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1、 .薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验一实验目的1用电测法测定平面应力状态下主应力的大小与方向；2测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。二实验仪器和设备1弯扭组合实验装置；2YJ-4501A/SZ静态数字电阻应变仪。三实验原理薄壁圆管受力简图如图1所示。薄壁圆管在P力作用下产生弯扭组合变形。薄壁圆管材料为铝合金，其弹性模量E 为72, 泊松比为0.33。薄壁圆管截 图1面尺寸、如图2所示。由材料力学分析可知，该截面上的力有弯矩、剪力和扭矩。-截面现有A、B、C、D四个测点，其应力状态如图3所示。每点处已按 450、00、+450方向粘贴一枚三轴450应变花，如图4
2、所示。图2 图3 图4四实验容与方法1. 指定点的主应力大小和方向的测定 薄壁圆管A、B、C、D四个测点，其表面都处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变， 然后运用应变-应力换算关系求出主应力的大小和方向。若测得应变-45、0、45 ，则主应力大小的计算公式为主应力方向计算公式为 或 2. 弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定a. 弯矩M引起的正应力的测定只需用B、D两测点00方向的应变片组成图5（a）所示半桥线路，就可测得弯矩M引的正应变 然后由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力 b. 扭矩Mn引起的剪应力的测定 图5 用A、C两被测点-450、450方向的应变片组成图5（b）所示全
3、桥线路，可测得扭矩Mn在450方向所引起的线应变 由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力 c. 剪力Q引起的剪应力的测定用A、C两被测点-450、450方向的应变片组成图5（c）所示全桥线路，可测得剪力Q在450方向所引起的线应变 由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力 五实验步骤1. 接通测力仪电源，将测力仪开关置开。2. 将薄壁圆管上A、B、C、D各点的应变片按单臂（多点）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上。3. 预加50N初始载荷，将应变仪各测量通道置零；分级加载，每级100N，加至450N，记录各级载荷作用下应变片的读数应变，然后卸去载荷。4. 按图5各种组桥方式，从复实验步骤3，
4、分别完成弯矩、扭矩、剪力所引起应变的测定。六实验数据与结果处理实验数据1 应变片灵敏系数K=2.23读数应变载荷 A B-450（R1）00（R2）450（R3）-450（R4）00（R5）450（R6）P(N)P(N)()()()()()()()()()()()()50000000100990-98127165-21150990-98127165-21100980-97121162-232501970-195248327-44100990-94126162-233502960-289374489-671001002-95124164-224503962-384498653-89()990.5
5、-96124.5162.3-22.3实验数据1续 读数应变载荷 C D-450（R7）00（R8）450（R9）-450（R10）00（R11）450（R12）P(N)P(N)()()()()()()()()()()()()5000000010051-2-5422-165-12815051-2-5422-165-12810050-4-5423-164-129250101-6-10845-329-25710051-2-5421-162-129350152-8-16266-491-38610051-2-5221-163-130450203-10-21487-654-516()50.8-2.5-53
6、.521.8-163.5-129实验数据2与结果 读数应变 载荷弯矩（M）扭矩（Mn）剪力（Q）P(N)P(N)Md()Md()nd()nd()Qd()Qd()50000100330295901503302959010032530091250655595181100329300913509848952721003282989045013121193362()328298.390.5应力11.814.041.23实验结果 被测点主应力ABCD4.7212.72.681.54-5.36-1.72-2.97-12.8913133.9043.90-16.7073.30134.4044.40107.22
7、017.220七思考题1. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方法，请画出测量电桥的接法。a测量弯矩引起的应变，还可以用R5或R11与补偿片组成单臂半桥，见图（a）；b测量扭矩引起的应变见图（b）；c测量剪力引起的应变见图（c）；2. 本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确定主应力的大小和方向？为什么？本实验中A、C两点可以用二轴450应变花替代三轴450应变花，B、D两点不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知的，只要求主应力大小，两个未知数，只要用两个应变片就可以了。弯扭组合实验理论计算薄壁圆管截面尺寸、受力简图如下图-截面A、B、C、D各点主应力
8、大小和方向计算：-截面作用的力有剪力 （N） 扭矩 （Nm）弯矩 （Nm）-截面几何性质抗扭截面模量（m3） 抗弯截面模量 （m3）A、C点扭转剪应力、弯曲剪应力计算 （在中性层上可视为纯剪状态） 扭转剪应力 （Mpa）弯曲剪应力 （Mpa）t 圆管壁厚 R0 = 18.25mmA点剪应力 （Mpa） C点剪应力 （Mpa）A点主应力 （Mpa）A点主应力方向 C点主应力 （Mpa）C点主应力方向 B、D点扭转剪应力、弯曲正应力计算 扭转剪应力 （Mpa） 弯曲正应力 （Mpa） B点主应力 （Mpa） （Mpa） B点主应力方向 D点主应力 （Mpa） （Mpa） D点主应力方向 8 / 8
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