矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验
纯弯梁正应力分布电测实验(精)
实验七 纯弯梁正应力分布电测实验实验内容一 纯弯梁正应力分布电测实验一、实验目的1、用电测法测定矩形截面梁在纯弯曲时的正应力的大小及其分布规律，并与理论值作比较。
2、初步掌握电测方法。
二、实验设备1、弯曲梁实验装置一台（见图7.2）2、YJ-4501A 静态数字电阻应变仪一台3、温度补偿片三、实验原理及方法试件选用矩形截面，荷载及测量点的布置如图7.1。
梁的材料为钢，其弹性模量a G E Ρ=210，转动实验装置上的加载手轮，可使梁受到如图7.1的荷载，梁的中段为纯弯曲段，荷载作用于纵向对称平面内，而且在弹性极限内进行实验，故为弹性范围内平面弯曲问题。
梁的正应力公式为y I M Z=σ式中：M --纯弯曲段梁截面上的弯矩Z I --横截面对中性轴的惯性矩y --截面上测点至中性轴的距离。
为了测量梁纯弯曲时横截面上应力分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁的侧面各点沿轴线方向粘贴应变片，其分布如图（图7.1）应变片1#粘贴在中性层上，应变片2#、3#、应变片4#和应变片6#、7#分别粘贴在距离中性层为、和上下表面。
此外，在梁的上表面沿横向粘贴应变片8#，如果测得纯梁弯曲时沿横截面高度各点的轴向应变，则由单向应力状态的胡克定律公式4/h 8/3h εσE =，可求出各点处的应力实验值。
将应力实验值与应力理论值进行比较，可得出测量误差。
式中：ε—各测量点的线应变E —材料的弹性模量 σ--相应各测点正应力若由实验，测得的应变片7#和8#的应变7ε和8ε满足μεε=78，则证明 验采用等增量加载的方法测量应力的实验值及计算理论值，计算时均应以弯矩增量及应变增量的平均值代入。
4#图7.1图中：， mm c 150=mm h 40=mm b 20= ， mm l 620= 1#--8#所示应变片粘贴位置及方向。
四、实验步骤1、检查梁是否安放稳妥2、把梁上的应变片接在静态电阻应变仪的A 、B 接线柱上。
公共温度补偿片接在0通道接线柱B 、C 上。
梁的弯曲正应力试验
梁的弯曲正应力试验一、目的1.测定矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的大小及其分布规律，并与理论计算结果进行比较，以验证纯弯曲正应力公式zI My =σ的正确性。
2.学习电测法，并熟悉静态电阻应变仪的使用和半桥接线方法。
二、仪器设备1.静态电阻应变仪2.多功能组合实验台三、实验原理与方法实验装置见图3-19。
它由固定立柱1、加载手轮2、旋转臂3、荷载传感器9、压头8、分力梁6、弯曲梁5、简支支座4、图3-19 弯曲正应力实验装置底板7、数字测力仪10、应变仪11等部分组成。
弯曲梁为矩形截面钢梁，其弹性模量E ＝2.05×105MPa ，几何尺寸见图3-20，CD 段为纯弯曲段，梁上各点为单向应力状态，在正应力不超过比例极限时，只要测出各点的轴向应变实ε，即可按实实εσE =计算正应力。
为此在梁的CD 段某一截面的前后两侧面上，在不同高度沿平行于中性层各贴有五枚电阻应变片。
其中编号3和3′片位于中性层上，编号2和2′片与编号4和4′片分别位于梁的上半部分的中间和梁 图3-20 梁的尺寸、测点布置及加载示意图的下半部分的中间,编号1和1′片位于梁的顶面的中线上,编号5和5′片位于梁的底面的中线上（见图3-20），并把各前后片进行串接。
