《圓管彎扭實驗》PPT課件.ppt

清華大學航天航空學院工程力學系材料力學實驗室,圓管在彎扭聯(lián)合作用下 應力與內力的測量,工程背景 車床,工廠中用于機械加工的車床等主軸就是一種典型的復合受力形式，主軸上受到的內力有彎矩、扭矩、軸力等。,工程背景 汽車,汽車在崎嶇道路上行駛時，當四個車輪不在同一平面上時，使車架處于復合受力狀態(tài)下。其內力有彎矩、扭矩等。,工程背景 自行車,自行車的中軸，由于腳踏板的受力點與中軸不在同一中心線上，中軸的內力即有彎矩，又有扭矩。,實驗目的,學會根據理論分析的結果，正確地選擇測量部位和最佳布片方案。 掌握用電測法測定一點應力狀態(tài)的方法。 掌握選擇正確組橋方式來分離內力的方法。 根據實驗數據判斷結果地正確性。,實驗設備,電子萬能試驗機及彎扭復合受力圓管實驗裝置。 電阻應變儀。 游標卡尺，鋼板尺。,實驗裝置,實驗裝置簡圖,圓管試件；2. 拐臂；3. 加力點；4. 固定端； 5. 測量截面；6. 應變片；7. 應 變儀。,F,Mx,一點應力狀態(tài),3對正應力、3對剪應力。如何進行測試 ？,電測法,一點平面應力狀態(tài),一點平面應力狀態(tài),x、 y、 xy,電測法測試一點的平面應力狀態(tài),測一點平面應力狀態(tài)布片方案,在一點的三個方向布片。常用有,0 、 45 、 90 -45、 0 、 45,將應變花（0 、 45 、 90）應變測量結果代入公式，可得到：,廣義虎克定律,沿0 片方向,沿90 片方向,x、 y、 xy不一定是主應力,計算測點的主應力與主方向,與0 片的夾角 ：,點A和B的應力狀態(tài),上表面A點應力狀態(tài),下表面B點應力狀態(tài),最少粘貼2片應變片可得x、 xy,最少的應變片,彎扭復合管，選以上哪種貼片方式最好?,彎扭圓管布片方案圖,B,A,應力狀態(tài)分析,=,+,上表面,疊加原理,純切應力狀態(tài) 在45 與 135 上的分量,在45 方向上的應力45 為 + 在135 方向上的應力135 為 - ,單向壓縮狀態(tài) 在45與135上的分量,上表面在45斜截面上應力狀態(tài),疊加,半橋：分離出 2(扭矩)產生的,對臂：分離出 (彎矩)產生的,下表面?,內力分離,利用電橋的加減特性，選取相應的應變片組成各種電橋分離應變片中的各應變分量，達到直接測得各內力分量引起應變大小。,電橋的加減特性,彎扭圓管布片方案圖,B,A,2# 135,4# 45,3# 0,1、 3、6 片： 1、 3？ 3、6？,1# 90,6# 0,7# 45,2#、7#平行 4#、5#平行,2、4# 、 5# 、 7# 片： 2、4# ？ 2、5# ？ 產生同號 (或者4、7) 2、 7？ 大小相等，符號相反(或者4、 5#),5# 135,彎扭圓管內力分離,電橋的加減特性,0 片、90 片僅由彎矩引起，可以求得內力彎矩； 45 片、135 片由彎矩、扭矩共同作用，采用電橋的加減特性（組半橋、對臂、全橋）可以分離內力彎矩、扭矩。,各應變片內所含應變分量及方向,上表面電阻片所含分量 90: 90 (M+) （ 1# ） 0: 0 (M-) （ 3# ） 45: a (M-)， b (Mx+) （ 4# ） 135: a (M-)， b (Mx-) （ 2# ）,下表面電阻片所含分量 0: 0 (M+) （ 6# ） 45: a (M+)， b (Mx +) （ 7# ） 135: a (M+)， b (Mx -) （ 5# ）,2#、7#平行 4#、5#平行,實驗內容及要求,用單臂測量7個應變片的應變值。 AB接工作片，BB短接(B螺釘擰緊)；補償片接在公用補償通道。 分離出彎矩My與扭矩Mk各自所產生的應變值?？扇我膺x用半橋、對臂、全橋等組橋方式。 每項測試內容的數據，需要重復加卸載三個循環(huán)以上，三次的測試值之間的誤差小于5%。,實驗原始數據,測量空心圓管的內外經； 測量加力點到測量截面的距離L，加力點到圓管中心的距離Lk,； 初載荷 F0 = 200 N，末載荷 Fn 1200 N；（理論計算時F=500N） 鋼的彈性模量取 E 206GPa； 鋼的泊松系數取 0.28； 電阻片靈敏系數 K片 2.08； 試驗機加載速度 5 mm / min。,實驗報告要求,將各類原始數據整理成表格； 根據所測應變值計算一點應力狀態(tài)； 計算主應力 1 ，2及主方向并與理論值比較，計算相對誤差； 根據各種組橋方式測出的應變，計算出彎矩與扭矩，并與理論值比較，計算誤差；,5.對測量結果進行分析討論，分析誤差來源，比較各種組橋方式的利弊； 6.根據本實驗的目的與要求提出自己的布片方案（用最少的應變片）； 7.體會與收獲。,附：1/4橋測量的操作步驟,按順序將試件上粘貼的各應變片接到每個通道的AB接線端上，BB為短接狀態(tài)；將溫度補償片接到公共端； 運行YE2539控制軟件； 在參數設置界面，設置各測量點連接形式和靈敏系數等參數； 接好線后，用“自動平衡”檢查接線情況； 在N載荷時先進行“自動平衡”，然后馬上進行“掃描采樣”，顯示應變初始值； 加載至N，按“掃描采樣”進行一次采樣，顯示通道的應變值； 抄取實驗數據。,附：用45 直接計算彎距 My,由上面的推導，利用應力圓，代入廣義虎克定律可得到 My ：,附：用45 直接計算扭距 MK,同理也可得到 MK 的計算式,應知道課后的幾個思考題,本次實驗課完成后，應知道： 外力如何簡化到測量截面上； 如何測一點應力狀態(tài)； 如何分離內力； 使用電橋的目的； 在哪個方向上正應力最大； 在某個方向上正應力為零，那該方向上的正應變也為零嗎？ 剪應變如何測？ 剪應變在哪個方向上引起的線應變最大; 剪力如何得到，Q對XY平面產生何影響？,內力分量 ： Mx 、My、 Mz、 N、 Qy、 Qz,應力：,一點應力狀態(tài),圓管受