空心圓管在彎扭組合變形下主應(yīng)力測(cè)定

實(shí)驗(yàn)二 空心圓管在彎扭組合變形下主應(yīng)力測(cè)定 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 用電測(cè)法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力的大小及方向 并與理論值進(jìn)行比較 2 測(cè)定空心圓管在彎扭組合變形作用下的彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 3 進(jìn)一步掌握電測(cè)法 二 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具 1 彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置 2 系列靜態(tài)電阻應(yīng)變儀AXL2118 3 游標(biāo)卡尺 鋼板尺 三 實(shí)驗(yàn)原理和方法 1 測(cè)定主應(yīng)力大小和方向 空心圓管受彎扭組合作用 使圓筒發(fā)生組合變形 圓筒的截面處應(yīng)變片位置及平面應(yīng)力狀 mm 態(tài) 如圖 1 在點(diǎn)單元體上作用有由彎矩引起的正應(yīng)力 由扭矩引起的剪應(yīng)力 主應(yīng)力是一B x n 對(duì)拉應(yīng)力和一對(duì)壓應(yīng)力 單元體上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力可按下式計(jì)算 1 3 x n W z x M W M T n n 式中 彎矩 MLPM 扭矩 Mn aP Mn 抗彎截面模量 對(duì)空心圓筒 Wz D dD WZ 4 3 1 32 抗扭截面模量 對(duì)空心圓筒 WT D d D WT 4 3 1 16 由二向應(yīng)力狀態(tài)分析可得到主應(yīng)力及其方向 2 2 22 1 3 n xx x n tg 2 2 0 圖 1 圓筒的截面應(yīng)變片位置及 B 點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài) mm 本實(shí)驗(yàn)裝置采用直角應(yīng)變花 在 點(diǎn)各貼一組應(yīng)變花 如圖 2 所示 點(diǎn)或 45 0 ABCDB 點(diǎn)應(yīng)變花上三個(gè)應(yīng)變片的角分別為 該點(diǎn)主應(yīng)變和主方向D 45 0 0 0 45 0 045045 4545 0000 0 22 2 2 2 0 1 3 加載臂 固定端 300 B C D A B 1 3 3 1 n n 45450 4545 00 0 2 2 0 0 0 tg 主應(yīng)力和主方向 045045 4545 0000 0 22 1 2 2 1 2 0 1 3 E E 45450 4545 00 0 2 2 0 0 0 tg 圖 2 測(cè)點(diǎn)應(yīng)變花布置及空心圓管截面圖 2 彎曲正應(yīng)力測(cè)定 空心圓管雖為彎扭組合變形 但和兩點(diǎn)沿方向只有因彎曲引起的拉伸和壓縮應(yīng)變 且兩應(yīng)BDX 變等值異號(hào) 因此將和兩點(diǎn)應(yīng)變片和 采用半橋組橋方式測(cè)量 即可得到 兩點(diǎn)所BD5R11RBD 在截面由彎矩引起的軸向應(yīng)變 則該截面的彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值為 M 2 d M 2 x E E d M 3 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 當(dāng)空心圓管受扭轉(zhuǎn)時(shí) 和兩點(diǎn)方向和方向的應(yīng)變片 即四個(gè)應(yīng)變片AC 45 0 45 0 9731RRRR 采用全橋組橋方式進(jìn)行測(cè)量 可得到和兩點(diǎn)由扭轉(zhuǎn)引起的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變 則可得到和AC n 4 d n A 兩點(diǎn)所在截面的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值為C 1 4 1 EEdn n 四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格 2 測(cè)量試件尺寸 加力臂長(zhǎng)度和測(cè)點(diǎn)距力臂的距離 確定試件有關(guān)參數(shù) 見附表 1 3 將空心圓管上的應(yīng)變片按不同測(cè)試要求接到儀器上 組成不同的測(cè)量電橋 調(diào)整好儀器 檢 查整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài) 1 主應(yīng)力大小 方向測(cè)定 將或點(diǎn)的三個(gè)應(yīng)變片按半橋單臂 公共溫度補(bǔ)償法組成測(cè)BD B C D A R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 量線路進(jìn)行測(cè)量 2 彎曲正應(yīng)力測(cè)定 