实验五弯扭组合变形薄壁筒应力测量实验.doc

- 12- 实验五常见力学仪器操作及数据分析专项能力训练——扭组合变形薄壁筒应力测量实验一、实验目的 1 .用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向,并与理论值进行比较; 2 .测定弯扭组合变形杆件中分别由弯矩、剪力和转矩所引起的应力,并确定内力分量弯矩、剪力和转矩的实验值。二、实验仪器和设备 1. 多功能组合实验装置一台; 2. 弯扭组合变形实验梁一根; 3. TS3860 型数字应变仪一台。三、实验原理和方法弯扭组合薄臂圆筒实验梁是由薄壁圆筒、扇臂、手轮、旋转支座等组成。实验时, 转动手轮, 加载螺杆和载荷传感器都向下移动, 载荷传感器就有压力电信号输出, 此时电子秤数字显示出作用在扇臂端的载荷值。扇臂端的作用力传递到薄壁圆筒上, 使圆筒产生弯扭组合变形。薄壁圆筒材料为铝,其弹性模量 E= 210GPa ,泊松比μ= 。圆筒外径 D o= 37mm , 壁厚 t= 。薄壁圆筒弯扭组合变形受力简图如图 5-1 所示。截面 I—I 为被测位置, 由材料力学可知, 该截面上的内力有弯矩、剪力和 l 转矩。取其前、后、上、下的 A、C、B、D 为四个被测点, 其应力状态如图 5-2 所示。每点处按- 45°、0°、+ 45° 方向粘贴一个三轴 45?应变花(见图 5-3 (a)。实验内容和方法如下: 图 5-1 薄壁圆筒受力图图 5-2 A、 B、 C、 D点应力状态 1 .确定主应力大小及方向弯扭组合变形薄壁圆筒表面上的点处于平面应力状态, 先用应变花测出三个方向的线应变, 随后算出主应变的大小和方向, 再运用广义胡克定律公式即可求出主应力的大小和方向。由于薄壁圆筒上的点处于平面应力状态且材料为钢,与应变片灵敏系数的标定条件不符, 故应进行横向效应的修正。此时只要将主应力公式中的弹性模量 E、泊松比?用表观弹性模量 E a 、表观泊松比μ a 代替即可得到修正的主应力公式。 E a、μ a 的表达式按式( 5-1 )、式( 5-2 )分别为- 13- ??H HEE???1 )1( 0a ( 5-1 ) ???H H???1 a ( 5-2 ) 式中: E 、?——分别为薄壁圆筒材料的弹性模量和泊松比; μ 0 ——应变片灵敏系数标定梁材料的泊松比。标定粱材料为钢, μ 0= ; H ——应变片横向效应系数( H= ,由于 H 值较小也可以不做修正)。参考教材中三轴 45?应变花的计算结果,根据被测点三个方向的应变值ε- 45 °、ε 0 °、ε+ 45 ° 可得到修正的主应力计算公式为????????????????? 2 45 0 20 45 a 45 45 a2a a2 1)()(2 1)(2 11 ??????????? E ( 5-3 ) 45 45 0 45 45 02 2 tan????????????( 5-4 ) 2 .确定单一内力分量及其所引起的应变(1)将B、D 两点 0?方向的应变片按图 5-3 (b) 接成半桥线路进行半桥测量, 由应变仪读数应变? Md 即可得到 B、D 两点由弯矩引起的轴向应变? M2 Md M???( 5-5) 将上式代人 M= ? M EW 中,可得到截面 I—I 的弯矩实验值为 2 Md EW M ??( 5-6 ) (2 )剪力 Q 及其所引起的应变的