弯扭组合变形实验
弯扭组合变形实验(内力素)
弯扭组合变形实验(内力素)变形实验是土木工程、机械结构与力学研究领域中应用广泛的手段之一，用以研究各类受力物体在外力作用下的内力及变形特性的变化。
在这项实验中，我们选取了一种特殊的变形实验，即弯曲扭组合变形实验(内力素)，介绍如下：一、实验目的弯曲扭组合变形实验(内力素)主要用于研究材料在弯曲及扭转时结构上产生的内力与变形情况。
此类实验可以观察材料的强度特性，如材料的刚度、断裂强度特性及扭曲强度特性等，同时也可以帮助我们掌握材料的断裂模式，对设计及使用有较大的指导作用。
二、实验环境弯曲扭组合变形实验(内力素)需要使用相应的设备，其中最重要的是“弯曲扭组合变形实验仪”。
该仪器利用驱动力中心支撑件可搭载一条杆件，将外力施加在杆件上，以此来观察杆件内部的变形及产生的内力。
一次弯曲扭组合变形实验需要对一定大小的杆件、材料板及驱动力中心支撑件等设备进行安装。
三、实验步骤1. 安装杆件：先将杆件安装在驱动力中心支撑件上，然后用螺栓从外部将杆件支撑件固定，使之不受外力影响。
2. 加载实验：将所需外力施加到杆件上，通过驱动力中心支撑件将外力施加到杆件上。
外力的施加通常由步进电机控制。
3. 观测变形：采用轴心变形测量装置或激光测量仪探头来监测杆件的变形情况及内力的变化特点。
4. 结果分析：将获得的现场数据导入计算机进行分析，从而获得杆件内力与变形规律。
四、安全注意1. 操作者必须掌握实验知识，熟悉实验环境和安全注意事项，以减少可能发生的错误。
2. 使用完试验仪器后，应将电源断开以及必要的安全保险，以防事故发生。
3. 实验前，应当将实验杆件清理干净，对弯曲扭组合变形实验仪检查确认无损坏。
4. 建议实验过程中应有多人在场进行指导，以确保操作人员安全。
弯曲扭组合变形实验(内力素)是一种重要的变形实验方法，既可以让我们更好理解材料特性，也可以帮助优化结构设计，是一种十分有用的实验方法。
但是，实验中也有一定的危险性，因此实验中应加强安全注意。
弯扭组合变形主应力的测定实验报告
弯扭组合变形主应力的测定是一种重要的实验方法，可以用于材料的力学性质和变形特性的研究。
以下是一份弯扭组合变形主应力的测定实验报告，供参考。
1. 实验目的通过弯扭组合变形实验，测定材料在三轴应力状态下的主应力大小和方向。
2. 实验原理弯扭组合变形是一种三轴应力状态下的变形方法。
它是将拉伸和剪切两种应力作用于材料上，使其产生弯曲和扭转的复合变形。
在弯扭组合变形中，主应力的大小和方向可通过计算与测量获得。
3. 实验装置和材料实验装置包括弯曲扭转试验机、电子称量仪、应变计等设备。
试验材料为直径为10mm、长度为50mm的圆柱形铝合金试样。
4. 实验步骤(1) 根据试验要求，调整试验机工况参数，如加载速度、加载次数等。
(2) 将试样装入试验机，并进行预紧力的加载。
(3) 开始弯曲扭转试验，记录下相应的载荷、位移、时间等数据。
(4) 在试验过程中，及时采集应变计的数据，并进行数据处理和分析。
5. 实验结果通过弯扭组合变形实验，得到了试样的应力-应变曲线和主应力大小和方向的测量结果。
试验结果表明，在三轴应力状态下，铝合金试样的主应力大小和方向与加工方向有关。
6. 结论弯扭组合变形主应力的测定实验结果表明，铝合金试样在三轴应力状态下的主应力大小和方向与其加工方向有关。
该方法可以用于材料的力学性质和变形特性的研究，并具有一定的应用价值。
7. 实验总结弯扭组合变形主应力的测定实验需要选用适当的试验装置和材料，并按照标准操作程序进行实验。
在数据处理和分析过程中，要注意准确性和可靠性。
该实验方法对于材料力学性质和变形特性的研究具有重要意义和应用价值。
薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验
图2
图3
图4
图5
1
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。由于本实验用的是 45 应变花，若测得应变ε-45、ε0、ε45，则主应力大小的计算公式为
(N)
读数应变
∆P
(N)
弯矩
M
εMd
(με)
∆εMd
(με)
扭矩
Mn
εnd
∆εnd
(με)
(με)
剪力 Q
εQd
(με)
∆εQd
(με)
Δε d均 (με)
应力 σ
( ) MN m2
σM
τn
τQ
4
