《弯扭实验114805187.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弯扭实验114805187.ppt（49页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、清华大学航天航空学院材料力学实验室,圆管在弯扭联合作用下应力与内力的测量,课前思考题,来上课前请认真思考下列问题：圆管受那些内力作用，它们沿轴线是如何分布的；分别画出某一截面最上点A和最下点B的应力状态图；测定一点平面应力状态时需要贴几枚应变片？如何布置；测定截面上弯矩、扭矩时，需要几枚应变片？如何布置；如果要求用半桥、对臂、全桥分别测出指定截面的弯矩、扭矩，如何选择应变片；选择布片位置的原则是什么；为了提高测量精度，在布片时应注意什么问题。,工程背景 车床,工厂中用于机械加工的车床，其主轴就是一种典型的复合受力形式，主轴上受到的内力有弯矩、扭矩、轴力等。,工程背景 汽车,汽车在崎岖道路上行驶
2、时，当四个车轮不在同一平面上时，使车架处于复合受 力状态下。其内力有弯矩、扭矩等。,工程背景 自行车,自行车的中轴，由于脚踏板的受力点与中轴不在同一中心线上，中轴的内力即有弯矩，又有扭矩。,工程问题,找危险点测试一点应力状态。消危险内力分离截面上内力。,实验目的,掌握用电测法测定一点应力状态的方法。掌握利用组桥分离内力的方法。学会根据理论分析的结果，正确地选择测量部位和最佳布片方案。根据实验数据判断结果地正确性。,测量一点应力状态,方向应变,常见布片方案,在一点的三个方向布片。常用有,0、45、90,应变花,-45、0、45,测量采用单臂桥路,用单臂测量各个应变片。,应变与应力,弹性应变&塑性
3、应变,应变片测量范围5000,胡克定律,广义胡克定律,将测量结果代入公式，可得到,主应力与主方向,理论应力与实验应力,满足理论的假设与条件,1.应力集中 2.细长杆,测量部位和布片方案,本次实验的装置简图,圆管试件；拐 臂；加 力 点；固 定 端；测量截面；应 变 片；应 变 仪。,342,点A、点B理论上的应力状态,上表面A点理论上应力状态,下表面B点理论上应力状态,分离内力,内力分量,Z,Y,X,T,T,内力分量,Qz,Mz,Mz,Qy,N,T、,Mz、,Qy、,Qz。,My、,N、,测试的内力分量T，My,内力分离思路,选择两个或四个应变片满足：1.各应变片中都包含相同性质内力引起的应变
4、。2.各应变片中同一内力引起的应变之间有确定的关系。,内力分离思路,1号片：内力A=+a 内力B=+b2号片：内力A=+a 内力B=-b,分离？,内力分离,半桥测量,减法！消同保异！,对臂测量,加法！消异保同！,全桥测量,同号相对！异号相邻！,内力与应变关系1,轴力N、弯矩My、Mz在其各自的作用方向上只产生正应力。,正应力在任意方向上都会引起正应变。,轴力N、弯矩My、Mz在任意方向上都会引起正应变。,最佳方向？,内力与应变关系2,剪力Qy、Qz、扭矩T在其各自的作用方向上只产生切应力。,切应力在作用方向上只存在切应变，但在其它方向上还有正应变存在。,剪力Qy、Qz、扭矩T在除作用方向外任意
5、方向上都会引起正应变。,最佳方向？,纯剪应力状态 在45 与 135 上的分量,在45 方向上的应力45 为+在135 方向上的应力135 为-,在 45 方向上的应力45 为 在 135 方向上的应力135 为,单向压缩状态 在45与135上的分量,测内力布片原则,1.只有轴力N、弯矩My、Mz最好在力的作用方向上布片。2.只有剪力Qy、Qz、扭矩T最好在与力的作用方向呈450方向布片。3.当1与2交叉存在时，综合找最佳方案。通常选450方向布片。,圆管布片方案图,B,A,2#135,4#45,3#0,思考：3、6应变关系2、4、5#、7应变关系,1#90,5#135,6#0,7#45,选用
