弯扭组合实验实验报告

北京航空航天大学材料力学实验2023年弯扭组合实验实验报告2023年弯扭组合实验实验报告诸葛望

试验二弯扭组合试验一、试验目的用电测法测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角；测定圆轴上贴有应变片截面上的弯矩和扭矩；学习电阻应变花的应用。二、试验设备和仪器微机控制电子万能试验机；电阻应变仪；游标卡尺。三、试验试件及装置弯扭组合试验装置如图一所示。空心圆轴试件直径D0＝42mm，壁厚t=3mm，l1=200mm，l2=240mm（如图二所示）；中碳钢材料屈服极限＝360MPa，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。图一试验装置图四、试验原理和措施1、测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位角；圆轴试件的一端固定，另一端通过一拐臂承受集中荷载P，圆轴处在弯扭组合变形状态，某一截面上下表面微体的应力状态如图四和图五所示。图五圆轴下表面微体的应力状态图四圆轴上表面微体的应力状态图五圆轴下表面微体的应力状态图四圆轴上表面微体的应力状态在圆轴某一横截面A－B的上、下两点贴三轴应变花（如图三），使应变花的各应变片方向分别沿0°和±45°。根据平面应变状态应变分析公式：（1）可得到有关εx、εy、γxy的三个线性方程组，解得：（2）由平面应变状态的主应变及其方位角公式：（3）或（4）将式（2）分别代入式（3）和式（4），即可得到主应变及其方位角的体现式。对于各向同性材料，应力应变关系满足广义虎克定律：（5）由式（2）~（5），可得一点的主应力及其方位角的体现式为：（6）、和的测量可用1/4桥多点测量法同步测出（见图六）。2、圆轴某一截面弯矩M的测量：轴向应力x仅由弯矩M引起，故有：(7)根据广义虎克定律，可得：（8）又:(9)由式（7）~（9）得到：(10)以某截面上应力最大的上点或下点作为测量点。测出X方向应变片的应变值εX（）。ε0的测量可用1/4桥接法（见图七），也可采用半桥接法（见图八）。R0R0——x方向应变片Rt——温补片3、圆轴某一截面扭矩T的测量：切应力τx仅扭矩T引起，故有：（11）根据广义虎克定律，可得：（12）由式（11）、（12）可得：(13)的测量可用半桥接法（见图七），也可采用全桥接法（见图八）。为了尽量减小试验误差，本试验采用反复加载法。可参照如下加载方案：P0=500N，Pmax=1500N，P=1000N，N=4。五、试验环节设计试验所需各类数据表格；测量试件尺寸；测量三次，取其平均值作为试验值。确定加载方案；试验机准备、试件安装和仪器调整；确定各项规定的组桥方式、接线和设置应变仪参数；检查及试车；检查以上环节完毕状况，然后预加一定载荷，再卸载至初载荷如下，以检查试验机及应变仪与否处在正常状态。进行试验；将载荷加至初载荷，记下此时应变仪的读数或将读数清零。反复加载，每反复一次，记录一次应变仪的读数。试验至少反复四次，假如数据稳定，反复性好即可。数据通过后，卸载、关闭电源、拆线并整顿所用设备。六、试验成果处理1、原始数据列表并计算各测量值的平均值组桥方式1/4桥半桥全桥测量所用的通道12345611应变片位置上上上下下下理论应变值-60+348+311-311-348+60+696+740实际测量值第一组-88+332+320-305-319+69+644+784第二组-86+333+321-298-309+74+646+783第三组-84+333+321-297-308+76+650+783平均值-86+332.67+320.67-300-312+73+646.67+783.332.计算试验点的主应力大小和其方位角，并与理论值(按名义尺寸计算)进行比较由公式：可计算值：故有：可计算值:同理:故有:下面将理论应变值代入求解理论值:3、计算圆轴上贴有应变片截面上的弯矩根据公式：而从理论值来看：4、计算圆轴上贴有应变片截面上的扭矩根据公式：可以得到而从理论值来看：七、误差分析1、数据定量分析（1）、主应力与主平面方位角相对误差分析eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)（2）、将上述M的计算值与的值进行比较，并分析其误差（3）、将上述T的计算值与的值进行比较，并分析其误差2、定性分析由前面的误差计算可以看出，试验成果与真值比较靠近，不过上表面的误差相对比下表面大，产生较大试验误差的原因可以归纳为：（1）、接线接头处接触电阻对试验成果的影响，有些线也许没有接好或者接的太松，从而引入较大的接触电阻，并且有些线拆了后又再接上去，接触电阻前后不一样样也会导致对应的误差；（2）、应变片在黏贴时候产生的缺陷对测量产生较大影响，由于我们在进行试验的过程中，发现我们的测量成果比理论值一直偏大，并且数据的稳定性一直比很好，老师检查时候说数据稳定性好阐明试验自身的环节没有问题，应当是在贴应变片的时候应变片贴的不是很原则；（3）、在清零的过程中由于数据变动对试验成果产生较大的影响；（4）、卸载及再加载的过程中由于速度过快，没有足够的时间使数据稳定下来也许就读数了；（5）、本试验在试验前并没有再次进行轴的有关尺寸的测量，而是沿用了一贯的原则数据，实际尺寸也许与原则尺寸有出入，从而导致试验成果的计算误差；（6）材料自身的质量分布以及缺陷对试验也会导致一定的影响。八、试验感想与试验改善提议这次做的试验名称是《弯扭组合试验》。材料力学试验是材料力学学习的基础与深化，在其中要用到诸多课堂上所学到的理论知识与成果，是将自己所学到的知识付诸实践的一种形式。在力学试验中，影响试验的原因诸多，产生误差的原因也错综复杂，规定我们有一颗严谨的心，严格控制好试验条件等多种途径，以最佳的试验方式展现力学现象，考验了我们实际动手能力和分析处理问题的能力。材料力学试验有一定的复杂性，为了在规定的时间内完毕老师所规定的试验内容，到达良好的试验成果，需要课前认真的预习，因此在课前，我认真预习了试验讲义上提到的有关环节与注意事项，理解了仪器的工作原理、性能、对的的操作环节与多种桥路的接法及其电路原理，写好了试验预习汇报。预习是试验前面必须要完毕的工作，不过工作的重点还是在试验过程中。我在做试验的过程中，格外小心，由于我们所用的万能试验机是一种比较精确地仪器，稍微不注意就会使得机器所施加的力超过我们的预期规定。我觉得是要过程中老师的指导是必不可少的，在本次试验中，老师给了我们三个她规定检查的地方（三种桥路所测得三种数值），通过老师在试验过程中的检查，可以使我意识到我的试验与否在一路对的的进行下去。在读数的过程中一定要小心，由于数据具有变动性，不要马虎了事，一定要等数据稳定后在进行读数、这样才可以保证我们所测量的数据的精确性。试验完毕后，要认真清理试验台，把所有的仪器恢复到位。在试验完毕后，我认真的处理了试验数据。试验数据是定量分析的根据，是探索、验证力学规律的第一手资料。本次试验我深入学习了用电脑处理试验数据，刚开始我还不