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 45 应变花替代三轴 45 应变花来确定主应力的大小和方向？
为什么？
表3
被测点
主应力
A
B
C
D
( ) σ MN
1
m2
( ) σ MN
3
m2
φ0 (度)
表1 读数应变
载荷 P ∆P
(N) (N)
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 、45 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Ⅰ-Ⅰ截面上分别由弯矩、剪力、扭矩所引起的应力。
弯扭组合变形实验
x
x
2
M PL 3 W D (1 4 ) 32 其中， T Pa xy Wn D 3 (1 4 ) 16
x
主应力实验
2、弯矩产生的应力大小
a、实测值的计算
弯矩产生的应变
w
和应变仪读数值
1 2
仪
关系为
w 仪
0
所以，弯矩产生的应力实测值为
可得到关于
的线性方程组：
x 0
y
45 45
45
0
xy
45
主应力实验
四、实验原理与方法
1、主应力大小和方向的测定 则主应变为
1,2 x y
2 y xy x 2 2
主应力实验
本实验采用合金铝制薄壁圆管为测量对象。当通 过加载手轮给实验装置加载时，薄壁圆管除承受弯 矩M作用外，还受扭矩T的作用，且弯矩M=PL,扭矩 T=Pa。
弯扭组合变形实验装置 E G F
M
0 T 0 M
EF段 扭矩 EF段 弯矩
0
FG段 弯矩
主应力实验
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、D点各粘贴了一个45°应变花，通 过应变仪测量圆管在弯扭组合变形时的应变。
w E w E 仪
1 2
b、理论值的计算
w
PL W
主应力实验
3、扭矩产生的应力大小 a、实测值的计算
xy
扭矩产生的应变
和应变仪读数
45
仪
关系为
xy
45
1 仪 2
所以，实测值为
E E 仪 45 45 2(1 ) 4 1
扭弯组合变形实验报告
扭弯组合变形实验报告1. 实验目的本次实验的目的是通过对材料进行组合和扭弯变形的实验，研究材料在扭弯应力下的变形以及不同组合方式对其性能的影响。
2. 实验器材和材料2.1 实验器材- 扭弯试验机：用于施加扭弯应力的设备；- 计量设备：包括游标卡尺、称重器等，用于测量变形和质量。
2.2 材料本次实验使用的材料为金属棒，包括钢材、铝材和铜材。
它们分别具有不同的强度和韧性，适用于研究材料的变形特性。
3. 实验方法3.1 组合方式本次实验将材料按照不同组合方式连接起来，包括以下几种方式：1. 单材料组合：使用相同材料的连续棒材进行实验；2. 不同材料组合：使用不同材料的连续棒材进行实验。
3.2 实验步骤1. 准备材料：切割并准备不同材料的棒材，保证长度一致；2. 连接材料：按照所选组合方式，将相应的材料连接起来；3. 放置样品：将组合好的材料放置在扭弯试验机上，保证材料处于水平位置；4. 施加负载：通过扭弯试验机施加负载，使材料扭弯变形；5. 记录数据：实验过程中记录扭弯角度和对应的负载；6. 分析数据：根据实验数据，分析材料的变形特性和组合方式对其性能的影响。
4. 实验结果经过实验获得的数据如下表所示：负载（N）扭曲角度（度）100 10200 20300 30400 40500 505. 结果分析根据实验结果可以得出以下结论：1. 钢材的强度较高，在扭弯过程中能够承受更大的负载；2. 铝材的强度较低，容易发生塑性变形；3. 而铜材具有较好的韧性，能够承受较大的变形。
通过对不同组合方式的比较，发现单材料组合的强度和变形特性较为一致，而不同材料组合则会产生不同的效果。
例如，钢材与铝材组合后，由于钢材的强度较高，能够承受更大的负载，因此整体变形较小；而铜材的韧性能够在变形过程中吸收部分能量，使得整体变形较为均匀。
6. 实验结论通过本次实验，得出以下结论：1. 材料的强度和韧性对扭弯变形有显著影响；2. 不同材料的组合方式会使材料的变形特性发生变化；3. 单材料组合更加一致，而不同材料组合能够发挥各自的优势。
弯扭组合变形实验报告数据
实验名称：弯扭组合变形实验一、实验目的：1. 通过实验，了解和掌握材料在弯扭组合变形下的力学性能。
2. 熟悉和掌握弯扭组合变形的测量方法和数据处理技巧。
