弯扭组合变形的主应力测定
扭弯组合变形主应力和内力测定的电测法(教学挂图)
σ1 =
（3）
2、弯矩 M 测定（见图（C） ） ： 在图（C）贴片情况下，由弯矩引起 X 方向的应变为 ε b 及ε b ' ，故利用图 (e)半桥接法可得加载时应变仪读数
ε r = ε b − ε b = 2ε b （温度影响要否考虑？）
'
同时
σ=
M = Eε b W
故可得实测弯矩 M = Eε b ⋅ W =Biblioteka (D 4 − d 4 ) 。
1、以砝码盘加力杆自重作为初载荷 F0 ，试验分五级加载，每次加一块
（1Kgf）砝码，至少重复加载二次，记录每次载荷下的应变，以观察应 变是否按线性变化，最后用最大应变值计算 ε 1 、 ε 3 、α 01 、σ 1 、σ 3 、M、
T。并和 σ 1理 、 M 理 、 T理 比较。 2、书上 P.89 思考题 4,写进报告。 3、实验表格参考网上下载。
扭弯组合变形主应力和内力测定的电测法（教学挂图）
一、实验目的： 1、测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力。 2、测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。 二、实验装置，贴片及试验原理图
1、主应力测定： 在组合变形条件下,测定测点任意三个方向应变即可计算主应变，主方向 及主应力，如图（c）m 点的三个应变为 ε − 45o 、 ε 00 、 ε 450 。则 主应变
ε 1 ε − 45 + ε 45 2 ± (ε − 45 − ε 0 ) 2 + (ε 45 − ε 0 ) 2 = ε3 2 2
0 0 0 0 0 0
（1）
主方向
tan 2α 0 =
ε 45 − ε − 45 2ε 0 − ε − 45 − ε 45
0 0 0
弯扭组合变形主应力实验
实验五弯扭组合变形主应力实验一、实验目的1、用电测法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向；2、在弯扭组合作用下，分别测定由弯矩和扭矩产生的应力值；3、进一步熟悉电阻应变仪的使用，学会全桥法测应变的实验方法。
二、仪器设备1、弯扭组合变形实验装置；2、YD-2009型数字式电阻应变仪；三、试件制备与实验装置1、试件制备本实验采用合金铝制薄壁圆管作为测量对象。
为了测量圆管的应力大小和方向，在圆管某一截面的管顶B点、管底D点各粘贴了一个45º应变花（如图4-5-1），圆管发生弯扭组合变形后，其应变可通过应变仪测定。
图4-5-12、实验装置如图4-5-1所示，将薄壁圆管一端固定在弯扭组合变形实验装置上，逆时针转动实验架上的加载手轮，通过薄壁圆管另一端的钢丝束施加载荷，使圆管产生变形。
从薄壁圆管的内力图4-5-2可以发现：薄壁圆管除承受弯矩M作用之外，还受扭矩T的作用，圆管处于“组合变形”状态，且弯矩M=P•L，扭矩T= P•a图4-5-2 内力图图 4-5-3 单元体图四、实验原理1、主应力大小和方向的测定如图4-5-3，若测得圆管管顶B 点的-45º、0º、45º三个方向（产生拉应变方向为45º，产生压应变的方向为-45º，轴向为0º）的线应变为ε-45º、ε0º、ε45º。
由《材料力学》公式αγαεεεεεα2sin 212cos 22xy -++=-yx yx 可得到关于εx 、εy 、γxy 的线形方程组()[]()[]452sin 21452cos 22xy45-⨯--⨯++=--γεεεεεyx yx220y x yx εεεεε-++=()()452sin 21452cos 22xy 45⨯-⨯++=-γεεεεεyx y x联立求解以上三式得εx =ε0ºεy =ε-45º+ε45º-ε0ºγxy =ε-45º-ε45º则主应变为εγεεεεε2xy 22,1222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛±+=-y x yx yxy xεεγα--=02tg 由广义胡克定律()21211μεεμσ+-E=()12221μεεμσ+-E=得到圆管的管顶A 点主应力的大小和方向计算公式()()()()()24524545452,1012212----+++E ±-E =εεεεμμεεσ454504545022tg -----=εεεεεα2、弯矩产生的应力大小测定分析可知，圆管虽为弯扭组合变形，但管顶B 和管底D 两点沿x 轴方向的应变计只能测试因弯矩引起的线应变，且两者等值反向。
