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薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验 SQ1001804A004 李扬 一．实验目的 用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向； 测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。 实验仪器和设备 弯扭组合实验装置； YJ-4501A/SZ静态数字电阻应变仪。 三．实验原理 弯扭组合实验装置如图1所示。它由薄壁圆管1（已粘好应变片），扇臂2，钢索3，传感器4，加载手轮5，座体6，数字测力仪7等组成。试验时，逆时针转动加载手轮，传感器受力，将信号传给数字测力仪，此时，数字测力仪显示的数字即为作用在扇臂顶端的载荷值，扇臂顶端作用力传递至薄壁圆管上，薄壁圆管产生弯 图1 扭组合变形。 薄壁圆管材料为铝合金，其弹性模量E为72 , 泊松比μ为0.33。薄壁圆管截面尺寸、受力简图如图2所示，Ⅰ-Ⅰ截面为被测试截面，由材料力学可知，该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。取Ⅰ-Ⅰ截面的A、B、C、D四个被测点，其应力状态如图3所示。每点处按 –450、00、+450方向粘贴一枚三轴450应变花，如图4所示。 图2 图3 图4 图5 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450应变花，若测得应变ε-45、ε0、ε45，则主应力大小的计算公式为 主应力方向计算公式为 2. 弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应力的测定 a. 弯矩M引起的正应力的测定 用B、D两被测点00方向的应变片组成图5（a）所示半桥线路，可测得弯矩M引 的正应变 由虎克定律可求得弯矩M引起的正应力 b. 扭矩Mn引起的剪应力的测定 用A、C两被测点-450、450方向的应变片组成图5（b）所示全桥线路，可测得扭矩Mn在450方向所引起的应变为 由广义虎克定律可求得剪力Mn引起的剪应力 剪力Q引起的剪应力的测定 用A、C两被测点-450、450方向的应变片组成图5（c）所示全桥线路，可测得剪力Q在450方向所引起的应变为 由广义虎克定律可求得剪力Q引起的剪应力 实验步骤 将传感器与测力仪连接，接通测力仪电源，将测力仪开关置开。 将薄壁圆管上A、B、C、D各点的应变片按单臂（多点）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上。 逆时针旋转手轮，预加50N初始载荷，将应变仪各测量通道置零。 分级加载，每级100N，加至450N，记录各级载荷作用下应变片的读数应变。 卸去载荷。 将薄壁圆管上B、D两点00方向的应变片按图5（a）半桥测量接线方法接至应变仪测量通道上，重复步骤3、4、5。 将薄壁圆管上A、C两点-450、450方向的应变片按图5（b）全桥测量接线方法接至应变仪测量通道上，重复步骤3、4、5。 将薄壁圆管上A、C两点-450、450方向的应变片按图5（c）全桥测量接线方法接至应变仪测量通道上，重复步骤3、4、5。 实验结果的处理 计算A、B、C、D四点的主应力大小和方向。 计算Ⅰ-Ⅰ截面上分别由弯矩、剪力、扭矩所引起的应力。 实验记录和计算可参考表1、表2和表3。 表1 被测点 主应力 A B C D 5.53 13.75 4.04 2.40 -3.86 -0.48 -2.00 -11.51 44.67 -16.68 -44.36 16.87 表2 读数应变 载荷 A B -450 （R1） 00 （R2） 450 （R3） -450 （R4） 00 （R5） 450 （R6） P (N) ?P (N) ε (με) ?ε (με) ε (με) ?ε (με) ε (με) ?ε (με) ε (με) ?ε (με) ε (με) ?ε (με) ε (με) ?ε (με) 50 0 1 0 0 2 0 100 98 18 -66 145 186 -3 150 98 19 -66 145 188 -3 100 95 9 -82 131 167 -9 250 193 28 -148