3. 通过实验，验证理论知识和计算方法的正确性。
二、实验设备：1. 材料试验机2. 弯曲和扭转加载装置3. 千分尺4. 数据记录仪三、实验材料：1. 实验材料为Q235钢，其化学成分和力学性能如下：-碳（C）含量：0.12%-锰（Mn）含量：0.3%-硅（Si）含量：0.3%-磷（P）含量：0.035%-硫（S）含量：0.035%-屈服强度：235MPa-抗拉强度：375MPa-伸长率：26%四、实验步骤：1. 将试样安装在试验机上，确保试样与加载装置之间的接触良好。
2. 设置试验机的弯曲和扭转加载参数，包括加载速度、加载时间等。
3. 开始加载，同时记录试样的弯曲和扭转角度以及载荷大小。
4. 当试样发生断裂时，停止加载，记录断裂载荷和断裂角度。
5. 清理实验现场，整理实验数据。
五、实验数据：1. 试样尺寸：长度100mm，宽度10mm，厚度2mm。
2. 弯曲加载参数：加载速度1mm/min，加载时间1min。
3. 扭转加载参数：加载速度1r/min，加载时间1min。
4. 实验数据记录如下：-弯曲角度：0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，105°，120°，135°，150°，165°，180°。
-扭转角度：0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，105°，120°，135°，150°，165°，180°。
-弯曲载荷：0N，2.5N，5N，7.5N，10N，12.5N，15N，17.5N，20N，22.5N，25N，27.5N，30N。
弯扭组合变形主应力的测定
弯扭组合变形主应力的测定 一、实验目的1．用电测法测定薄壁圆管弯扭组合变形时表面任一点的主应力值和主方向，并与理论值进行比较。
2．测定分别由弯矩和扭矩引起的应力σ和ｎτ，熟悉半桥和全桥接线方法。
ｗ二、实验仪器与装置 1．静态电阻应变仪 2．弯扭组合变形实验装置 实验装置如图2－28所示，它由薄壁圆管1、扇臂2、钢索3、手轮4、加载支座5、加载螺杆6、载荷传感器7、钢索接头8、底座9、数字测力仪10和固定支架11组成。
传感器7安装在加载螺杆6上，钢索3一端固定在扇臂上，另一端通过钢索接头8固定在传感器７上。
实验时转动手 图2－28 弯扭组合变形实验装置轮，传感器随加载螺杆向下移动，钢索受拉，传感器受力，传感器信号输入数字测力仪，显示出作用在扇臂端的载荷值，扇臂端作用力传递至薄壁管上，薄壁管产生弯扭组合变形。
薄壁管材料为铝合金，其弹性模量Ｅ＝70 GPa，泊松比μ＝0.33。
薄壁管外径Ｄ＝40 mm，内径 d＝36 mm，其受力简图和有关尺寸见图2－29。
Ｉ－Ｉ截面为被测试截面，取图示Ａ、B、Ｃ、Ｄ四个测点，在每个测点上贴一个应变花（-45°、0°、45°），供不同实验目的选用。
图2－29 试件几何尺寸与受力简图三、实验原理和方法由截面法可知，Ⅰ－Ⅰ截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩，A、B、C、D各点均处于平面应力状态。
用电测法测试时，按其主应力方向是已知还是未知，而采用不同的贴片形式。
１．主应力方向已知 主应力的方向就是主应变方向。
只要沿两个主应力方向各贴一个电阻片，即可测出该点的两个主应变I ε和II ε，进而由广义虎克定律计算出主应力： σⅠ＝２μ−1Ｅ(εⅠ+μεⅡ)，σⅡ２μ−=1Ｅ(εⅡ+μεⅠ) (2 - 14) 2．主应力方向未知 由于主应力方向未知，故主应变方向亦未知。
由材料力学中应变分析可知，某一点的三个应变分量ｙｘεε、和ｘｙｒ，可由任意三个方向的正应变ϕαθεεε、、确定。
4.弯扭组合变形试验报告(08)
弯扭组合变形的主应力测定
学院_________专业_________班_________实验组别_______实验者姓名_______________
实验日期_______________年_________月_________日实验室温度___________℃
批改时间____________ 报告成绩______________ 批阅人______________
一、实验原理（接桥方法：a 测量弯矩图及计算公式，b测量扭矩图及计算公式）
二、实验设备
电阻应变仪型号名称____________________________
