彎扭組合變形的主應(yīng)力測(cè)定-2010年秋

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1、彎扭組合變形的主應(yīng)力測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用電測(cè)法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的主應(yīng)力的大小和方向。2、學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變花的使用。3、熟悉應(yīng)變&力綜合測(cè)試儀的使用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、BDCL型材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2、CML-1L型應(yīng)變&力綜合測(cè)試儀。3、BE120-4CA直角應(yīng)變花。4、YZC—526應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。三、實(shí)驗(yàn)原理和方法為了用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定薄壁圓筒彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)表面一點(diǎn)處的主應(yīng)力大小和方向，首先要測(cè)量該點(diǎn)處的主應(yīng)變?chǔ)藕挺诺拇笮『头较?，然后用廣義胡克定律算13得一點(diǎn)處的主應(yīng)力σ和σ。根據(jù)平面應(yīng)變狀態(tài)分析原理，要確定一點(diǎn)處的主應(yīng)13變，需要知道該點(diǎn)處沿x和兩個(gè)互相垂直

2、方向的y3個(gè)應(yīng)變分量ε，ε和γ。xyxy由于在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量剪應(yīng)變很困難，而用電阻應(yīng)變片測(cè)量線應(yīng)變比較簡(jiǎn)便，所以通常采用一點(diǎn)處沿x軸成3個(gè)不同方向且已知夾角的線應(yīng)變。yycba+45aαcoxαab?45αaox圖1圖222?ε=+?εαcosεαsinγαsincosαaxayaxyaa??22?ε=+?εαcosεαsinγαsincosα（1）bxbybxybb?22?ε=+?εαcosεαsinγααsincos?cxcycxycc為了簡(jiǎn)化計(jì)算，實(shí)際上采用互成特殊角的三片應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，中間的aa應(yīng)變片與x軸成0，另外2個(gè)應(yīng)變片分別與x軸成±45，如圖2所示

3、。用電阻應(yīng)變儀分別測(cè)得圓筒變形后應(yīng)變花的3個(gè)應(yīng)變值，即εa，εa，εa，由方程組（1）045?45得到應(yīng)變分量，即?εε=x0a??εy=?+εεε45aa0?45a（2）?γεεxy=?aa??4545主應(yīng)變公式為?ε1εεxy+122?=±?()εεγ+（3）xyxyε22?3將式（2）代入式（3）得?ε1εε?45aa+45122?=±?()2εεεaaa?+(εεaa?)（4）0454??54545ε22?3主應(yīng)變的方向?γxyε45aa?ε?45tan2α==（5）0εxy??εεεε204aa54??5a對(duì)各向同性材料，主應(yīng)變?chǔ)?ε和主應(yīng)力σ,σ方向一致

4、。應(yīng)用廣義胡克定1313律，則主應(yīng)力σ,σ為13?E?σ11=+2()εμε3?1?μ?(6)?σ=+E()εμε3321??1?μ式中，E,μ分別為構(gòu)件材料的彈性模量和泊松比。將（4）代入（6）后得到?σE()εε00+E22145?45?σ=±?μμ()2εεε0400054???5+(εε45400?5)?321()?+21()(7)如果測(cè)得三個(gè)方向應(yīng)變值ε0,ε0,ε0，由式(7)和式(5)即可確定一點(diǎn)處主應(yīng)力?45045的大小及方向的實(shí)驗(yàn)值。本實(shí)驗(yàn)使用的彎扭實(shí)驗(yàn)裝置由鋁合金薄壁圓筒、扇形加力架、力傳感器和加力手輪組成，如圖3所示。該裝置的試件采用高強(qiáng)度鋁合

5、金管制成的薄壁圓筒，外徑D=40mm，內(nèi)徑dm=34m，E=71Gpa，μ=0.32。薄壁圓筒右端固定，左端自由，安裝有與圓筒軸線垂直的扇形加力臂，實(shí)驗(yàn)前扇形加力臂的鋼絲繩與傳感器上的繩座相連接，當(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加力手輪時(shí)，載荷就通過(guò)鋼絲繩作用在扇形加力臂的末端，圓筒在載荷的作用下發(fā)生彎扭組合變形。載荷作用點(diǎn)到圓筒軸心的距離為am=250m,在與扇形臂平面相距l(xiāng)=300mm的薄壁圓筒外表面的上下點(diǎn)B、D處各粘貼一個(gè)直角應(yīng)變花，B和D點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)如圖4所示。圖3實(shí)驗(yàn)裝置和內(nèi)力圖圖4B、D點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)由應(yīng)力狀態(tài)分析可知構(gòu)件表面上的B、D點(diǎn)為平面應(yīng)力狀態(tài)，如果測(cè)得B、D點(diǎn)三個(gè)

6、方向應(yīng)變值ε0,ε0,ε0，由式(7)和式(5)即可確定這兩點(diǎn)點(diǎn)?45045處主應(yīng)力的大小及方向的實(shí)驗(yàn)值。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)表格，記錄圓筒尺寸及有關(guān)參數(shù)。2、將實(shí)驗(yàn)裝置上力傳感器的五芯航空插頭連接到力＆應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀背面的五芯航空插座上，插上電源，將開(kāi)關(guān)置開(kāi)，預(yù)熱30分鐘，并檢查該裝置是否處于正常實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。3、輸入傳感器量程（10KN或5KN）及靈敏度(查每個(gè)傳感器的銘牌或1.505mV/V)和應(yīng)變片靈敏度系數(shù)（2.080）。4、實(shí)驗(yàn)采用增量法加載，載荷增量為100N，共加4級(jí)載荷，數(shù)據(jù)處理采用增量法。0006、分清各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片引線，將薄壁圓筒上

7、的將B、D兩點(diǎn)的?45,0,45方向的應(yīng)變片按半橋單臂、公共溫度補(bǔ)償法組成測(cè)量線路進(jìn)行測(cè)量。5、加載。首先在不加載的情況下將測(cè)力量和應(yīng)變量調(diào)至零；然后緩慢均勻等增量加載，每增加一級(jí)載荷，依次記錄各點(diǎn)應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷400N（將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表2）。6、做完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，拆除接線，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。五、注意事項(xiàng)1、看清實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的加載、卸載指示旋轉(zhuǎn)方向，加載時(shí)緩慢均勻地旋轉(zhuǎn)手輪。2、實(shí)驗(yàn)裝置中，圓筒的管壁很薄，為避免損壞裝置，注意切勿超載（該裝置只允許加400N載荷），不能用力扳動(dòng)圓筒的自由端和力臂