1、1薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验 SQ1001804A004 李扬一实验目的1 用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向；2 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。二实验仪器和设备1弯扭组合实验装置；2YJ-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
2、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 2mGN为 0.33。薄壁圆管截面尺寸、受力简图如图 2 所示，-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-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、0 0、+45 0方向粘贴一枚三轴 450应变花，如图 4 所示。 图 2 2图 3 图 4 图 5四实验内容及方法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
3、用的是 450应变花，若测得应变 -45、 0、 45，则主应力大小的计算公式为 2450204545231 211 E主应力方向计算公式为04502tg2. 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 2Md由虎克定律可求得弯矩 M 引起的正应力 2dMEb. 扭矩 Mn 引起的剪应力的测定用 A、C 两被测点-45 0、45 0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 4nd由广义虎克定律可求得剪力 Mn 引起的剪应力 2
4、1ndndnGEc. 剪力 Q 引起的剪应力的测定用 A、C 两被测点-45 0、45 0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 4Qd由广义虎克定律可求得剪力 Q 引起的剪应力 21QddGE五实验步骤1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。32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。3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。4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。5卸去载荷。6将薄壁圆管上 B、D 两点 00
5、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。7将薄壁圆管上 A、C 两点-45 0、45 0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。8将薄壁圆管上 A、C 两点-45 0、45 0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。六实验结果的处理1计算 A、B、C、D 四点的主应力大小和方向。2计算-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ABCD21mMN5.53 13.75 4.04 2.403-3.8
6、6 -0.48 -2.00 -11.51度044.67 -16.68 -44.36 16.87表 2A B 读数应变载荷 -450 （R1）00（R 2）450（R 3）-450（R 4）00（R 5）450（R 6）P(N)P(N)()()()()()()()()()()()()50 0 1 0 0 2 0100 98 18 -66 145 186 -3150 98 19 -66 145 188 -3100 95 9 -82 131 167 -9250 193 28 -148 276 355 -12100 92 3 -82 130 165 -9350 285 31 -230 406 520
7、-31100 93 2 -86 130 168 -21450 378 33 -316 536 688 -52() 94.5 8 -79 134 171.5 -10.54表 2 续C D 读数应变载荷 -450 （R7）00（R 8）450（R 9）-450（R 10）00（R 11）450（R 12）P(N)P(N)()()()()()()()()()()()()50 0 0 0 0 0 0100 82 27 -29 51 -126 -90150 82 27 -29 51 -126 -90100 61 4 -51 22 -157 -119250 143 31 -80 73 -283 -2091
8、00 59 6 -53 22 -155 -122350 202 37 -133 95 -438 -331100 59 6 -52 21 -159 -124450 261 43 -185 116 -597 -455()均d65.25 10.75 -46.25 29 -149.25 -113.75表 3读数应变载荷弯矩M扭矩Mn剪力QP(N)P(N) Md() Md() nd() nd() Qd() Qd()50 0 0 0100 325 267 84150 325 267 84100 327 265 85250 652 532 169100 323 266 86350 975 798 255100 325 267 83450 1300 1065 338()均d325 266.25 84.5应力 2mMNM11.70 n3.60 Q1.145七思考题1测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方法，请画出测量电桥的接法。2本实验中能否用二轴 450应变花替代三轴 450应变花来确定主应力的大小和方向？为什么？不能，已知 45和-45方向的应变，可以求出此两个方向的应力，但切应力未知，无法确定主应力大小和方向。
