彎扭實驗市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

清華大學(xué)航天航空學(xué)院材料力學(xué)試驗室圓管在彎扭聯(lián)合作用下

應(yīng)力與內(nèi)力測量彎扭實驗第1頁課前思索題

來上課前請認(rèn)真思索以下問題：圓管受那些內(nèi)力作用，它們沿軸線是怎樣分布；分別畫出某一截面最上點A和最下點B應(yīng)力狀態(tài)圖；測定一點平面應(yīng)力狀態(tài)時需要貼幾枚應(yīng)變片？怎樣布置；測定截面上彎矩、扭矩時，需要幾枚應(yīng)變片？怎樣布置；假如要求用半橋、對臂、全橋分別測出指定截面彎矩、扭矩，怎樣選擇應(yīng)變片；選擇布片位置標(biāo)準(zhǔn)是什么；為了提升測量精度，在布片時應(yīng)注意什么問題。彎扭實驗第2頁工程背景

—

車床

工廠中用于機(jī)械加工車床，其主軸就是一個經(jīng)典復(fù)合受力形式，主軸上受到內(nèi)力有彎矩、扭矩、軸力等。TM內(nèi)力圖P彎扭實驗第3頁工程背景—

汽車

汽車在崎嶇道路上行駛時，當(dāng)四個車輪不在同一平面上時，使車架處于復(fù)合受力狀態(tài)下。其內(nèi)力有彎矩、扭矩等。彎扭實驗第4頁工程背景

—

自行車

自行車中軸，因為腳踏板受力點與中軸不在同一中心線上，中軸內(nèi)力即有彎矩，又有扭矩。彎扭實驗第5頁工程問題找——危險點——測試一點應(yīng)力狀態(tài)。消——危險內(nèi)力——分離截面上內(nèi)力。彎扭實驗第6頁實驗?zāi)空莆沼秒姕y法測定一點應(yīng)力狀態(tài)方法。掌握利用組橋分離內(nèi)力方法。學(xué)會依據(jù)理論分析結(jié)果，正確地選擇測量部位和最正確布片方案。依據(jù)試驗數(shù)據(jù)判斷結(jié)果地正確性。彎扭實驗第7頁

平面應(yīng)力σxσxxyxyσyσy測量一點應(yīng)力狀態(tài)彎扭實驗第8頁α方向應(yīng)變σxσxxyxyσyσy彎扭實驗第9頁常見布片方案在一點三個方向布片。慣用有0o、45o、90o9000045000450-450應(yīng)變花-45o、0o、45o彎扭實驗第10頁測量采取單臂橋路R4R3工作片賠償片ABCDEUBD用單臂測量各個應(yīng)變片。彎扭實驗第11頁應(yīng)變與應(yīng)力彈性應(yīng)變&塑性應(yīng)變

應(yīng)變片測量范圍＞5000胡克定律彎扭實驗第12頁廣義胡克定律將測量結(jié)果代入公式，可得到彎扭實驗第13頁主應(yīng)力與主方向彎扭實驗第14頁理論應(yīng)力與試驗應(yīng)力滿足理論假設(shè)與條件1.應(yīng)力集中×2.細(xì)長桿√彎扭實驗第15頁測量部位和布片方案F高度不一樣同一力臂同一高度力臂不一樣彎扭實驗第16頁此次試驗裝置簡圖圓管試件；拐臂；加力點；固定端；測量截面；應(yīng)變片；應(yīng)變儀。F4162537342彎扭實驗第17頁點A、點B理論上應(yīng)力狀態(tài)σxσxxyxy上表面A點理論上應(yīng)力狀態(tài)σxσxxyxy下表面B點理論上應(yīng)力狀態(tài)彎扭實驗第18頁分離內(nèi)力彎扭實驗第19頁內(nèi)力分量ZYXMyTMyT內(nèi)力分量QzMzMzQyNT、Mz、Qy、Qz。My、N、F測試內(nèi)力分量T，My彎扭實驗第20頁內(nèi)力分離思緒選擇兩個或四個應(yīng)變片滿足：1.各應(yīng)變片中都包含相同性質(zhì)內(nèi)力引發(fā)應(yīng)變。2.各應(yīng)變片中同一內(nèi)力引發(fā)應(yīng)變之間有確定關(guān)系。彎扭實驗第21頁內(nèi)力分離思緒1號片：內(nèi)力A

