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。二实验仪器和设备弯扭组合实验装置；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72gN2,泊松比为0.33。薄壁圆管截图1m2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a图3图4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-5。、0。、+45。方向粘贴一枚三轴450应变

2、花，如图4所示。图2四实验内容及方法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、，则主应力大小的计算公式为-450452_45+)1上：(&_)2+(_)2452_450045主应力方向计算公式为2.a.b.8-8tg2a=(8-8)-0-8)0-45450弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定弯矩M引起的正应力的测定或tg2a二-只需用B、D两测点0。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88=Md-M2然后由虎克定律可求得弯矩M引

3、起的正应力E8Q=E8=Md-MM2应变8-8-454528-E+80-45B45BADD(a)B(b)AAC扭矩Mn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图5测得扭矩Mn在45。方向所引起的线应变88nd-n4由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力E8G8Tndnd-n4(1+2(b)所示全桥线路，可5c.剪力Q引起的剪应力的测定用A、C两被测点-45。、45o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880-Q4由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力E8G8TQdQdQ4(1+卩丿2五实验步骤接通测力仪电源，将测力仪开关置

4、开。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。预加50N初始载荷，将应变仪各测量通道置零；分级加载，每级1OON,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。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、读数应变载荷、AB45。（R）10o（R）245o（R）345o（R）40o（R）545o（R）6P（N）AP（N）S（闷（匹）S（闷（阴）S（阴）（阴）S（匹）（阴）S（闷（陆）S（闷（阴）50000000100990-98127165

5、-21150990-98127165-21100980-97121162-232501970-195248327-44100990-94126162-233502960-289374489-671001002-95124164-224503962-384498653-89A8d均（阴990.5-96124.5162.3-22.3实验数据1续读数应变载荷、CD45o（R）70o（R）845o（R）945o（R）100o（R）1145o（R）12P（N）AP（N）S（闷8（匹）8（闷8（阴）8（陆）、8（阴）8（卩8）、8（陆）8（憾）、8（陆）8（卩8）8（阴）5000000010051-2-5

6、422-165-12815051-2-5422-165-12810050-4-5423-164-129250101-6-10845-329-25710051-2-5421-162-129350152-8-16266-491-38610051-2-5221-163-130450203-10-21487-654-516山d均血）50.8-2.5-53.521.8-163.5-129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)AP(N)8Md(阴)A8Md(悶8nd(Ms)A8nd(Ms)8Qd(阴)A8Qd(阴)5000010033029590150330295901003

7、2530091250655595181100329300913509848952721003282989045013121193362山力均（ME）d均328298.390.5应力m2M11.81Tn4.04TQ1.23实验结果被测点王应力）ABCD1m2/4.7212.72.681.54c3W23m厶-5.36-1.72-2.97-12.89a度丿o01133.90-16.70134.40107.220o343.9073.3044.4017.220七思考题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ED电桥的接法。测量弯矩引起的应变，还可以用R5或R11与补偿片组成单

8、臂半桥，见图（a）;测量扭矩引起的应变见图（b）；BB(b)VC.测量剪力引起的应变见图(C)；BRiRRRCR?(K3)R补偿片R补偿*/D皿快)陥偿片耳卜偿片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45o应变花替代三轴45o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iYBDIISEO300PI-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Q=P=10

9、0(N)扭矩M二0.2P=20(Nm)n弯矩M=0.3P=30(Nm)I-I截面几何性质抗扭截面模量抗弯截面模量W=D3C-a4)=4.915X10-6n16W二嗒9-丄258X10-6m3)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M20弯曲剪应力n-:W4.915X10-6二4.07Mpa)100兀x18.25x2.5x10-6二0.7Mpa)A点剪应力C点剪应力A点主应力A点主应力方向C点主应力t圆管壁厚R0=18.25mmt=t+t二4.77(Mpa)nQt=t-t=3.37(Mpa)nQ=t=4.77(Mpa)13a=-45o0=t=3.37(Mpa)13C点主应力方向a0一45oB、D点扭转剪应力、弯曲正应力计算扭转剪应力弯曲正应力B点主应力-nnWmaxmin二4.07Mpa)M_30W_2.458x10-6_12.2Mpa)l(-、1xy2+T2xy2l乙丿+xy2土+4.072_13.4Mpa)12.2+23_6.1-7.3_-1.2(Mpa)2T2x4.07B点王应力方向tg2a