彎扭組合變形實驗內力素

1、彎扭組合變形實驗內力素的測定一、實驗目的1測定薄壁圓管發(fā)生彎扭組合變形時橫截面上的彎矩、扭矩。2掌握電測法中靜態(tài)電阻應變儀的電橋原理，學習利用電橋的輸出特性，通過不同的接橋方式，測量組合變形中的各種應變成分。二、預習思考要點1為什么薄壁圓管的變形要控制在線彈性范圍，小變形條件下？2薄壁圓管發(fā)生彎扭組合變形時能夠分別測量橫截面上的各內力素的理論依據(jù)是什么？三、實驗裝置和儀器1靜態(tài)電阻應變儀2彎扭組合變形實驗裝置實驗裝置與§1-8-1實驗裝置相同。為了測量內力素時學生有多種接橋方式選擇，所以在薄壁圓管管壁的上、下、左、右各對稱地布設了45°的直角應變花，其中中間的一片均沿著圓管

2、的母線方向，稱為0°片，其余兩片與母線各成45°或45°，具體布置如圖1-32所示。圖1-32 電阻應變片粘貼位置及方向四、實驗原理在線彈性范圍、小變形條件下，構件在組合變形時的應力與應變通常是運用疊加原理來進行分析的。認為構件所受載荷的作用效應是獨立的，每一種載荷所引起的應力和應變，都不受其它載荷的影響，其組合效應可由每種單一載荷的作用效應疊加而成。這樣就可以運用電阻應變測量技術，合理地布設電阻應變計，運用電阻應變儀的電橋原理，按不同的橋路接法，分別進行組合變形時內力素的測量。由電阻應變儀的電橋原理可知： （1-61）式中：為應變儀讀數(shù)值。從（1-61）式可見電

3、橋的輸出特性為：相鄰橋臂輸出異號，相對橋臂輸出同號。利用此特性，發(fā)揮主觀能動性，采取優(yōu)化的布片和接橋方式，不僅可以將構件在組合變形下各內力所產(chǎn)生的應變成分分別單獨測量出來，而且可以在現(xiàn)有儀器的精度條件下提高儀器感應應變的靈敏度，減少誤差。發(fā)生彎扭組合變形的構件橫截面上產(chǎn)生彎矩M，剪力Q和扭矩T三種內力，相應地產(chǎn)生彎曲正應力M，彎曲剪應力Q和扭轉剪應力T三種應力，理論分析表明M、T往往是引起構件強度失效的主要因素，所以本實驗主要測量M、T和相應的M和T，而Q和Q的測量留待學生自己設計。1彎矩M的測量在彎扭組合變形時，薄臂圓管橫截面上的頂點和底點的軸向應變最大，其絕對值相等，符號相反。利用該處的電

4、阻應變計和組成半橋溫度互補償橋路，如圖1-33所示，圖中為應變儀內置的固定電阻。則有： （1-62）式中：為彎矩引起的應變的絕對值；為溫差引起的應變。于是由（1-61）式可得：其中2為橋臂系數(shù)，即讀數(shù)應變值與待測應變值之比，橋臂系數(shù)越大，說明測量精度越高。設薄壁圓管的外徑為D，內徑為d，令系數(shù)=d/D，則彎曲正應力彎矩則為： （1-63）式中：Wz為薄壁圓管抗彎截面模量；E為薄臂圓管材料的彈性模量。2扭矩T的測量發(fā)生彎扭組合變形時薄臂圓管的水平對稱點A、C兩點處于純剪應力狀態(tài)，由應力狀態(tài)分析可知，其主應力1=3=max，2=0，主應力方向與管軸線方向成±45°，據(jù)此可將電阻

5、應變計，和，組成全橋溫度互補償橋路，如圖1-34所示：圖1-33 測定彎矩的電橋接線 圖1-34 測定扭矩的電橋接線則有：于是由（1-61）式可得式中：、分別是扭矩和剪力引起的應變的絕對值；為主應變；橋臂系數(shù)為4。根據(jù)廣義虎克定律知 （1-64）故扭轉剪應力max為 （1-65）扭矩則為 （1-66）式中：為材料的泊松比；WT為薄壁圓管的抗扭截面模量。五、實驗步驟1為確保試樣在線彈性范圍，小變形條件下測試和實驗的測量精度，根據(jù)等增量加載法確定最終載荷、加載的分級和級差。2根據(jù)需測的內力素，擬定相應的組橋方式，并將選定的應變計接入橋路。3調整各測點處于平衡狀態(tài)后，逐級加載，讀取應變值并隨時觀察應變增量的線性程度，對于線性程度不好的測點，分析原因，并重復作幾次，取其有效測量結果的算術平均值作為實驗值。4按上述步驟測量另一種內力素。六、實驗結果處理1根據(jù)實測的應變增量的平均值計算相應的應力和內力，并與理論計算值比較，計算其相對誤差。2作出電