彎扭組合實驗實驗報告

1、.北京航空航天大學材料力學實驗彎扭組合試驗實驗報告機械工程及自動化學院380711班張濤38071122實驗二 彎扭組合試驗一、實驗目的1 用電測法測定平面應力狀態(tài)下一點處的主應力大小和主平面的方位角；2 測定圓軸上貼有應變片截面上的彎矩和扭矩；3 學習電阻應變花的應用。二、實驗設備和儀器1 微機控制電子萬能試驗機；2 電阻應變儀；3 游標卡尺。三、試驗試件及裝置彎扭組合實驗裝置如圖一所示。空心圓軸試件直徑D042mm，壁厚t=3mm， l1=200mm，l2=240mm（如圖二所示）；中碳鋼材料屈服極限360MPa，彈性模量E206GPa，泊松比0.28。圖一 實驗裝置圖圖三 應變花示意圖四

2、、實驗原理和方法1、測定平面應力狀態(tài)下一點處的主應力大小和主平面的方位角；txsxtxsx圓軸試件的一端固定，另一端通過一拐臂承受集中荷載P，圓軸處于彎扭組合變形狀態(tài)，某一截面上下表面微體的應力狀態(tài)如圖四和圖五所示。圖五 圓軸下表面微體的應力狀態(tài)圖四 圓軸上表面微體的應力狀態(tài)在圓軸某一橫截面AB的上、下兩點貼三軸應變花（如圖三），使應變花的各應變片方向分別沿0和45。根據(jù)平面應變狀態(tài)應變分析公式： （1）可得到關于x、y、xy的三個線性方程組，解得： （2）由平面應變狀態(tài)的主應變及其方位角公式： （3）或 （4）將式（2）分別代入式（3）和式（4），即可得到主應變及其方位角的表達式。對于各向同

3、性材料，應力應變關系滿足廣義虎克定律： （5）由式（2）（5），可得一點的主應力及其方位角的表達式為： （6）、和的測量可用1/4橋多點測量法同時測出（見圖六）。圖六 RiRi2、圓軸某一截面彎矩M的測量：軸向應力sx僅由彎矩M引起，故有： (7)根據(jù)廣義虎克定律，可得： （8）又: (9)由式（7）（9）得到： (10)以某截面上應力最大的上點或下點作為測量點。測出X方向應變片的應變值X（）。0的測量可用1/4橋接法（見圖七），也可采用半橋接法（見圖八）。 圖八R0上R0下圖七 R0R0x方向應變片 Rt溫補片3、圓軸某一截面扭矩T的測量： 切應力x僅扭矩T引起，故有： （11）根據(jù)廣義虎克

4、定律，可得： （12）由式（11）、（12）可得： (13)的測量可用半橋接法（見圖七），也可采用全橋接法（見圖八）。圖七R-45上R45上圖八R-45上R45上R-45下R45下為了盡可能減小實驗誤差，本實驗采用重復加載法?？蓞⒖既缦录虞d方案：P0=500N，Pmax=1500N，DP=1000N，N=4。五、實驗步驟1 設計實驗所需各類數(shù)據(jù)表格；2 測量試件尺寸；測量三次，取其平均值作為實驗值 。3 擬定加載方案；4 試驗機準備、試件安裝和儀器調(diào)整；5 確定各項要求的組橋方式、接線和設置應變儀參數(shù)；6 檢查及試車；檢查以上步驟完成情況，然后預加一定載荷，再卸載至初載荷以下，以檢查試驗機及應

5、變儀是否處于正常狀態(tài)。7 進行試驗；將載荷加至初載荷，記下此時應變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。重復加載，每重復一次，記錄一次應變儀的讀數(shù)。實驗至少重復四次，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復性好即可。8 數(shù)據(jù)通過后，卸載、關閉電源、拆線并整理所用設備。六、試驗結果處理1、原始數(shù)據(jù)列表并計算各測量值的平均值組橋方式1/4橋半橋全橋測量所用的通道12345611應變片位置上上上下下下理論應變值-60+348+311-311-348+60+696+740實際測量值第一組-88+332+320-305-319+69+644+784第二組-86+333+321-298-309+74+646+783第三組-84+333+321

