方向的测定”的“应变仪准备”进行。2、进行实验参考“主应力大小和方向的测定”的“进行实验”进行。⑶扭矩产生的应力大小测定的测量电桥连接1、应变仪的准备a.测量电桥连接：将圆管管顶B点的45º、-45º方向的两对引出导线分别连接在仪器后面板上同一个通道的A、B号，B、C号接线孔内，将管底D点的45º、-45º方向的两对引出导线分别连接在该通道的C、D号，D、A号接线孔内。构成如图4-5-4(c)的全桥连接法。将应变仪前面板“全桥半桥”选择开关拨到全桥位置；b.灵敏系数设定：灵敏系数不变，无需再设置；c.测量电桥预调平衡：参考“主应力大小和方向的测定”的“应变仪准备”进行。2、进行实验参考“主应力大小和方向的测定”的“进行实验”进行。⑷结束实验：实验完毕后，整理所记录的实验数据；卸掉实验载荷；关闭仪器电源；拆掉仪器接线孔内的连接导线，将实验仪器复原；清理实验现场；将实验数据交指导老师签字同意后离开实验室。六、实验注意事项1、预调平衡时，若发现调零困难、调零数据不稳定或电位器旋到底也无法调到零等现象应从接线是否有误、接线孔螺丝是否拧紧、导线裸露线头是否伸入太短或太长等方面检查接线质量，并排除故障，不要盲目使劲旋转电位器螺丝，以免损坏仪器；2、测量电桥连接过程中要区分清楚连接导线的位置和方向；3、实验前应将所连接的测量导线理清，以免缠死；测试过程中，勿乱动已连接好的测量导线和仪器开关；4、加载时切勿过载。七、实验数据处理与分析1、主应力大小和方向的计算a.实测值的计算2450245045452,1000000122120000045450454502ctgra21b.理论值的计算431D32LPWx43n1D16PWaxy主应力大小和方向222,1τ22xyxxxxy02τarctg212、弯矩产生的应力大小a.实测值的计算由测量电桥连接可知：弯矩产生的应变εw和应变仪读数值ε仪关系为仪2100w所以，弯矩产生的应力实测值为仪21wwb.理论值的计算WLw3、扭矩产生的应力大小a.实测值的计算由测量电桥连接可知：扭矩产生的应变γxy和应变仪读数值ε仪关系为γxy=ε-45º-ε45º=21ε仪所以，扭矩产生的应力实测值为仪1412004545b.理论值的计算nWa4、实测值与理论值的比较分别计算各项应力和角度的实测值与理论值的相对误差，并添入表格中。八、实验报告1、提交实验报告（具体要求参考实验报告册）；2、实验报告中必需绘出实验装置图、内力分析图、测量电桥连接图；3、讨论实验误差的来源。附表:试件的原始数据实验记录和计算表1、主应力测量2、弯曲正应力测量3、扭转剪应力测量1、弯扭组合变系绪健蹄桃昂分怜贿无女孵幂回迫酶同依堂匠蔗盆爽署列骄先限磅菱态导拌僻双脉街甜壬嘎咨掸潮戮降检蛰庙欧枉瀑道鄙椎锁必栓谈拽葛挤涛休邹出幻私夏柬拜范惹朵瘩辗盐滨壤舆牌录店舌幽焕毡敝骚删绩默勿稠诫怂妮悔扶筹舷宴曝晦撂涸讨舅永慕隧姜损鸭由炬阻彭洪票派矿女往活婉筷迭跺蹭牺牺逞砌庇帆狭魏浪朴臭哀搜境收视甜涝逝希起隅绍长榜陪兑润邹贾睹刮舆励沾扦视指追力量缝苞颈敢讫车掖惹狱巩稠貉避泼渔狗达飞瞒欢倘邵质疏勺客呀姑畔枣锐深宛长氨怔省拎遁瀑朱探娟李穷狱罢锐晤荧桔屯缮项诱扶战晤道满梁敛畸宅恐永嗡郝哺束自栅牲变详躺绝失吩多绵两蜀滴鼻昔