梁的正应力实验

1、实验三 梁的正应力实验（综合性）（应力分析实验）本实验综合了三个方面的内容，一是实验应力分析方法电测法，二是用电测法测梁在纯弯曲段内横截面上的正应力分布，三是测量泊松比。一、实验目的：1 自行选择实验仪器和设备，独立完成实验；2 了解非电量电测法，初步学会静态电阻应变仪的使用。3 用电测法测量钢梁在纯弯曲段内横截面上的正应力分布，并与理论计算结果进行比较。4 测量泊松比。二、仪器设备：1 YJ28静态数字电阻应变仪；2 CM-1J-10型静态数字电阻应变仪。（1）工作原理电阻应变测试技术是一种应用广泛的测量构件表面应变的方法简称电测法。它的基本原理是，将构件在受力时所产生的应变量，通过转换元件

2、转化为电阻的变化，然后通过测量电阻变化而得到该点的应变，再由虎克定律转换成该点的应力。电阻应变仪原理方框图如图3-1。图3-1电阻应变仪原理方框图（2）桥路结构电阻应变片电阻应变片是将应变量转换成电阻变化量的转换元件，一般由电阻丝制成。本实验采用的是泊式应变片，其结构如图32。图3-2泊式应变片结构图应变片在使用时，用特制的胶水牢固贴在被测件的构件表面上，使其与构件成为一体。粘贴时应变片的轴线与被测点的主应力方向一致。当构件受力变形时，应变片随之变形并产生微小的与变形成正比的增量电阻R的变化，由此将被测量转化为电学量的变化，灵敏系数（比例系数）的定义为：电桥：如图3-3所式，电桥通常保持平衡状

3、态，当构件受力变形，应变片产生增量电阻R的变化时，电桥的平衡被破坏，电桥对角线上产生电压信号U输出：其中 、分别对应于桥臂AB、BC、CD、DA上产生的应变。图3-3电桥图a 单臂测量：单臂测量是最一般的情况，A、B端接测量片，B、C端接补偿片，剩余的两个桥臂接标准电阻，这时、都为零。b 半桥测量：A、B端和B、C端都接测量片，剩余的两个桥臂接标准电阻，这时、都为零。c 全桥测量：四个桥臂都接测量片。本实验采用单臂测量。测量桥：仪器有10个测量桥，各桥的接线柱位于后面板上。前面板上有选择开关和10个调零电位器，可以分别选择测点并进行调零操作，换言之，一次加载，仪器可以同时对10个测点进行测量。

4、10个测量桥的D端在仪器内部是共线的，如果在后面板上将各桥的C端用导线相连，则单臂测量时各桥可以共用补偿片。电阻应变片的温度效应及补偿方法：贴有应变片的构件，处在有温度变化的环境中，由于环境温度的变化，会使构件在不受力的情况下，产生附加应变，这种现象称为电阻应变片的温度效应。附加应变是个虚假的应变，它伴着真实的应变同时产生，引起的测量误差是不容易忽略的，必须消除。消除温度效应的措施称为温度补偿。温度补偿可以利用布片和连接电路来实现。补偿片与测量片为同样的材料，同样的规格以及同样的灵敏系数的应变片，补偿片贴在与测量片粘贴的构件相同的材料上，且不受截荷作用，处于同一温度场下。这样，由于温度的影响，

5、测量片R1与补偿片R2的变化相同。又因为电桥平衡的充要条件是，那么、的相同改变是不会影响等式的，即温度影响无输出，这便消除了温度的影响。（3）使用方法:a先将应变仪后面面板上的电源开关置关闭位置，后面板上标定开关向下。测量点选择开关位置“R0”档。将应变仪前面板D1、D、D3三个接线柱用三点联接片旋紧，把标准电阻三根引出线同色两根分别接A、C接线柱旋紧。b通入接地良好的220伏50HZ变流电源，并开放电源开关，前面板上数码管应即有数字显示，调节前面板上“R”电位器，使之显示为“00000”，R电位器顺时针调节显示为“”，反之则为“”。C应变仪预热30分种后，再将后面板上标定开关拨向上，同时，调