应变花测定主应力实验(弯扭组合)
实验十一 应变花测定主应力实验（弯扭组合变形实验）一、实验目的1.掌握应变花测定主应力的方法。
二、实验原理圆筒上面A （或下面B ）点横截面上的应力为 Z W M ∆=∆理σ tW M∆=∆理τ 则可计算该点的主应力大小和方向。
图3-9三、试件及有关数据弯曲力臂=2L 230mm 扭转力臂=1L 230mm 外径=D 40.50mm 内径 d=38.00mm壁厚=δ 1.25mm 弹性模量=E 210GPa 泊松比=μ0.28 放大比为1﹕6四、实验数据处理F ∆=80 N=∆M 18.4N m ⋅=∆T18.4N m ⋅)1(3243απ-=D W Z = 631.4710m -⨯632 2.9410t z W W m -==⨯12.52zMMPa W σ∆∆==理 6.26tTMPa W τ∆∆== 则该点的主应力大小和主方向的理论值为122315.116.268.85 2.5922MPa σσστ⎧∆∆∆=±+∆=±=⎨-⎩（）2tan 2τασ-∆=-=∆12.52112.52= 0022.5α=注：该点应变花的三片应变片为451-=εε，02εε=，453εε=或456-=εε，05εε=，454εε=或接成半桥互为补偿时，︒-45、︒0、︒45三个方向分别对应为1和4，2和5，3和6的三个接桥的线应变方向。
的则其主应力和主方向的测试值为=-+-+±-+=∆--20452045454513)()()1(22)1(2)(εεεεμμεεσEE {15.72210(61.516.5) 6.569.16 2.62(10.28)-=±=-- 04545045452262.561.516.5tan 2 1.02561.516.5εεεαεε----⨯-+===-+ 0022.9α=相对误差 =1η =2η =3η。
实验四 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定
实验四薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验内容：构件在弯扭组合作用下，根据强度理论,其强度条件就是。
计算当量应力，首先要确定主应力,而主应力得方向就是未知得，所以不能直接测量主应力.通过测定三个不同方向得应变,计算主应变,最后计算出主应力得大小与方向.本实验测定应变得三个方向分别就是-45°、0°与45°.实验目得与要求:１、用电法测定平面应力状态下一点得主应力得大小与方向2、进一步熟悉电阻应变仪得使用,学会1/4桥法测应变得实验方法设计思路：为了测量圆管得应力大小与方向，在圆管某一截面得管顶Ｂ点、管底D点各粘贴一个４５°应变花,测得圆管顶B点得-45°、0°与４5°三个方向得线应变、、.应变花得粘贴示意图实验装置示意图关键技术分析：由材料力学公式：得从以上三式解得主应变根据广义胡克定律1、实验得主应力大小__________________ 122 4545450450 2()2()() 2(1)2(1)E Eσεεεεεεσμμ--+⎫=±-+-⎬-+⎭实实方向2、理论计算主应力３、误差实验过程１、测量试件尺寸、力臂长度与测点距力臂得距离,确定试件有关参数.附表1 2、拟定加载方案。
先选取适当得初载荷P 0（一般取P ｏ=lO ％P ｍax 左右)。
估算P max （该实验载荷范围P max 〈４00N),分４～6级加载。
３。
根据加载方案，调整好实验加载装置。
4.加载.均匀缓慢加载至初载荷P o ,记下各点应变得初始读数；然后分级等增量加载,每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片得应变值，直到最终载荷。
实验至少重复两次。