实验装置名称____________________________
量具名称____________________________ 精度________mm
三、实验基本数据
四、实验测量数据和处理结果
五、回答思考题中提出的问题
（1）在加载过程中，加载速度对测试结果有无影响？若有，如何避免？
（2）在测弯矩和扭矩时，能否采用不同于上面的接桥方式进行测量？若能，采用什么桥路？（3）简述实验心得，或试验中你觉得应该注意的事项。
弯曲与扭转组合实验
0o
x
y
2
x
y
2
2 45o
45o
x
y
2
xy
2
3 -45o
45o
x
y
2
+ xy
2
6.实验步骤
1.将传感器连接到BZ2208-A测力部分的信号输入端，打开仪 器，设置仪器的参数，测力仪的量程和灵敏度设为传感器量 程、灵敏度。
2.主应力测量：将两个应变花的公共导线分别接在仪器前任意 两个通道的A端子上，其余各导线按顺序分别接至应变仪的1-6 通道的B端子上，设置应变仪参数。
x
y
2
x
y
2
cos 2
1
2
xy sin 2
为了简 化计算，往往采用互成特殊角度的三片应变片组成的应 变花，本实验用了 45°应变花。
三个选定方向上的线应变
A点 1 0o
2 45o
0o
x
y
2
x
y
2
45o
x
y
2
xy
2
y
90o
45o
3 90o
90o
x
y
2
x
y
2
Hale Waihona Puke 0oxB点 1 0o
注意：扇形加力杆不与加载中心 线相切，将导致实验结果有误差， 甚至错误。
弯扭组合梁的贴片
5.实验原理
当竖向荷载P作用时，薄壁圆管发生
弯曲与扭转组合变形。A点所在截
面的内力有弯矩M、剪力Q、扭矩
MT.因此该截面同时存在弯曲引起的 正应力σW，扭转引起的剪应力τT （弯曲引起的剪应力比扭转引起的
剪应力小得多，故在此不予考虑）。
材料力学弯扭组合实验报告
薄壁圆筒的弯扭组合实验姓名 班级 机制（2+2）11（1）班 学号 20113303150一、实验目的1、测定圆筒在弯扭组合变形下一点处的弯矩、扭矩及主应力。
2、进一步熟悉电测法和静态电阻应变仪的使用方法。
二、实验设备和仪器1.弯扭组合变形实验装置。
2.程控静态电阻应变仪。
三、实验原理及方法（一）弯扭圆筒实验装置及布片： 如图2-2-1所示：(a)实验装置示意图 （b ）m 点的应力状态（c ）m ，m ’贴片图 （d ）T 引起45°方向主应力和主应变图2-2-2 弯扭圆筒实验装置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2-2-2（C ）m 点的三个应变为︒-45ε、︒45ε、︒0ε。
则主应变()()20452045454531222︒︒︒︒-︒︒--+-±+=⎭⎬⎫εεεεεεεε （1）主方向 ︒︒-︒︒-︒---=454504545022tan εεεεεα （2）主应力 ()()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+-=+-=1323312111μεεμσμεεμσEE （3） 2、弯距M 测定：（见图（C ））在图（C ）贴片情况下，由弯距引起X 方向的应变为b ε及'b ε，故利用1/4桥接法可得加载时应变仪读数。
0ME Wσε︒===E*（b ε-'b ε）/2 故实测弯距0M E W ε︒==W* E*（b ε-'b ε）/2， ()4432d D DW -=π3、扭距T 测定：（见图（C ）,（d ））根据图（d ）的应力状态分析 τσ=1，τσ-=3，()μτσμσε+=-=1311EEE；同理 ()μτε+-=12E。
由1/4桥接法可得： ︒-45ε、︒45ε，同时 ()111t T E W ετσμ===+ 因而可得 ()t r W E T με+=14 ， )(1644d D DW t -=π四、实验步骤1、以砝码盘加力杆自重作为初载荷0 F ，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1ε、3ε、01α、1σ、3σ。
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K仪 仪 K 1 2 3 4
主应力实验
四、实验原理与方法
2、弯矩产生的正应力大小测定