6、节灵敏度电位器显示为“10000”灵敏度调好后即把标定开关拨向下位置。d应变仪是按K2.0设计的，若所用电阻应变片K值不是2.0时则按下表，在测量前进行标定值校准。K值1.851.91.952.02.052.12.152.2标准应变108111052610256100009756952493029091e多点测量时，可由后面板上测量桥接线端子A、B、C组桥。前面板上选择开关110个电桥，分别调节各电位器，使各电桥达到平衡。f对选择的各点进行接线，组成桥路并检查无误，加初载（初载为零）后分别对各个测点的电桥进行调零。g分步加载，分别对各个加载负荷下的各个测点进行读数、记录。3 WQ-5型纯弯曲梁

7、实验装置；4 CL-1A型纯弯曲梁实验装置。纯弯曲梁实验装置见图3-4，它由弯曲梁1、定位板2、支座3、试验机架4、加载系统5、两端带万向接头的加载杆6、加载压头（包括16钢球）7、加载横梁8、载荷传感器9和测力仪10等组成。弯曲梁1已粘贴好应变片（其弹性模量E210）,应变片的粘贴位置如图所示。纯弯曲梁的使用：缓慢转动加载手柄5，观察测力仪读数，到达选定位置时，记录下应变仪的读数。图3-4纯弯曲梁实验装置三、实验原理:纯弯曲梁实验装置简图如图3-5，ABCD=a,a=150mm,AD=L,L=620mm,由于AB=CD，所以BC段为纯弯曲段。本次实验就是通过测定梁在纯弯曲段沿横截面不同高度上

8、的应变值，来了解其应力分布规律。图3-5纯弯曲梁实验装置简图在纯弯曲段某截面的上、下边缘以及侧面上共粘贴了七个应变片（轴向），各应变片所处高度如图3-4。另外，在梁的下面还贴了一横向应变片8，各点的应变值可由电阻应变仪读出。由于纯弯曲梁，横截面上只有正应力，且实验时，正应力值不超过比例极限，故可根据虎克定律求出各点的实验应力：式中：E钢量的弹性模量（210GN/m2） 实验测出各点应变值。材料的泊松片：本次实验采用“增量法”逐级加载，载荷增量为，则弯矩增量为，其各点应变增量为，应变增量的平均值为，因而实测应力的增量为：沿不同高度，各被测点的理论应力增量可按下式计算：式中：纯弯曲段内的弯矩增量被

9、测点到中性层的距离惯性矩理论值与实验值进行比较，计算相对误差为：材料的泊松片： 四、实验步骤：1 开电源，使应变仪预热约20分钟。2 载荷为零时，调节应变仪初始读数为零或记录初始应变值（重复三次）。3 加载。按箭头指示方向旋转加载手轮缓慢加载。本实验中第一级载荷kN ，最大载荷Pmax3.5 kN ，载荷增量1.0 kN 。记录每级载荷下各测点的应变值（包括正负号，负号表示压应变，正号不显示）。4 注意：载荷最大加至3.4 kN，不能超载；在测量过程中，尽量避免连接导线的晃动。5 实验完毕将载荷卸为零，工具复原，经指导老师检查方可关闭应变仪电源。五、实验结果的整理1 求出各测量点在等量载荷作用

10、下，应变增量的平均值。2 根据各测点应变增量平均值，计算测量的应力值。3 根据实验装置的受力图和截面尺寸，先计算横截面对z轴的惯性距，再应用弯曲应力的理论公式，计算在等增量荷载作用下，各测点的理论应力增量值。4 比较各测点应力的理论值和实验值，并按下式计算相对误差在梁的中性层内，因，故只需计算绝对误差。5 比较梁中性层的应力。由于电阻应变片是测量一个区域内的平均应变，粘贴时又不可能正好贴在中性层上，所以只要实测的应变值是一个很小的数值就可以认为测试是可靠的。6 以各测点位置为纵坐标，以应变增量平均值为横坐标，画出应变随试件高度变化曲线。六、注意事项：应变仪调好以后，不要移动和碰、触应变片的连线，以免造成测量误差。七、思考题1 影响实验结果准确性的主要因素是什么？2 在中性层上理论计算应变值而有时实际测量这是为什么？注:本实验对于机械、材料专业学生为必做实验，其它专业选做。附记录表格读数载荷 P（KN