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1、弯扭实验弯扭实验2015版版114805187课前思考前思考题 来上课前请认真思考下列问题：来上课前请认真思考下列问题：1.1.圆管受那些内力作用，它们沿轴线是如何分布的；圆管受那些内力作用，它们沿轴线是如何分布的；2.2.分别画出某一截面最上点分别画出某一截面最上点A A和最下点和最下点B B的应力状态图；的应力状态图；3.3.测定一点平面应力状态时需要贴几枚应变片？如何布置；测定一点平面应力状态时需要贴几枚应变片？如何布置；4.4.测定截面上弯矩、扭矩时，需要几枚应变片？如何布置；测定截面上弯矩、扭矩时，需要几枚应变片？如何布置；5.5.如果要求用半桥、对臂、全桥分别测出指定截面的弯矩、如
2、果要求用半桥、对臂、全桥分别测出指定截面的弯矩、扭矩，如何选择应变片；扭矩，如何选择应变片；6.6.选择布片位置的原则是什么；选择布片位置的原则是什么；7.7.为了提高测量精度，在布片时应注意什么问题。为了提高测量精度，在布片时应注意什么问题。方向方向应变xx xy xyyy常常见布片方案布片方案在一点的三个方向布片。常用有在一点的三个方向布片。常用有0 、 45 、 909000045000450-450应变花应变花-45、 0 、 45测量采用量采用单臂臂桥路路R4R3工作片工作片补偿片补偿片ABCDEUBD用用单臂臂测量各个量各个应变片。片。应变应变与与应应力力弹性性应变 &塑性应变塑性
3、应变 应变片片测量范量范围5000胡克定律胡克定律广广义胡克定律胡克定律将将测量量结果代入公式，可得到果代入公式，可得到主主应力与主方向力与主方向理理论应力与力与实验应力力满足理足理论的假的假设与条件与条件1.应力集中应力集中 2.细长杆细长杆 测量部位和布片方案量部位和布片方案F高度不同高度不同同一力臂同一力臂同一高度同一高度 力臂不同力臂不同本次本次实验的装置的装置简图1.圆管试件；圆管试件；2.拐拐 臂；臂；3.加加 力力 点；点；4.固固 定定 端；端；5.测量截面；测量截面；6.应应 变变 片；片；7.应应 变变 仪。仪。F41 162 2537342点点A、点、点B理理论上的上的应
4、力状力状态xx xy xy上表面上表面上表面上表面A A点理论上应点理论上应点理论上应点理论上应力状态力状态力状态力状态xx xy xy下表面下表面下表面下表面B B点理论上应点理论上应点理论上应点理论上应力状态力状态力状态力状态分离内力分离内力内力分量ZYXMyTMyT内力分量内力分量 QzMzMzQyNT 、Mz、Qy、Qz。My、N、F测试的内力分量测试的内力分量T，My内力分离思路内力分离思路选择两个两个或或四个四个应变片片满足：足：1.各各应变片中都包含相同性片中都包含相同性质内内力引起的力引起的应变。2.各各应变片中同一内力引起的片中同一内力引起的应变之之间有确定的关系。有确定的关
5、系。内力分离思路内力分离思路1号片：内力号片：内力A = +a 内力内力B = +b2号片：内力号片：内力A = +a 内力内力B = - b 分离？分离？内力分离内力分离电桥的加减特性的加减特性R1R3ABCDEUBDR2R4半半桥测量量R4R3工作片工作片工作片工作片ABCDEUBD减法！减法！消同保异！消同保异！对臂臂测量量工作片工作片工作片工作片ABCDEUBD补偿片片补偿片片加法！加法！消异保同！消异保同！全全桥测桥测量量工作片工作片工作片工作片ABCDEUBD工作片工作片工作片工作片同号相同号相对！异号相异号相邻！内力与应变关系内力与应变关系1轴力轴力N N、弯矩、弯矩M My y
