實驗項目5：薄壁圓筒彎扭組合變形實驗

邵陽學(xué)院實驗報告實驗項目5：薄壁圓筒彎扭組合變形實驗實驗日期實驗地點成績院系班級指導(dǎo)老師同組成員學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號一、實驗內(nèi)容和目的用電測法測定薄壁圓筒彎扭組合變形時平面應(yīng)力狀態(tài)的主應(yīng)力的大小及方向，并與理論值進行比較。進一步掌握電測法二、實驗設(shè)備及儀器（規(guī)格、型號）FCL-I型材料力學(xué)多功能實驗裝置。HD-16A靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。游標(biāo)卡尺、鋼尺。三、實驗原理薄壁圓筒受彎扭組合作用，使圓筒發(fā)生組合變形，圓筒的m點處于平面應(yīng)力狀態(tài)（圖1）。在m點單元體上作用有由彎矩引起的正應(yīng)力氣,由扭矩引起的剪應(yīng)力玷主應(yīng)力是一對拉應(yīng)力氣和一對壓應(yīng)力°3,單元體上的正應(yīng)力氣和剪應(yīng)力Tn可按下式計算nM

b=XW

Z_MT〃一衫T式中M—彎矩，M=P-LMn—扭矩，Mn=P.awz—抗彎截面模量，對空心圓筒：wz=翌[1—（D）4]WT—抗扭截面模量，對空心圓筒：WT=#[1—（￡）4]W由二向應(yīng)力狀態(tài)分析可得到主應(yīng)力及其方向b.1=b/2士氣：（b/2）2+T23tg2a0=—2t/b

圖1圓筒m點應(yīng)力狀態(tài)本實驗裝置采用的是450直角應(yīng)變花，在m、m'點各貼一組應(yīng)變花（如圖2所示），應(yīng)變花上三個應(yīng)變片的a角分別為-450、00、450，該點主應(yīng)力和主方向bE（￡+￡）1=45245^±b2（1-旦）3?偵2E~--廠,.（￡-￡）2+（￡-￡）22（1+旦）'45。圖1圓筒m點應(yīng)力狀態(tài)?偵2E~--廠,.（￡-￡）2+（￡-￡）22（1+旦）'45。0。-45。0。0=（￡45。-"。）/（2￡0L-45。-￡45。'圖2測點應(yīng)變花布置圖設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。測量試件尺寸、加力臂長度和測點距力臂的距離，確定試件有關(guān)參數(shù)。見附表1將薄壁圓筒上的應(yīng)變片按不同測試要求接到儀器上，組成測量電橋。調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。主應(yīng)力大小、方向測定：將m和m‘兩點的所有應(yīng)變片按半橋單臂（1/4橋）、公共溫度補償法組成測量線路進行測量（見圖3）。擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0=10%Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax<700N），分4?6級加載。根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。加載。均勻緩慢加載至初載荷P。，記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。見附表2，附表3作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。實驗裝置中，圓筒的管壁很薄，為避免損壞裝置，注意切勿超載，不能用力扳動

I圖3半橋單臂(1/4橋)接法五、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理表1.試件相關(guān)數(shù)據(jù)圓筒的尺寸和有關(guān)參數(shù)計算長度L=240mm彈性模量E=206GPa夕卜徑D=40mm泊松比日=0.26內(nèi)徑d=31.8mm電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)K=2.06扇臂長度a=248mm表2.m和m，點三個方向線應(yīng)變實驗數(shù)據(jù)載荷(N)P100200300400500△P100100100100m點八、、應(yīng)變儀讀數(shù)45°￡△￡平均值0°￡△￡平均值-45°￡△￡平均值m，點八、、應(yīng)變儀讀數(shù)45°￡△￡平均值0°￡△￡平均值-45°￡△￡平均值

1.m或m，點實測值主應(yīng)力及方向的計算：2E2（1W）45。土瓦而如45。我。。）2HE-45。70。）2tg2a。=(E45。_E45o)/(2e。。-￡45。-￡45。)m或m，理論值主應(yīng)力及方向計算:b，…二__1=b/2±\；(b/2)2+T23tg2a。=-2t/b2.m點主應(yīng)力及方向的實驗值與理論值比較比較內(nèi)容理論值實驗值相對誤差/%m點q/MPag3/MPh%/(°)m'點g/MPaG3/MPaa。/(°)六、試驗結(jié)果分析及討論1.測量單一內(nèi)力分量引起的應(yīng)變，可以采用那幾種橋路接線法?可采用半橋單臂接法、半橋雙臂接法和全橋接法半橋單臂（1/4橋）接法半橋雙臂（1/2半橋單臂（1/4橋）接法半橋雙臂（1/2橋）接法全橋接法2.主應(yīng)力測量中，45。直角應(yīng)變花是否可沿任意方向粘貼？可以。從理論上講如果知道測得了三向應(yīng)變花的三個值，由三點確定