图3-21半桥接线图温度补偿片贴在一块与试件相同的材料上,实验时放在被测试件的附近。
上面粘贴有各种应变片和应变花，实验时根据工作片的情况自行组合。
为了便于检验测量结果的线性度，实验时采用等量逐级缓慢加载方法，即每次增加等量的荷载ΔP ，测出每级荷载下各点的应变增量εΔ，然后取应变增量的平均值实εΔ，依次求出各点应力增量实实实εσΔ=ΔE 。
实验可采用半桥接法、公共外补偿。
即工作片与不受力的温度补偿片分别接到应变仪的A 、B和B 、C 接线柱上（如图3-21），其中R 1为工作片，R 2为温度补偿片。
对于多个不同的工作片，用同一个温度补偿片进行温度补偿，这种方法叫做“多点公共外补偿法”。
实验2矩形截面梁的纯弯曲
实验二 矩形截面梁的纯弯曲一、实验目的1.测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的分布规律，并与理论值比较。
2.测定泊松比μ。
3.熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用。
二、实验仪器1.CLDT-C 型材料力学多功能实验台2.DH-3818型静态电阻应变仪3.矩形截面梁实验装置一套（205E GPa =）4.游标卡尺三、实验原理在纯弯曲段，见图2-1，梁横截面上任一点的正应力计算公式为zMyI σ=式中：M 为弯矩；z I 为横截面对中性轴z 的惯性矩；y 为所求应力点至中性轴的距离。
2PaM =312z bh I =图2-1为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁的侧面不同高度，平行于轴线贴有5片电阻应变片，如图2-2所示，其中3#片位于中性层处，2#、4#片分别距中性层上、下/4h 处，1#、5#片分别位于上、下表面。
此外，在梁的上表面沿横向粘贴0#应变片。
组桥方式：半桥单臂接法，如图2-3所示。
加载采用增量法，即每增加等量的载荷P ∆，测出各点的应变增量ε∆，然后分别取各点应变增量的平均值i ε∆均，依次求出各点的应力增量i σ∆实。
将实测应力值i σ∆实与理论应力值i σ∆理进行比较，以验证弯曲正应力公式。
i i E σε∆=∆均实i zMyI σ∆∆=理2PaM ∆∆=利用梁的上表面1#、0#应变片，可测定泊松比μ。
εμε∆=∆均0均1图2-2 布片方式补偿片C D BAU OIU 工作片2R R 14R R 3图2-3 组桥方式四、实验步骤1.测量矩形截面梁的宽度b 和高度h 、载荷作用点到梁支点距离a 及各应变片到中性层的距离y 。
2.拟定加载方案，见表1。
3.按照组桥方式，将应变片和力传感器接入桥路，并连接好应变仪的电源线。
4.设置力传感器的灵敏系数，并平衡各通道。
5.按照加载方案进行加载测试，记录实验数据。
加载时应缓慢均匀地进行。
实验至少重复两次，如果数据稳定，即可结束。
实验五----纯弯曲梁正应力实验
实验五 纯弯曲梁正应力实验一、试验目的1、熟悉电测法的基本原理。
2、进一步学会静态电阻应变仪的使用。
3、用电测法测定钢梁纯弯曲时危险截面沿高度分布各点的应力值。
二、试验装置1、材料力学多功能实验装置2、CM-1C 型静态数字应变仪三、试验原理本试验装置采用低碳钢矩形截面梁，为防止生锈将钢梁进行电镀。
矩形截面钢梁架在两支座上，加载荷时，钢梁中段产生纯弯曲变形最大，是此钢梁最危险的截面。
