六.弯扭组合内力素实验

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1、实验六、弯扭组合内力素实验一、实验目的1．测定薄壁圆筒弯扭组合变形时指定点的主应力和主方向，并与理论计算值进行比较。2测定薄壁圆筒弯扭组合变形时指定截面上的弯矩、扭矩和剪力引起的应力，并与理论值比较。3.学习布片原则、应变成份分析和各种组桥方法。二、仪器、设备力学试验台静态应变仪辅助工具和量具1三、实验装置：薄壁圆筒试样（见图3-10a）左端固定，籍固定在圆筒右端的水平杆加载。圆筒用不锈钢1Cr18Ni9Ti或其它钢材制成，材料弹性模量E和泊松比为己知，或由试验者自行测定，圆筒外径D，内径d。2四、实验原理1.指定点的主应力和主方向测定根据理论

2、分析可知：弯曲正应力：式中：薄壁圆筒扭转切应力：弯曲切应力：，3由此可求得相应点的主应力及主方向的理论值。4如何由实验来测定任一截面的主应力和主方向呢？据平面应变分析理论知，若某点任意三个方向的线应变已知，就能计算出该点的主应变和主方向，从而计算出该点的主应力和主方向。因此测量某点的主应力和主方向时，必须在测点布置三枚应变片，工程中常用应变花测定。常见的应变花有45度应变花和等角应变花等。在图3-10a中的I-I截面的b、d（或a、c），即采用了45度应变花进行测量，其展示图如图3-10c所示。采用单臂（多点）半桥公共温度补偿测量法，等量逐级加

3、载。在每一载荷作用下，分别测得b、d（或a、c）两点沿-450、00、和450方向的应变值后，将测量结果记录在实验报告中。5由以下公式计算b、d（或a、c）两点的主应力大小和方向：62.指定截面上的弯矩、扭矩和剪力所分别引起的应力的测定1）弯矩M引起的正应力的测定为测定弯矩，可使用b、d两点方向的应变片，此处弯曲正应力最大，而弯曲切应力为零，且（为最大弯曲正应变的绝对值），将它们组成如图3-11所示半桥线路，据电桥的加减特性，则仪器读数为:由胡克定律可求得弯矩M引起的正应力为：72)、扭矩T引起的切应力的测定a、c两点为纯剪切应力状态，主应力沿

4、方向，其数值等于，用a、c两点和方向的应变片组成图3-12d所示全桥线路，则仪器读数为：由广义胡克定律有：由此可求得扭矩T引起的切应力为：83)、剪力Fs引起的切应力的测定用a、c两点方向的应变片组成图3-13所示全桥线路，则仪器读数为：由广义胡克定律可求得剪力引起的切应力为：应该说明的是上述测扭矩和剪力的组桥方案也只是诸多方案中的其中一种，请实验者自己思考并设计其它组桥方案。9五、实验步骤1．安装弯扭组合实验装置并固定。2．测量主应力时按单臂（多点）半桥公共温度补偿将有关应变片接入应变仪所选通道。或自行设计测量主应力的组桥方案，并按组桥方案将

5、有关应变片接入应变仪所选通道。3.分级加载，记录各级载荷作用下的读数应变，卸去载荷。①设置应变仪测应变通道参数：桥路、应变片灵敏系数、应变片电阻值。②未加载时平衡所选应变通道电桥。4.按设计的测量弯矩M、扭矩T和剪力的组桥方案，并按先后顺序将有关应变片分别接入应变仪所选通道，重复步骤1、3。10六、实验结果处理1.主应力、主方向实验数据处理按表3-6进行。据式3-20和3-21计算出主应力和主方向实验值，然后计算主应力和主方向的理论值。分别计算b、d两点实验值的相对误差。2.计算I-I截面上分别由弯矩、扭矩、弯曲剪力所引起的应力数据处理参考表3

6、-7进行，据式3-22、3-23和3-24计算弯曲正应力、扭转切应力和弯曲切应力。11七、实验报告实验报告应包括实验目的，原理简述，组桥方案，实验数据记录和处理，以及误差分析等。八、预习要求1.预习实验教材2-2-3和2-3-4节，对主应力和内力素测量原理有较好的了解。2.根据材料的比例极限，试件的参考尺寸h、D、d，估算最大载荷，拟定加载方案（载荷增量，加载次数）。3.参考数据处理列表，按实验要求，绘制好本实验记录表格。圆筒用不锈钢制造，材料弹性模量泊松比圆筒外径D=40mm，内径d=36.40mm。12每次实验报告要求写的思考题：实验一P1

7、35思考题1、2实验二P12思考题1、2、3、4实验三P39思考题1、2实验四无实验五P87思考题2、3、4P93思考题实验六无13