材料力学实验报告——桥路与弯曲应力

实验名称：桥路与弯曲应力实验 实验日期：2012.3.22      实验人：XXX            学号：  XXXXXX    班级：    XXXXX        同组人员：XXX              一． 实验目的 1. 测量矩形截面梁在横弯时指定截面的最大应变值，比较和掌握不同组桥方式如何提高测量灵敏度的。并求出各种组桥方式下的桥臂系数B。 2. 测量矩形梁在横弯条件下指定截面的应力分布规律，并与理论值进行比较。 二． 实验装置及仪器设备 1．实验装置 本实验是将矩形截面梁安置在WDW-3020型电子万能试验机上，梁的受力方式为三点弯曲。通过试验机的控制面板操作试验机，实现对三点弯曲梁加载，施加的载荷由控制面板读出。在指定截面上沿梁的高度分布有9枚电阻应变片，施加到额定载荷时，由YE2539高速静态应变测试系统自动检测电阻应变片所感受的应变值。装置简图如图2-7所示。 2．实验设备 1）WDW-3020电子万能试验机 2）矩形截面梁一根 3）YE2539高速静态应变测试系统 三．实验基本原理 在平面弯曲条件下，矩形截面梁任一截面上的应力沿高度的变化可按下式计算。 式中： M——该截面上的弯距； Jy ——截面惯性距； Z——所求点至中性轴的距离。 其最大应力产生在上、下表面，最大值为 式中W为梁的抗弯截面系数。（2-13）式是在平面假设的条件下推导出来的，是否正确可通过实验来验证。 本实验指定截面的电阻应变片布置如图（2.7）所示。在初载荷P0和末载荷PN时，通过应变仪分别读出测量值即为初读数ε0 和末读数εN。此时各片电阻片的测量应变值为Δε＝εN－ε0，通过σ=Eε即可计算出各点的应力值。 在梁的上下表面各布置了两枚电阻片，可利用各种组桥方式测定最大应变值，并比较各种组桥方式下的灵敏度大小。 四.实验步骤 1. 检查矩形截面梁的加力点位置与支座位置是否正确（以梁上刻线为准），梁的截面 尺寸由同学自己测量。 2. 根据试样尺寸及机械性能指标计算试验的许可载荷，并确定初载荷P0及末载荷PN， 单位为牛（N）。 3. 熟悉并掌握试验机的操作及高速静态应变测试系统的使用方法；设置试验的 负荷定载值，该值要稍大于PN值，以便使试样不因误操作造成试样的损坏。启动 试验机预加载荷到P0值。待仪器稳定后，通过操作计算机的控制软件进行初始平 衡和试采样，使测量的各通道应变初值ε0置零；然后将载荷加至PN值测量εN， 求出两次读数差值。共重复加卸载2～3次，每次 ε相对误差不超过5%，否则应 检查接线是否牢靠，仪器工作是否正常，排除故障然后重做。 4.用单臂组桥方法测9个应力片的ε0、εN，计算实验△ε、σ实，理论σ理，并比较相对误差。测量梁的尺寸数据。 5. 完成全部试验，实验数据经教师检查合格后，卸掉载荷、关闭电源、拆下引 线、整理好实验装置，将所用工具放回原处后离开实验室。 5. 试验数据的整理及结果计算 组桥 点号 梁高 负载（N） ε0（με） εN（με） △ε（με）＝εN－ε0 平均△ε（με） ε实（με） σ实(Mpa) σ理(Mpa) δ（%） 1 0 500 -2 -366 -364 -362 -348.0769 -71.7038 -75.9965 5.65% 0 5500 3 -363 -360 0 0   2 0 500 0 -380 -380 -379.5 -364.9038 -75.1702 -75.9965 1.09% 0 5500 2 -381 -379 0 0   3 6.73 500 1 -302 -303 -303.5 -291.8269 -60.1163 -50.6644   6.73 5500 7 -297 -304 0 0   4 13.5 500 -1 -150 -149 -151.5 -145.6731 -30.0087 -25.3322   13.5 5500 7 -147 -154 0 0   5 20.2 500 0 -4 -4 -7 -6.730769 -1.38654 0   20.2 5500 5 -5 -10 0 0   6 26.9 500 -2 147 151 147 141.34615 29.11731 25.33218   26.9 5500 4 147 143 0 0   7 33.7 500 0 300 300 298 286.53846 59.02692 50.66436   33.7 5500 4 300 296 0 0   8 40.4 500 0 380 380 379.5 364.90385 75.17019 75.99654 1.09% 40.4 5500 4 383 379 0 0   9 40.4 500 0 381 387 379.5 364.90385 75.17019 75.99654 1.09% 40.4 5500 2 380 378 0 0                           （5）按下式计算梁的上下表面最大应力的实验值与理论值的相对误差 并分析产生误差的原因。 产生 分析可能误差： 1. 仪器测定应变的精度。 2. 可能载荷的加载有误差，不是500,5500N。 3. 应变片贴面的位置不处于均分状态。 4. 由于弯曲应力公式中Iz的计算h三次方项，因此h的测定会产生较大的误差。 5. 应变片本身的问题，如，本实验中第一号应变片位于上表面，在上下表面其他的三个应变片都十分接近的情况下，唯独其一个有较大误差，受载荷不正对的可能性排除，因此十分有可能就是应变片自身的误差。 七. 思考题 1．如果中性层的实测应变值不为零是由什么原因产生的？它与相临两片的数据有何 关系，如何修正？ 2．分析造成梁上表面或下表面两片电阻片的实测值不相同的原因，如何修正。 3．如果试验机压头不垂直与梁的表面，会对实验结果产生什么影响，如何利用组桥方 法消除这种影响。 4．假如一个立柱受偏心压缩，如何布片既能测出轴力又能测出弯距。如何组桥？ 八. 实验原始数据 1. 初载荷P 0＝500N；末载荷P N＝5500N。 2. 梁的截面尺寸：h=40.38mm ;b=24.21。 3. 支座跨度L=650mm，a=200mm。 4. 电阻应变仪的灵敏系数K仪＝2.0, 电阻片灵敏系数K片＝2.08。 6. 试样的弹性模量E＝2.06×10^5Mpa。 7. 加载速度1mm/min，接近额定载荷时0.05mm/min。