５.作完试验后,卸掉载荷,关闭电源，整理好所用仪器设备,清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
6、实验装置中，圆筒得管壁很薄，为避免损坏装置,注意切勿超载，不能用力扳动圆筒得自由端与力臂。
弯扭组合变形主应力的测定
M －弯矩 M = PL
WZ －抗弯截面系数
2、τ n
=
Mn Wn
( ) WZ
=
π
D4 − d4 32D
M n －扭矩 M n = Pa
Wn －抗扭截面系数
( ) Wn
=
π
D4 − d4 16D
单元体图如下：
y
τn
X筒
σx
σ3 τn σ1 3
4
2 σ1
1
σ3
τn σx
τn
3、理论值计算公式：
主应力公式：
实验七 弯扭组合变形主应力的测定
一、实验目的
1、掌握多点静态应变测量技术。 2、测定平面应力状态下主应力的大小和方向，并与理论值进行比较。
二、实验仪器、设备和工具
1、组合实验台弯扭组合实验装置。 2、静态电阻应变仪。 3、游标卡尺、钢板尺。
三、实验原理
试件为一空心薄壁圆筒，它受弯矩和扭矩的作用，弯扭组合变形属于二向应 力状态
a
应变花 L
C1
φD φd
P
X筒
C2
R0 0 R 450
R90 0
在 C1－C2 面上的分别贴有直角应变花。
在 C 点单元体上作用有由弯矩引起的正应力σ x ，由扭矩引起的剪应力τ n ，主应
力是一对拉应力σ1 和一对压应力σ 3 ，单元体上的正应力σ x 和剪应力τ n 可按下
式计算
1、σ x
=
M WZ
=
−
2τ n σx
2、实验值和理论值比较 C1 或 C2 点主应力和方向
比较内容
实验值
σ3
=
σx 2
−
⎜⎛ σ
x
「弯扭组合应力的测定」
弯扭组合应力的测定（一)实验目的通过计算和测定圆管某一截面危险点的主应力大小和方向，计算和测定弯矩和扭矩,学会对复杂变形进行分析测量的方法，加深对所学知识的理解。
（二)实验仪器1.弯扭组合试验台(图3-7.１a ） ２．ＹJ-28P １0Ｒ数字电阻应变仪 (三)实验原理图3-７.1１.确定危险点圆管的上面是m ,下面是m ’,内侧是n ,外侧是n ’。
先用内外侧两点比较应力大小,外侧是扭矩和剪力产生的应力差，而内侧是扭矩和剪力产生的应力和，所以确定内侧比外侧的应力大。
再用上下两点比较,上下两点都有扭矩和弯矩产生的应力,只是，一个是拉应力，一个是压应力。
铸铝圆管抗压不抗拉，这两点比较，上面危险。
上面和内侧比较,因为弯矩比剪力产生的应力大，因此危险点就确定在ｍ点。
2.确定主应力和主方向弯扭组合下,圆管的m 点处于平面应力状态（图3-7.1ｂ）。
对线弹性各向同性材料,主应变21,εε和主应力方向一致，由广义虎克定律可以得到主应力。
）（21211Eεμεμσ+-= ）（12221Eεμεμσ+-=实测时，选定m 点,在m 点贴一个ａ、b 、c 三向应变花（图3-7．2）,选定x 轴如图所示,则a 、b 、c 三向应变花的α角分别为-4５0、00、45０,用外补偿片R 与工作片R ０°，R 45°,R－4５°，组成半桥,测出ε０°ε45°，ε-45°应变。
将它们代入公式，得20452045454521222）（）（εεεεεεεε-+-±+=-- 把21,εε代入广义虎克定律公式，便可以确定m 点的主应力,为）（21211Eμεεμσ+-= ）（12221Eμεεμσ+-=两个互相垂直的主方向,可以由下式确定4545045452tan2εεεεεα---=-- ３.测定弯矩在靠近固定端的上表面m 点上贴一个三向应变花,圆管在轴向只有因弯曲引起的拉伸和压缩应变，且两者数值相等符号相反。
实验四 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定知识讲解
实验四薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验四 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验内容：构件在弯扭组合作用下，根据强度理论，其强度条件是[]r σσ≤。
