弯扭组合变形实验报告

薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验

一.实验目的

1.用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向;

2.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。

二.实验仪器和设备

1.弯扭组合实验装置;

2.YJ-4501A/SZ静态数字电阻应变仪。

三.实验原理

薄壁圆管受力简图如图1所示。薄壁圆管在P力作用下产生弯扭组合变形。

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               图1


面尺寸、如图2所示。由材料力学分析可知,该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。Ⅰ-Ⅰ截面现有A、B、C、D四个测点,其应力状态如图3所示。每点处已按 –45 0、0 0、+45 0方向粘贴一枚三轴45 0应变花,如图4所示。

       图2                     图3                          图4

四.实验内容及方法

1. 指定点的主应力大小和方向的测定

薄壁圆管A、B、C、D四个测点,其表面都处于平面应力状态,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。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

       或    

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

只需用B、D两测点00方向的应变片组成图5(a)所示半桥线路,就可测得弯矩M引的正应变          

然后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                            图5

   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方向所引起的线应变       

由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力   

c.    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方向所引起的线应变         

由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力    

五.实验步骤

1. 接通测力仪电源,将测力仪开关置开。

2. 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。

3. 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,然后卸去载荷。

4. 按图5各种组桥方式,从复实验步骤3,分别完成弯矩、扭矩、剪力所引起应变的测定。

六.实验数据及结果处理

实验数据1         应变片灵敏系数K=2.23

实验数据1续

实验数据2及结果

实验结果

七.思考题

1. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变,还有哪些接线方法,请画出测量电桥的接法。

a.测量弯矩引起的应变,还可以用R5或R11与补偿片组成单臂半桥,见图(a);

b.测量扭矩引起的应变见图(b);


c.测量剪力引起的应变见图(c);

2. 本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确定主应力的大小和方向?为什么?

      本实验中A、C两点可以用二轴450应变花替代三轴450应变花,B、D两点不可以。因为,从理论上讲,A、C两点主应力方向是已知的,只要求主应力大小,两个未知数,只要用两个应变片就可以了。

弯扭组合实验理论计算

薄壁圆管截面尺寸、受力简图如图所示

   

Ⅰ-Ⅰ截面A、B、C、D各点主应力大小和方向计算:

Ⅰ-Ⅰ截面作用的力有

剪力    (N)          扭矩    (N·m)

弯矩    (N·m)

Ⅰ-Ⅰ截面几何性质

      抗扭截面模量      (m3

     抗弯截面模量      (m3

A、C点扭转剪应力、弯曲剪应力计算  (在中性层上可视为纯剪状态)

     扭转剪应力       (Mpa)

弯曲剪应力   (Mpa)

t— 圆管壁厚    R0 = 18.25mm

     A点剪应力           (Mpa)

     C点剪应力           (Mpa)

A点主应力           (Mpa)

A点主应力方向       

C点主应力          (Mpa)

C点主应力方向       

B、D点扭转剪应力、弯曲正应力计算  

      扭转剪应力       (Mpa)

      弯曲正应力        (Mpa)

     B点主应力     

                        (Mpa)

                         (Mpa)

     B点主应力方向

                     

     D点主应力          (Mpa)

                         (Mpa)

     D点主应力方向 


                      

 

第二篇:弯扭组合变形时内力素的测定

弯扭组合变形时内力素的测定

1 实验目的

1.用实验方法测定薄臂园轴在载荷作用下,在危险横截面上产生的弯矩、扭矩、剪力。2. 测定剪切弹性常数G。

3. 掌握电阻应变仪的桥路连接方法。

2 仪器和设备

1. 50KN微机控制电子万能试验机。

2.弯扭组合梁实验装置。

3.TS3861静态电阻应变仪。

4.游标卡尺。

3 实验原理及装置

基本原理与上节相同,利用图8-3上的应变花,用静态电阻应变仪组成不同桥路连接方法,来测取弯扭梁在组合变形时的内力素。

1.弯矩M的测定

用上下(B、D)两测点的0o片组成如图9-1所示的半桥测量桥路,测得由弯引起的B、D两点正应变为:=/2 ,为应变仪的读数应变。若薄壁园轴的弹性常数E及横截面尺寸为已知,则根据所测得的值,用下式计算被测截面的弯矩M为:

M=σ·Wz=E··Wz=·E·Wz ………(9—1)

式中:Wz为薄壁园轴横截面的抗弯截面横量。

2.剪力的测定

用A、C两测点的+45o和-45o方向的四片应变片组或图9-2所示的全桥测量桥路,可测得剪力引起的剪应变大小为: 为应变仪的读数应变。若E、μ及横截面尺寸为已知量,根据上面所测的值,用下式计算被测截面的剪力为:

 ………(9—2)

式中:A-薄壁园轴横截面面积,-剪力引起的剪应变。

   

图9-1 弯矩测量桥路       图9-2 剪力测量桥路图   9-3 扭矩测量桥路

3.扭矩Mn的测定

用A、C两测点的-45o和+45o方向的四片应变片组成如图9-3所示的全桥测量桥路,可测得扭矩Mn引起的剪应变大小为: 为应变仪的读数应变。若薄壁园轴的弹性常数E、μ及横截面尺寸为已知,则用下式计算被测截面的扭矩Mn为:

 ………(9—3)

式中:Wp-为薄壁园轴横截面的抗扭截面横量。

4.确定剪切弹性常数G

用I-I截面上计算出的扭矩,计算出扭矩引起的剪应力理论值 ,代入剪切虎克定理公式(),既可得到剪切弹性常数G的实验值为:

        ………(9—4)

式中:-扭矩引起的剪应变。而剪切弹性常数的理论值为: 

4 实验步骤

1.测量组合梁相关尺寸

测量薄壁园管的内外直径、测量l(测点到横加载臂中线的垂直距离),测量L(加载点至园轴中心线的垂直距离),见图8-1。

2.加载方案

根据材料的许用应力,加载最大载荷为500N,采用等量加载法,既每次加100N,加5次。

3.试验机准备

用50KN微机控制电子万能试验机控制加载。双击桌面上WinWdw-PCI图标,进入实验操作系统,点击试验操作,点击自动程序,在控制程序窗口选择弯扭组合内力素程序,点击新建试样。

4.仪器准备

将薄壁园轴I-I截面上应变片连接的导线按不同的测试目的,接入应变所选通道,组成不同的测量桥路,测弯矩接成半桥电路,测扭矩、剪力接成全桥电路。(参照图9-1、9-2、9-3)。

5.进行实验

点击开始,每增加100N,在应变仪通道上分别读取弯矩、扭矩、剪力应变值,记录在表9-2中,一直加到500N为止,卸载检查数据。

表9-2

5 实验结果处理

分别计算出下列数据的实验值和理论值,并计算它们的相对误差加以分析:

1. 截面I-I上的弯矩、扭矩和剪力值。

2. 截面I-I上分别由弯矩、扭矩和剪力引起的最大应力值。

3. 计算材料的剪切弹性常数G。

6 思考题

1.采用上述三种不同桥路可以分别测出哪三种应力分量。

2.试推导2-3分式。

相关推荐