梁的純彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

1、梁的純彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)電測(cè)法是應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量最常用的方法，其方法簡(jiǎn)便，技術(shù)成熟，已經(jīng)成為工程中不可缺少的測(cè)量手段。純彎曲時(shí)正應(yīng)力在橫截面上線性分布，是彎曲中最簡(jiǎn)單的應(yīng)力情況。用電測(cè)法測(cè)定純彎曲梁上的正應(yīng)力，不僅可以驗(yàn)證材料力學(xué)理論，也可以熟悉電測(cè)法測(cè)量的原理、操作方法和注意的問(wèn)題，為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析打下基礎(chǔ)。一、預(yù)習(xí)要求1、YJ5電阻應(yīng)變儀測(cè)量前如何進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡？2、采用半橋接法進(jìn)行彎曲正應(yīng)力測(cè)量時(shí)，如何進(jìn)行溫度補(bǔ)償？說(shuō)明原理。二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、初步掌握電測(cè)應(yīng)力分析方法，學(xué)習(xí)電測(cè)接線方法、儀器調(diào)試使用方法。2、測(cè)定梁在純彎曲下的彎曲正應(yīng)力及分布規(guī)律，驗(yàn)證理論公式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、純彎曲正應(yīng)力試驗(yàn)

2、臺(tái)。2、電阻應(yīng)變儀及預(yù)調(diào)平衡箱。3、矩形截面鋼梁。四、實(shí)驗(yàn)原理及方法純彎曲梁如圖1a所示。在載荷P作用下，梁的CD段為純彎曲變形。沿梁橫截面的高度方向每隔高度粘貼平行于軸線的測(cè)量應(yīng)變片，共五片，其中第三片在中性層上。另外在梁外安置溫度補(bǔ)償塊，其上貼一公共溫度補(bǔ)償應(yīng)變片。每一測(cè)量應(yīng)變片與公共溫度補(bǔ)償片按圖1b接法接為半橋測(cè)量系統(tǒng)。梁受到P力作用后，產(chǎn)生彎曲變形。通過(guò)電阻應(yīng)變儀測(cè)出載荷作用下五個(gè)點(diǎn)處的應(yīng)變，由于是單向拉壓變形，由虎克定律即可算出各點(diǎn)的應(yīng)力值。另一方面，由彎曲正應(yīng)力理論公式，可算出各點(diǎn)的應(yīng)力理論值。于是可將實(shí)測(cè)值和理論值進(jìn)行比較，驗(yàn)證理論公式的正確性。圖1 純彎曲實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)時(shí)

3、，載荷由砝碼經(jīng)過(guò)20倍杠桿放大施加。加載分四級(jí)，每增加一個(gè)砝碼，產(chǎn)生P力的增量P。每加一級(jí)后測(cè)出五個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變，最后取力和應(yīng)變的增量平均值計(jì)算理論值和實(shí)驗(yàn)值。該實(shí)驗(yàn)也可用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載進(jìn)行測(cè)量。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、檢查調(diào)整純彎曲梁、電阻應(yīng)變儀，使各部件和旋鈕在正確位置，并打開(kāi)應(yīng)變儀進(jìn)行預(yù)熱。2、接橋練習(xí)。參照表1組橋，每種方式下按應(yīng)變儀的使用方法進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡，平衡后加一個(gè)砝碼讀取應(yīng)變。讀數(shù)方法為，當(dāng)加載后應(yīng)變儀的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)應(yīng)變的大小選擇并調(diào)節(jié)微調(diào)、中調(diào)、粗調(diào)讀數(shù)盤(pán)使電表指針回零，這時(shí)各讀數(shù)盤(pán)所指讀數(shù)的代數(shù)和即是所測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。讀數(shù)盤(pán)上“-”表示壓應(yīng)力，“+”表示拉應(yīng)力，單位為（微應(yīng)變，1=1

4、0-6）。測(cè)試后將所有應(yīng)變片連線從平衡箱上拆除，并討論結(jié)果。3、將各測(cè)點(diǎn)測(cè)量應(yīng)變片和公共補(bǔ)償片按半橋方式接到預(yù)調(diào)平衡箱相應(yīng)的接線柱上，逐點(diǎn)進(jìn)行調(diào)平。4、分級(jí)加砝碼，每加一級(jí)后從應(yīng)變儀上讀出五個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變，按表2記錄數(shù)據(jù)。5、結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完畢，卸掉砝碼，關(guān)閉應(yīng)變儀電源，將應(yīng)變片接線從預(yù)調(diào)平衡 箱上取下。表1 接 橋 練 習(xí)序號(hào)1234接橋方式應(yīng)變儀輸出六、數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、按表2記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表2 彎曲實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表編號(hào)12345載荷（N）測(cè)點(diǎn)應(yīng)變（）讀數(shù)增量i讀數(shù)增量i讀數(shù)增量i讀數(shù)增量i讀數(shù)增量i200400600800 P=200N平均增量2、每個(gè)測(cè)點(diǎn)求出應(yīng)變?cè)隽康钠骄?（

