实验项目5：薄壁圆筒弯扭组合变形实验

邵阳学院实验报告实验项目5：薄壁圆筒弯扭组合变形实验实验日期实验地点成绩院系班级指导老师同组成员学生姓名学生学号一、实验内容和目的用电测法测定薄壁圆筒弯扭组合变形时平面应力状态的主应力的大小及方向，并与理论值进行比较。进一步掌握电测法二、实验设备及仪器（规格、型号）FCL-I型材料力学多功能实验装置。HD-16A静态电阻应变仪。游标卡尺、钢尺。三、实验原理薄壁圆筒受弯扭组合作用，使圆筒发生组合变形，圆筒的m点处于平面应力状态（图1）。在m点单元体上作用有由弯矩引起的正应力气,由扭矩引起的剪应力玷主应力是一对拉应力气和一对压应力°3,单元体上的正应力气和剪应力Tn可按下式计算nM

b=XW

Z_MT〃一衫T式中M—弯矩，M=P-LMn—扭矩，Mn=P.awz—抗弯截面模量，对空心圆筒：wz=翌[1—（D）4]WT—抗扭截面模量，对空心圆筒：WT=#[1—（£）4]W由二向应力状态分析可得到主应力及其方向b.1=b/2士气：（b/2）2+T23tg2a0=—2t/b

图1圆筒m点应力状态本实验装置采用的是450直角应变花，在m、m'点各贴一组应变花（如图2所示），应变花上三个应变片的a角分别为-450、00、450，该点主应力和主方向bE（£+£）1=45245^±b2（1-旦）3•侦2E~--厂,.（£-£）2+（£-£）22（1+旦）'45。图1圆筒m点应力状态•侦2E~--厂,.（£-£）2+（£-£）22（1+旦）'45。0。-45。0。0=（£45。-"。）/（2£0L-45。-£45。'图2测点应变花布置图设计好本实验所需的各类数据表格。测量试件尺寸、加力臂长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。见附表1将薄壁圆筒上的应变片按不同测试要求接到仪器上，组成测量电桥。调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。主应力大小、方向测定：将m和m‘两点的所有应变片按半桥单臂（1/4桥）、公共温度补偿法组成测量线路进行测量（见图3）。拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P0=10%Pmax左右），估算Pmax（该实验载荷范围Pmax<700N），分4〜6级加载。根据加载方案，调整好实验加载装置。加载。均匀缓慢加载至初载荷P。，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2，附表3作完实验后，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，实验资料交指导教师检查签字。实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动

I图3半桥单臂(1/4桥)接法五、实验记录及数据处理表1.试件相关数据圆筒的尺寸和有关参数计算长度L=240mm弹性模量E=206GPa夕卜径D=40mm泊松比日=0.26内径d=31.8mm电阻应变片灵敏系数K=2.06扇臂长度a=248mm表2.m和m，点三个方向线应变实验数据载荷(N)P100200300400500△P100100100100m点八、、应变仪读数45°£△£平均值0°£△£平均值-45°£△£平均值m，点八、、应变仪读数45°£△£平均值0°£△£平均值-45°£△£平均值

1.m或m，点实测值主应力及方向的计算：2E2（1W）45。土瓦而如45。我。。）2HE-45。70。）2tg2a。=(E45。_E45o)/(2e。。-£45。-£45。)m或m，理论值主应力及方向计算:b，…二__1=b/2±\；(b/2)2+T23tg2a。=-2t/b2.m点主应力及方向的实验值与理论值比较比较内容理论值实验值相对误差/%m点q/MPag3/MPh%/(°)m'点g/MPaG3/MPaa。/(°)六、试验结果分析及讨论1.测量单一内力分量引起的应变，可以采用那几种桥路接线法?可采用半桥单臂接法、半桥双臂接法和全桥接法半桥单臂（1/4桥）接法半桥双臂（1/2半桥单臂（1/4桥）接法半桥双臂（1/2桥）接法全桥接法2.主应力测量中，45。直角应变花是否可沿任意方向粘贴？可以。从理论上讲如果知道测得了三向应变花的三个值，由三点确定