實(shí)驗(yàn)五純彎曲梁正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)五純彎曲梁正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)?zāi)康?、熟悉電測法的基本原理。2、進(jìn)一步學(xué)會(huì)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。3、用電測法測定鋼梁純彎曲時(shí)危險(xiǎn)截面沿高度分布各點(diǎn)的應(yīng)力值。二、試驗(yàn)裝置1、材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)裝置2、CM-1C型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀三、試驗(yàn)原理本試驗(yàn)裝置采用低碳鋼矩形截面梁，為防止生銹將鋼梁進(jìn)行電鍍。矩形截面鋼梁 架在兩支座上，加載荷時(shí)，鋼梁中段產(chǎn)生純彎曲變形最大，是此鋼梁最危險(xiǎn)的截面。為 了解中段危險(xiǎn)截面純彎曲梁應(yīng)力沿高度方向分布情況，采用電測法測出加載時(shí)鋼梁表面 沿高度方向的應(yīng)變情況，再由。實(shí)=Eg實(shí)得到應(yīng)力的大小。試驗(yàn)前在鋼梁上粘貼5片應(yīng)變 片見圖51，各應(yīng)變片的間距為h，即把鋼梁4等分。在鋼梁

2、最外側(cè)不受力處粘貼一片4R6作為溫度補(bǔ)償片。對(duì)于純彎曲梁，假設(shè)縱向纖維僅受單向拉伸或壓縮，因此在起正應(yīng)力不超過比例極限時(shí)，可根據(jù)虎克定律進(jìn)行計(jì)算:a =Ec實(shí)實(shí)E為剛梁的彈性模量，e實(shí)是通過電測法用電阻應(yīng)變儀測得的應(yīng)變值。四、電測法基本原理1、電阻應(yīng)變法工作原理電測法即電阻應(yīng)變測試方法是根據(jù)應(yīng)變應(yīng)力關(guān)系，確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一 種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析法。將應(yīng)變片緊緊粘貼在被測構(gòu)件上，連接導(dǎo)線接到電橋接線端子上一當(dāng)構(gòu)件受力構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)4應(yīng)變片電阻值隨之變化應(yīng)變儀內(nèi)部的惠斯登電橋?qū)㈦娮柚档淖兓D(zhuǎn)變成正比的電壓信號(hào)電阻應(yīng)變儀內(nèi)部的放大、相敏、檢波電路轉(zhuǎn)換顯示器讀出應(yīng)變量。2、電阻應(yīng)變片1）電阻應(yīng)變片的組成由

3、敏感柵、引線、基底、蓋層和粘結(jié)劑組成，其構(gòu)造簡圖如圖52所示。敏感柵 能把構(gòu)件表面的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻相對(duì)變化。由于它非常敏感，故稱為敏感柵。它用厚度 為0.0020.005mm的銅合金或銘合金的金屬箔，采用刻圖、制版、光刻及腐蝕等工藝過 程制成，簡稱箔式應(yīng)變。它粘貼牢固、散熱性能好、疲勞壽命長，并能較好的反映構(gòu)件 表面的變形，使測量精度較高。在各測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖52電阻應(yīng)變片構(gòu)造簡圖2）電阻應(yīng)變片種類電阻應(yīng)變片按敏感柵的結(jié)構(gòu)形狀可分為：單軸應(yīng)變片：單軸應(yīng)變片一般是指具有一個(gè)敏感柵的應(yīng)變片。應(yīng)變花（多軸應(yīng)變片）：具有兩個(gè)或兩個(gè)以上軸線相交成一定角度的敏感柵制成的應(yīng)變 片稱為多軸應(yīng)變片，也

4、稱為應(yīng)變花。其敏感柵可由金屬絲或金屬箔制成。采用應(yīng)變花可 方便地測定平面應(yīng)變狀態(tài)下構(gòu)件某一點(diǎn)處的應(yīng)變。3）應(yīng)變靈敏系數(shù)（K）將應(yīng)變片貼在單向應(yīng)力狀態(tài)的試件表面，且其軸向與應(yīng)力方向重合。在單向應(yīng)力作 用下，應(yīng)變片的電阻相對(duì)變化 R/P與試件表面沿應(yīng)變片軸線方向的應(yīng)變之比值，稱 為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K=（A R/P）席應(yīng)變片靈敏系數(shù)是使用應(yīng)變片的重要數(shù)據(jù)。它主要取決于敏感柵的材料、型式和幾 何尺寸。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)受到多種因素的影響，無法由理論求得，是由制造廠經(jīng)抽樣 在專門的設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)定，并于包裝上注明。常用的應(yīng)變片靈敏度系數(shù)為22.4。當(dāng)我們使用應(yīng)變片時(shí)，必須在測量前進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方法：根據(jù)應(yīng)變

