弯扭组合实验实验报告材料

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1、材料力学实验北京航空航天大学材料力学实验弯扭组合试验实验报告机械工程及自动化学院380711班张涛3807112211/11材料力学实验实验二弯扭组合试验一、实验目的1．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；2．测定圆轴上贴有应变片截面上的弯矩和扭矩；3．学习电阻应变花的应用。二、实验设备和仪器1．微机控制电子万能试验机；2．电阻应变仪；3．游标卡尺。三、试验试件及装置弯扭组合实验装置如图一所示。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

2、，泊松比μ＝0.28。图一实验装置图11/11材料力学实验图三应变花示意图四、实验原理和方法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；txsxtxsx圆轴试件的一端固定，另一端通过一拐臂承受集中荷载P，圆轴处于弯扭组合变形状态，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）可得到关于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、：（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表达式。对于各向同性材料，应力应变关系满足广义虎克定律：11/11材料力学实验（5）由式（2）~（5），可得一点的主应力及其方位角的表达式为：（6）、和的测量可用1/4桥多点测量法同时测出（见图六）。图六RiRi2、圆轴某一截面弯矩M的测量：轴向应力sx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εX11/11材料力学实验（）。ε0的测量可用1/4桥接法（见图七），也可采用半

4、桥接法（见图八）。图八R0上R0下图七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）。图七R-45上R45上图八R-45上R45上R-45下R45下为了尽可能减小实验误差，本实验采用重复加载法。可参考如下加载方案：P0=500N，Pmax=1500N，DP=1000N，N=4。11/11材料力学实验五、实验步骤1．设计实验所需各类数据表格；2．测量试件尺寸；测量三次，取其平均值作为实验值。3．

5、拟定加载方案；4．试验机准备、试件安装和仪器调整；5．确定各项要求的组桥方式、接线和设置应变仪参数；6．检查及试车；检查以上步骤完成情况，然后预加一定载荷，再卸载至初载荷以下，以检查试验机及应变仪是否处于正常状态。7．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。重复加载，每重复一次，记录一次应变仪的读数。实验至少重复四次，如果数据稳定，重复性好即可。8．数据通过后，卸载、关闭电源、拆线并整理所用设备。六、试验结果处理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+3

6、11-311-348+60+696+740-88+332+320-305-319+69+644+78411/11材料力学实验实际测量值第一组第二组-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.计算实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:11/11材料力学实验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

7、：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：11/11材料力学实验七、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（2）、将上述DM的计算值与的值进行比较，并分析其误差11/11材料力学实验（3）、将上述DT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，实验结果与真值比较接近，但是上表面的误差相对比下表面大，产生较大实验误差的原因可以归纳为：（1）、接线接头处接触电阻对实验结果的影响，有些线可能没有接好或者接的太松，从而引入