为了解中段危险截面纯弯曲梁应力沿高度方向分布情况，采用电测法测出加载时钢梁表面沿高度方向的应变情况，再由σ实=E ε实得到应力的大小。
试验前在钢梁上粘贴5片应变片见图5—1，各应变片的间距为4h，即把钢梁4等分。
在钢梁最外侧不受力处粘贴一片R 6作为温度补偿片。
图5—1 试验装置示意图对于纯弯曲梁，假设纵向纤维仅受单向拉伸或压缩，因此在起正应力不超过比例极限时，可根据虎克定律进行计算：σ实=E ε实E 为刚梁的弹性模量，ε实是通过电测法用电阻应变仪测得的应变值。
四、电测法基本原理1、电阻应变法工作原理电测法即电阻应变测试方法是根据应变应力关系，确定构件表面应力状态的一种实验应力分析法。
将应变片紧紧粘贴在被测构件上，连接导线接到电桥接线端子上 当构件受力 构件产生应变 应变片电阻值随之变化 应变仪内部的惠斯登电桥将电阻值的变化转变成正比的电压信号电阻应变仪内部的放大、相敏、检波电路转换显示器读出应变量。
2、电阻应变片1）电阻应变片的组成由敏感栅、引线、基底、盖层和粘结剂组成，其构造简图如图5—2所示。
敏感栅能把构件表面的应变转换为电阻相对变化。
由于它非常敏感，故称为敏感栅。
它用厚度为0.002~0.005mm的铜合金或铬合金的金属箔，采用刻图、制版、光刻及腐蚀等工艺过程制成，简称箔式应变。
它粘贴牢固、散热性能好、疲劳寿命长，并能较好的反映构件表面的变形，使测量精度较高。
在各测量领域得到广泛的应用。
图5—2 电阻应变片构造简图2）电阻应变片种类电阻应变片按敏感栅的结构形状可分为：单轴应变片：单轴应变片一般是指具有一个敏感栅的应变片。
实验四 纯弯曲梁正应力实验参考资料
74实验四 纯弯曲梁正应力实验一、实验目的1、测定矩形截面梁在纯弯曲时的正应力分布规律，并验证弯曲正应力公式的正确性；2、学习多点静态应变测量方法。
二、仪器设备1、纯弯曲梁实验装置；2、YD-88型数字式电阻应变仪；3、游标卡尺。
三、试件制备与实验装置1、试件制备本实验采用金属材料矩形截面梁为实验对象。
为了测量梁横截面上正应力的大小和它沿梁高度的分布规律，在梁的纯弯段某一截面处，中性轴和以其为对称轴的上下1/4点、梁顶、梁底等5个测点沿高度方向均匀粘贴了五片轴向的应变计（如图4-4-1），梁弯曲后，其纵向应变可通过应变仪测定。
图4-4-12、实验装置如图4-4-2和图4-4-3所示，将矩形截面梁安装在纯弯曲梁实验装置上，逆时针转动实验装置前端的加载手轮，梁即产生弯曲变形。
从梁的内力图可以发现：梁的CD 段承受的剪力为0，弯矩为一常数，处于“纯弯曲”状态，且弯矩值M=21P •a ，弯曲正应力公式 σ=z yI ⋅M可变换为σ=y az⋅P ⋅I 2图4-4-2图4-4-37576四、实验原理实验时，通过转动手轮给梁施加载荷，各测点的应变值可由数字式电阻应变仪测量。
根据单向胡克定律即可求得σi 实=E ·εi 实(i=1,2,3,6,7)为了验证弯曲正应力公式σ=z y I ⋅M 或σ=y az⋅P ⋅I 2的正确性，首先要验证两个线性关系，即σ∝y 和σ∝P 是否成立:1、检查每级载荷下实测的应力分布曲线，如果正应力沿梁截面高度的分布是呈直线的，则说明σ∝y 成立；2、由于实验采用增量法加载，且载荷按等量逐级增加。
因此，每增加一级载荷，测量各测点相应的应变一次，并计算其应变增量，如果各测点的应变增量也大致相等，则说明σ∝P 成立。
最后，将实测值与理论值相比较，进一步可验证公式的正确性。