5、片的K值，查 表51，再根據(jù)表內(nèi)K值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)定值，來調(diào)節(jié)靜態(tài)應(yīng)變儀。表51k值校準(zhǔn)值、1.91.9522.052.12.152.22.252.32.35120Q52635182500048784762465145454444434742553、CM-1C型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀通過應(yīng)變片可以將試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的電阻變化。但通常這種電阻變化是 很小的。為了便于測量，需將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號(hào)，再通過電子放大器將信號(hào)放大，然后由指示儀或記錄器指示出應(yīng)變數(shù)值。這一任務(wù)由靜態(tài)電阻應(yīng) 變儀來完成。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀中電橋的作用是將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。見 圖5-3CM-1C型靜態(tài)

6、數(shù)字應(yīng)變儀前后面板靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀內(nèi)部主要由惠斯頓電橋組成，它可把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流） 信號(hào)。電橋結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。電橋各橋臂電阻分別為RR2、R3、R4，其中的任一 個(gè)都可以是應(yīng)變片或電阻。電橋的A、C為輸入端，接直流電源，輸入電壓為V0；而B、 D為輸出端，輸出電壓為VBD。下面分析當(dāng)RR2、R3、R4變化時(shí)，電橋輸出電壓VBD 的大小。圖5-3 CM-1C型靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀前后面板圖5-4惠斯頓電橋T V / fT? _i_T? 、 T V / fT? _i_T?、I1=V0/（R1+R3）I2=V0/（R3+R4）由電工原理可知：電流I1、I2為BD端輸出電壓為:R1R4VBD=

7、VBA-V da=I1R1 TiR4=（）%R1+R2r3+r4R1R3- R2R4=V0（Ri+R2）（R3+R4）當(dāng)RiR3=R2R4時(shí)電橋平衡，VBD=0測量時(shí)，先使材料不受外力作用，電橋調(diào)平衡使VBD=0這樣顯示器讀數(shù)為零，當(dāng)材 料受力時(shí)，橋臂四片電阻應(yīng)變片產(chǎn)生微小電阻變化： R、 R2、 R3、 R4。于是電 壓輸出不為零。通過信號(hào)放大顯示器直接讀出數(shù)值來。應(yīng)變儀上讀數(shù)就是測量橋所測綜 合應(yīng)變值： d= 產(chǎn) 2+ 產(chǎn) 4本次試驗(yàn)選用的CM-1C型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀具體使用，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)講解。4、溫度補(bǔ)償粘貼在被測構(gòu)件測點(diǎn)上的應(yīng)變片，如果周圍環(huán)境變化時(shí)，應(yīng)變片柵絲的電阻 應(yīng)變值也將隨著溫

8、度改變而變化；同時(shí)，又因?yàn)闁沤z材料和被測構(gòu)件材料的膨脹系數(shù)不 同，應(yīng)變片被迫拉長或縮短，使柵絲電阻值也發(fā)生變化，這種由于溫度改變引起的虛假 應(yīng)變，并不是由于載荷作用而引起的，如果只想測定構(gòu)件承受在載荷作用下的變形，就 應(yīng)該設(shè)法消除它。消除的辦法就是溫度補(bǔ)償。在常溫應(yīng)變測量中溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a(bǔ)償法。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)、補(bǔ)償 效果好。這是利用電橋特性來進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)?。橋路補(bǔ)償法可以分為以下兩種：1）補(bǔ)償塊補(bǔ)償法其材料應(yīng)與被測構(gòu)件相同，但不受外力，并將它置與構(gòu)件被測點(diǎn)附近，使補(bǔ)償片 與工作片處于同一溫度場中。2）工作片補(bǔ)償法這種方法不需要補(bǔ)償塊和補(bǔ)償片，而是在同一被測試件上粘貼幾個(gè)工作應(yīng)變片

9、，將 它們接入電橋中。當(dāng)試件受力且測點(diǎn)環(huán)境溫度變化時(shí)，每個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變中都包含外力 和溫度變化引起的應(yīng)變，根據(jù)電橋基本特性，在應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變中即可消除溫度變化 所引起的虛假應(yīng)變，而得到所需測量的應(yīng)變。因此工作應(yīng)變片既參加工作，又起到了溫 度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?、應(yīng)變片在電橋中的接線方法應(yīng)變片在應(yīng)變儀的測量電橋中有各種接法。在實(shí)際測量中，常利用電橋基本特 性并采用不同的接線方法，來達(dá)到以下目的：a、實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償；b、從復(fù)雜的變形中測出所需要的應(yīng)變分量；c、擴(kuò)大應(yīng)變儀的讀數(shù)，以減少誤差，提高測量靈敏度。測量電橋是用于測量應(yīng)變的，其各橋臂電阻可以全部是或部分是應(yīng)變片。在應(yīng)變測 量中，常采用以下幾種接線方

