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1、個人收集整理勿做商業(yè)用途彎扭組合變形實驗——內力素的測定一、實驗目的1．測定薄壁圓管發(fā)生彎扭組合變形時橫截面上的彎矩、扭矩。2．掌握電測法中靜態(tài)電阻應變儀的電橋原理，學習利用電橋的輸出特性，通過不同的接橋方式，測量組合變形中的各種應變成分。二、預習思考要點1．為什么薄壁圓管的變形要控制在線彈性范圍，小變形條件下?2．薄壁圓管發(fā)生彎扭組合變形時能夠分別測量橫截面上的各內力素的理論依據是什么?三、實驗裝置和儀器1．靜態(tài)電阻應變儀2．彎扭組合變形實驗裝置實驗裝置與§1—8-1實驗裝置相同。為了測量內力素
2、時學生有多種接橋方式選擇，所以在薄壁圓管管壁的上、下、左、右各對稱地布設了45°的直角應變花，其中中間的一片均沿著圓管的母線方向,稱為0°片,其余兩片與母線各成45°或－45°，具體布置如圖1-32所示。圖1—32電阻應變片粘貼位置及方向四、實驗原理個人收集整理勿做商業(yè)用途在線彈性范圍、小變形條件下,構件在組合變形時的應力與應變通常是運用疊加原理來進行分析的。認為構件所受載荷的作用效應是獨立的，每一種載荷所引起的應力和應變，都不受其它載荷的影響,其組合效應可由每種單一載荷的作用效應疊加而成。這樣就
3、可以運用電阻應變測量技術，合理地布設電阻應變計，運用電阻應變儀的電橋原理,按不同的橋路接法，分別進行組合變形時內力素的測量。由電阻應變儀的電橋原理可知：（1-61）式中：為應變儀讀數值。從（1—61）式可見電橋的輸出特性為：相鄰橋臂輸出異號，相對橋臂輸出同號。利用此特性，發(fā)揮主觀能動性，采取優(yōu)化的布片和接橋方式，不僅可以將構件在組合變形下各內力所產生的應變成分分別單獨測量出來，而且可以在現有儀器的精度條件下提高儀器感應應變的靈敏度，減少誤差。發(fā)生彎扭組合變形的構件橫截面上產生彎矩M,剪力Q和扭矩T
4、三種內力，相應地產生彎曲正應力σM，彎曲剪應力τQ和扭轉剪應力τT三種應力，理論分析表明σM、τT往往是引起構件強度失效的主要因素，所以本實驗主要測量σM、τT和相應的M和T，而τQ和Q的測量留待學生自己設計。1．彎矩M的測量在彎扭組合變形時，薄臂圓管橫截面上的頂點和底點的軸向應變最大,其絕對值相等，符號相反。利用該處的電阻應變計和組成半橋溫度互補償橋路，如圖1—33所示,圖中為應變儀內置的固定電阻。則有：（1—62）式中：為彎矩引起的應變的絕對值；為溫差引起的應變。于是由（1-61）式可得：其中
5、2為橋臂系數,即讀數應變值與待測應變值之比，橋臂系數越大，說明測量精度越高。個人收集整理勿做商業(yè)用途設薄壁圓管的外徑為D，內徑為d，令系數α=d/D，則彎曲正應力彎矩則為：（1—63）式中:Wz為薄壁圓管抗彎截面模量;E為薄臂圓管材料的彈性模量。2．扭矩T的測量發(fā)生彎扭組合變形時薄臂圓管的水平對稱點A、C兩點處于純剪應力狀態(tài)，由應力狀態(tài)分析可知，其主應力σ1=－σ3=τmax,σ2=0，主應力方向與管軸線方向成±45°，據此可將電阻應變計,，和,組成全橋溫度互補償橋路，如圖1-34所示：圖1—33
6、測定彎矩的電橋接線圖1—34測定扭矩的電橋接線則有:于是由(1—61）式可得式中:、分別是扭矩和剪力引起的應變的絕對值；為主應變；橋臂系數為4。根據廣義虎克定律知個人收集整理勿做商業(yè)用途（1—64)故扭轉剪應力τmax為(1-65)扭矩則為(1-66）式中：μ為材料的泊松比；WT為薄壁圓管的抗扭截面模量。五、實驗步驟1．為確保試樣在線彈性范圍,小變形條件下測試和實驗的測量精度,根據等增量加載法確定最終載荷、加載的分級和級差。2．根據需測的內力素,擬定相應的組橋方式，并將選定的應變計接入橋路.3．調
7、整各測點處于平衡狀態(tài)后，逐級加載，讀取應變值并隨時觀察應變增量的線性程度,對于線性程度不好的測點，分析原因，并重復作幾次,取其有效測量結果的算術平均值作為實驗值。4．按上述步驟測量另一種內力素。六、實驗結果處理1．根據實測的應變增量的平均值計算相應的應力和內力,并與理論計算值比較,計算其相對誤差。2．作出電橋接線圖,并算出電橋橋臂系數。3．分析產生實驗誤差的主要因素。七、復習思考題1．如何根據本次實驗的要求，運用電測原理，設計其他的應變計布設方案和接橋方式，并相互比較其優(yōu)缺點。
