實(shí)驗(yàn)五彎扭組合變形主應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)五 彎扭組合變形主應(yīng)力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用電測(cè)法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的主應(yīng)力的大小和方向；2、在彎扭組合作用下，分別測(cè)定由彎矩和扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力值；3、進(jìn)一步熟悉電阻應(yīng)變儀的使用，學(xué)會(huì)全橋法測(cè)應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)方法。二、儀器設(shè)備1、彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)裝置；2、YD-2009型數(shù)字式電阻應(yīng)變儀；三、試件制備與實(shí)驗(yàn)裝置1、試件制備本實(shí)驗(yàn)采用合金鋁制薄壁圓管作為測(cè)量對(duì)象。為了測(cè)量圓管的應(yīng)力大小和方向，在圓管某一截面的管頂B點(diǎn)、管底D點(diǎn)各粘貼了一個(gè)45º應(yīng)變花（如圖4-5-1），圓管發(fā)生彎扭組合變形后，其應(yīng)變可通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)定。圖4-5-12、實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-5-1所示，將薄壁圓管一端固定在彎扭組

2、合變形實(shí)驗(yàn)裝置上，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)架上的加載手輪，通過(guò)薄壁圓管另一端的鋼絲束施加載荷，使圓管產(chǎn)生變形。從薄壁圓管的內(nèi)力圖4-5-2可以發(fā)現(xiàn)：薄壁圓管除承受彎矩M作用之外，還受扭矩T的作用，圓管處于“組合變形”狀態(tài)，且彎矩M=PL，扭矩T= Pa 圖4-5-2 內(nèi)力圖圖 4-5-3 單元體圖四、實(shí)驗(yàn)原理1、主應(yīng)力大小和方向的測(cè)定如圖4-5-3，若測(cè)得圓管管頂B點(diǎn)的-45º、0º、45º三個(gè)方向（產(chǎn)生拉應(yīng)變方向?yàn)?5º，產(chǎn)生壓應(yīng)變的方向?yàn)?45º，軸向?yàn)?º）的線(xiàn)應(yīng)變?yōu)?45º、0º、45º。由材料力學(xué)公式可得

3、到關(guān)于x、y、xy的線(xiàn)形方程組聯(lián)立求解以上三式得x=0º y=-45º+45º-0ºxy=-45º-45º則主應(yīng)變?yōu)?由廣義胡克定律得到圓管的管頂A點(diǎn)主應(yīng)力的大小和方向計(jì)算公式2、彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小測(cè)定分析可知，圓管雖為彎扭組合變形，但管頂B和管底D兩點(diǎn)沿x軸方向的應(yīng)變計(jì)只能測(cè)試因彎矩引起的線(xiàn)應(yīng)變，且兩者等值反向。因此，由上述主應(yīng)力測(cè)試過(guò)程得知=x=0º實(shí)際反映的就是彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變值。據(jù)此公式，我們可分離測(cè)定彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變大小，假設(shè)試件材料纖維在比例極限范圍內(nèi)沿x軸方向僅受單向拉應(yīng)力作用，故可通過(guò)軸向拉伸的胡克定律公式得到實(shí)

4、測(cè)彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小w=E·W= E·0º3、扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小測(cè)定由主應(yīng)力求解過(guò)程得知xy=-45º-45º由剪應(yīng)力計(jì)算公式得五、實(shí)驗(yàn)步驟用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓管的截面尺寸，記錄其數(shù)值大??；打開(kāi)實(shí)驗(yàn)架上左側(cè)測(cè)力儀的電源開(kāi)關(guān)；為了明確區(qū)分測(cè)量應(yīng)變的方向，將圓管管頂A和管底C兩點(diǎn)粘貼的45º應(yīng)變花的相同角度的導(dǎo)線(xiàn)采用同一種顏色標(biāo)示，以便測(cè)量電橋的連接。 主應(yīng)力大小和方向的測(cè)定1、應(yīng)變儀的準(zhǔn)備a.測(cè)量電橋連接：將圓管管頂B點(diǎn)的-45º、0º、45º三個(gè)方向的引出導(dǎo)線(xiàn)分別連接在儀器后面板上三個(gè)不同通道的A、B號(hào)接線(xiàn)孔

5、內(nèi)。實(shí)驗(yàn)采用公共的溫度補(bǔ)償，且把它接入儀器后面板上的“公共補(bǔ)償片BC”位置的B、C號(hào)接線(xiàn)孔內(nèi)，這樣就連接好了如圖4-5-4（a）三個(gè)測(cè)量電橋，且每個(gè)電橋皆為半橋連接法，將應(yīng)變儀前面板“全橋半橋”選擇開(kāi)關(guān)撥到半橋位置；b.靈敏系數(shù)設(shè)定：連接好測(cè)量電橋后，依照實(shí)驗(yàn)架上給出的應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)K的值，將應(yīng)變儀后面板上的“靈敏系數(shù)K-on”選擇開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)值的擋撥到on一側(cè)，設(shè)定好靈敏系數(shù)K的大小；圖4-5-4 圖4-5-5 c.測(cè)量電橋預(yù)調(diào)平衡：接通應(yīng)變儀前面板上的電源開(kāi)關(guān)，將“測(cè)點(diǎn)選擇”開(kāi)關(guān)旋到連接好測(cè)量電橋所對(duì)應(yīng)通道編號(hào)位置，檢查應(yīng)變儀顯示窗上的數(shù)據(jù)是否正常，然后用專(zhuān)用螺絲刀旋轉(zhuǎn)應(yīng)變儀前面板右側(cè)上部對(duì)應(yīng)