10、法：1）全橋接線法 d=C 產(chǎn) 2+ 產(chǎn) 4測量電橋的四個(gè)橋臂上全部接電阻應(yīng)變片，稱為全橋接線法（或全橋線路）。對(duì)于 等臂電橋，此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變由公式即可得出： 實(shí)際測量時(shí)，可有以下兩種情況：a、全橋測量：電橋的四個(gè)橋臂上都接工作應(yīng)變片。b、相對(duì)兩臂測量：電橋相對(duì)兩臂接工作應(yīng)變片，另相對(duì)兩臂接溫度補(bǔ)償應(yīng)變片。2）半橋接線法若在測量電橋的橋臂AB和BC上接電阻應(yīng)變片，而另外兩臂AD和CD接電阻應(yīng) 變儀的內(nèi)部固定電阻R，則稱為半橋接線法。由于橋臂AD和CD接固定電阻，不感受 應(yīng)變，因此對(duì)于等臂電橋，按公式可得到應(yīng)變儀的讀數(shù)為： d= 18 2實(shí)際測量時(shí)，可有以下兩種情況：a、半橋雙臂測量：電橋

11、的兩橋臂AB和BC上均接工作應(yīng)變片。b、半橋單臂測量：電橋的兩橋臂AB和BC上，任意橋臂接工作應(yīng)變片，而另一橋臂接 溫度補(bǔ)償應(yīng)變片。五、試驗(yàn)步驟1、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備了解鋼梁材料：低碳鋼彈性模量E=2 X 105MPa測出鋼梁尺寸（單位：mm）L=800a=300b=10h=20c=5砝碼重量P=40N檢查鋼梁支座位置及加載的位置，保證加力準(zhǔn)確。2、應(yīng)變儀準(zhǔn)備1）接通電源，預(yù)熱半小時(shí)。2）靈敏度調(diào)節(jié)：K=2.08 標(biāo)定48083、進(jìn)行試驗(yàn)測純彎曲梁由上至下r1r5點(diǎn)應(yīng)變值，了解應(yīng)力分布情況。1）試驗(yàn)中用半橋單臂連接。將R1兩根引線接于靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀背部第一個(gè)電橋的A、 B端，R2接到第二個(gè)電橋的A、

12、B端，同理將R3R5接線。補(bǔ)償片R6接到變換器旁邊 的A0 B0上，相當(dāng)于110個(gè)電橋BC點(diǎn)都接了補(bǔ)償片R6，應(yīng)變儀的測量電橋被接好。2）用螺絲刀調(diào)節(jié)15個(gè)電橋相應(yīng)旋鈕使顯示器顯示為零，這時(shí)應(yīng)變儀的測量電橋被調(diào) 節(jié)平衡。在調(diào)節(jié)儀器靈敏度。3）本試驗(yàn)加載為“增量法”，每次增加等量載荷 P （40N），共加三次砝碼記錄三組讀數(shù)，填入表中。以便觀察各點(diǎn)應(yīng)變的線性程度。然后利用第n次減第n-1次得到增量， 求出增量平均值，即為 。勇單位為 即10-6S。最后帶入試驗(yàn)值公式計(jì)算應(yīng) 力。實(shí) 實(shí)4、結(jié)束工作試驗(yàn)完畢，卸下砝碼關(guān)閉儀器電源，從儀器接線柱上拆下接線并將試驗(yàn)裝置復(fù)原。六、注意事項(xiàng)1、接完線后不要隨便移動(dòng)儀器，保持其內(nèi)部穩(wěn)定，防止接線脫落。2、接線時(shí)一定將導(dǎo)線全部壓緊，以免應(yīng)變值不斷變化。3、加載砝碼時(shí)要輕輕、平穩(wěn)地加在砝碼盤上，切勿重?fù)?。加卸砝碼都要緊慎，防止掉 落傷人。七、數(shù)據(jù)記錄處理1、 鋼梁材料：低碳鋼彈性模量E=2X105MPa2、鋼梁尺寸（單位：mm）L=800a=300b=10h=203、 砝碼重量P=40N4、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄5、計(jì)算1)理論值計(jì)算在純彎曲部分，與AP相應(yīng)的彎矩分別為： M=1 Pa2由公式。=世里理