弯扭组合变形实验报告

1、图1薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验实验目的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,其弹性模量上为72。,泊松比卜1为0.33。薄壁圆管截 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。II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- 45。、0。、+45。方向粘贴

2、一枚三轴45。应变花，如笺4所示。4图2图3图4么!.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£-伯、£。、£代，则主应力大小的计算公式为Gts +)± a/Gts - / y + (与 一 y主应力方向计算公式为2.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b.tg2a =-2£。一(£-45+545 )只需用B、D两测点0。方向的应变片组成图5(a)所

3、示半桥线路，就可测得弯矩M引的正应然后由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力扭矩Mn引起的剪应力的测定(C)图5用A、C两被测点45。、45。方向的应变片组成图5(b)所示全桥线路，可测得扭矩M.在45。方向所引起的线应变由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力_ Esnd _ Gsnd“一4(1 +厂丁c.剪力Q引起的剪应力的测定用A、C两被测点45。、45。方向的应变片组成图5(c)所示全桥线路,可测得剪力Q在45。方向所引起的线应变q=也-4由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力r =4= -4(1 + )2五.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

4、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实验数据1应变片灵敏系数K=2.23读数应变 才MAB-45° (Ri)0° (Rz)45° (R3)-45° (R4)0° (R5)45° (Re)p(N)A尸(N)(M)(M)£(M)A£(限)(麻)A

5、£(匹)(（H£）(麻)£（M）A£(同50000000100990-98127165-21150990-98127165-21100980-97121162-232501970-195248327-44100990-94126162-233502960-289374489-671001002-95124164-224503962-384498653-893均（阳990.5-96124.5162.3-22.3实验数据1续 读数应变-45° (R7)C0° (Rs)45° (R9)45° (Ro)D0° (

6、Rn)45° (R12)p(N)A尸(N)£(即)A£(展)（H£）A£阳£(晔)A£伊。£陶A£(同£(闾（同（H£）5000000010051-2-5422-165-12815051-2-5422-165-12810050-4-5423-164-129250101-6-10845-329-25710051-2-5421-162-129350152-8-16266-491-38645010020351-10-2-214-528721-654-163-516-130均（四）50.8-2

7、.5-53.521.8-163.5-129实验数据2及结果x.读数应变我弯矩（M）扭矩（MQ剪力（Q）P(N)AP(N)£Md(M)（阳(fis)End(陵)%(限)&Qd(M)50000100330295901503302959010032530091250655595181100329300913509848952721003282989045013121193362均（闯328298390.5应力。（%）%11.814.04“1.23实验结果测点主应力ABCD5(%)4.7212.72 681.54%峭-5.36-1.72-2.97-12.89% （度）6。3133.9

8、°43.9°-16.7°73.3°134.4°44.4°107.22°17.22°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Rii与（3）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);(C)92 .本实验中能否用二轴45。应变花替代三轴45。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 不可以。因为,从理论上

9、讲，A、C两点主应力方向是巳知的，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Yp薄壁 圆管截面 尺寸、受 力简图如 图所示II截面A、B、C、D各点主应力大小和方向计算:II截面作用的力有剪力 o = P = 100 (N)扭矩 Mn = 0.2P = 20 (N m)弯矩 M = 0.3P = 30 (N m)I -1截面几何性质抗扭截面模量叫=且(_)= 4.915x10-6 血3)”16 V 厂抗弯截面模量 FF = 2.458x 10-6(m3)3277A、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=4.07 (Mpa)FT

10、 4.915x10-61.3 qO O100/、弯曲剪应力 t0=2 = 2 =r = 0.7 (Mpa)A2 叫t 4x18.25x2.5x10-6t圆管壁厚 Ro= 18.25nmiA点剪应力r =吃+ % = 4.77(Mpa)c 点剪应力r = rn-rQ= 3.37(Mpa)A 点主应力5 = _。3 = r = 4.77 (Mpa)A点主应力方向4 = -45°C 点主应力力=_% = r = 3.37 (Mpa)C点主应力方向B、D点扭转剪应力、弯曲正应力计算扭转剪应力=4.07 (Mpa)匕弯曲正应力B点主应力5 =%=6.1-7.3 = -1.2 (Mpa)B 点主应力方向2ao = -4 °7 = -0.6670r _ %12.2% =76.8&#