彎扭組合變形的主應(yīng)力測定

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、測定薄壁圓管表面上一點(diǎn)的主應(yīng)力的大小及方向。 2、驗(yàn)證彎扭組合變形理論公式。 3、通過現(xiàn)場對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，判斷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，加深對彎扭組合變形的理解。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)。 2、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。 三、實(shí)驗(yàn)原理 1、薄壁圓管彎扭組和變形受力簡圖，如圖1所示圖1：薄壁圓管彎扭組和變形受力簡圖 2、由試驗(yàn)確定主應(yīng)力大小和方向 由應(yīng)力狀態(tài)分析可知，薄壁圓管表面上各點(diǎn)均處于平面應(yīng)力狀態(tài)。若在被測位置想x,y平面內(nèi)，沿x,y方向的線應(yīng)變，剪應(yīng)力為，根據(jù)應(yīng)變分析可知，該點(diǎn)任一方向a的線應(yīng)變的計(jì)算公式為由此得到的主應(yīng)變和主方向分別為 對于各向同性材料，主應(yīng)變，和主

2、應(yīng)力，方向一致，主應(yīng)力的大小可由各向同性材料的廣義胡克定律求得： （1）式中，、分別為材料的彈性模量和泊松比。 在主應(yīng)力無法估計(jì)時，應(yīng)力測量主要采用電阻應(yīng)變花，應(yīng)變化是把幾個敏感柵制成特殊夾角形式，組合在同一基片上。常用的應(yīng)變花有450、600、900和1200等。本實(shí)驗(yàn)采用的是45o直角應(yīng)變花，在A、B、C、D四點(diǎn)上各貼一片，分別沿著-450、00、450如圖所示。根據(jù)所測得的應(yīng)變分別為、及，由下式計(jì)算出主應(yīng)變，的大小和方向： （2） 3、理論計(jì)算主應(yīng)力大小及方向由材料力學(xué)公式 可以計(jì)算出各截面上各點(diǎn)主應(yīng)力大小及方向的理論值，然后與實(shí)測值進(jìn)行比較。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試件準(zhǔn)備。測量試件尺寸，加長

3、臂的長度和測點(diǎn)距力臂的距離，按加載要求撞到微機(jī)控制萬能試驗(yàn)機(jī)上。2、接通應(yīng)變儀電源，將薄壁圓管上所測各點(diǎn)的應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片按半橋接線法接通應(yīng)變儀，并調(diào)整好所用儀器設(shè)備。3、試驗(yàn)加載。根據(jù)薄壁圓管尺寸及許用應(yīng)力，確定最大載荷Pmax和載荷增量P，擬定電子萬能試驗(yàn)機(jī)方案，本實(shí)驗(yàn)以力控制，初載荷P0=0kN,加載速度為10N/S，每增加P=200N，保載20s，依次記錄各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變值，最大載荷為Pmax=1.2kN。4、完成全部試驗(yàn)后，卸除荷載，關(guān)閉儀器設(shè)備電源。整理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1、數(shù)據(jù)記錄應(yīng)變片布置及對應(yīng)通道布置位置表1：應(yīng)變儀測量數(shù)據(jù)測點(diǎn)號ABCD-45000.450-4

4、5000.450-45000.450-45000.450通道號789101314151617181920200N-74-190-45-642-81636-24-215300N-109-710-63-662-115853-30-221400N-142-1302-82-681-148770-39-527500N-176-1855-100-899-1813987-47-731600N-208-22610-120-9117-21168104-55-837-33.5-51.752.5-18.75-0.7518.75-3.527.517-7.75-1.55.5D=42mm， d=36mm， L=300mm

5、， a=192mm2、 數(shù)據(jù)整理A點(diǎn)：, B點(diǎn)：, C點(diǎn)：, D點(diǎn)：, 表2：理論值計(jì)算結(jié)果A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D點(diǎn)0.8472.8839.8092.883-9.809-2.883-0.847-2.883-0.643-0.643用以上應(yīng)變值差值的平均值計(jì)算如下：A點(diǎn)：= N/mm2B點(diǎn)：= N/mm2C點(diǎn)：= N/mm2D點(diǎn)：= N/mm2表3：實(shí)驗(yàn)值計(jì)算結(jié)果A點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D點(diǎn)2.022.935.4920.7325-10.62-2.93-1.742-1.3485-0.497-0.73517.67表4：理論值與實(shí)驗(yàn)值相對誤差A(yù)點(diǎn)B點(diǎn)C點(diǎn)D點(diǎn)138.5%1.63%44.0%-74.6%8.26%1.63%48.5%53.2%-22.7%-213.95%六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、從表5-4可得，試驗(yàn)數(shù)據(jù)部分如B點(diǎn)較為理想，但是總體而言相對誤差偏大。誤差可能有一下幾個原因：實(shí)驗(yàn)對應(yīng)變花的粘貼有很高的要求，應(yīng)變片角度和位置的偏差可能是導(dǎo)致誤差的最主要原因，并且試驗(yàn)裝置使用的時間較長，應(yīng)變片不可避免的有疲勞損壞的情況。實(shí)驗(yàn)中很難保證對裝置進(jìn)行對稱加載，造成力大小的偏差；實(shí)驗(yàn)中人