计算当量应力r σ，首先要确定主应力，而主应力的方向是未知的，所以不能直接测量主应力。
通过测定三个不同方向的应变，计算主应变，最后计算出主应力的大小和方向。
本实验测定应变的三个方向分别是-45°、0°和45°。
实验目的与要求：1、用电法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向2、进一步熟悉电阻应变仪的使用，学会1/4桥法测应变的实验方法 设计思路：为了测量圆管的应力大小和方向，在圆管某一截面的管顶B 点、管底D 点各粘贴一个45°应变花，测得圆管顶B 点的-45°、0°和45°三个方向的线应变45ε-、0ε、45ε。
应变花的粘贴示意图 实验装置示意图关键技术分析： 由材料力学公式： 得从以上三式解得主应变根据广义胡克定律1、实验得主应力大小__________________12245454504502()2()()2(1)2(1)E Eσεεεεεεσμμ--+⎫=±-+-⎬-+⎭实实方向_______________04545045452()/(2)tgαεεεεε--=+--实2、理论计算主应力3、误差实验过程1.测量试件尺寸、力臂长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。
附表12.拟定加载方案。
先选取适当的初载荷P0(一般取P o=lO％P max左右)。
估算P max(该实验载荷范围P max<400N)，分4～6级加载。
3．根据加载方案，调整好实验加载装置。
4．加载。
均匀缓慢加载至初载荷P o，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。
实验至少重复两次。
5．作完试验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
弯扭组合变形主应力的测定
弯扭组合变形主应力的测定弯扭组合变形是工程结构中常见的一种变形形式，它所引起的主应力分布情况对结构的强度和稳定性影响很大。
因此，对弯扭组合变形的主应力进行优化设计和分析是十分重要的。
本文将介绍弯扭组合变形主应力的测定方法。
弯扭组合变形的主应力分布对于一个扭曲杆件的弯扭组合变形，其主应力状态可以分为三种情况：剪应力状态、纯弯曲状态和扭转状态。
这三种状态的主应力分布情况如下图所示：由图中可以看出，对于弯扭组合变形的主应力分布情况，需要考虑不同状态之间的相互影响，同时也需要考虑结构内部的应力集中等问题。
弯扭组合变形主应力的测定方法1、应力分解法对于弯扭组合变形的主应力，可以采用应力分解法进行求解。
实际上，通过应力分解法的求解过程，可以将复杂的弯扭组合变形问题简化为若干个独立的单应力问题。
在求解的过程中，需要根据不同的应力状态进行不同的处理。
具体方法如下：（1）剪应力状态：在剪应力状态下，主应力的计算可以通过应力平衡方程进行求解，即：σMx + τxy = 0其中，σMx表示沿x轴方向的主应力；σMy表示沿y轴方向的主应力；τxy和τyx 分别表示剪应力。
σMxy = My×y/Ix其中，Myx和Mxy分别表示沿x和y轴方向的弯矩；x和y分别表示距离中心轴的距离；Ix和Iy分别表示截面面积的惯性矩。
其中，Tx和Ty分别表示扭矩；Qxy和Qyx分别表示截面积的扭转常数。
2、应变测试法应变测试法是一种常用的测定弯扭组合变形主应力的方法。
在实际测量中，可以选取若干个位置进行应变测试，然后通过应变分布的情况计算主应力。
一般来说，通过选取3-4个测试点即可得到比较准确的主应力数据。
若测试点较多，可以采用工程优化软件等工具进行数据处理和分析。
总结弯扭组合变形的主应力是工程结构设计和分析中非常重要的一项指标。
对于此类问题的求解，可以采用应力分解法或应变测试法进行。
在实际应用中，需要根据具体的情况进行选择。
此外，在计算中还需要考虑应力集中等问题，以保障结构的稳定性和安全性。
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一、实验目的1、测定薄壁圆管表面上一点的主应力的大小及方向。
2、验证弯扭组合变形理论公式。
