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1、实验室科学2006年8月第4期提高梁弯曲正应力分布规律实验精确性的措施王常焕(五邑大学土木建筑系广东江门529020)摘要:通过对采用电测法测定梁纯弯曲正应力分布规律存在结果偏差的分析,提出了改进的措施,并取得了良好的效果,为提高弯曲实验的水平有深远的影响。关键词:弯曲;实验;精确性;措施1.序言采用电测法测定梁弯曲正应力的分布规律是材料力学实验中的一项综合性实验,并兼有验证性的内容,在使用实验装置的基础上,均由学生自己动手完成电阻应变片位置的规划、定位和粘贴、测试仪器电桥的设计、组成及电桥初始平衡的调
2、整,这些均需在实验中完成。通过实验发现弯曲正应力实验结果与理论计算结果存在有一定的偏差,为此,分析其产生的原因,采取一定措施予以改进,以使实验结果的准确性得以提高,使其与理论计算结实验装置示意图果更加吻合。2.2.应变片定位偏差2.原因分析应变片作为电测实验中的主要感应元件,电阻2.1.实验装置组合可变性大应变片阻值符合要求时,布贴位置的正确与否将直在梁弯曲实验中使用的实验装置采用杠杆加接影响所测应变的结果。在电测实验中根据实验载,如下图所示。梁跨度为600mm,截面为28×My目的和正应力公式σ=,测
3、定梁弯曲正应力的10mm,分配梁拉杆间距200mm,分配梁两拉杆分I别距两端支座200mm,杠杆放大倍数20倍,由于分布规律,均是将应变片粘贴在关键点和转折点杠杆加载机构与梁经组合而成,当杠杆不水平时杠处,即沿梁高h方向布贴应变片。在梁的上、下边杆支点上的刀口与刀垫、撬动点拉杆的刀口与刀垫缘以及h/2处布贴应变片,其布贴位置几乎是无偏相互不垂直,荷载的作用线产生了倾斜,造成实验差的,所测正应力值与理论计算值非常接近,相对装置分配梁的两端拉杆传给梁的力不相等,此时机误差基本在4%以内,但在梁横截面的纵轴线
4、上,构形成的荷载不对称,不能完好的实现纯弯曲。另距上、下各h/4处布贴应变片,在其布贴位置上几外发现,在测量电桥桥路初始平衡前,人为将杠杆乎很难做到无偏差,所测正应力值与理论计算值相向上提起再松开,分配梁的两端拉杆距装置两边支差较大,相对误差为15%左右,见下表1所示(E=座的距离产生了变化,造成两支座反力不相等,弯200Gpa),明显地影响了实验结果的准确性。矩也将随梁截面位置的不同而变化,由此在不完全2.3.梁材料弹性系数不确定纯弯曲段内应变片沿梁轴线方向的布贴位置不同,实验中使用的实验装置其梁为Q
5、235钢材,由所测应变也将不同,经计算的正应力也不同。实验材料力学可知其弹性系数E值一般为196～中还发现,在测量电桥桥路初始平衡时,当杠杆向216Gpa,但根据以往钢材实验发现此值变化范围上产生一仰角时,加载测试所测应变增大。当杠杆较大,未能实测其实际值为多大,常取196～216向下产生一倾角时,所测应变减小,由上述情况看Gpa的中值200Gpa,利用实测应变值计算正应力出可变因素较多。—54—实验室科学2006年8月第4期减少。3.3.实测梁材料弹性系数为取得与实际材料一致的钢梁材料弹性系数,可用电
6、测法实测钢梁材料的弹性系数。首先,在梁长度1/2处,沿梁轴线处侧两个宽边各贴一片应变片,然后,取梁材料比例极限80%的荷载为最大试验荷载,分五级等值增量加Eε载,分别计算出应变等值(σ=)时(试中是应变仪的信号放大系数为k增量差值的平均值,再取两侧应变增量差值平均值610),E的取值与实际值不符造成了实验结果与理的平均值为计算弹性系数的应变值。应用虎克定论计算结果的偏差。σ律ε=计算出弹性系数E。实测的弹性系数E3.采取的措施E分析上述不同原因,有针对性地采取以下措施(本实验装置E为207GPa)是真实
7、可靠的,大大避加以改进、完善。免了弹性系数E的理论取值对实测弯曲正应力计3.1.实验装置组合措施算结果的影响。经采取上述措施后实测应力与理根据梁弯曲实验中使用实验装置的实际情况,论计算结果差值明显减小,在梁的上、下边缘以及由于杠杆加载机构与梁经组合而成,自由度较大。h/2处相对误差基本在1.5%以内,距梁的边缘上、首先,在实验前将杠杆调至水平,使杠杆支点的刀口与刀垫、撬动点拉杆的刀口与刀垫相互垂直。其次,再将分配梁两端拉杆上力作用点的螺杆放松,使其处在自由向下垂直状态,调整分配梁两端拉杆到装置两端支座的
8、距离使其相等,然后,上紧两端拉杆上力作用点的螺杆,实现纯弯曲段,达到分配梁的两端拉杆传给梁的力相下各h/4处相对误差基本在4%以内,如下表2所等,使实验装置两端支座反力相等,也使弯矩M不示。随梁截面位置的不同而变化。在纯弯曲段内应变4.结语片沿梁轴线方向的布贴位置不同,只要在同一层面采用电测法测定梁纯弯曲正应力是最常用的上所测应变也会相同,经计算的正应力σ自然相方法之一,分析正应力分布规律实测与理论结果的等。偏差,认为影响精确性的主要因素有