6、的布片方案图,各片相互位置从上面看下去：2与7平行3与6平行4与5#平行,各应变片内所含应变分量及方向,上表面电阻片所含分量0:M a(-)（3#）45:M(-b)，T(+c)（4#）135:M(-b)，T(-c)（2#）90:M(+d)（1#）,下表面电阻片所含分量0:M a(+)（6#）45:M(+b)，T(+c)（7#）135:M(+b)，T(-c)（5#）,内力测量时组桥原则,选那两个（或四个）应变片测量？测那个内力量？消那个内力量？组什么桥路可满足？,如：上、下0片，My 异号等值，用半桥可测。,上、下0片，接对臂测？,方案,究竟如何布片和按那种桥路接线，应根据要求自行设计，力求取得
7、最佳方案。布片方案和组桥方案都不是唯一的。,实验设备,电子万能试验机及弯扭复 合受力圆管实验装置。电阻应变仪。游标卡尺，钢板尺。,实验内容及要求,用单臂测量7个应变片的应变值。利用半桥或对臂或全桥等组桥方 式，分别测出弯矩 My 与扭矩T各 自所引起的应变值。要求至少各 有一种弯矩、扭矩单独引起的应 变即可。每项测试内容的数据，需要重复测量两次（加卸载两个循环）以上，两次的测量得到的应变差之间应小于5%。,实验原始数据,测量空心圆管的内外经；测量加力点到测量截面的距离L，加力点到圆管中心的距离LT,；初载荷 F0=200 N，末载荷 Fn 1200 N；钢的弹性模量取 E 206GPa；钢的泊
8、松系数取 0.28；电阻片灵敏系数 K片 2.08；试验机加载速度 15 mm/min。,载荷要注意,分配到每个试件上的载荷为：100 N 600N,测量尺寸时要注意,在测量的过程中请千万不要用手去摸电阻应变片！切记！,单臂测量数据合理性判断,上0与下0片的绝对值？上0 与上90 的关系如何？上、下 45 两两的绝对值？,常数,实验报告要求,将各类原始数据整理成表格；根据所测应变值计算一点应力状态；计算主应力 1，2及主方向并与理论值比较，计算相对误差；根据各种组桥方式测出的应变，计算出弯矩与扭矩，并与实际弯矩与扭矩值比较，计算误差；,5.对测量结果进行分析讨论，分析误差来源，比较各种组桥方式
9、的利弊；6.根据本实验的目的与要求提出自己的布片方案（用最少的应变片）；7.体会与收获。8.将签字的预习报告随实验报告一起交了。,应知道课后的几个思考题,本次实验课完成后，应知道：外力如何简化到测量截面上；如何测一点应力状态；如何分离内力；使用电桥的目的；在哪个方向上正应力最大；在某个方向上正应力为零，那该方向上的正应变也为零吗？剪应变如何测？剪应变在哪个方向上引起的线应变最大;剪力如何得到，Q对XY平面产生何影响？,单臂测量的操作步骤,单臂测量的操作步骤按顺序将试件上粘贴的各个应变片（工作片）接到每个通道的AB接线端上，BB为短接状态。将温度补偿片接到公共端。运行软件，自动检测联机状态。在参数设置界面，设置各测量点连接形式为应变 1-1 和设置各测量点灵敏系数K=2.08等参数。在初载时，先在自动平衡界面按自动平衡，查看连接有无问题；然后转到测量界面反复按几次扫描采样，检查数据是否稳定。正式实验，在初载时自动平衡和扫描采样，测量初始应变值；在加载至末载，直接扫描采样，测量末应变值；实验时随时抄下采集的数据，并做差值，平衡数据不抄。,补偿片,工作片,工作片,用45直接计算弯距 My,由上面的推导，利用应力圆，代入广义虎克定律可得到My：,用45直接计算扭距 MK,同理也可得到 T的计算式,
