1、實驗四 彎扭組合變形時的應力測定一、實驗目的1用電測法測定平面應力狀態下的主應力大小及其方向，并與理論值進行比較。2測定彎扭組合變形桿件中的彎矩和扭矩分別引起的應變，并確定內力分量彎矩和扭矩的實驗值。3進一步掌握電測法和電阻應變儀的使用。了解半橋單臂，半橋雙臂和全橋的接線方法。二、實驗儀器1彎扭組合實驗裝置。2YJ-28-P10R 靜態數字應變儀 ,或者 YJ-31 電阻應變儀。三、實驗原理和方法彎扭組合變形實驗裝置如圖5-1 所示，它由薄壁管1、扇臂 2、鋼索 3、手輪 4、加圖 4-1彎扭組合實驗裝置載支座 5、加載螺桿 6、載荷傳感器7、鋼索接頭 8、底座 9、電子秤 10 和固定支架

2、11組成。鋼索一端固定在扇臂端，另一端通過加載螺桿、載荷傳感器與鋼索接頭固定，實驗時轉動手輪，加載螺桿和載荷傳感器都向下移動，鋼索受拉，載荷傳感器就有電信號輸出，此時電子秤數字顯示出作用在扇臂的載荷值，扇臂端的作用力傳遞到薄壁管上，使管產生彎扭組合變形。薄壁圓管材料為鋁，其彈性模量E=70GPa、泊松比 =0.33, 管的平均直徑D0=37mm,壁厚 t=3mm。-圖 4-2圖 4-3A 、 B、C、D 點應力狀態薄壁圓管彎扭組合變形受力如簡圖4-2 所示。 - 截面為被測位置，該截面上的內力有彎矩和扭矩。取其前、后、上、下的A、B、C、D為被測的四個點，其應力狀態見圖 4-3 （截面 - 的

3、展開圖）。每點處按 -45 0、0、 +450 方向粘貼一片 450 的應變花，將截面 - 展開如圖 4-4 （a）所示。四、實驗內容和方法1確定主應力大小及方向：彎扭組合變形薄壁圓管表面上的點處于平面應力狀態，用應變花測出三個方向的線應變后，可算出主應變的大小和方向，再應用廣義胡克定律即可求出主應力的大小和方向。主應力E11221. 212245454500452(1)主方向tan24545(2)045450式中：450 、0 、450 分別表示與管軸線成450 、0 、450 方向的線應變2 單一內力分量或該內力分量引起的應變測定：(1) 彎矩 M 及其所引起的應變測定（ a）彎矩引起正應

4、變的測定：用上、下（即 B、D兩點）兩測點兩片方向的應變片組成圖8-4b 所示半橋測量線路，測得 B、D兩處由于彎矩引起的正應變Mds(3)2式中：ds 應變儀的讀數應變M 由彎矩引起的軸線方向的應變(b) 彎矩 M的測定：BR5R11ARD（ b）彎矩BRiARD（c）主應力BR1AR9DCRRCRR3CR7（ d）扭矩(a) 截面 -展開圖 4-4若薄壁圓管的彈性模量E 及橫截面尺寸已知，則可根據上面所測得的M ，用下式計算被測截面的彎矩M：MMEWds EW(4)2W 薄壁圓管橫截面的抗彎截面模量(2) 扭矩 T 及其所引起剪應變的測定：（ a）扭矩引起剪應變的測定：用 A、C兩測點方向

5、的四片應變組成圖 5-4d 所示的全橋測量線路，可測得扭矩引起剪應變的實驗值為：dsn(5)2（ b）扭矩 T的測定若材料彈性常數 E、及其橫截面積為已知， 根據上面所得的n ，用下式計算出截面的扭矩為TE2 1nWp(6)TE4 1dsWpWp 薄壁圓管的抗扭截面模量。3為了與理論計算值進行比較，對所加載荷大小進行控制和顯示，并測量有關幾何尺寸，計算出被測截面的內力分量及測點的應力分量：彎矩正應力理論值：M(7)W扭轉剪應力理論值：T（8）Wp主應力：( ) 221.2（9）2222（ 10）主方向：tun根據上式可分別求出A、B、C、D四個測點的主應力大小和方向的理論值，然后與實驗值進行比

6、較分析。五、實驗步驟1. 將傳感器電源及信號線與電子秤聯接，將應變儀與預調平衡箱聯接。2. 打開應變儀，預熱 15 分鐘。3. 主應力測定。(1) 將 A、B、 C、D上各應變片按圖 5-4c 半橋方式接入電阻應變儀，各應變片共用一片溫度補償片。(2) 用標準電阻調 R0=0000，根據被測試件應變片的靈敏系數， 計算出標定值。 然后打開標定開關，使前面板顯示出標定值，關標定開關，拆下標準電阻。(3) 調被測點電阻平衡。(4) 采用增量法逐級加載，每次 0.1kN 。0.1 kN初載荷調零0.2 kN讀出測量值0.3 kN讀出測量值0.4 kN讀出測量值(5) 卸載。4彎矩測定：(1) 將 B

7、、D兩點方向的應變片按圖 5-4b 的方式接成半橋。(2) 下同主應力測定。5扭矩測定：(1) 將 A、C兩點方向和方向接的應變片按圖 5-4d 的方式接成全橋。(2) 下同主應力測定。6實驗結束，將儀表恢復原狀。六、實驗報告要求1寫出實驗名稱、實驗設備并繪制裝置簡圖。2繪出實驗圓管試樣受力簡圖，簡述實驗過程。3算出測點 A 處的主應力的實測平均值和該點理論值，并加以比較， 求出相對誤差。4畫出 A 點的應力狀態圖（主應力大小和方向） 。5實驗記錄和數據表格可參考表4-1、表 4-2 和表 4-3。表 4-1A 、B、C、 D 各點的讀數應變載荷讀數應變 d/kNABFF-45000+450-45000+450 d 增量最佳值/表4-2I I 截面上彎矩、剪力和扭矩引起的應變載荷讀數應變 d/kNFF彎矩 d剪力 d扭矩 d增量最佳值/表 4-3A 、 B、 C、D各