空心圓管在彎扭組合變形下主應力測定

實驗二 空心圓管在彎扭組合變形下主應力測定 一 實驗目的 1 用電測法測定平面應力狀態(tài)下主應力的大小及方向 并與理論值進行比較 2 測定空心圓管在彎扭組合變形作用下的彎曲正應力和扭轉剪應力 3 進一步掌握電測法 二 實驗儀器設備和工具 1 彎扭組合實驗裝置 2 系列靜態(tài)電阻應變儀AXL2118 3 游標卡尺 鋼板尺 三 實驗原理和方法 1 測定主應力大小和方向 空心圓管受彎扭組合作用 使圓筒發(fā)生組合變形 圓筒的截面處應變片位置及平面應力狀 mm 態(tài) 如圖 1 在點單元體上作用有由彎矩引起的正應力 由扭矩引起的剪應力 主應力是一B x n 對拉應力和一對壓應力 單元體上的正應力和剪應力可按下式計算 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 對空心圓筒 Wz D dD WZ 4 3 1 32 抗扭截面模量 對空心圓筒 WT D d D WT 4 3 1 16 由二向應力狀態(tài)分析可得到主應力及其方向 2 2 22 1 3 n xx x n tg 2 2 0 圖 1 圓筒的截面應變片位置及 B 點應力狀態(tài) mm 本實驗裝置采用直角應變花 在 點各貼一組應變花 如圖 2 所示 點或 45 0 ABCDB 點應變花上三個應變片的角分別為 該點主應變和主方向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 測點應變花布置及空心圓管截面圖 2 彎曲正應力測定 空心圓管雖為彎扭組合變形 但和兩點沿方向只有因彎曲引起的拉伸和壓縮應變 且兩應BDX 變等值異號 因此將和兩點應變片和 采用半橋組橋方式測量 即可得到 兩點所BD5R11RBD 在截面由彎矩引起的軸向應變 則該截面的彎曲正應力實驗值為 M 2 d M 2 x E E d M 3 扭轉剪應力 當空心圓管受扭轉時 和兩點方向和方向的應變片 即四個應變片AC 45 0 45 0 9731RRRR 采用全橋組橋方式進行測量 可得到和兩點由扭轉引起的扭轉應變 則可得到和AC n 4 d n A 兩點所在截面的扭轉剪應力實驗值為C 1 4 1 EEdn n 四 實驗步驟 1 設計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格 2 測量試件尺寸 加力臂長度和測點距力臂的距離 確定試件有關參數(shù) 見附表 1 3 將空心圓管上的應變片按不同測試要求接到儀器上 組成不同的測量電橋 調整好儀器 檢 查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài) 1 主應力大小 方向測定 將或點的三個應變片按半橋單臂 公共溫度補償法組成測BD B C D A R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 量線路進行測量 2 彎曲正應力測定 將和兩點的和兩只應變片按半橋雙臂組成測量線路進行BD5R11R 測量 M 2 d M 3 扭轉剪應力測定 將和兩點的四只應變片按全橋方式組成測量線AC9731RRRR 路進行測量 n 4 n d 4 擬訂加載方案 可先選取適當?shù)某踺d荷 一般取左右 估算 該實驗 P0PPmax0 10 Pmax 載荷范圍 分 4 6 級加載 N P 700 max 5 根據(jù)加載方案 調整好實驗加載裝置 6 加載 均勻緩慢加載至初載荷 記下各點應變的初始讀數(shù) 然后分級等增量加載 每增加 P0 一級載荷 依次記錄各點電阻應變片的應變值 直到最終載荷 實驗至少重復兩次 見附表 2 附表 3 7 作完實驗后 卸掉載荷 關閉電源 整理好所用儀器設備 清理實驗現(xiàn)場 將所用儀器設備 復原 實驗資料交指導教師檢查簽字 8 實驗裝置中 圓筒的管壁很薄 為避免損壞裝置 注意切勿超載 不能用力扳動圓筒的自由 端和力臂 五 注意事項 1 測試儀未開機前 一定不要進行加載 以免在實驗中損壞試件 2 實驗前一定要設計好實驗方案 準確測量實驗計算用數(shù)據(jù) 3 加載過程中一定要緩慢加載 不可快速進行加載 以免超過預定加載載荷值 造成測試數(shù)據(jù) 不準確 同時注意不要超過實驗方案中預定的最大載荷 以免損壞試件 該實驗最大載荷 700N 4 實驗結束 一定要先將載荷卸掉 必要時可將加載附件一起卸掉 以免誤操作損壞試件 5 確認載荷完全卸掉后 關閉儀器電源 整理實驗臺面 附表 1 試件相關參考數(shù)據(jù) 圓筒的尺寸和有關參數(shù) 計算長度 L 300 mm彈性模量 E 206 GPa 外 徑 D 40 mm泊 松 比 0 26 內 徑 d 32mm 鋼 34mm 鋁 彈性模量 E 70 GPa 扇臂長度 a 248mm泊 松 比 0 3 附表 2 B 或 D 主應力實驗數(shù)據(jù) P載荷 N P p p45 p p p 各 測 點 實 驗 數(shù) 據(jù) 0 p p p 45 p 附表 3 實驗數(shù)據(jù) P100200300400500600載荷 N P 100100100100100 p p p 彎曲正 應力 M p p p 實驗數(shù) 據(jù) 扭轉剪 應力 n 六 實驗結果處理 1 主應力及方向 點或點實測值主應力及方向計算 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 點或點理論值主應力及方向計算 BD 2 2 22 1 3 n xx x n tg 2 2 0 2 計算彎曲正應力 扭轉剪應力 理論計算 彎曲正應力 W M z x D dD WZ 4 3 1 32 扭轉剪應力 W M T n n D d D WT 4 3 1 16 實測值計算 彎曲正應力