5、m=1，2，···，5），算出相應(yīng)的應(yīng)力增量實(shí)測(cè)值 （MPa）。其中，E取。3、純彎曲段（CD段）內(nèi)的彎矩增量為：，由公式 求出各測(cè)點(diǎn)的理論值，式中。4、對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)列表比較和，并計(jì)算相對(duì)誤差在梁的中性層（第3點(diǎn)），因，故只需計(jì)算絕對(duì)誤差。5、將接橋練習(xí)結(jié)果討論寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告“思考題”中。 回答問(wèn)題：實(shí)測(cè)和理論計(jì)算彎曲正應(yīng)力分布規(guī)律如何？是否相同？七、相關(guān)問(wèn)題的分析討論1、電測(cè)法數(shù)據(jù)的可靠性問(wèn)題圖2 偏心壓縮試樣電測(cè)法利用電阻應(yīng)變片將非電量線應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏侩娮?，測(cè)量應(yīng)變的精度達(dá)到10-6，是一種精度很高的測(cè)試方法。在實(shí)驗(yàn)中，為了保證測(cè)量的可靠性，采用溫度補(bǔ)償片解決試樣

6、溫度和儀器標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度可能的差異引起的溫度應(yīng)力問(wèn)題；測(cè)量時(shí)也采取了實(shí)驗(yàn)人員遠(yuǎn)離貼片區(qū)域，不要接觸導(dǎo)線，避免儀器振動(dòng)，應(yīng)變儀先預(yù)熱等一系列防范措施。但是，電測(cè)法這種高靈敏度測(cè)量方法對(duì)外界環(huán)境變化是非常敏感的，任何一點(diǎn)變化都會(huì)使輸出結(jié)果產(chǎn)生變化。如果你有實(shí)測(cè)的經(jīng)歷就會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)干擾因素很多，剛剛預(yù)調(diào)平衡的一個(gè)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)旋鈕轉(zhuǎn)過(guò)去再轉(zhuǎn)回來(lái)時(shí)，幾秒鐘時(shí)間又不平衡了，往往需要多次反復(fù)，耐心細(xì)致，才能將所有測(cè)點(diǎn)調(diào)平；有時(shí)雖經(jīng)多次反復(fù)卻無(wú)法調(diào)平，只好保留原始誤差開(kāi)始測(cè)量。在實(shí)測(cè)時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，同樣的儀器和接線，不同的實(shí)驗(yàn)小組測(cè)量結(jié)果也不同，甚至存在明顯區(qū)別，那么哪一組數(shù)據(jù)更可靠呢？這些問(wèn)題是我們實(shí)

7、驗(yàn)中必然遇到的問(wèn)題，也是必須解決的問(wèn)題。電測(cè)法測(cè)量環(huán)節(jié)多。要保證測(cè)量的可靠性，首先從實(shí)驗(yàn)測(cè)試的全過(guò)程上，無(wú)論是貼片、接橋、預(yù)調(diào)，還是測(cè)試、計(jì)算環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程要求進(jìn)行，遇到明顯不符合實(shí)際的測(cè)試結(jié)果必須查找原因，待解決后重新測(cè)試；其次從測(cè)量環(huán)節(jié)上，由于測(cè)量過(guò)程包括從非電量到電量轉(zhuǎn)換、將微弱信號(hào)放大、再轉(zhuǎn)換成應(yīng)變表示的步驟，每一個(gè)環(huán)節(jié)有外界干擾都會(huì)反映到測(cè)量數(shù)據(jù)上，因此，要盡量避免可能引起干擾的因素出現(xiàn)。如為了不出現(xiàn)電磁干擾，導(dǎo)線應(yīng)固定，實(shí)驗(yàn)時(shí)避免觸碰和挪動(dòng)導(dǎo)線，儀器放置要穩(wěn)固，并避免環(huán)境振動(dòng)，如測(cè)試在振動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行，要采取儀器隔振措施，另外電源最好配有穩(wěn)壓器。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，除了前面提到的

8、各種防范措施外，解決誤差最有效的辦法是反復(fù)多次測(cè)試。通常要求同一測(cè)試過(guò)程重復(fù)三次，按三次平均計(jì)算，或按三次中數(shù)據(jù)最規(guī)范的一次計(jì)算。若發(fā)現(xiàn)某一點(diǎn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)重做。若重做后數(shù)據(jù)依舊，則應(yīng)檢查貼片、接線、調(diào)平等情況。若幾次測(cè)量數(shù)據(jù)均不正常，且數(shù)據(jù)分散，則應(yīng)考慮鏟除原有應(yīng)變片重新貼片。判斷數(shù)據(jù)可靠性的方法并不是關(guān)注每一次測(cè)量的具體值，而是關(guān)注相同載荷增量下的應(yīng)變?cè)隽渴欠裢竭f增。2、偏心拉（壓）實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介與純彎曲梁橫截面應(yīng)力狀況和分布規(guī)律類似，當(dāng)桿件受到偏心拉伸（壓縮）時(shí)，其橫截面上只有正應(yīng)力且也是線性分布的。我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定偏心拉（壓）試樣某橫截面上的應(yīng)力分布并依據(jù)測(cè)量結(jié)果確定外載P和偏心距。偏心拉（壓）實(shí)際上是拉（壓）與純彎曲的組合，由于拉（壓）和純彎曲時(shí)橫截面上只有正應(yīng)力存在，經(jīng)過(guò)疊加后橫截面上只有正應(yīng)力，且為線性分布。因此只要能夠