6、、M Mz z在其各自的作用方向在其各自的作用方向上只产生正应力。上只产生正应力。正应力在任意方向上都会引起正应变。正应力在任意方向上都会引起正应变。轴力轴力N N、弯矩、弯矩M My y、M Mz z在任意方向上都在任意方向上都会引起正应变。会引起正应变。最佳方向？最佳方向？内力与应变关系内力与应变关系2剪力剪力Q Qy y、Q Qz z、扭矩、扭矩T T在其各自的在其各自的作用方向上只产生切应力。作用方向上只产生切应力。切应力在作用方向上只存在切应变，切应力在作用方向上只存在切应变，但在其它方向上还有正应变存在。但在其它方向上还有正应变存在。剪力剪力Q Qy y、Q Qz z、扭矩、扭矩T
7、 T在除作用方向外在除作用方向外任意方向上都会引起正应变。任意方向上都会引起正应变。最佳方向？最佳方向？ xy xy纯剪剪应力状力状态 在在45与与 135上的分量上的分量 xy xy 在在45 方向上的应力45 为为 + 在在135 方向上的应力135 为为 - - 45135 xy xy 应力圆应力圆在在 45 方向上的应力45 为为 在在 135 方向上的应力135 为为单向向压缩状状态在在45 与与135 上的分量上的分量xx22222245135xx-应力圆应力圆测内力布片原内力布片原则1.1.只有只有轴力力N、弯矩、弯矩My、Mz最好在力的作最好在力的作用方向上布片。用方向上布片。
8、2.2.只有剪力只有剪力Qy、Qz、扭矩、扭矩T最好在与力最好在与力的作用方向呈的作用方向呈450方向布片。方向布片。3.3.当当1 1与与2 2交叉存在交叉存在时，综合找最佳方案。合找最佳方案。通常通常选450方向布片。方向布片。圆管布片方案图BA2#1354#453#0思考：思考：思考：思考：3 3、6 6应变关系应变关系应变关系应变关系2 2、 4 4、5 5# #、 7 7应变关系应变关系应变关系应变关系AB从上向下俯视从上向下俯视从上向下俯视从上向下俯视: :1#905#1356#07#45选用的布片方案图上表面上表面上表面上表面俯俯俯俯视图视图BA1#902#1354#453#0下
9、表面下表面下表面下表面仰仰仰仰视图视图BA6#05#1357#45各片相互位置各片相互位置从上面看下去：从上面看下去：2与与7平行平行3与与6平行平行4与与5#平行平行各各应变片内所含片内所含应变分量及方向分量及方向上表面上表面电阻片所含分量阻片所含分量 0: M a (-) （3#） 45: M (-b)， T (+c) （4#） 135: M (-b) ， T (-c) （2#） 90: M (+d) （1#）xx xy xy3#2#1#4# xyxx xy6#5#7#下表面下表面电阻片所含分量阻片所含分量0:Ma (+)（6#）45:M(+b) ，T(+c)（7#）135: M(+b)，
10、T(-c)（5#）内力内力测量量时组桥原原则1.1.选那两个（或四个）那两个（或四个）应变片片测量？量？2.2.测那个内力量？消那个内力量？那个内力量？消那个内力量？3.3.组什么什么桥路可路可满足？足？如：上、下如：上、下0片，片， My异号等异号等值，用半，用半桥可可测。上、下上、下0片，接片，接对臂臂测？方案方案究竟如何布片和按那种究竟如何布片和按那种桥路路接接线，应根据要求自行根据要求自行设计，力求取得最佳方案。力求取得最佳方案。布片方案和布片方案和组桥方案都不是方案都不是唯一的唯一的。实验设备1.1.电子子万万能能试验机机及及弯弯扭扭复复 合受力合受力圆管管实验装置。装置。2.2.电
