XL3415薄壁圆筒弯扭组合实验(配XL2101C)

1、XL3415弯扭组合实验装置 秦皇岛市协力科技开发有限公司 材料力学实验材料力学实验 XL3415型薄壁圆管弯扭组合实验台型薄壁圆管弯扭组合实验台 主要技术指标: 1.载荷范围:500N 2.载荷灵敏度：1N 3.加载机构作用行程：30mm 4.过载能力:150% 5.外形尺寸(mm):550 450 300 6.重量:25kg XL2101C型程控静态电阻应变仪型程控静态电阻应变仪 XL2116A测力仪测力仪 一、实验目的一、实验目的 1进一步熟悉电测法原理及应用；进一步熟悉电测法原理及应用； 2测定薄壁圆管在弯扭组合变形下表面任意一点测定薄壁圆管在弯扭组合变形下表面任意一点 的主应力大小及

2、方向，并且与理论计算结果做比的主应力大小及方向，并且与理论计算结果做比 较。较。 二、实验设备及仪器二、实验设备及仪器 1XL3415型薄壁圆管弯扭组合实验台型薄壁圆管弯扭组合实验台 ； 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 2XL2101C静态电阻应变仪；静态电阻应变仪； 3XL2116A测力仪测力仪 ； 4游标卡尺、钢板尺游标卡尺、钢板尺 ； 三、实验原理三、实验原理 1.理论分析理论分析 弯扭实验装置图弯扭实验装置图 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 m-m截面（无缝钢管）截面（无缝钢管） d D a L F m m S AB C AB段产生段产生弯扭组合弯扭组合变形变形 为什么？为什么？ 三、

3、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 弯矩：弯矩：M=FL 扭矩：扭矩：T=F a a L F m m S AB C AB段段mm截面上内力截面上内力 F=F M0=Fa A B +T T=Fa x M M=FL +x 构件构件AB力学简化模型力学简化模型 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 m-m截面最上面的点截面最上面的点m m 处于平面应力状态处于平面应力状态 B s ss s t t t t ZZ W LF W M s tt W aF W T t )(1 32 4 3 D dD WZ Zt WW2式中式中 a L F m m

4、S AB C 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 根据平面应力状态理论，根据平面应力状态理论， m m点点 的主应力理论值为的主应力理论值为 a L F m m S AB C m t s 2222 3 1 )() 2 ( 2 ) 2 ( 2 tZZ W T W M W M t ss s s L a WM WT Z t / /2 2 2tan 0 s t 主方向理论值为主方向理论值为 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 为了用实验的方法测定薄壁圆管在为了用实验的方法测定薄壁圆管在 弯扭组合作用下，表面一点处的

5、主应力弯扭组合作用下，表面一点处的主应力 大小和方向，首先要在该点处测量应变，大小和方向，首先要在该点处测量应变， 以确定该点的主应变以确定该点的主应变1 1、3 3的大小和的大小和 方向，然后利用广义虎克定律算得主应方向，然后利用广义虎克定律算得主应 力力1 1、3 3的大小和方向。根据应变分的大小和方向。根据应变分 析原理，要确定一点处的主应变，需要析原理，要确定一点处的主应变，需要 知道该点处沿知道该点处沿x x、y y两个相互垂直方向的两个相互垂直方向的 三个应变分量三个应变分量x x、y y、xy xy。 。由于在实由于在实 验中测量切应变很困难，而用应变片测验中测量切应变很困难，而

6、用应变片测 量线应变比较简便，所以通常采用测量量线应变比较简便，所以通常采用测量 一点处与轴线成三个不同方向且已知夹一点处与轴线成三个不同方向且已知夹 角的线应变角的线应变a a、b b、c c。 2.测试原理测试原理 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 方向规定：正应力受拉，线应变伸长为正；方向规定：正应力受拉，线应变伸长为正； 切应力顺时针，切应变使切应力顺时针，切应变使xoy角变大为正。角变大为正。 按下列方程组联立求得按下列方程组联立求得 x、y、 xy xy 。 。 c xy c yxyx c b xy b yxyx b a xy a yx

7、yx a 2sin 2 2cos 22 2sin 2 2cos 22 2sin 2 2cos 22 2.测试原理测试原理 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 根据广义虎克定律确定主应力根据广义虎克定律确定主应力 22 3 1 222 xyyxyx yx xy 0 2tan 31 2 1 1 s E 13 2 3 1 s E 主应变大小及方向主应变大小及方向 2.测试原理测试原理 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 为了简化计算，实际上采用互成特为了简化计算，实际上采用互成特 殊角度的三个应变片组成的殊角度的

8、三个应变片组成的应变花应变花 测得测得-450，00，450三个三个 方向的应变后，带入上方向的应变后，带入上 述公式，即可求得主应述公式，即可求得主应 力和主方向（测量值）力和主方向（测量值） x a c 45o -45o m b 2 045 2 045 4545 3 1 )()( )1 (2 2 )1 (2 )( s s EE )2/()(2tan 4545045450 a 2.测试原理测试原理 1.理论分析理论分析 三、实验原理三、实验原理 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 实验内容实验内容 测定薄壁圆管在弯扭组合变形下测定薄壁圆管在弯扭组合变形下 表