五、实验步骤1、试件准备用游标卡尺测量梁的截面尺寸（一般由实验室老师预先完成），记录其数值大小；将梁正确地放置在实验架上，保证其受力仅发生平面弯曲，注意将传感器下部的加力压杆对准加力点的缺口，然后打开实验架上测力仪背面的电源开关；2、应变仪的准备 a.测量电桥连接：图4-4-4如图4-4-4，为了简化测量电桥的连接，将梁上5个测点的应变计引出导线各取出其中一根并联成一根总的引出导线，并以不同于其他引出导线的颜色区别，所以，测量导线由原来的10根缩减为6根，连接测量电桥时，将颜色相同的具有编号1、2、3、6、7的五根线分别连接在仪器后面板上五个不同通道的A号接线孔内，并将具有特殊颜色的总引出导线连接在仪器后面板上的“公共补偿片BC”位置的B号接线孔内。
纯弯曲梁正应力电测实验指导书
纯弯曲正应力电测实验指导书一．实验作用和目的1．用电测法测定矩形截面简支梁受纯弯曲时横截面上弯曲正应力的大小及其、分布规律，并与理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式正确性。
2．熟悉电测实验的基本原理和操作方法，掌握该方法在工程中的应用。
二．实验内容梁受纯弯曲时的正应力计算公式为：y I M Z=σ 式中 M —作用在横截面上的弯矩；I z —横截面对其中性轴Z 的惯性矩；y 一由欲求应力点到中性轴的距离。
本实验采用矩形截面直梁(或铝合金制成的箱形截面直梁)，实验装置如图1（a ）、图1(b)所示。
施加的砝码重量通过杠杆以一定比例作用于附梁。
通过两个挂杆作用于梁上C 、D 处的载荷各为F /2。
由该梁的内力图可知CD 段上的剪力Q F 等于零，弯矩M =F .a /2。
因此梁上CD 段处于纯弯曲状态。
图1纯弯曲正应力试验台1-试验机活动台；2-支座；3-试样；4-试验机压头；5-加力梁；6-电阻应变片在CD 段内任选的一个截面上，距中性层不同高度处，沿着平行于梁的轴线方向，等距离地粘贴七个电阻应变片，每片相距h /6，在梁不受载荷的自由端贴上温度补偿片。
试验时，采用半桥接法将各测点的工作应变片和温度补偿应变片连接在应变电桥的相邻桥臂上，按照电阻应变仪的操作规程将电桥预调平衡，加载后即可从电阻应变仪上读出实ε。
由于纤维之间不相互挤压，故可根据虎克定律求出弯曲正应力的实验值 实实εσ⋅=E a (1)式中E — 梁所用材料的弹性模量。
本实验采用“增量法”加载，每次增加等量的载荷F ∆并相应地测定各点的应变增量实ε∆。
取应变增量的平均值实ε∆，依次求出各点应力增量实σ∆。
实实εσ∆⋅=∆E (2)将实σ∆实值与理论公式算出的应力增量ZI y ⋅∆=∆M 理σ (3) 进行比较，计算出截面上各测点的应力增量实验值与理论值的误差。
其计算公式为%100⨯∆∆-∆=理实理σσση (4)以验证弯曲正应力公式的正确性。
梁的纯弯曲正应力实验
四、试验步骤
1.测量矩形截面梁的各个尺寸，预热电阻应变仪和载荷显示仪。 测量矩形截面梁的各个尺寸，预热电阻应变仪和载荷显示仪。 测量矩形截面梁的各个尺寸 2.将各种仪器连接好，各应变片按半桥接法接到电阻应变仪的所 将各种仪器连接好， 将各种仪器连接好 选通道上。 选通道上。 3.逐一调节各通道的电桥平衡。 逐一调节各通道的电桥平衡。 逐一调节各通道的电桥平衡 4.摇动多用电测实验台的加载机构，采用等量逐级加载（可取） 摇动多用电测实验台的加载机构，采用等量逐级加载（可取） 摇动多用电测实验台的加载机构 每增加一级载荷，分别读出各电阻应变片的应变值。 ，每增加一级载荷，分别读出各电阻应变片的应变值。 5.记录实验数据。 记录实验数据。 记录实验数据 6.整理仪器，结束实验。 整理仪器，结束实验。 整理仪器
