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1、实验二 空心圆管在弯扭组合变形下主应力测定一、实验目的 1.用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向，并与理论值进行比较 2.测定空心圆管在弯扭组合变形作用下的弯曲正应力和扭转剪应力 3.进一步掌握电测法 二、实验仪器设备和工具 1.弯扭组合实验装置 2.系列静态电阻应变仪AXL2118 3.游标卡尺、钢板尺 三、实验原理和方法 1.测定主应力大小和方向 空心圆管受弯扭组合作用，使圆筒发生组合变形，圆筒的截面处应变片位置及平面应力状-mm 态（如图 1） 。在点单元体上作用有由弯矩引起的正应力，由扭矩引起的剪应力，主应力是一Bxn 对拉应力和一对压应力，单元体上的正应力和剪应力可按下式计算
2、13xnWzxM=WMTn n式中 弯矩，MLPM 扭矩，MnaPMn 抗弯截面模量，对空心圆筒： Wz DdDWZ43132 抗扭截面模量，对空心圆筒： WT DdDWT43116由二向应力状态分析可得到主应力及其方向222213nxx xntg220图 1 圆筒的截面应变片位置及 B 点应力状态-mm本实验装置采用直角应变花，在、点各贴一组应变花（如图 2 所示） ，点或450ABCDB点应变花上三个应变片的角分别为、，该点主应变和主方向D45-000450 04504545450000022 22 2013加载臂固定端300BCDAB1331nn 45450454500022 000 t
3、g主应力和主方向 04504545450000022 )1 (22 )1 (2013EE 45450454500022 000 tg图 2 测点应变花布置及空心圆管截面图2.弯曲正应力测定 空心圆管虽为弯扭组合变形，但和两点沿方向只有因弯曲引起的拉伸和压缩应变，且两应BDX 变等值异号，因此将和两点应变片和，采用半桥组桥方式测量，即可得到、两点所BD5R11RBD在截面由弯矩引起的轴向应变（） ，则该截面的弯曲正应力实验值为M2dM2xEEd M3.扭转剪应力当空心圆管受扭转时，和两点方向和方向的应变片，即四个应变片AC45045-09731RRRR、采用全桥组桥方式进行测量，可得到和两点由扭
4、转引起的扭转应变（） 。则可得到和ACn4d nA两点所在截面的扭转剪应力实验值为C)1 (4)1 (EEdn n四、实验步骤 1.设计好本实验所需的各类数据表格。 2.测量试件尺寸、加力臂长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。见附表 1 3.将空心圆管上的应变片按不同测试要求接到仪器上，组成不同的测量电桥。调整好仪器，检 查整个测试系统是否处于正常工作状态。 1)主应力大小、方向测定：将或点的三个应变片按半桥单臂、公共温度补偿法组成测BDB CDAR1R2R3R4 R5R6R7R8R9R10R11R12量线路进行测量。 2)弯曲正应力测定：将和两点的和两只应变片按半桥双臂组成测量线路进行
5、BD5R11R测量（） 。M2d M3)扭转剪应力测定：将和两点的四只应变片按全桥方式组成测量线AC9731RRRR、路进行测量（） 。n4nd4.拟订加载方案。可先选取适当的初载荷（一般取左右） ，估算（该实验P0PPmax0%10Pmax载荷范围） ，分 46 级加载。NP700max5.根据加载方案，调整好实验加载装置。 6.加载。均匀缓慢加载至初载荷，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加P0 一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表 2，附表 3 7.作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备
6、复原，实验资料交指导教师检查签字。 8.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，不能用力扳动圆筒的自由 端和力臂。 五、注意事项 1.测试仪未开机前，一定不要进行加载，以免在实验中损坏试件。 2.实验前一定要设计好实验方案，准确测量实验计算用数据。 3.加载过程中一定要缓慢加载，不可快速进行加载，以免超过预定加载载荷值，造成测试数据 不准确，同时注意不要超过实验方案中预定的最大载荷，以免损坏试件；该实验最大载荷 700N。 4.实验结束，一定要先将载荷卸掉，必要时可将加载附件一起卸掉，以免误操作损坏试件。 5.确认载荷完全卸掉后，关闭仪器电源，整理实验台面附表 1 （试件相关
7、参考数据）圆筒的尺寸和有关参数计算长度 L =300 mm弹性模量 E=206 GPa外 径 D =40 mm泊 松 比 =0.26内 径 d =32mm(钢)/34mm（铝）弹性模量 E=70 GPa扇臂长度 a =248mm泊 松 比 =0.3附表 2 （B 或 D 主应力实验数据）P载荷（N）P p p45p p p各 测 点 实 验 数 据0pp p-45p附表 3（实验数据）P100200300400500600载荷（N）P100100100100100ppp弯曲正 应力 Mppp实验数 据 扭转剪 应力 n六、实验结果处理 1.主应力及方向 点或点实测值主应力及方向计算：BD 04504545450000022 )1 (22 )1 (2013EE 45450454500022 000 tg点或点理论值主应力及方向计算：BD222213nxx xntg2202.计算弯曲正应力、扭转剪应力 理论计算： 弯曲正应力WMzx DdDWZ43132扭转剪应力WMTn n DdDWT43116实测值计算：弯曲正应力 2xd MEE扭转剪应力 )1 (4)1 (dn nEE3.实验值与理论值比较 点或点主应力及方向BD比较内容实验值理论值相对误差(%)、MPa(1、MPa(3点或点BD、 弯曲正应力和扭转剪应力比较内容实验值理论值相对误差(%)MPaMMPan