9、面一点的主应力大小及方向。表面一点的主应力大小及方向。 实验步骤实验步骤 1. 开电源开电源：打开电阻应变仪和测力仪的电源，预热：打开电阻应变仪和测力仪的电源，预热20分钟左右；分钟左右； 2. 接线接线：将薄壁圆筒上的应变片按测试要求接到仪器上。：将薄壁圆筒上的应变片按测试要求接到仪器上。 -450方向的应变片，接方向的应变片，接1号通道的号通道的A、B端子上；端子上；00方向的应变片，方向的应变片， 接接2号通道的号通道的A、B端子上；端子上；450方向的应变片，接方向的应变片，接3号通道的号通道的A、B 端子上；将温度补偿片（共用的）接在仪器的桥路选择端的端子上；将温度补偿片（共用的）接

10、在仪器的桥路选择端的A、D 端子上，桥路选择为端子上，桥路选择为1/4桥位置；桥位置； 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 实验内容实验内容 实验步骤实验步骤 1. 开电源；开电源； 2. 接线；接线； 3. 加载并记录数据加载并记录数据 ； v加载前将电阻应变仪调到平衡状态，将测力仪调零；加载前将电阻应变仪调到平衡状态，将测力仪调零； v加载方法为加载方法为：若要测量载荷若要测量载荷F=100N时的主应力，则先均匀时的主应力，则先均匀 缓慢加载至初载荷缓慢加载至初载荷F0 = 50N(一般取一般取F0 =10Fmax左右左右,该实该实 验载荷范围验载荷范围F

11、max500N），），记下各点应变的初始读数；然后记下各点应变的初始读数；然后 分级等增量加载，应使增量分级等增量加载，应使增量F等于要测量载荷等于要测量载荷F，一般分一般分4 6级加载。每（均匀缓慢地）增加一级载荷，依次记录各点电级加载。每（均匀缓慢地）增加一级载荷，依次记录各点电 阻应变片的应变值，直到最终载荷。阻应变片的应变值，直到最终载荷。 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 实验内容实验内容 实验步骤实验步骤 1. 开电源；开电源； 2. 接线；接线； 3. 加载并记录数据加载并记录数据 ； 4. 作完实验后，先卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪作完实

12、验后，先卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪 器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原。器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原。 附表附表1 （试件相关数据）（试件相关数据） 圆筒的尺寸和有关参数 计算长度 L =240 mm弹性模量 E = 206 GPa 外 径 D = 40 mm泊 松 比 = 0.26 内 径 d = 32 mm电阻应变片灵敏系数 K= 2.07 扇臂长度 a =200 mm 五、注意事项五、注意事项 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 1. 开开实验前先将试件摆放好，仪器接通电源，打开仪器预热实验前先将试件摆放好，仪器接通电源，打开仪器预热 约约20分钟左右。分钟左右。 2

13、. 各项实验不得超过规定的终载的最大拉压力（各项实验不得超过规定的终载的最大拉压力（500N）。）。 3实验装置中，圆管的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切实验装置中，圆管的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切 勿超载，不能用力扳动圆管的自由端和力臂。勿超载，不能用力扳动圆管的自由端和力臂。 4 所有实验进行完后，应释放加力机构，以免无关人员乱动所有实验进行完后，应释放加力机构，以免无关人员乱动 损坏传感器和有关试件。损坏传感器和有关试件。 六、六、实验数据记录与处理实验数据记录与处理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 1原始数据记录原始数据记录 试件尺寸试件材料及截面性质 圆管外径 D= 抗弯截面模

14、量抗弯截面模量 Wz= 圆管内径 d= 抗扭截面模量 Wt= 加力臂 a= 材料弹性模量 E= 距离 L= 泊松比 = 六、六、实验数据记录与处理实验数据记录与处理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 2实验数据记录实验数据记录 实验数据实验数据: m点三个方向线应变点三个方向线应变 1原始数据记录原始数据记录 实测应变平均值 电阻应变仪测量的应变值 （106） -450 (45) 00 (0) 450 (45) （N) 初载荷F0 F1F0F F2F1F F3F2F F4F3F F5F4F F6F5F F7F6F F8F7F 0 0 0 45 0 45 读数 差值 读数 读数 差值 差值 实验数

15、据实验数据: m点三个方向线应变点三个方向线应变 实测应变平均值计算实测应变平均值计算 22 1 1 21436587 1 () () () () () 4 n ii i n 六、六、实验数据记录与处理实验数据记录与处理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 2实验数据记录实验数据记录 主应力及方向主应力及方向实测值实测值计算：计算： 1原始数据记录原始数据记录 3实验数据处理及分析实验数据处理及分析 2 045 2 045 4545 3 1 )()( )1 (2 2 )1 (2 )( s s EE 0454504545 tan2()/(2)a 六、六、实验数据记录与处理实验数据记录与处理 实验一实验一 弯扭实验弯扭实验 2实验数据记录实验数据记录 主应力及方向主应力及方向理论值理论值计算计算： 1原始数据记录原始数据记录 3实验数据处理及分析实验数据处理及分析 L a W/M W/T tan Z t 2 2 2 0 s t Z F L W s t F a W t 2 12 3 22 s ss t s 0 21 arctan 2 t s 六、六、实验数据记录