电阻丝(丝栅) 电阻丝(丝栅) 引出线 F
l l+∆l ∆
基底
应变片 F
∆R= K ∆l = Kε R l
K——电阻应变片的灵敏度系数 电阻应变片的灵敏度系数
梁的纯弯曲正应力实验
3、电阻应变仪 、 应变测量原理： 应变测量原理： 利用电桥平衡测量电阻改变， 利用电桥平衡测量电阻改变， 从而进一步得到应变。 从而进一步得到应变。
梁的纯弯曲正应力实验
三、试验原理 1．结构示意图及理论值计算 ．
b h y FQ F/2 z a F/2 + − F/2 Fa/2 M + F m m F/2 a m—m截面 m—m截面： 截面：
FQ =0 M=C(常数) ——纯弯曲 纯弯曲
M• y σ理= Iz
梁的纯弯曲正应力实验
2、电阻应变片 、 应变片：将力学量(应变)转换为电量(电阻) 应变片：将力学量(应变)转换为电量(电阻)的传感器 电阻应变片种类：丝式(绕线式)、箔式、半导体式 电阻应变片种类：丝式(绕线式) 箔式、 由试验发现： 由试验发现：
纯弯曲梁的正应力电测实验
纯弯曲梁的正应力电测实验一、实验目的1．用电测法测量单一材料的矩形截面梁在纯弯曲状态时其横截面上正应力的大小及分布规律，并与理论计算值比较，从而验证梁的弯曲正应力理论公式。
2．初步掌握电测法原理和静态电阻应变仪的使用方法。
二、实验装置和仪器1．纯弯曲实验装置本实验采用低碳钢或中碳钢制成的矩形截面梁，测试其正应力分布规律的实验装置如图20（a）所示，所加的砝码重量通过杠杆以一定的放大比例作用于加载辅梁的中央，设作用于辅梁中央的载荷为F，由于载荷对称，支承条件对称，则通过两个挂杆作用于待测梁上C、D处的载荷各为F/2。
由待测梁的内力图可知CD段上的剪力Q=0，弯矩为一常量M=2aF ，即梁的CD段处于纯弯曲状态。
图20 弯曲正应力实验装置及试样贴片位置图2．静态电阻应变仪3．游标卡尺、钢直尺三、实验原理由于矩形截面梁的CD段处于纯弯曲状态，当梁发生变形其横截面保持平面的假设成立，又可将梁视作由一层一层的纵向纤维叠合而成且假设纵向纤维间无挤压作用，此时纯弯曲梁上的各点处于单向应力状态，且弯曲正应力的方向平行于梁的轴线方向，所以若要测量纯弯曲状态下梁的横截面上的正应力的分布规律，可在梁的CD段任一截面上沿不同高度处平行于梁的轴线方向布设若干枚电阻应变计，为简便计算，本实验的布片方案如图20（b）所示，一枚布设在梁的中性层上，其余四枚分别布设在距中性层h/4或h/2处（h 为梁矩形截面的高度），此外还布设了一枚温度补偿片。
当梁受载后，电阻应变计随梁的弯曲变形而产生伸长或缩短，使自身的电阻改变。
通过力学量的电测法原理，利用电阻应变仪即可测出梁横截面上各测点的应变值ε实。
由于本实验梁的变形控制在线弹性范围内，所以依据单向虎克定律即可求解相应各测点的应力值，即σ实=E ·ε实，E 为梁材料的弹性模量。
实验采用“等增量法”加载，即每增加等量的载荷ΔF ，测定一次各点相应的应变增量Δε实，并观察各点应变增量的线性程度。
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b
h 实验四 矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验
