组 合 变 形 实 验材料力学实验报告

组合变形实验

一．实验目的：

1.学习组合变形情况下的应力测定方法。

2.熟悉应变仪全桥测量原理及接桥方法

3.对在弯扭组合受力状态下的薄壁圆管，分别测定其弯曲正应力和扭转剪应力，并与理论值比较。

二．实验设备：

多功能实验台、程控静态电阻应变仪、数字测力仪。

三．试验原理：

1）参阅材料力学、工程力学课程的教材及其他相关材料。

2）组合变形实验装置如图：

测试的试样为薄壁圆管，其长度为，一端固定在铸铁框架上，另一端通过扇形加力臂上的钢丝绳对薄壁圆管试样施加载荷。在钢丝绳与加载手柄之间连接一个力传感器，通过数字测力计把传感器的信号显示出来。在试样的上下边缘对称位置，粘贴互相垂直的鱼尾应变花2片，如图所示。当试样受到F 力作用时，薄壁圆管试样上的应变片均受到弯曲与扭转应变，即

。在比例极限内，应力与应变之间存在着正比关系，即σ=E ·ε通过测得

的应变值便可计算出该点的应力数值。

在理论课中已经学习了强度理论，也了解受弯扭组合变形的应力状态，因此也就可以分析出各应变片感受的应变关系，我们利用电桥输出特性，通过巧妙的全桥接桥方式，就可以只测出由扭矩产生的应变或由弯矩产生的应变，即ε

读

=4ε

弯

或ε

读

=4ε

扭

，

在测量由弯矩产生的应变时，根据应力状态理论可知

，所以对于由弯

矩产生的0o

方向的应变即为

，由虎克定律得到弯曲正应力

。 在测量由扭矩产生的应变时，取薄壁圆管试样上测点处单元体，如下图所示的应力状态

l W N εε±±04521εμ

ε⋅-=

o

45012

εμε-=

o

0εσ⋅=E

其中有：

，在比例极限内，近似地

同时

， 所以

故，由于，所以。

在弯扭组合变形实验中，使用的是互相垂直的鱼尾应变花，其贴片方向且与轴线成±450，

故α=45o

，则

， 即γR =2ε

45

o 。

由剪切虎克定律得到扭转剪应力

。

四．实验步骤

1.量取试样相关尺寸，加载力臂，

2.根据电测原理、电桥输出特性，通过讨论分析弯曲正应变和扭转剪应变的全桥接桥方式。

3.按照第二步分析的结果，将应变片接入应变仪。

4.打开电源开关，当程序结束后，用通道切换键，找到你所接入的通道，按下“自动平衡”键使应变仪通道清零。

5. 打开测力计电源开关，确定档位（SCLY-2数字测力计选20KN 档，XL2116A 测力仪选N 档）。在确认没有给薄壁圆管试样梁加力的情况下，按下“清零”键。

6.逐级加载，每增加0.1KN 记录一次应变仪的读数，载荷加至0.4KN 后，卸载。

7.在完成弯曲应变测量后，从第三步重复，测量扭转应变。

五．实验记录

1.试样及装置的相关数据：

内径d= 外径D= 弯矩力臂R W = 扭矩力臂R N = 弹性模量E= 泊松比μ=

2.实验记录：

R dy tg dx γ∆=

dx dy

R ∆=

γαcos dx

dl =

αsin dy dl ∆=∆α

αααα2sin 21cos sin cos sin dx dy

dx dy dx dy dl dl ∆=∆=∆=∆αγ2sin 21R dl dl =∆dl dl ∆=αεαγεα2sin 21⋅=R R

o

γε2

1

45=R G γτ⋅=

六．数据处理

七．实验结论

八．分析思考题

1.如果再给你2个电阻，2个温度补偿片，阻值均为R，你还可以采用什么接桥方式，来完成本次实验测量？请详细阐述其中一种方法？

2.对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？

九．实验报告要求

请在实验报告中阐述你设计的接桥方式，画出示意图，详细推导其原理。