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1、- 3 8-角钢、槽钢、方钢弯曲时正应力的比较石里男 杜宜纲(机电学院 010113)指导教师： 张亦良摘要：本文通过材料力学理论计算和电测试验两种方法。研究了NO.5 号角钢，开口薄壁槽钢，及闭口件方钢在正弯曲时的正应力情况。分析和比较了三种试件在几乎相同载荷的条件下，正应力的差异。从而做出比较，说明各种试件在工程实际应用中的一些合理性。通过对实验误差的分析，还对实验室的设备及试件，提出了一些改进的建议。关键词：角钢；槽钢；方钢；电测法；正应力分布1 引言角钢、槽钢是工程中应用最为广泛的两种型钢。在大型钢结构中，用途更加广泛。角钢与槽钢均为开口薄壁截面杆件，不适应受扭转作用。若加载点位置不在
2、弯心处时，试件除受弯曲作用外，还将承受扭转。不论从受力分析角度还是从强度观点出发，这都是不利的。以前的试验只是针对某一试件进行详细的讨论，分析其在不同载荷状况下的应力应变情况。这次我们将三种试件结合在一起进行分析与比较，通过多组实验数据讨论了两类试件（开口件和闭口件）在平面弯曲时正应力的分布情况，比较了三种型钢受弯时的特征，进而使我们对几种型钢在工程上的实际应用有了比较深刻的认识。实验中采用了先进的自动数据采集软件，为顺利进行实验提供了保障。2 角钢，槽钢及闭口件的理论分析模型2.1 角钢的理论模型角钢加载示意图见图1。P 力作用在角钢的弯心A 点，这样就保证了平面弯曲。2.2 槽钢的理论模型
3、槽钢加载示意图见图2。当P 力作用在弯心时，截面只弯不扭。2.3 闭口件的理论模型闭口件方钢加载示意图见图3，P 力作用在其弯心也就是上表面宽度中点。- 3 9-弯曲正应力所用的计算公式：z IM y = ，由于本实验采取了平面弯曲，因此理论计算时我们可以用公式z IM y = ，而实验数据所测得的应变值可代入公式 = E ，同样算出的值，从而可以进行理论与实验的比较。3 具体实验方案及实验数据处理3.1 实验装置、仪器及材料(1)角钢，槽钢，闭口件：材料为Q235 钢，弹性模量 200GPa(2)电子万能试验机(3)DH3818 静态应变测试仪(4)计算机自动采数实验系统3.2 试件的布片及
4、加载方案3.2.1 角钢图5 为角钢梁加载示意图，其中A 点为布片位置，其距固定端51mm，P 为载荷。图6 为角钢梁两侧面(A 面、B 面)的布片图示。其中上图为A 面在M 处所贴的5 个等距应变片；下图为B 面在M 处所贴的一个应变花。图1 角钢加载示意图PP图2 槽钢加载示意图 图3 方钢加载示意图P图4 角钢试件图示A 面B 面图5 角钢梁加载示意图51 P PM- 4 0-3.2.2 槽钢图8 为槽钢梁加载示意图，其中M 点为布片位置，其距固定端17mm，P 为载荷。图9 为槽钢梁上、下两表面及侧面的布片示意图。其中上、下表面各贴了一个应变片；于槽钢侧面中线处贴了一个应变花，在上、下
5、边缘各贴了一个应变片。3.3 实验结果3.3.1 角钢实验数据及图示表1 及续表分别为应变片1 至8 的实验数据。图10 为根据上述数据所做的载荷-应变图。图6 角钢梁贴片示意图AB面图9 槽钢梁贴片示意图下表面侧面上表面图7 槽钢梁试件图示 图8 槽钢梁加载示意图PP17M- 4 1-表1 角钢梁实验数据内 容 4 5 6负荷(KN) 应变() 差值() 应变() 差值() 应变() 差值()-0.299842 70.8 39.6 9.4-0.552817 153.3 83.0 85.8 46.2 16.0 6.6-0.686341 228.3 74.5 127.4 41.5 21.7 5.
