弯扭组合变形实验报告

1薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验一．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1．弯扭组合实验装置；2．YJ-4501A/SZ静态数字电阻应变仪。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722mGN,泊松比μ为0.33。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。Ⅰ-Ⅰ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–450、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ε-45、ε0、ε45，则主应力大小的计算公式为24502045454523121211E2主应力方向计算公式为04545045452tg或45450454522tg2.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方向的应变片组成图5（a）所示半桥线路，就可测得弯矩M引的正应变2MdM然后由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力2MdMMEEb.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4ndn由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力214ndndnGEc.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4QdQ由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力214QdQdQGE五．实验步骤1.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3实验数据1应变片灵敏系数K=2.23读数应变载荷AB-450（R1）00（R2）450（R3）-450（R4）00（R5）450（R6）P(N)∆P(N)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)50000000100990-98127165-21150990-98127165-21100980-97121162-232501970-195248327-44100990-94126162-233502960-289374489-671001002-95124164-224503962-384498653-89均d(με)990.5-96124.5162.3-22.3实验数据1续读数应变载荷CD-450（R7）00（R8）450（R9）-450（R10）00（R11）450（R12）P(N)∆P(N)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)ε(με)∆ε(με)5000000010051-2-5422-165-12815051-2-5422-165-12810050-4-5423-164-129250101-6-10845-329-25710051-2-5421-162-129350152-8-16266-491-38610051-2-5221-163-130450203-10-21487-654-516均d(με)50.8-2.5-53.521.8-163.5-1294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)εMd(με)∆εMd(με)εnd(με)∆εnd(με)εQd(με)∆εQd(με)50000100330295901503302959010032530091250655595181100329300913509848952721003282989045013121193362均d(με)328298.390.5应力2mMNM11.81n4.04Q1.23实验结果被测点主应力ABCD21mMN4.7212.72.681.5423mMN-5.36-1.72-2.97-12.89度0σ1σ3133.9043.90-16.7073.30134.4044.40107.22017.220七．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）；5c．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450应变花替代三轴450应变花，B、D两点不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知的，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Ⅰ-Ⅰ截面A、B、C、D各点主应力大小和方向计算：Ⅰ-Ⅰ截面作用的力有剪力100PQ（N）扭矩202.0PMn（N·m）弯矩303.0PM（N·m）Ⅰ-Ⅰ截面几何性质6抗扭截面模量64310915.4116DWn（m3）抗弯截面模量64310458.2132DW（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07.410915.4206nnnWM（Mpa）弯曲剪应力7.0105.225.1810022260tRQAQQ（Mpa）t—圆管壁厚R0=18.25mmA点剪应力77.4Qn（Mpa）C点剪应力37.3Qn（Mpa）A点主应力77.431（Mpa）A点主应力方向450C点主应力37.331（Mpa）C点主应力方向450B、D点扭转剪应力、弯曲正应力计算扭转剪应力07.4nnnWM（Mpa）弯曲正应力2.1210458.2306WMx（Mpa）B点主应力xyyxyx22minmax224.1307.422.1222.12221（Mpa）2.13.71.63（Mpa）B点主应力方向667.02.1207.42220yxxytg8.1607D点主应力2.13.71.61（Mpa）4.133.71.63（Mpa）D点主应力方向667.02.1207.42220yxxytg8.1068.16900