3、通过现场对试验数据的分析，判断实验数据的准确性，加深对弯扭组合变形的理解。
二、实验设备1、微机控制电子万能试验机。
2、静态电阻应变仪。
三、实验原理1、薄壁圆管弯扭组和变形受力简图，如图1所示图1：薄壁圆管弯扭组和变形受力简图2、由试验确定主应力大小和方向由应力状态分析可知，薄壁圆管表面上各点均处于平面应力状态。
若在被测位置想x,y 平面内，沿x,y 方向的线应变x ε，y ε剪应力为xy γ，根据应变分析可知，该点任一方向a 的线应变的计算公式为aa xy yx yx a 2sin 212cos 22γεεεεε--++=由此得到的主应变和主方向分别为223,1)21()2(2xy yx yx γεεεεε+-±+=yx xya εεγ--=02tan对于各向同性材料，主应变1ε，3ε和主应力1σ，3σ方向一致，主应力的大小可由各向同性材料的广义胡克定律求得：μεεμμεεμσ（1）式中，E 、μ分别为材料的弹性模量和泊松比。
在主应力无法估计时，应力测量主要采用电阻应变花，应变化是把几个敏感栅制成特殊夹角形式，组合在同一基片上。
常用的应变花有450、600、900和1200等。
本实验采用的是45o 直角应变花，在A 、B 、C 、D 四点上各贴一片，分别沿着-450、00、450如图所示。
根据所测得的应变分别为00ε、045ε及090ε，由下式计算出主应变1ε，3ε的大小和方向：00εε=x 00004545εεεε-+=-y 004545εεγ-=-xy2045204545453,100000222）（）（εεεεεεε-+-±+=-- （2）454504545022an εεεεεα---=--t⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--±++-=--24502045454523,100000021)(211）（）（εεεεμεεμμσE3、理论计算主应力大小及方向 由材料力学公式)(3244d D PLD W M z -==πσ )(1644d D PaDW M pn n -==πτ223122n τσσσσ+±=⎭⎬⎫）（σταn22tan 0-=可以计算出各截面上各点主应力大小及方向的理论值，然后与实测值进行比较。
四、实验步骤1、试件准备。
测量试件尺寸，加长臂的长度和测点距力臂的距离，按加载要求撞到微机控制万能试验机上。
2、接通应变仪电源，将薄壁圆管上所测各点的应变片和温度补偿片按半桥接线法接通应变仪，并调整好所用仪器设备。
3、试验加载。
根据薄壁圆管尺寸及许用应力，确定最大载荷P max 和载荷增量ΔP ，拟定电子万能试验机方案，本实验以力控制，初载荷P 0=0kN,加载速度为10N/S ，每增加ΔP=200N ，保载20s ，依次记录各点相应的应变值，最大载荷为P max =1.2kN 。
4、完成全部试验后，卸除荷载，关闭仪器设备电源。
整理实验现场。
五、实验数据记录与处理1、数据记录应变片布置及对应通道布置位置表1：应变仪测量数据测点号ABC D -45000. 450 -450 00. 450 -450 00. 450 -450 00. 450 通道号 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 20 200N -74 -19 0 -45 -6 42 -8 16 36 -24 -2 15 300N -109 -71 0 -63 -6 62 -11 58 53 -30 -2 21 400N -142 -130 2 -82 -6 81 -14 87 70 -39 -5 27 500N -176 -185 5 -100 -8 99 -18 139 87 -47 -7 31 600N-208-22610-120 -9 117 -21168104 -55-837 ___ε∆-33.5 -51.75 2.5 -18.75-0.7518.75-3.5 27.5 17-7.75 -1.55.5D=42mm ， d=36mm ， L=300mm ， a=192mm2、数据整理A 点：24444/962.8)3642(3242300100)(32mm