弯扭组合变形实验报告.pdf

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1、薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验一实验目的一实验目的1用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向；2测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。二实验仪器和设备二实验仪器和设备1弯扭组合实验装置；2YJ-4501A/SZ 静态数字电阻应变仪。三实验原理三实验原理薄壁圆管受力简图如图 1 所示。 薄壁圆管在 P 力作用下产生弯扭组合变形。薄壁圆管材料为铝合金，其弹性模量E为 72GNm2,泊松比为。薄壁圆管截图 1面尺寸、如图 2 所示。由材料力学分析可知，该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。-截面现有 A、B、C、D 四个测点，其应力状态如图 3 所示。每点处已按 4

2、50、00、+450方向粘贴一枚三轴 450应变花，如图 4 所示。图 2图 3图 4四实验内容及方法四实验内容及方法1. 指定点的主应力大小和方向的测定薄壁圆管 A、B、C、D 四个测点，其表面都处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变， 然后运用应变-应力换算关系求出主应力的大小和方向。若测得应变-45、0、45，则主应力大小的计算公式为1E1 45451 231 22 45022045主应力方向计算公式为tg 245454545或tg2 2045450045452. 弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定a. 弯矩 M 引起的正应力的测定只需用 B、D 两测点 00方向的应变片组成

3、图 5（a）所示半桥线路，就可测得弯矩 M 引的正应变MMd2然后由虎克定律可求得弯矩 M 引起的正应力M EMEMd2b. 扭矩 Mn引起的剪应力的测定图 5用 A、C 两被测点-450、450方向的应变片组成图 5（b）所示全桥线路，可测得扭矩 Mn在 450方向所引起的线应变nnd4由广义虎克定律可求得剪力 Mn引起的剪应力nEndGnd412c. 剪力 Q 引起的剪应力的测定用 A、C 两被测点-450、450方向的应变片组成图 5（c）所示全桥线路，可测得剪力 Q 在 450方向所引起的线应变QQd4EQdGQd2由广义虎克定律可求得剪力 Q 引起的剪应力Q41五实验步骤五实验步骤1

4、. 接通测力仪电源，将测力仪开关置开。2. 将薄壁圆管上 A、B、C、D 各点的应变片按单臂（多点）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上。3. 预加 50N 初始载荷，将应变仪各测量通道置零；分级加载，每级 100N，加至 450N，记录各级载荷作用下应变片的读数应变，然后卸去载荷。4. 按图 5 各种组桥方式，从复实验步骤3，分别完成弯矩、扭矩、剪力所引起应变的测定。六实验数据及结果处理六实验数据及结果处理实验数据 1应变片灵敏系数 K=读数应变载荷 A-45 （R1）0 B45 （R3）00 （R2）0-45 （R4）00 （R5）045 （R6）0 P(N) P(N)()()()()()

5、()()()()()()()50000000150100100999998000-98-98-97127127121165165162-21-21-232501970-195248327-44100990-94126162-23350100450296100396022-95498374124489164653-67-22-89-289-384d均()99-96实验数据 1 续读数应变 C载荷-45 （R7）0 D45 （R9）-45 （R10）000 （R8）00 （R11）045 （R12）0 P(N) P(N)()()()()()()()()()()()()501000510-20-54

6、0220-1650-1281501005150-2-4-54-542223-165-16-128-1292501003501004501015115251203-6-2-8-2-10-108-162-214-52-544521662187-329-491-654-257-386-51-162-163-129-13046-129d均()实验数据 2 及结果读数应变载荷弯矩（M）扭矩（Mn）剪力（Q） P(N) P(N)MdMd()ndnd()QdQd()()()()501000330029509015033029590100325300912503501006559843295958953001

7、81272911003282989045013121193362328d均()应力MnQMNm2实验结果被测点主应力13ABCDMNm2MNm20度1 3七思考题1. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方法，请画出测量电桥的接法。a测量弯矩引起的应变，还可以用 R5或 R11与补偿片组成单臂半桥，见图（a） ；b测量扭矩引起的应变见图（b） ；c测量剪力引起的应变见图（c） ；2. 本实验中能否用二轴 450应变花替代三轴 450应变花来确定主应力的大小和方向为什么本实验中A、C两点可以用二轴45应变花替代三轴45应变花，B、D两点00不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方

8、向是已知的，只要求主应力大小，两个未知数，只要用两个应变片就可以了。弯扭组合实验理论计算薄 壁圆管截面尺寸、受力简图如图所示-截面 A、B、C、D 各点主应力大小和方向计算：-截面作用的力有剪力Q P 100（N）扭矩Mn 0.2P 20（Nm）弯矩M 0.3P 30（Nm）-截面几何性质抗扭截面模量WnD3161 4.9151046（m3）抗弯截面模量W D3321 2.4581046（m3）A、C 点扭转剪应力、弯曲剪应力计算（在中性层上可视为纯剪状态）扭转剪应力n弯曲剪应力Q 2Mn20 4.07（Mpa）Wn4.915106QQ100 2 0.7（Mpa）A2R0t18.252.510

9、6t 圆管壁厚 R0= 18.25mm A 点剪应力nQ 4.77（Mpa） C 点剪应力nQ 3.37（Mpa）A 点主应力1 3 4.77（Mpa）A 点主应力方向0 45C 点主应力1 3 3.37（Mpa）C 点主应力方向0 45B、D 点扭转剪应力、弯曲正应力计算扭转剪应力n弯曲正应力xMn 4.07（Mpa）WnM3012.2（Mpa）W2.458106 B 点主应力maxminxy2xy2222 xy12.212.221 4.0713.4（Mpa）223 6.17.3 1.2（Mpa） B 点主应力方向tg20 2xyxy 24.07 0.66712.20 16.8 D 点主应力1 6.1 7.3 1.2（Mpa）3 6.1 7.3 13.4（Mpa） D 点主应力方向tg20 2xyxy 24.07 0.66712.20 9016.8106.8