薄壁圆管弯扭组合变形

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1、薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验应变测定实验 机械工程学院基础实验室一、实验目的一、实验目的 1.用电测法测定平面应力状态下各点(A、B、C、D)主应力的大小及方向。 2.用电测法测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下, 分别由弯矩、剪力、扭矩所 引起的应力。 3.学习电阻应变花的应用。二、实验仪器和设备二、实验仪器和设备 1.多功能实验装置及薄壁圆管。 2.YJ-4501A静态数字电阻应变仪。 3.温度补偿片。三、实验原理三、实验原理 在多功能实验装置上，薄壁圆管已粘好应变片(应变花)，通过砝码对其加载。薄壁圆管一端固定，另一端装上一个固定横杆, 圆筒与横杆的轴线相互垂直且在同

2、一平面内。当在横杆的自由端加载时，薄壁圆管即产生弯扭组合变形。 受弯扭组合变形作用的薄壁圆管其表面各点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变，然后运用应变应力换算关系求出主应力的大小和方向。 薄壁圆管截面尺寸见图1(a),图1(b)为薄壁圆管受力简图和有关尺寸。 本设备选取-截面为测试截面,并取四个被测点，位置见图1(a)所示的A、B、C、D，其应力状态如图2所示。 图1 薄壁圆管尺寸、测点及受力图 在每个被测点上粘贴一枚应变花(-45、0、+45)，如图3所示，共计12片应变片，供不同的实验选用。薄壁圆管为铝合金材料，其弹性模量E=72GPa，泊松比 。 图2 应力状态 图3 应变花

3、四、实验内容及方法四、实验内容及方法 1.1.指定点的主应力大小和方向的测定指定点的主应力大小和方向的测定 受弯-扭组合变形作用的薄壁圆管其表面各点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变，然后运用应变应力换算关系求出主应力的大小和方向。本实验用的是 应变花，将-截面A、B、C、D四点的应变片 按半桥公共外补接线 图4 接线图法接入应变仪（图4），图中 为 ,采用公用温度补偿片。加载后可测得A、B、C、D四点的应 变 、 、 。已知材料的弹性常数，主应力的大小和方向可用实验计算公式计算。 1）实验计算公式：）实验计算公式： （1） 主方向为 （2） 将主应变 、 代入广义虎克定律即可得主

4、应力的实验值 （3） （4）2）理论计算公式： （5） (6) 式中： 为弯矩产生的正应力 (注：D点值为负 ) 为扭矩产生的剪应力 为剪力产生的剪应力 其中，2弯矩、扭矩、剪力所分别引起的应力弯矩、扭矩、剪力所分别引起的应力 1 1）弯矩）弯矩 引起的正应力的测定引起的正应力的测定 用B、D两被测点 方向的应变片组成图5(a)所示半桥自补线路，可测得弯矩M引的正应变。 图5 接线图 由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力 (7) 2）扭距）扭距 引起的剪应力的测定引起的剪应力的测定 用A、C两被测点 、 方向的应变片组成图3-38（b） 所示全桥自补线路，可测得扭矩 在 方向所引起的应变为 由广

5、义虎克定律可求得Mn引起的剪应力 (8) 3）剪力）剪力Q引起的剪应力的测定引起的剪应力的测定 用A、C两被测点 、 方向的应变片组成图5(c)所示全桥自补线路，可测得剪力Q在 方向所引起的应变为 由广义虎克定律可求得Q引起的剪应力 （9） （4）弯矩、扭矩、剪力所分别引起的理论计算公式： 为弯矩产生的正应力。 为扭矩产生的剪应力。 为扭矩产生的剪应力。 其中： 指圆环平均半径 ( ; )五、实验步骤五、实验步骤: 1 检查应变仪灵敏系数是否与应变片灵敏系数一致，若不一致，重新设置。 2将薄壁圆管上A、B、C、D各点的应变片 和 按图4半桥公共外补偿接线法接至应变仪测量通道上。 3. 接线各通

6、道置零。 4. 以=20N分5级逐级加载，并记录各测点的应变值。 5. 卸载。 6. 将薄壁圆管上B、D两点的应变片按图5(a)半桥自补偿接线法接至应变仪测量通道上，重复步骤、。 7. 将薄壁圆管上A、C 两点 、 方向的应变片按图5(b) 全桥自补接线法接至应变仪测量通道上，重复步骤、。 8. 将薄壁圆管上A、C两点 、 方向的应变片按图5(c)全桥自补接线法接至应变仪测量通道上，重复步骤、。 9. 实验结束，清理场地，关闭应变仪电源，一切机构复原。六思考题六思考题 1. 根据实验结果分别画出薄壁圆管表面上A、B、C、D四点处的主单元体（标明主应力的方向和主应力值的大小）。 2. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方法，请画出这些测量电桥的接线图。