弯扭组合变形实验（DOC X页）

弯扭组合变形实验（DOC X页） 薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验 SQ1001804A004 李扬 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 弯扭组合实验装置如图1所示。它由薄壁圆管 ,传感器4,1,已粘好应变片，,扇臂2,钢索3 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。 薄壁圆管为铝合金,其弹 GN性模量E为72, 泊松比μ2m 为0.33。薄壁圆管截面尺寸、受力 简图如图2所示,?-?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 ?-?截面的A、B、C、D四个被 测点,其应力状态如图3所示。每 000点处按 –45、0、+45方向粘贴一 0枚三轴45应变花,如图4所示。 图2 1 图3 图4 图5 四(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面各点处于平面应力状态,用应变花测出三个方 0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45应变花,若测得应变ε、ε、ε,则主应力大小的计算公式为 -45045 11,，,，，,,221E,，,,，,，，，，，，,,,,,,,4545,450045,,2212,,,，，3 主应力方向计算公式为 ,,,45,45 ,,tg2，，，，,,,,,,,0,45450 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 0用B、D两被测点0方向的应变片组成图5,a，所示半桥线路,可测得弯矩M引 ,Md的正应变 ,,M2 E,Md由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力 ,,,E,MM2b. 扭矩M引起的剪应力的测定 n 00 用A、C两被测点-45、45方向的应变片组成图5,b，所示全桥线路,可测得扭矩Mn ,0nd在45方向所引起的应变为 ,,n4 E,G,ndnd由广义虎克定律可求得剪力M引起的剪应力 ,,n,n，，412，, c. 剪力Q引起的剪应力的测定 00用A、C两被测点-45、45方向的应变片组成图5,c，所示全桥线路,可测得剪力Q ,0Qd在45方向所引起的应变为 ,,Q4 E,G,QdQd由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力 ,,,Q，，412，, 五(实验步骤 1,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。 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。 2 3,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。 4,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。 5,卸去载荷。 06,将薄壁圆管上B、D两点0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。 007,将薄壁圆管上A、C两点-45、45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。 008,将薄壁圆管上A、C两点-45、45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。 六(实验结果的处理 1,计算A、B、C、D四点的主应力大小和方向。 2,计算?-?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 A B C D 主应力 MN5.53 13.75 4.04 2.40 ，， ,21m MN-3.86 -0.48 -2.00 -11.51 ，， , 23m 44.67 -16.68 -44.36 16.87 ，，,度0 表2 A B 读数应变 0 0 0 0 0 0 -450 45 -450 45载荷 (R) (R) (R) (R) (R) (R) 123456 P ?P ε ?ε ε ?ε ?ε ?ε ?ε ?ε ε ε ε ε (N) (N) (με) (με)(με)(με)(με)(με)(με) (με) (με) (με) (με) (με) 50 0 1 0 0 2 0 100 98 18 -66 145 186 -3 150 98 19 -66 145 188 -3 100 95 9 -82 131 167 -9 250 193 28 -148 276 355 -12 100 92 3 -82 130 165 -9 350 285 31 -230 406 520 -31 100 93 2 -86 130 168 -21 450 378 33 -316 536 688 -52 (με) 94.5 8 -79 134 171.5 -10.5 3 表2续 C D 读数应变 0 00000 -45 0 45 -450 45载荷 (R) (R) (R) (R) (R) (R) 789101112 P ε ?ε ε ?ε ?ε ?ε ?ε ?ε ?P ε ε ε ε (N) (N) (με) (με) (με(με) (με) (με) (με) (με) (με) (με) (με) (με) ) 50 0 0 0 0 0 0 100 82 27 -29 51 -126 -90 150 82 27 -29 51 -126 -90 100 61 4 -51 22 -157 -119 250 143 31 -80 73 -283 -209 100 59 6 -53 22 -155 -122 350 202 37 -133 95 -438 -331 100 59 6 -52 21 -159 -124 450 261 43 -185 116 -597 -455 65.25 10.75 -46.25 29 -149.25 -113.75 (με) ,,d均 表3 读数应变 弯矩 扭矩 剪力 M M Q 载荷 n P ?P ε ?ε ε ?ε ε ?ε Md Mdnd ndQd Qd(N) (N) (με)(με)(με)(με)(με)(με) 50 0 0 0 100 325 267 84 150 325 267 84 100 327 265 85 250 652 532 169 100 323 266 86 350 975 798 255 100 325 267 83 450 1300 1065 338 325 266.25 84.5 ,, (με) d均 应力, 11.703.60 1.14 ,,, QnMMN，， 2m 4 七(思考 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。 002,本实验中能否用二轴45应变花替代三轴45应变花来确定主应力的大小和方向, 为什么, 不能，已知45?和-45?方向的应变，可以求出此两个方向的应力，但切应力未知，无法确定主应力大小和方向。 5