N d D PLD W M z=-⨯⨯=-∆==ππσ4444)3642(16)(16d D W pn --=+±=⎭⎬⎫2231)2(2n τσσσσ⎩⎨⎧-809.9847.0, 643.022tan 0=-=σταn B 点：244/0)(32mm N d D PLDW M z=-∆==πσ 24444/883.2)3642(1642192100)(16mm N d D PaD W M pn n =-⨯⨯=-∆==ππτ =+±=⎭⎬⎫2231)2(2n τσσσσ⎩⎨⎧-883.2883.2, --=-=σταn 22tan 0C 点：24444/962.8)3642(3242300100)(32mm N d D PLD W M z=-⨯⨯=-∆==ππσ 24444/883.2)3642(1642192100)(16mm N d D PaD W M pn n =-⨯⨯=-∆==ππτ =+±=⎭⎬⎫2231)2(2nτσσσσ⎩⎨⎧-847.0809.9, 643.022tan 0-=-=σταnD 点：244/0)(32mm N d D PLDW M z=-∆==πσ4444)3642(16)(16d D W pn --=+±=⎭⎬⎫2231)2(2nτσσσσ⎩⎨⎧-883.2883.2, --=-=σταn 22tan 0 表2：理论值计算结果用以上应变值差值的平均值计算如下： A 点：])-()-(21)(21[124520454545231。
εεεεμεεμμσσ∆∆+∆∆-±∆+∆+-=⎭⎬⎫--E =])75.515.2()75.515.33(228.01)5.25.33(228.01[28.011000/200222+++--±+-+- =⎩⎨⎧-62.1002.2 N/mm 2 497.05.25.33)75.51(25.335.2--2-2tan 4545-045-450-=-+-⨯+=∆∆∆∆∆=。
εεεεεαB 点：])-()-(21)(21[124520454545231。
εεεεμεεμμσσ∆∆+∆∆-±∆+∆+-=⎭⎬⎫--E =])75.075.18()75.075.18(228.01)75.1875.18(228.01[28.011000/200222+++--±+-+- =⎩⎨⎧-93.293.2 N/mm 2 --=-++=∆∆∆∆∆=75.1875.18075.1875.18--2-2tan 4545-045-450。
εεεεεαC 点：])-()-(21)(21[1204520454545231。
εεεεμεεμμσσ∆∆+∆∆-±∆+∆+-=⎭⎬⎫--E =])5.2717()5.275.3(228.01)175.3(228.01[28.011000/200222-+---±+-+- =⎩⎨⎧-742.1492.5 N/mm 2 735.0175.35.2725.317--2-2tan 4545-045-450=-+⨯+=∆∆∆∆∆=。
εεεεεαD 点：])-()-(21)(21[124520454545231。
εεεεμεεμμσσ∆∆+∆∆-±∆+∆+-=⎭⎬⎫--E =])5.15.5()5.175.7(228.01)5.575.7(228.01[28.011000/200222+++--±+-+-=⎩⎨⎧-3485.17235.0 N/mm 2 67.175.575.7)5.1(25.575.7--2-2tan 4545-045-450=-+-⨯--=∆∆∆∆∆=。
εεεεεα表3：实验值计算结果表4：理论值与实验值相对误差六、实验总结1、从表5-4可得，试验数据部分如B 点较为理想，但是总体而言相对误差偏大。
误差可能有一下几个原因：实验对应变花的粘贴有很高的要求，应变片角度和位置的偏差可能是导致误差的最主要原因，并且试验装置使用的时间较长，应变片不可避免的有疲劳损坏的情况。
实验中很难保证对装置进行对称加载，造成力大小的偏差；实验中人工操作误差等。
2、实验前要充分了解实验，明白实验原理，不能只是按照步骤进行试验，不能只为了完成任务，要有自我的思考，才能在试验过程中发现问题，解决问题，也才更可以有效的学习。