6、編號(hào)的調(diào)零螺絲孔，調(diào)節(jié)電位器的大小，使顯示窗的讀數(shù)為相對(duì)穩(wěn)定的“±0000”，測(cè)量電橋達(dá)到電阻平衡。改變“測(cè)點(diǎn)選擇”開(kāi)關(guān)的位置，同樣依次調(diào)節(jié)好其他通道的電阻平衡。記錄下各通道調(diào)零的結(jié)果。2、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)架上的加載手輪，施加載荷至Pn，讀取各點(diǎn)的應(yīng)變值。將載荷全部卸掉，并記下卸載后各點(diǎn)的應(yīng)變值。按照 “c. 測(cè)量電橋預(yù)調(diào)平衡”的方法重新調(diào)好各通道的電阻平衡，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩遍。 彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小測(cè)定1、應(yīng)變儀的準(zhǔn)備a.測(cè)量電橋連接：將圓管管頂B點(diǎn)的0º方向和管底D點(diǎn)的0º方向的兩對(duì)引出導(dǎo)線(xiàn)分別連接在儀器后面板上同一個(gè)通道的A、B號(hào)和B、C號(hào)接線(xiàn)孔內(nèi)。構(gòu)成如圖4

7、-5-4(b)的半橋連接法；b.靈敏系數(shù)設(shè)定：靈敏系數(shù)不變，無(wú)需再設(shè)置；c.測(cè)量電橋預(yù)調(diào)平衡：參考“主應(yīng)力大小和方向的測(cè)定”的“應(yīng)變儀準(zhǔn)備”進(jìn)行。2、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參考“主應(yīng)力大小和方向的測(cè)定”的“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行。 扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小測(cè)定的測(cè)量電橋連接1、應(yīng)變儀的準(zhǔn)備a.測(cè)量電橋連接：將圓管管頂B點(diǎn)的45º、-45º方向的兩對(duì)引出導(dǎo)線(xiàn)分別連接在儀器后面板上同一個(gè)通道的A、B號(hào)，B、C號(hào)接線(xiàn)孔內(nèi)，將管底D點(diǎn)的45º、-45º方向的兩對(duì)引出導(dǎo)線(xiàn)分別連接在該通道的C、D號(hào)，D、A號(hào)接線(xiàn)孔內(nèi)。構(gòu)成如圖4-5-4(c)的全橋連接法。將應(yīng)變儀前面板“全橋半橋”選擇開(kāi)關(guān)撥到

8、全橋位置； b.靈敏系數(shù)設(shè)定：靈敏系數(shù)不變，無(wú)需再設(shè)置；c.測(cè)量電橋預(yù)調(diào)平衡：參考“主應(yīng)力大小和方向的測(cè)定”的“應(yīng)變儀準(zhǔn)備”進(jìn)行。2、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參考“主應(yīng)力大小和方向的測(cè)定”的“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行。 結(jié)束實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)完畢后，整理所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；卸掉實(shí)驗(yàn)載荷；關(guān)閉儀器電源；拆掉儀器接線(xiàn)孔內(nèi)的連接導(dǎo)線(xiàn)，將實(shí)驗(yàn)儀器復(fù)原；清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)；將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交指導(dǎo)老師簽字同意后離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、預(yù)調(diào)平衡時(shí)，若發(fā)現(xiàn)調(diào)零困難、調(diào)零數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或電位器旋到底也無(wú)法調(diào)到零等現(xiàn)象應(yīng)從接線(xiàn)是否有誤、接線(xiàn)孔螺絲是否擰緊、導(dǎo)線(xiàn)裸露線(xiàn)頭是否伸入太短或太長(zhǎng)等方面檢查接線(xiàn)質(zhì)量，并排除故障，不要盲目使勁旋轉(zhuǎn)電位器螺絲，以免損壞儀器

9、；2、測(cè)量電橋連接過(guò)程中要區(qū)分清楚連接導(dǎo)線(xiàn)的位置和方向；3、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將所連接的測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)理清，以免纏死；測(cè)試過(guò)程中，勿亂動(dòng)已連接好的測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)和儀器開(kāi)關(guān)；4、加載時(shí)切勿過(guò)載。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析1、主應(yīng)力大小和方向的計(jì)算a.實(shí)測(cè)值的計(jì)算b.理論值的計(jì)算主應(yīng)力大小和方向2、彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小a.實(shí)測(cè)值的計(jì)算由測(cè)量電橋連接可知：彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變w和應(yīng)變儀讀數(shù)值儀關(guān)系為所以，彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力實(shí)測(cè)值為b.理論值的計(jì)算3、扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力大小a.實(shí)測(cè)值的計(jì)算由測(cè)量電橋連接可知：扭矩產(chǎn)生的應(yīng)變xy和應(yīng)變儀讀數(shù)值儀關(guān)系為xy=-45º-45º=儀所以，扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力實(shí)測(cè)值為b.理論值的計(jì)算4、實(shí)測(cè)值與理論值的比較分別計(jì)算各