將和兩點(diǎn)的和兩只應(yīng)變片按半橋雙臂組成測(cè)量線路進(jìn)行BD5R11R 測(cè)量 M 2 d M 3 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力測(cè)定 將和兩點(diǎn)的四只應(yīng)變片按全橋方式組成測(cè)量線AC9731RRRR 路進(jìn)行測(cè)量 n 4 n d 4 擬訂加載方案 可先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷 一般取左右 估算 該實(shí)驗(yàn) P0PPmax0 10 Pmax 載荷范圍 分 4 6 級(jí)加載 N P 700 max 5 根據(jù)加載方案 調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置 6 加載 均勻緩慢加載至初載荷 記下各點(diǎn)應(yīng)變的初始讀數(shù) 然后分級(jí)等增量加載 每增加 P0 一級(jí)載荷 依次記錄各點(diǎn)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值 直到最終載荷 實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次 見附表 2 附表 3 7 作完實(shí)驗(yàn)后 卸掉載荷 關(guān)閉電源 整理好所用儀器設(shè)備 清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng) 將所用儀器設(shè)備 復(fù)原 實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字 8 實(shí)驗(yàn)裝置中 圓筒的管壁很薄 為避免損壞裝置 注意切勿超載 不能用力扳動(dòng)圓筒的自由 端和力臂 五 注意事項(xiàng) 1 測(cè)試儀未開機(jī)前 一定不要進(jìn)行加載 以免在實(shí)驗(yàn)中損壞試件 2 實(shí)驗(yàn)前一定要設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案 準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)驗(yàn)計(jì)算用數(shù)據(jù) 3 加載過程中一定要緩慢加載 不可快速進(jìn)行加載 以免超過預(yù)定加載載荷值 造成測(cè)試數(shù)據(jù) 不準(zhǔn)確 同時(shí)注意不要超過實(shí)驗(yàn)方案中預(yù)定的最大載荷 以免損壞試件 該實(shí)驗(yàn)最大載荷 700N 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)束 一定要先將載荷卸掉 必要時(shí)可將加載附件一起卸掉 以免誤操作損壞試件 5 確認(rèn)載荷完全卸掉后 關(guān)閉儀器電源 整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)面 附表 1 試件相關(guān)參考數(shù)據(jù) 圓筒的尺寸和有關(guān)參數(shù) 計(jì)算長(zhǎng)度 L 300 mm彈性模量 E 206 GPa 外 徑 D 40 mm泊 松 比 0 26 內(nèi) 徑 d 32mm 鋼 34mm 鋁 彈性模量 E 70 GPa 扇臂長(zhǎng)度 a 248mm泊 松 比 0 3 附表 2 B 或 D 主應(yīng)力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) P載荷 N P p p45 p p p 各 測(cè) 點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 0 p p p 45 p 附表 3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) P100200300400500600載荷 N P 100100100100100 p p p 彎曲正 應(yīng)力 M p p p 實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù) 扭轉(zhuǎn)剪 應(yīng)力 n 六 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理 1 主應(yīng)力及方向 點(diǎn)或點(diǎn)實(shí)測(cè)值主應(yīng)力及方向計(jì)算 BD 045045 4545 0000 0 22 1 2 2 1 2 0 1 3 E E 45450 4545 00 0 2 2 0 0 0 tg 點(diǎn)或點(diǎn)理論值主應(yīng)力及方向計(jì)算 BD 2 2 22 1 3 n xx x n tg 2 2 0 2 計(jì)算彎曲正應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 理論計(jì)算 彎曲正應(yīng)力 W M z x D dD WZ 4 3 1 32 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 W M T n n D d D WT 4 3 1 16 實(shí)測(cè)值計(jì)算 彎曲正應(yīng)力