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，因此，由弯矩产生的应变 大小为
x
2
2
xy2
0
1 2
arctg
2 xy x
x
M W
PL
D3(1 4 )
其中，
32
xy
T Wn
Pa
D3(1 4 )
16
主应力实验
2、弯矩产生的应力大小
a、实测值的计算 弯矩产生的应变 w 和应变仪读数值
仪 关系为
w
0
1 2
K仪 仪 K 1 2 3 2
仪
主应力实验
四、实验原理与方法
3、扭矩产生的剪应力测量
由上面推导知 xy 45 45
可得
G xy
E
21
45
45
主应力实验
3、扭矩产生的应力大小的测定
弯扭组合变形
主应力实验
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，学会用全桥、半 桥测量应变的实验方法。
主应力实验
二、仪器设备 1、YD-2009型数字式电阻应变仪； 2、弯扭组合变形实验装置。
E
1,2
45 45 2 1
21
2
2
2
0 45 00 45
0
1 2
arctg
45 45 20 45 45
b、理论值的计算
1,2
x
2
1
E
2
1
2
由广义虎克定律得
2
E 1 2
2
1
得到圆管B点主应力的大小和方向计算公式
1,2
E
45 45 2 1
21
2
2
2
0 45 00 45
tg 20
45
E
4 1
仪
b、理论值的计算
Pa Wn
4、实测值与理论值的比较
分别计算各项应力和角度的实测值与理论值的相对误差。
主应力实验
六、实验报告要求
1、实验报告原理部分必须绘出实验装置简图、圆管内 力分析图;
2、计算要正确,注意单位； 3、思考题:讨论误差的来源。
主应力实验
a、测量电桥连接：全桥连接
b、灵敏系数设定
B点45°
c、测量电桥预调平衡
d、进行实验。
K仪 仪 K 1 2 3 4
xy
45
45
1 2
仪
D点-45°
B点-45° D点45°
主应力实验
五、实验数据处理与分析
1、主应力大小和方向的计算
a、实测值的计算
主应力实验
本实验采用合金铝制薄壁圆管为测量对象。当通 过加载手轮给实验装置加载时，薄壁圆管除承受弯 矩M作用外，还受扭矩T的作用，且弯矩M=PL,扭矩 T=Pa。
弯扭组合变形实验装置 E
G
M F
0 T
0 M 0
EF段 弯矩
EF段 扭矩
FG段 弯矩
主应力实验
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、D点各粘贴了一个45°应变花，通 过应变仪测量圆管在弯扭组合变形时的应变。
y 45 45 0
xy 45 45
主应力实验
四、实验原理与方法
1、主应力大小和方向的测定
则主应变为
1,2
x
y 2
x
2
y
2
xy 2
2
tg
20
xy x
y
1
七、注意事项
1、预调平衡时，如发现调零困难、数据不稳定，应先从 接线是否有误方面检查;
2、测量电桥连接过程中要区分清楚连接导线的位置和方 位;
3、加载时切勿过载;
4、做完实验请拆除导线、卸载,归还螺丝刀。
仪
所以，弯矩产生的应力实测值为
w
E
w
1 2
E
仪
b、理论值的计算
w
PL W
主应力实验
3、扭矩产生的应力大小 a、实测值的计算 扭矩产生的应变 xy 和应变仪读数
仪 关系为
xy
45
45
1 2
仪
所以，实测值为
E
2(1 )
45
w x 0
假设材料在x轴方向仅受单向拉应力作用，由虎克定律 得实测弯矩大小为
w E w E 0
主应力实验
2、弯矩产生的正应力大小测定
a、测量电桥连接：工作片补偿，半桥连接；
b、设定好灵敏系数；
c、测量电桥预调平衡；
d、进行实验。
工作片B点 的0°方向
工作片D点 0°方向
45°
B
0°
D
-45°
主应力实验
四、实验原理
1、主应力大小和方向的测定
若测得圆管管顶B点的－45°、0°、45°三个方向的线应变
为 45、0、45
由x材 料y 力x学 公y co式s 2
2
2
1 2
xy
sin 2
x、 y、 xy
可得到关于
的线x 性0 方程组：
45 45 2 0 45 45
主应力实验
1、主应力大小和方向的测定 a、测量电桥连接：工作片为圆管顶部B点的－45°、0°、45° 三个方向的应变片,引出线分别接在仪器后面板上三个不同通道 的A、B接线孔内。 b、设定好灵敏系数； c、测量电桥预调平衡； d、进行实验