彎扭組合變形實驗報告

1、薄壁圓管彎扭組合變形應變測定實驗一實驗目的1用電測法測定平面應力狀態(tài)下主應力的大小及方向；2測定薄壁圓管在彎扭組合變形作用下，分別由彎矩、剪力和扭矩所引起的應力。二實驗儀器和設備彎扭組合實驗裝置；YJ-4501A/SZ靜態(tài)數(shù)字電阻應變儀。三實驗原理薄壁圓管受力簡圖如圖1所示。薄壁圓管在P力作用下產(chǎn)生彎扭組合變形。薄壁圓管材料為鋁合金，其彈性模量E為72gN2,泊松比為0.33。薄壁圓管截圖1m2面尺寸、如圖2所示。由材料力學分析可知，該截面上的內(nèi)力有彎矩、剪力和a圖3圖4扭矩。I-I截面現(xiàn)有A、B、C、D四個測點，其應力狀態(tài)如圖3所示。每點處已按-5。、0。、+45。方向粘貼一枚三軸450應變

2、花，如圖4所示。圖2四實驗內(nèi)容及方法1.指定點的主應力大小和方向的測定薄壁圓管A、B、C、D四個測點，其表面都處于平面應力狀態(tài)，用應變花測出三個方向的線應變，然后運用應變-應力換算關系求出主應力的大小和方向。若測得應變、，則主應力大小的計算公式為-450452_45+)1上：(&_)2+(_)2452_450045主應力方向計算公式為2.a.b.8-8tg2a=(8-8)-0-8)0-45450彎矩、剪力、扭矩所分別引起的應力的測定彎矩M引起的正應力的測定或tg2a二-只需用B、D兩測點0。方向的應變片組成圖5(a)所示半橋線路，就可測得彎矩M引的正88=Md-M2然后由虎克定律可求得彎矩M引

3、起的正應力E8Q=E8=Md-MM2應變8-8-454528-E+80-45B45BADD(a)B(b)AAC扭矩Mn引起的剪應力的測定用A、C兩被測點-450、450方向的應變片組成圖圖5測得扭矩Mn在45。方向所引起的線應變88nd-n4由廣義虎克定律可求得剪力Mn引起的剪應力E8G8Tndnd-n4(1+2(b)所示全橋線路，可5c.剪力Q引起的剪應力的測定用A、C兩被測點-45。、45o方向的應變片組成圖5(c)所示全橋線路，可測得剪力Q在45。方向所引起的線應變880-Q4由廣義虎克定律可求得剪力Q引起的剪應力E8G8TQdQdQ4(1+卩丿2五實驗步驟接通測力儀電源，將測力儀開關置

4、開。將薄壁圓管上A、B、C、D各點的應變片按單臂(多點)半橋測量接線方法接至應變儀測量通道上。預加50N初始載荷，將應變儀各測量通道置零；分級加載，每級1OON,加至450N,記錄各級載荷作用下應變片的讀數(shù)應變，然后卸去載荷。按圖5各種組橋方式，從復實驗步驟3，分別完成彎矩、扭矩、剪力所引起應變的測定。六實驗數(shù)據(jù)及結果處理實驗數(shù)據(jù)1應變片靈敏系數(shù)K=2.23、讀數(shù)應變載荷、AB45。（R）10o（R）245o（R）345o（R）40o（R）545o（R）6P（N）AP（N）S（悶（匹）S（悶（陰）S（陰）（陰）S（匹）（陰）S（悶（陸）S（悶（陰）50000000100990-98127165

5、-21150990-98127165-21100980-97121162-232501970-195248327-44100990-94126162-233502960-289374489-671001002-95124164-224503962-384498653-89A8d均（陰990.5-96124.5162.3-22.3實驗數(shù)據(jù)1續(xù)讀數(shù)應變載荷、CD45o（R）70o（R）845o（R）945o（R）100o（R）1145o（R）12P（N）AP（N）S（悶8（匹）8（悶8（陰）8（陸）、8（陰）8（卩8）、8（陸）8（憾）、8（陸）8（卩8）8（陰）5000000010051-2-5

6、422-165-12815051-2-5422-165-12810050-4-5423-164-129250101-6-10845-329-25710051-2-5421-162-129350152-8-16266-491-38610051-2-5221-163-130450203-10-21487-654-516山d均血）50.8-2.5-53.521.8-163.5-129實驗數(shù)據(jù)2及結果讀數(shù)應變載荷彎矩（M）扭矩（Mn）剪力（Q）P(N)AP(N)8Md(陰)A8Md(悶8nd(Ms)A8nd(Ms)8Qd(陰)A8Qd(陰)5000010033029590150330295901003

7、2530091250655595181100329300913509848952721003282989045013121193362山力均（ME）d均328298.390.5應力m2M11.81Tn4.04TQ1.23實驗結果被測點王應力）ABCD1m2/4.7212.72.681.54c3W23m厶-5.36-1.72-2.97-12.89a度丿o01133.90-16.70134.40107.220o343.9073.3044.4017.220七思考題1.測定由彎矩、剪力、扭矩所引起的應變，還有哪些接線方法，請畫出測量ED電橋的接法。測量彎矩引起的應變，還可以用R5或R11與補償片組成單

8、臂半橋，見圖（a）;測量扭矩引起的應變見圖（b）；BB(b)VC.測量剪力引起的應變見圖(C)；BRiRRRCR?(K3)R補償片R補償*/D皿快)陥償片耳卜償片2.本實驗中能否用二軸450應變花替代三軸450應變花來確定主應力的大小和方向？為什么？本實驗中A、C兩點可以用二軸45o應變花替代三軸45o應變花，B、D兩點不可以。因為，從理論上講，A、C兩點主應力方向是已知的，只要求主應力大小，兩個未知數(shù)，只要用兩個應變片就可以了。彎扭組合實驗理論計算薄壁圓管截面尺寸、受力簡圖如圖所示iYBDIISEO300PI-I截面A、B、C、D各點主應力大小和方向計算：I-I截面作用的力有剪力Q=P=10

9、0(N)扭矩M二0.2P=20(Nm)n彎矩M=0.3P=30(Nm)I-I截面幾何性質(zhì)抗扭截面模量抗彎截面模量W=D3C-a4)=4.915X10-6n16W二嗒9-丄258X10-6m3)m3)A、C點扭轉(zhuǎn)剪應力、彎曲剪應力計算在中性層上可視為純剪狀態(tài)）扭轉(zhuǎn)剪應力M20彎曲剪應力n-:W4.915X10-6二4.07Mpa)100兀x18.25x2.5x10-6二0.7Mpa)A點剪應力C點剪應力A點主應力A點主應力方向C點主應力t圓管壁厚R0=18.25mmt=t+t二4.77(Mpa)nQt=t-t=3.37(Mpa)nQ=t=4.77(Mpa)13a=-45o0=t=3.37(Mpa)13C點主應力方向a0一45oB、D點扭轉(zhuǎn)剪應力、彎曲正應力計算扭轉(zhuǎn)剪應力彎曲正應力B點主應力-nnWmaxmin二4.07Mpa)M_30W_2.458x10-6_12.2Mpa)l(-、1xy2+T2xy2l乙丿+xy2土+4.072_13.4Mpa)12.2+23_6.1-7.3_-1.2(Mpa)2T2x4.07B點王應力方向tg2a