6、7-0.900707 314.2 85.8 175.5 48.1 30.2 8.5-1.136546 397.2 83.0 222.6 47.2 38.7 8.5-1.315968 470.8 73.6 263.2 40.6 48.1 9.4-1.530651 549.1 78.3 309.4 46.2 57.5 9.4-1.77597 634.9 85.8 357.5 48.1 68.9 11.3-1.954041 713.2 78.3 401.9 44.3 80.2 11.3-2.186012 792.5 79.2 449.1 47.2 92.5 12.380.2 45.5 9.2表2 角
7、钢梁实验数据(续表1)内容负载(KN) 应变() 差值() 应变() 差值() 应变() 差值()-0.29984 -28.3 -65.1 -1.9-0.55282 -58.5 -30.2 -135.8 -70.8 -7.5 -5.7-0.68634 -86.8 -28.3 -199.1 -63.2 -10.4 -2.8-0.90071 -117.0 -30.2 -269.8 -70.8 -14.2 -3.8-1.13655 -144.3 -27.4 -334.9 -65.1 -17.8 -3.6-1.31597 -167.0 -22.6 -388.7 -53.8 -20.5 -2.8-1.5
8、3065 -190.6 -23.6 -449.1 -60.4 -23.6 -3.0-1.77597 -215.1 -24.5 -508.5 -59.4 -26.0 -2.4-1.95404 -236.8 -21.7 -562.3 -53.8 -31.0 -5.0-2.18601 -257.5 -20.8 -617.9 -55.7 -34.6 -3.6平均值-25.5 -61.4 -3.67 8 1- 4 2-表3 角钢梁实验数据(续表1)内 容 2 3负荷(KN) 应变() 差值() 应变() 差值()-0.299842 9.2 5.7-0.552817 16.0 6.8 11.3 5.7-0
9、.686341 21.5 5.5 13.2 1.9-0.900707 30.0 8.5 17.9 4.7-1.136546 38.3 8.3 24.5 6.6-1.315968 48.0 9.7 28.3 3.8-1.530651 57.2 9.2 33.0 4.7-1.77597 68.6 11.4 36.8 3.8-1.954041 79.9 11.3 41.5 4.7-2.186012 92.0 12.2 45.3 3.89.2 4.43.3.2 槽钢实验数据及图示表2 及续表分别为应变片1、2、5、6 与7 的实验数据。图11 为根据上述数据所做的载荷-应变图。角钢弯曲实验数据-800
10、-3002007001 2 3 4 5 6 7 8 9 10载荷P(kN)应变()4 应变5 应变6 应变7 应变8 应变1 应变2 应变3 应变图10 角钢弯曲实验载荷-应变图- 4 3-表4 槽钢实验数据内 容 1 2负荷(KN) 应变() 差值() 应变() 差值()-0.323763 28.3 29.2-0.472809 50.0 21.7 69.8 40.6-0.67756 73.6 23.6 104.7 34.9-0.872884 97.2 23.6 135.0 28.3-1.0272647 121.7 24.5 168.9 35.8-1.277753 147.2 25.5 211
11、.3 42.5-1.561711 171.7 24.5 247.2 35.8-1.81512 196.2 24.5 283.0 35.8-2.017979 219.8 23.6 328.3 45.3-2.092055 240.6 20.8 360.4 32.11.26E-02 258.5 17.9 386.8 26.4平 均 值 23.0 35.8表5 槽钢梁实验数据(续表4)内 容 6 5 7负荷(KN) 应变() 差值() 应变() 差值() 应变() 差值()-0.323763 20.8 -25.5 -40.6-0.472809 54.7 34.0 -50.0 -24.5 -73.6 -
12、33.0-0.67756 90.6 35.8 -73.6 -23.6 -106.6 -33.0-0.872884 128.3 37.7 -96.2 -22.6 -140.6 -34.0-1.0272647 165.1 36.8 -119.8 -23.6 -171.7 -31.1-1.277753 203.8 38.7 -145.3 -25.5 -206.6 -34.9-1.561711 238.7 34.9 -172.6 -27.4 -230.2 -23.6-1.81512 271.7 33.0 -197.2 -24.5 -267.9 -37.7-2.017979 302.8 31.1 -22
13、0.8 -23.6 -309.4 -41.5-2.092055 332.1 29.2 -246.2 -25.5 -346.2 -36.81.26E-02 358.5 26.4 -263.2 -17.0 -377.4 -31.1平 均 值 33.8 -23.8 -33.7- 4 4-图11 槽钢弯曲实验载荷-应变图槽钢弯曲实验数据-600-400-20002004006001 2 3 4 5 6 7 8 9 101112载荷P(kN)应变()1 应变2 应变6 应变5 应变7 应变3.4 理论值计算3.4.1 角钢的理论值计算4 = = 200 249 (13.8 2 4.5 2) 38200
14、= 17.14MPaZ I My5 = = 200 249 (13.8 2 8 2) 38200 = 10.69MPaZ I My6 = = 200 249 (13.8 2 12 2) 38200 = 2.68MPaZ I My7 = = 200 249 (13.8 2 16 2) 38200 = 4.06MPaZ I My8 = = 200 249 (13.8 2 20 2) 38200 = 11.43MPaZ I My3.4.2 槽钢的理值计算1 = = 200 289 23.5 508000 = 2.67MPaZ I My2 = = 200 289 24.5 508000 = 2.79MPaZ I My6 = = 200 289 31.5 508000 = 3.58MPaZ I My7 = = 200 289 31.5 508000 = 3.58MPaZ I My3.4.3 角钢实验数据与理论值的对比将角钢梁实验数据与其理论值相比较，计算出相对误差。- 4 5-293表6 角钢梁实验数据与理论值的比较(Mpa)内容4 5 6 7 8理论数据17.14 10.69 2.68 -4.06 -11.43