=

+a內(nèi)力B

=

+b2號片：內(nèi)力A

=

+a內(nèi)力B

=

-

b

分離？？彎扭實驗第22頁內(nèi)力分離電橋加減特征R1R3ABCDEUBDR2R4彎扭實驗第23頁半橋測量R4R3工作片工作片ABCDEUBD減法！消同保異！彎扭實驗第24頁對臂測量工作片工作片ABCDEUBD賠償片賠償片加法！消異保同！彎扭實驗第25頁全橋測量工作片工作片ABCDEUBD工作片工作片同號相對！異號相鄰！彎扭實驗第26頁內(nèi)力與應(yīng)變關(guān)系1軸力N、彎矩My、Mz在其各自作用方向上只產(chǎn)生正應(yīng)力。

正應(yīng)力在任意方向上都會引發(fā)正應(yīng)變。軸力N、彎矩My、Mz在任意方向上都會引發(fā)正應(yīng)變。最正確方向？彎扭實驗第27頁內(nèi)力與應(yīng)變關(guān)系2剪力Qy、Qz、扭矩T在其各自作用方向上只產(chǎn)生切應(yīng)力。切應(yīng)力在作用方向上只存在切應(yīng)變，但在其它方向上還有正應(yīng)變存在。剪力Qy、Qz、扭矩T在除作用方向外任意方向上都會引發(fā)正應(yīng)變。最正確方向？xyxy彎扭實驗第28頁純剪應(yīng)力狀態(tài)

在45o

與135o

上分量xyxy在45o

方向上應(yīng)力σ45

為

+在135o

方向上應(yīng)力σ135

為

-45o135oxyxy應(yīng)力圓彎扭實驗第29頁在45o

方向上應(yīng)力σ45

為在135o

方向上應(yīng)力σ135

為單向壓縮狀態(tài)

在45o與135o上分量σxσxσ2σ2σ2σ2σ2σ245o135oσxσx-σ應(yīng)力圓彎扭實驗第30頁測內(nèi)力布片標(biāo)準(zhǔn)1.只有軸力N、彎矩My、Mz最好在力作用方向上布片。2.只有剪力Qy、Qz、扭矩T最好在與力作用方向呈450方向布片。3.當(dāng)1與2交叉存在時，綜合找最正確方案。通常選450方向布片。彎扭實驗第31頁圓管布片方案圖BA2#135o4#45o3#0o思索：3＃、6＃應(yīng)變關(guān)系2＃、4＃、5#、7＃應(yīng)變關(guān)系A(chǔ)B從上向下俯視:1#90o5#135o6#0o7#45o彎扭實驗第32頁選取布片方案圖上表面俯視圖BA1#90o2#135o4#45o3#0o下表面仰視圖BA6#0o5#135o7#45o各片相互位置從上面看下去：2＃與7＃平行3＃與6＃平行4＃與5#平行彎扭實驗第33頁各應(yīng)變片內(nèi)所含應(yīng)變分量及方向上表面電阻片所含分量0:Ma

(-)

（3#）45:M(-b)，T

(+c)

（4#）135:M(-b)，T

(-c)

（2#）90:M(+d)

（1#）σxσxxyxy3#2#1#4#xyσxσxxy6#5#7#下表面電阻片所含分量0:Ma

(+)

（6#）45:M

(+b)

，T

(+c)

（7#）135:

M(+b)

，T

(-c)

（5#）彎扭實驗第34頁內(nèi)力測量時組橋標(biāo)準(zhǔn)選那兩個（或四個）應(yīng)變片測量？測那個內(nèi)力量？消那個內(nèi)力量？組什么橋路可滿足？如：上、下0°片，My

