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1、薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验,机械工程学院基础实验室,一、实验目的 1.用电测法测定平面应力状态下各点(A、B、C、D)主应力的大小及方向。2.用电测法测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下,分别由弯矩、剪力、扭矩所 引起的应力。3.学习电阻应变花的应用。二、实验仪器和设备 1.多功能实验装置及薄壁圆管。2.YJ-4501A静态数字电阻应变仪。3.温度补偿片。,三、实验原理 在多功能实验装置上，薄壁圆管已粘好应变片(应变花)，通过砝码对其加载。薄壁圆管一端固定，另一端装上一个固定横杆,圆筒与横杆的轴线相互垂直且在同一平面内。当在横杆的自由端加载时，薄壁圆管即产生弯扭组合变形。受弯扭组合变形作用的
2、薄壁圆管其表面各点处于平面应力状态，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。,薄壁圆管截面尺寸见图1(a),图1(b)为薄壁圆管受力简图和有关尺寸。本设备选取-截面为测试截面,并取四个被测点，位置见图1(a)所示的A、B、C、D，其应力状态如图2所示。图1 薄壁圆管尺寸、测点及受力图,在每个被测点上粘贴一枚应变花(-45、0、+45)，如图3所示，共计12片应变片，供不同的实验选用。薄壁圆管为铝合金材料，其弹性模量E=72GPa，泊松比。图2 应力状态 图3 应变花,四、实验内容及方法 1.指定点的主应力大小和方向的测定 受弯-扭组合变形作用的薄壁圆管其表
3、面各点处于平面应力状态，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。本实验用的是 应变花，将-截面A、B、C、D四点的应变片 按半桥公共外补接线 图4 接线图法接入应变仪（图4），图中 为,采用公用温度补偿片。加载后可测得A、B、C、D四点的应,变、。已知材料的弹性常数，主应力的大小和方向可用实验计算公式计算。1）实验计算公式：（1）主方向为（2）,将主应变、代入广义虎克定律即可得主应力的实验值（3）（4）,2）理论计算公式：（5）(6)式中：为弯矩产生的正应力(注：D点值为负)为扭矩产生的剪应力,为剪力产生的剪应力 其中，,2弯矩、扭矩、剪力所分别引起的应力
4、 1）弯矩 引起的正应力的测定 用B、D两被测点 方向的应变片组成图5(a)所示半桥自补线路，可测得弯矩M引的正应变。图5 接线图,由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力(7)2）扭距 引起的剪应力的测定 用A、C两被测点、方向的应变片组成图3-38（b）所示全桥自补线路，可测得扭矩 在 方向所引起的应变为,由广义虎克定律可求得Mn引起的剪应力(8)3）剪力Q引起的剪应力的测定 用A、C两被测点、方向的应变片组成图5(c)所示全桥自补线路，可测得剪力Q在 方向所引起的应变为,由广义虎克定律可求得Q引起的剪应力（9）（4）弯矩、扭矩、剪力所分别引起的理论计算公式：为弯矩产生的正应力。为扭矩产生的剪应
5、力。为扭矩产生的剪应力。,其中：指圆环平均半径(;),五、实验步骤:1 检查应变仪灵敏系数是否与应变片灵敏系数一致，若不一致，重新设置。2将薄壁圆管上A、B、C、D各点的应变片 和 按图4半桥公共外补偿接线法接至应变仪测量通道上。3.接线各通道置零。4.以=20N分5级逐级加载，并记录各测点的应变值。5.卸载。6.将薄壁圆管上B、D两点的应变片按图5(a)半桥,自补偿接线法接至应变仪测量通道上，重复步骤、。7.将薄壁圆管上A、C 两点、方向的应变片按图5(b)全桥自补接线法接至应变仪测量通道上，重复步骤、。8.将薄壁圆管上A、C两点、方向的应变片按图5(c)全桥自补接线法接至应变仪测量通道上，重复步骤、。9.实验结束，清理场地，关闭应变仪电源，一切机构复原。,六思考题 1.根据实验结果分别画出薄壁圆管表面上A、B、C、D四点处的主单元体（标明主应力的方向和主应力值的大小）。2.测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方法，请画出这些测量电桥的接线图。,
