Question

材料力学弯扭组合变形实验原理是什么

Answer 1

一．实验目的
1.测定薄壁圆管外表上一点的主应力；
2.验证弯扭组合变形理论公式；
3.掌握电阻应变片花的使用。
二．实验设备和仪表
1.静态数字电阻应变仪；
2.弯扭组合试验台。
.实验计算简图如下所示：

在D点作用一外力，通过BD杆作用在C点，同时产生弯矩和扭矩；
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2.应变测量常常采用电阻应变花，把几个敏感栅制作成特 殊夹角形式，组合在同一基片上。本实验采用直角应变花，在A，B，C，D四点〔这四点分别布置在圆管正前方、正上方、正前方，正下方〕上各贴一片，分别沿，，方向，如下图。测量并记录每一点三个方向的应变值、、。
第 3 页

正上方和正下方〔B、D点〕处于弯扭组合情况下，同时作用有弯曲正应力和扭转切应力，其中弯曲正应力上端受拉，下端受压，而前方和前方由于弯矩作用产生的切应力远远小于扭转产生
第 4 页
的切应力，所以可以忽略不计，这样，在前后位置只受扭转剪应力。
3.理论应变的计算公式及简单推导
弯曲正应力计算公式：； 〔1〕
扭转剪应力计算公式：； 〔2〕
根据〔1〕〔2〕式可计算出理论上作用在每点的应力值。
第 5 页
由应力状态理论分析可知，薄壁圆管外表上各点均处于平面应力状态。假设在被测位置x,y平面，沿x,y方向的线应变为，剪应变为 ，根据应变分析可知，该点任一方向的线应变计算公式为：
〔3〕
将分别用，，代替，可得到x,y方向的应变方程组：
第 6 页
〔4〕
由此，可得到解出每点、、值的公式：
〔5〕
另外，根据2中的分析，利用材料力学相关公式，可得，的理论计算公式为：
第 7 页
〔6〕
这样，将〔1〕〔2〕〔6〕式代入到〔5〕式中，即可求解每点、、的理论值。
4.将计算得到的理论值直接与测试仪上显示的数据进展比照，分析误差。
四．实验步骤
第 8 页
1.测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，记录试件的相关物理性质；
2.按测试要求，将所测各点的应变片接入电阻应变仪，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力，采用初始值为100N，逐级加载100N，最大值500N的加载方案进展实验；
4.依次记录各点相应的应变值；
第 9 页
5.完成试验后，卸除荷载，关闭电源，将所用仪器恢复到初始状态；
五．数据记录与分析
测点
角度
荷载/N
理论值/1e-6
实验值/1e-6
误差/1e-6
上顶点B点

100
-37.9
-43
5.1
200
-75.8
-87
11.2
300
-113.6
-131
17.4
400
-151.5
-174
22.5
500
-189.4
-217
27.6

100
114.2
122
7.8
200
228.3
245
16.7
300
342.5
369
26.5
400
456.6
493
36.4
500
570.8
619
48.2

100
116.7
130
13.3
200
233.3
260
26.7
300
350.1
391
40.9
400
466.6
522
55.4
500
583.3
654
70.7
前顶点A点

100
-77.3
-92
14.7
200
-154.5
-184
29.5
300
-231.8
-277
45.2
400
-309.1
-368
58.9
500
-386.3
-460
73.7

100
0
0
0
200
0
1
1
300
0
-2
2
400
0
-1
1
500
0
-1
1

100
77.3
91
13.7
200
154.5
183
28.5
300
231.8
274
42.2
400
309.1
366
56.9
500
386.3
459
72.7
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