4实验报告-弯曲正应力电测实验

材料力学弯曲正应力电测实验实验报告日期年月日指导教师：实验室温度℃学院：专业班级：姓名：学号：同组人：备注：请用A3纸双面打印一、实验目的1．学习使用应变片和电阻应变仪测定静态应力的基本原理和方法。2．用电测法测定纯弯曲钢梁横截面不同位置的正应力。3．绘制正应力沿其横截面高度的的分布图，观察正应变（正应力）分布规律，验证纯弯曲梁的正应力计算公式。二、实验设备和仪器1.CLDS-2000型材料力学多功能实验台。2.YJZ—8型智能数字静态电阻应变仪。3.LY—5型拉力传感器。4.直尺和游标卡尺。三、实验原理和方法1．理论公式：本实验的测试对象为低碳钢制矩形截面简支梁，如下图1所示。图1弯曲正应力实验测试示意图由材料力学可知，钢梁中段将产生纯弯曲，其弯矩大小为cPM2（1）横截面上弯曲正应力公式为ZIMy（2）式中y为被测点到中性轴z的距离，Iz为梁截面对z轴的惯性矩。123bhIZ（3）横截面上各点正应力沿截面高度按线性规律变化，沿截面宽度均匀分布，中性轴上各点的正应力为零。截面的上、下边缘上各点正应力为最大，最大值为WMmax。2．实测公式：实验采用螺旋推进和机械加载方法，可以连续加载，荷载大小可由电子测力仪读出。当增加压力P时，梁的四个点受力分别增加作用力2/P，如图1所示。为了测量梁纯弯曲时横截面上应变分布规律，在梁的纯弯曲段侧面布置了5片应变片，如1所示，各应变片的粘贴高度见梁上各点标注。此外，在梁的上表面沿横向粘贴了第6片应变片，用以测定材料的泊松比；在梁的端部上表面零应力处粘贴了第7片温度补偿应变片，可对以上各应变片进行温度补偿。在弹性范围内，如果测得纯弯曲梁在纯弯曲时沿横截面高度上的轴向应变，则由单向应力状态的胡克定律，即：E（4）由上式可求出各点处的应力实验值。将应力实验值E与理论值ZIMy进行比较，以验证弯曲正应力公式。如果测得应变片4和6的应变满足46/则证明梁弯曲时近似为单向应力状态，即梁的纵向纤维间无挤压的假设成立。实验采用增量法。每增加等量载荷ΔP，测得各点相应得应变增量实一次。因每次ΔP相同，故实应是基本上按比例增加。五、实验方法与步骤1.用游标卡尺和直尺分别测量矩形截面梁的宽度b、高度h以及载荷作用点到支点的距离a，并记入实验记录表中。注意两端a值应相等，可通过移动两根拉杆的位置来保证。2.将1到5点测量应变片以4/1桥分别接入电阻应变仪的任意5个通道的A、B点之间（若考虑温度补偿，则须将仪器后面板B、1C端子的标准120电阻去掉，再将温度补偿片接入该处），将拉力传感器的四根输出线与电阻应变仪的任意通道的A、B、C、D端对应连接（全桥测量），将应变仪的通讯电缆与PC机的COM口连接，注意检查各接点连接是否可靠。3．打开PC机及应变仪的电源，预热后设置各通道参数（通道使用与否、桥型、灵敏度系数、被测物理量量纲），参数设置有两种方法：一是由应变仪键盘设定，二是由PC机安装的测试软件用通信方式设定，建议采用第二种方法设定参数，这样比较简单快捷。具体设定方法请参阅附录的相关仪器使用说明书。注意不使用的通道应设置成0，测载荷的通道量纲选KN。4．转动手轮将载荷卸到零，然后对各通道进行手动平衡调零，即调节各通道平衡电位器使显示为零（其中3点精确到1，其他点精确到2，测载荷的通道零位误差应不超过0.01KN）。最后再进行一次自动平衡。注意平衡调节需耐心细致，由于显示与调节之间有一定的滞后，故每次调节电位器时要稍有间隔。5．将自动平衡后各通道的零位误差值用PC机的测试软件接收到各通道的初始值处，即：使应变仪处于通讯状态，然后在PC机测试软件的参数设置界面下，点击“接收参数”按钮即可。6．在PC机测试软件应力—应变曲线的界面下,选Y轴为测载荷的通道号，选X轴为测某点（3点除外）应变的通道号，然后点击“开始接收”按钮，同时按一下应变仪侧的“执行”键，以开始被测信号的实时采样。此时即可转动手轮对梁进行分级加载。加载时应注意观察应变仪的显示屏，在0—2.5KN之间分五次加载，每次递增0.5KN；由于应变仪各通道的采样不是同时工作，而是采用分时扫描方式，每个通道的工作时间只有约2秒，因此要求每次加载时的速度要快，且必须扫描到载荷的通道（由应变仪显示灯可观察到）时才加载，这样才能使软件显示的应力—应变曲线接近于一条直线；由于载荷达到稳态与软件采集速度之间存在相对滞后，因此每次加载的时间间隔不应小于两个循环扫描周期。加载到2.5KN后再分级（每次递减0.5KN）卸载到0。加载和卸载过程重复一至两次。7．将实验数据和应力—应变曲线保存成文档（保存前须先停止接收数据），以便进行数据处理和编写实验报告。实验过程中应注意避免接触或接近应变片及其连接导线，不要改变连接导线的走向，以避免导线分布电容的变化对仪器稳定性的影响。实验注意事项1．认真观察、调整实验装置，确保两侧横力弯曲段长度相等。六、数据记录及处理表1原始数据记录材料弹性模量：GPa210E梁的尺寸：amm，bmm，hmm应变/载荷/kN1点2点3点4点5点读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量F12345E实/MPazIyM理/MPa误差=理实理%1．按实验记录数据求出各点的应力实验值，并计算各点的应力理论值，计算相对误差。对每一测点求出应变增量的平均值ni实（5）由（4）式可知实实E（6）由（2）式可知，与载荷增量ΔP相应的应力增量理论值为ZIyM理（7）2cPM（8）对每一测点，列表比较理与实，并计算相对误差%100理实理e（9）2．按同一比例分别画出各点应力的实验值和理论值沿截面高度的分布曲线，将两者进行比较，如果两者接近，说明弯曲正应力的理论分析是可行的。3．若计算46/，则说明梁为单向应力状态。实验数据的记录和计算处理见下表，表中载荷的平均增量F=0.5KN，相应各点的应变平均增量为i，由于每次加载或卸载时的增量大小难以准确掌握，因此载荷以及各相应点的应变值可根据实际加载曲线按分段线性插值计算的方法计算出平均增量值。七、简答下列问题1．尺寸、加载方式完全相同的钢梁和木梁，如果与中性层等距离处纤维的应变相等，问两梁相应位置的应力是否相等，载荷是否相等?2．采用等增量加载法的目的是什么?3．沿梁截面高度，应变怎样分布？随载荷逐级增加，应变分布按什么规律变化？中性轴在横截面的什么位置？指导教师评阅：