弯扭组合变形的主应力测定-2010年秋

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1、弯扭组合变形的主应力测定一、实验目的1、用电测法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向。2、学习电阻应变花的使用。3、熟悉应变&力综合测试仪的使用。二、实验设备1、BDCL型材料力学多功能实验台。2、CML-1L型应变&力综合测试仪。3、BE120-4CA直角应变花。4、YZC—526应变式称重传感器。三、实验原理和方法为了用实验的方法测定薄壁圆筒弯曲和扭转时表面一点处的主应力大小和方向，首先要测量该点处的主应变ε和ε的大小和方向，然后用广义胡克定律算13得一点处的主应力σ和σ。根据平面应变状态分析原理，要确定一点处的主应13变，需要知道该点处沿x和两个互相垂直

2、方向的y3个应变分量ε，ε和γ。xyxy由于在实验中测量剪应变很困难，而用电阻应变片测量线应变比较简便，所以通常采用一点处沿x轴成3个不同方向且已知夹角的线应变。yycba+45aαcoxαab−45αaox图1图222⎧ε=+−εαcosεαsinγαsincosαaxayaxyaa⎪⎪22⎨ε=+−εαcosεαsinγαsincosα（1）bxbybxybb⎪22⎪ε=+−εαcosεαsinγααsincos⎩cxcycxycc为了简化计算，实际上采用互成特殊角的三片应变片组成的应变花，中间的aa应变片与x轴成0，另外2个应变片分别与x轴成±45，如图2所示

3、。用电阻应变仪分别测得圆筒变形后应变花的3个应变值，即εa，εa，εa，由方程组（1）045−45得到应变分量，即⎧εε=x0a⎪⎨εy=−+εεε45aa0−45a（2）⎪γεεxy=−aa⎩−4545主应变公式为⎧ε1εεxy+122⎨=±−()εεγ+（3）xyxyε22⎩3将式（2）代入式（3）得⎧ε1εε−45aa+45122⎨=±−()2εεεaaa−+(εεaa−)（4）0454−−54545ε22⎩3主应变的方向−γxyε45aa−ε−45tan2α==（5）0εxy−−εεεε204aa54−−5a对各向同性材料，主应变ε,ε和主应力σ,σ方向一致

4、。应用广义胡克定1313律，则主应力σ,σ为13⎧E⎪σ11=+2()εμε3⎪1−μ⎨(6)⎪σ=+E()εμε3321⎪⎩1−μ式中，E,μ分别为构件材料的弹性模量和泊松比。将（4）代入（6）后得到⎧σE()εε00+E22145−45⎨σ=±−μμ()2εεε0400054−−−5+(εε45400−5)⎩321()−+21()(7)如果测得三个方向应变值ε0,ε0,ε0，由式(7)和式(5)即可确定一点处主应力−45045的大小及方向的实验值。本实验使用的弯扭实验装置由铝合金薄壁圆筒、扇形加力架、力传感器和加力手轮组成，如图3所示。该装置的试件采用高强度铝合

5、金管制成的薄壁圆筒，外径D=40mm，内径dm=34m，E=71Gpa，μ=0.32。薄壁圆筒右端固定，左端自由，安装有与圆筒轴线垂直的扇形加力臂，实验前扇形加力臂的钢丝绳与传感器上的绳座相连接，当逆时针转动加力手轮时，载荷就通过钢丝绳作用在扇形加力臂的末端，圆筒在载荷的作用下发生弯扭组合变形。载荷作用点到圆筒轴心的距离为am=250m,在与扇形臂平面相距l=300mm的薄壁圆筒外表面的上下点B、D处各粘贴一个直角应变花，B和D点的应力状态如图4所示。图3实验装置和内力图图4B、D点的应力状态由应力状态分析可知构件表面上的B、D点为平面应力状态，如果测得B、D点三个

6、方向应变值ε0,ε0,ε0，由式(7)和式(5)即可确定这两点点−45045处主应力的大小及方向的实验值。四、实验步骤1、设计好本实验的实验表格，记录圆筒尺寸及有关参数。2、将实验装置上力传感器的五芯航空插头连接到力＆应变综合参数测试仪背面的五芯航空插座上，插上电源，将开关置开，预热30分钟，并检查该装置是否处于正常实验状态。3、输入传感器量程（10KN或5KN）及灵敏度(查每个传感器的铭牌或1.505mV/V)和应变片灵敏度系数（2.080）。4、实验采用增量法加载，载荷增量为100N，共加4级载荷，数据处理采用增量法。0006、分清各测点应变片引线，将薄壁圆筒上

7、的将B、D两点的−45,0,45方向的应变片按半桥单臂、公共温度补偿法组成测量线路进行测量。5、加载。首先在不加载的情况下将测力量和应变量调至零；然后缓慢均匀等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点应变片的应变值，直到最终载荷400N（将实验数据记入表2）。6、做完实验后，卸掉载荷，拆除接线，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，实验资料交指导教师检查签字。五、注意事项1、看清实验台上的加载、卸载指示旋转方向，加载时缓慢均匀地旋转手轮。2、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（该装置只允许加400N载荷），不能用力扳动圆筒的自由端和力臂