6、-297-308+76+650+783平均值-86+332.67+320.67-300-312+73+646.67+783.332.計算實驗點的主應力大小和其方位角，并與理論值(按名義尺寸計算)進行比較由公式： 可計算值：故有：可計算值:同理:故有:下面將理論應變值代入求解理論值: 3、計算圓軸上貼有應變片截面上的彎矩根據(jù)公式：而從理論值來看：4、計算圓軸上貼有應變片截面上的扭矩根據(jù)公式：可以得到而從理論值來看：七、誤差分析1、數(shù)據(jù)定量分析（1）、主應力與主平面方位角相對誤差分析（2）、將上述DM的計算值與的值進行比較，并分析其誤差（3）、將上述DT的計算值與的值進行比較，并分析其誤差2、定性

7、分析由前面的誤差計算可以看出，實驗結果與真值比較接近，但是上表面的誤差相對比下表面大，產(chǎn)生較大實驗誤差的原因可以歸納為：（1）、接線接頭處接觸電阻對實驗結果的影響，有些線可能沒有接好或者接的太松，從而引入較大的接觸電阻，而且有些線拆了后又再接上去，接觸電阻前后不一樣也會造成相應的誤差；（2）、應變片在黏貼 時候產(chǎn)生的缺陷對測量產(chǎn)生較大影響，因為我們在進行實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)我們的測量結果比理論值一直偏大，而且數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性一直比較好，老師檢查時候說數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好說明實驗本身的步驟沒有問題，應該是在貼應變片的時候應變片貼的不是很標準；（3）、在清零的過程中由于數(shù)據(jù)變動對實驗結果產(chǎn)生較大的影響；（4）、

8、卸載及再加載的過程中由于速度過快，沒有足夠的時間使數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來可能就讀數(shù)了；（5）、本實驗在實驗前并沒有再次進行軸的相關尺寸的測量，而是沿用了一貫的標準數(shù)據(jù)，實際尺寸可能與標準尺寸有出入，從而造成實驗結果的計算誤差；（6）材料本身的質(zhì)量分布以及缺陷對實驗也會造成一定的影響。八、實驗感想與實驗改進建議這次做的實驗名稱是彎扭組合實驗。材料力學實驗是材料力學學習的基礎與深化，在其中要用到很多課堂上所學到的理論知識與結果，是將自己所學到的知識付諸實踐的一種形式。在力學實驗中，影響實驗的因素很多，產(chǎn)生誤差的原因也錯綜復雜，要求我們有一顆嚴謹?shù)男?，嚴格控制好實驗條件等多種途徑，以最佳的試驗方式呈現(xiàn)力學現(xiàn)象

9、，考驗了我們實際動手能力和分析解決問題的能力。材料力學實驗有一定的復雜性，為了在規(guī)定的時間內(nèi)完成老師所要求的實驗內(nèi)容，達到良好的實驗結果，需要課前認真的預習，因此在課前，我認真預習了實驗講義上提到的相關步驟與注意事項，了解了儀器的工作原理、性能、正確的操作步驟與各種橋路的接法及其電路原理，寫好了實驗預習報告。預習是實驗前面必須要完成的工作，但是工作的重點還是在實驗過程中。我在做實驗的過程中，格外小心，因為我們所用的萬能試驗機是一種比較精確地儀器，稍微不注意就會使得機器所施加的力超過我們的預期要求。我覺得是要過程中老師的指導是必不可少的，在本次試驗中，老師給了我們?nèi)齻€她要求檢查的地方（三種橋路所測得三種數(shù)值），通過老師在實驗過程中的檢查，能夠使我意識到我的實驗是否在一路正確的進行下去。在讀數(shù)的過程中一定要小心，因為數(shù)據(jù)具有變動性，不要馬虎了事，一定要等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后在進行讀數(shù)、這樣才能夠保證我們所測量的數(shù)據(jù)的精確性。試驗完成后，要認真清理試驗臺，把所有的儀器恢復到位。在實驗完成后，我認真的處理了實驗數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)是定量分析的依據(jù)，是探索、驗證力學規(guī)律的第一手資料。本次試驗我進一步學習了用電腦處理實驗數(shù)據(jù)，剛開始我還不是很熟，但越到后來越發(fā)現(xiàn)用電腦處理數(shù)據(jù)更方便