11、阻阻应变仪。3.3.游游标卡尺，卡尺，钢板尺。板尺。实验内容及要求内容及要求1.1.用用单臂臂测量量7个个应变片的片的应变值。2.2.利用半利用半桥或或对臂或全臂或全桥等等组桥方方式，分式，分别测出弯矩出弯矩 My与扭矩与扭矩T各各3.3.自所引起的自所引起的应变值。要求。要求至少各至少各4.4.有一种有一种弯矩、扭矩弯矩、扭矩单独引起的独引起的应5.5.变即可。即可。6.6.每每项测试内容的数据，需要重复内容的数据，需要重复测量两次（加卸量两次（加卸载两个循两个循环）以上，）以上，两次的两次的测量得到的量得到的应变差之差之间应小小于于5%。实验原始数据原始数据测量空心量空心圆管的内外管的内外
12、经；测量加力点到量加力点到测量截面的距离量截面的距离L，加力点到，加力点到圆管中心的距离管中心的距离LT,；初初载荷荷 F0=200N，末，末载荷荷 Fn1200N；钢的的弹性模量取性模量取E 206GPa；钢的泊松系数取的泊松系数取 0.28；电阻片灵敏系数阻片灵敏系数K片片 2.08；试验机加机加载速度速度1 5mm/min。载荷要注意荷要注意分配到每个分配到每个试件上的件上的载荷荷为：100N600N测量尺寸量尺寸时要注意要注意在在测量的量的过程中程中请千万不要用手去千万不要用手去摸摸电阻阻应变片！片！切切记！单臂臂测量数据合理性判断量数据合理性判断1.1.上上0与下与下0片的片的绝对值
13、？2.2.上上0与上与上90的关系如何？的关系如何？3.3.上、下上、下 45两两的两两的绝对值？常数常数实验报告要求告要求1.1.将各将各类原始数据整理成表格；原始数据整理成表格；2.2.根据所根据所测应变值计算一点算一点应力状力状态；3.3.计算主算主应力力 1，2及主方向及主方向并与理并与理论值比比较，计算相算相对误差；差；4.4.根据各种根据各种组桥方式方式测出的出的应变，计算出弯算出弯矩与扭矩，并与矩与扭矩，并与实际弯矩与扭矩弯矩与扭矩值比比较，计算算误差；差；5.对测量量结果果进行分析行分析讨论，分析，分析误差来差来源，比源，比较各种各种组桥方式的利弊；方式的利弊；6.根据本根据本
14、实验的目的与要求提出自己的布的目的与要求提出自己的布片方案（用最少的片方案（用最少的应变片）；片）；7.体会与收体会与收获。8.将将签字的字的预习报告随告随实验报告一起交了。告一起交了。应知道知道课后的几个思考后的几个思考题 本次本次实验课完成后，完成后，应知道：知道：外力如何外力如何简化到化到测量截面上；量截面上；如何如何测一点一点应力状力状态；如何分离内力；如何分离内力；使用使用电桥的目的；的目的；在哪个方向上正在哪个方向上正应力最大；力最大；在某个方向上正在某个方向上正应力力为零，那零，那该方向上的正方向上的正应变也也为零零吗？剪剪应变如何如何测？剪剪应变在哪个方向上引起的在哪个方向上引
15、起的线应变最大最大;剪力如何得到，剪力如何得到，Q对XY平面平面产生何影响？生何影响？单单臂臂测测量的操作步量的操作步骤骤单臂臂测量的操作步量的操作步骤1.按顺序将试件上粘贴的各个应变片（工作片）接到每个通道的AB接线端上，BB为短接状态。2.将温度补偿片接到公共端。3.运行软件，自动检测联机状态。4.在参数设置界面，设置各测量点连接形式为应变 1-1 和设置各测量点灵敏系数K=2.08等参数。5.在初载时，先在自动平衡界面按自动平衡，查看连接有无问题；然后转到测量界面反复按几次扫描采样，检查数据是否稳定。6.正式实验，在初载时自动平衡和扫描采样，测量初始应变值；7.在加载至末载，直接扫描采样 ，测量末应变值；8.实验时随时抄下采集的数据，并做差值，平衡数据不抄。补偿片工作片工作片用用45直接直接计算弯距算弯距 My 由上面的推导，利用应力圆，代入广义虎克定律可得到My ：用用45直接直接计算扭距算扭距 MK同理也可得到同理也可得到 T的的计算式算式结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！50
