四点弯梁及位移互等创新试验之“自动找平”装置.docVIP

材料力学实验 选修课论文 四点弯梁及位移互等创新试验 之“自动找平”装置 院（系）名称 　航空科学与工程学院 　　 专业名称　　　　　飞行器设计与工程 　　　 学 号　　　　　　　　　 学生姓名 唐智浩 2008年5月 四点弯梁及位移互等创新试验 摘要： 四点弯梁与位移互等创新试验内容包括四点弯梁试验的改进与创新及位移互等定理验证试验的创新设计。四点弯梁试验改进中，将原压具改为U形工件，达到压具与试件双用的效果，原铝梁改进为细长钢梁，既简化了实验器材，又增加了实验的内容及通用性，丰富了教学试验，增强试验的趣味性；通过自动找平的设计，使得应力集中减小到基本可以忽略不计，从而保护了试件，提高了试验精度；增加位移互等定理验证试验，设计了验证广义力与广义位移互等的内容，从更广更深入的层次阐述并验证了位移互等定理，拓宽试验的深度及应用范围；能使同学们在今后进行试验的过程中，增强分析问题解决问题的能力，拓宽思路，加深对材料力学中平面假设、应力集中、泊松比、弹性模量、位移互等定理等概念及定理的理解，增加对其测量、计算和验证方法的认识和了解。本试验通过理论指导，设计实验器具及加载方案，能充分保证试验的可行性和安全性；通过镀锌等工艺处理试件，又可以使试件经久耐用，设计中大量运用标准件，可在今后的试验中，可进一步促进同学们发挥创造性，进行试验的拓展。 关键词　材料力学　四点弯梁，自动找平，广义位移互等定 1　绪论 1.1　研究目的与特点 实验运用机械设计与实验研究的方法，改进设计四点弯梁实验，实现自动找平、提高实验的精确度；增加实验内容，设计实验方案，验证曲梁45度界面处应力分布情况；设计加载方案及器材，实现广义位移互等定理的验证等。 本设计实验是集综合性、自主性和创新性为一体，研究型、开放型的材料力学综合实验。 现有的材料力学四点弯梁教学实验已用了20多年，教材和实验装置落后了，更好的进行材料力学国家级精品课地建设，充分发挥新买试验机的功能，有必要改进和开发四点弯梁教学实验。另外，为充分利用实验器材，发挥学生创造性，通过对一些标准件的改造和设计，将位移互等定理的验证试验加入到试验机中去，拓展了试验机的应用空间。四点弯梁的改进设计与位移互等验证的设计实验，有利于本科学生综合所学的理论力学、材料力学、机械制图、机械设计、计算机应用等理论知识，运用到分析和解决实际问题当中去。 这同时国家力学基地建设国家精品课的改进创新实验之一，初步的设计和实验已经在小范围内进行了试点教学，总体的改进与设计完善后，基础实验部分，将逐渐在全校及其他学校推广，综合实验部分将作为力学综合实验面向全校对力学和力学实验感兴趣的同学开放。 1.2　研究方法 1.2.1　梁受力分析及测量 利用梁受力变形理论分析各关键截面受力及梁变形，因此，根据实验室的仪器配置和外载实际，设计合理的布片方案，通过测量各剖面应力分布情况，认识梁受力情况；采用电测法测定弹性模量E和泊松比μ，测定纯弯时梁横截面上的正应力分布规律。通过独创的自动找平的设计，保证实验的高精确度。 图 1　四点弯梁试验示意图 1.2.2　纯弯的加载 在设计弯矩的加载结构时，为了获得合适的强度和刚度且小巧轻便，易于操作，同时又能锻炼学生的实践能力、创造性和动手能力，以达到使同学们在试验中提高实验水平和分析解决问题水平的目的。 因此，在考虑到教学实际的基础上，在设计相关加载机构时，尽量采用标准件，并在实际过程中利用刚体平衡理论、静平衡原理、钢化原理、材料力学中梁变形理论，依据机械原理中机构设计的基本原则和方法等进行玩具加载机构的设计。 1.3　研究内容 1.3.1　自动找平装置的设计 设计支座，设计压具及下接头，保证梁在两个方位的自由度，实现自动找平。 1.3.2　测量转角的方法，弯矩加载方案和工具的设计 设计转角的测量方案并设计相应夹具，设计弯矩的加载方案及相应夹具。 1.3.3　理论计算 运用工程软件对工件受力情况进行有限元分析，利用梁受力理论和梁位移理论计算梁计算梁的许用应力、各工件在不同受力情况下的应力分布情况和规律，计算相关剖面的位移和转角；利用位移互等理论，求出梁位移曲线；利用钢化理论及刚体平衡理论，确定许用弯矩的理论值，给实际实验以指导和借鉴，为实验方案的设计提供理论依据，保证实验的安全性和精确性。 1.3.3　实验测量 利用材料力学实验室的电子万能试验机、应变测量仪及其它仪器，制定实验方案，测量纯弯段的挠度、中性层处、支座等处应力分布情况，进行相关数据处理；测量位移互等定理验证过程中相应剖面的位移和转角。 1.3.4　分析改进 对比理论值和测量值，进行误差分析，提出改进方案，并再次进行实验检验。 本