異號等值，用半橋可測。上、下0°片，接對臂測？彎扭實驗第35頁方案終究怎樣布片和按那種橋路接線，應(yīng)依據(jù)要求自行設(shè)計，力爭取得最正確方案。布片方案和組橋方案都不是唯一。彎扭實驗第36頁試驗設(shè)備電子萬能試驗機(jī)及彎扭復(fù)合受力圓管試驗裝置。電阻應(yīng)變儀。游標(biāo)卡尺，鋼板尺。彎扭實驗第37頁試驗內(nèi)容及要求用單臂測量7個應(yīng)變片應(yīng)變值。利用半橋或?qū)Ρ刍蛉珮虻冉M橋方式，分別測出彎矩My與扭矩T各自所引發(fā)應(yīng)變值。要求最少各有一個彎矩、扭矩單獨引發(fā)應(yīng)變即可。每項測試內(nèi)容數(shù)據(jù)，需要重復(fù)測量兩次（加卸載兩個循環(huán)）以上，兩次測量得到應(yīng)變差之間應(yīng)小于5%。彎扭實驗第38頁試驗原始數(shù)據(jù)測量空心圓管內(nèi)外經(jīng)；測量加力點到測量截面距離L，加力點到圓管中心距離LT,；初載荷F0=200N，末載荷Fn＝1200N；鋼彈性模量取E＝206GPa；鋼泊松系數(shù)?。?.28；電阻片靈敏系數(shù)K片＝2.08；試驗機(jī)加載速度1∽5mm/min。彎扭實驗第39頁載荷要注意分配到每個試件上載荷為：

100N600N彎扭實驗第40頁測量尺寸時要注意在測量過程中請千萬不要用手去摸電阻應(yīng)變片?。。∏杏洠?！彎扭實驗第41頁單臂測量數(shù)據(jù)合理性判斷上0°與下0°片絕對值？上0°與上90°關(guān)系怎樣？上、下±45°兩兩絕對值？彎扭實驗第42頁常數(shù)彎扭實驗第43頁試驗匯報要求將各類原始數(shù)據(jù)整理成表格；依據(jù)所測應(yīng)變值計算一點應(yīng)力狀態(tài)；計算主應(yīng)力σ1

，σ2及主方向θ并與理論值比較，計算相對誤差；依據(jù)各種組橋方式測出應(yīng)變，計算出彎矩與扭矩，并與實際彎矩與扭矩值比較，計算誤差；彎扭實驗第44頁5.對測量結(jié)果進(jìn)行分析討論，分析誤差起源，比較各種組橋方式利弊；6.依據(jù)本試驗?zāi)繕?biāo)與要求提出自己布片方案（用最少應(yīng)變片）；7.體會與收獲。8.將簽字預(yù)習(xí)匯報隨試驗匯報一起交了。彎扭實驗第45頁應(yīng)知道—課后幾個思索題

此次試驗課完成后，應(yīng)知道：

外力怎樣簡化到測量截面上；怎樣測一點應(yīng)力狀態(tài)；怎樣分離內(nèi)力；使用電橋目標(biāo)；在哪個方向上正應(yīng)力最大；在某個方向上正應(yīng)力為零，那該方向上正應(yīng)變也為零嗎？剪應(yīng)變怎樣測？剪應(yīng)變在哪個方向上引發(fā)線應(yīng)變最大;

剪力怎樣得到，Q對XY平面產(chǎn)生何影響？彎扭實驗第46頁單臂測量操作步驟單臂測量操作步驟按次序?qū)⒃嚰险迟N各個應(yīng)變片（工作片）接到每個通道AB接線端上，BB’為短接狀態(tài)。將溫度賠償片接到公共端。運行軟件，自動檢測聯(lián)機(jī)狀態(tài)。在參數(shù)設(shè)置界面，設(shè)置各測量點連接形式為應(yīng)變1-1和設(shè)置各測量點靈敏系數(shù)K=2.08等參數(shù)。在初載時，先在自動平衡界面按‘自動平衡’，查看連接有沒有問題；