一、实验名称
矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验 二、实验目的
1．学习使用电阻应变仪，初步掌握电测方法；
2．测定矩形截面梁纯弯曲时的正应力分布规律，并与理论公式计算结果进行比较，验证弯曲正应力计算公式的正确性。
三、实验设备
1．WSG －80型纯弯曲正应力试验台 2．静态电阻应变仪 四、主要技术指标 1．矩形截面梁试样
图1 试样受力情况
材料：20号钢，E=208×109Pa ； 跨度：L=600mm ，a=200mm ，L 1=200mm ； 横截面尺寸：高度h=28mm ，宽度b=10mm 。
2．载荷增量
载荷增量ΔF=200N （砝码四级加载，每个砝码重10N 采用1：20杠杆比放大），砝码托作为初载荷，F 0=26 N 。
3．精度
满足教学实验要求，误差一般在5%左右。
五、实验原理
如图1所示，CD 段为纯弯曲段，其弯矩为Fa 2
1
M =
，则m 6N .2M 0•=，m 20N M •=∆。
根据弯曲理论，梁横截面上各点的正应力增量为：
z
I My ∆=∆理
σ （1）
式中：y 为点到中性轴的距离；Iz 为横截面对中性轴z 的惯性矩，对于矩形截面
12
bh I 3
z = （2）
由于CD 段是纯弯曲的，纵向各纤维间不挤压，只产生伸长或缩短，所以各点均为单向应力状态。
只要测出各点沿纵向的应变增量ε∆，即可按胡克定律计算出实际的正应力增量实σ∆。
ε
σ∆=∆E 实 （3）
在CD 段任取一截面，沿不同高度贴五片应变片。
1片、5片距中性轴z 的距离为h/2，2片、4片距中性轴z 的距离为h/4，3片就贴在中性轴的位置上。
测出各点的应变后，即可按（3）式计算出实际的正应力增量实σ∆，并画出正应力实σ∆沿截面高度的分布规律图，从而可与（1）式计算出的正应力理论值
理σ∆进行比较。
六、实验步骤及注意事项 1．开电源，使应变仪预热。
2．在CD 段的大致中间截面处贴五片应变片与轴线平行，各片相距h/4，作为工作片；另在一块与试样相同的材料上贴一片补偿片，放到试样被测截面附近。
应变片要采用窄而长的较好，贴片时可把试样取下，贴好片，焊好固定导线，再小心装上。
3．调动蝶形螺母，使杠杆尾端翘起一些。
4．把工作片和补偿片用导线接到预调平衡箱的相应接线柱上，将预调平衡箱与应变仪联接，接通电源，调平应变仪。
5．先挂砝码托，再分四次加砝码，记下每次应变仪测出的各点读数。
注意加砝码时要缓慢放手。
6．取四次测量的平均增量值作为测量的平均应变，代入（3）式计算可得各点的
弯曲正应力，并画出测量的正应力分布图。
7．加载过程中，要注意检查各传力零件是否受到卡、别等，受卡、别等应卸载调整。
8．实验完毕将载荷卸为零，工具复原，经指导老师检查方可关闭应变仪电源。
七、数据处理
1．计算弯曲梁截面各点处的理论正应力增量 （1）记录测点的位置
12
bh I 3
z =
（3）根据公式直接计算各点的理论正应力增量
z
I My ∆=∆理
σ
（1）各测点原始数据记录
（2）各测点应变增量的计算
（3）各测点实际正应力增量的计算
ε
σ∆=∆E 实
3．计算各测点理论与实际正应力的误差e
%100e ⨯∆∆-∆=理
实理σσσ
八、实验作业
1．说明矩形梁纯弯曲正应力电测实验的原理、实验步骤及注意事项等； 2．分别计算各测点的理论和实际弯曲正应力增量，验证弯曲正应力公式的正确性；
3．绘制弯曲正应力沿截面高度的分布规律图。