純彎曲實驗.doc

純彎曲梁橫截面上正應力的測定實驗目的1、測定矩形截面直梁在純彎曲時，橫截面上正應力的分布規(guī)律，并與理論計算結果進行比較，以驗證直梁純彎曲時的正應力計算公式。2、掌握單向應力狀態(tài)下的電測應力方法。3、進一步學習電測法的多點測量技術，熟練掌握應變儀的使用方法。4、學習用列表法處理數(shù)據(jù)。實驗儀器設備和工具靜態(tài)電阻應變儀、實現(xiàn)梁純彎曲的加載裝置、待測矩形截面直梁（已貼好應變計）、螺絲刀、水平儀（也可能不需要）等。實驗原理1、理論依據(jù)由材料力學知識可知，直梁在純彎曲變形時，梁橫截面上的正應力沿高度的變化可按下式計算： (1)式中，M為作用在梁橫截面上的彎矩，本實驗中M = Fa/2；Iz為梁的橫截面對其中性軸的慣性矩，本實驗中Iz= bh3/12；y為所測點到中性軸的距離，本實驗中y = 0、h/4、h/2。那么，與外力增量 F相應的應力增量為： (2)此即為測試梁橫截面上正應力分布的理論計算公式。由于純彎曲梁的各層纖維之間無相互擠壓，故可根據(jù)單向胡克定律可知，各測點的實驗應力值為： (3)式中，c為由實驗測得的應力值；E為測試梁所用材料的彈性模量；c為彎曲梁在外力F作用下各測點處相應應變的測得值。根據(jù)(3)式可知，與外力增量 F相應的實測應力增量為： (4)此即測試梁橫截面上正應力分布的實測應力計算公式，其中c為測點處與外力增量 F相對應的應變增量測得值。2、加載裝置與直梁純彎曲變形的實現(xiàn)直梁在平面彎曲時橫截面上的正應力計算公式(1)是建立在純彎曲的基礎上導出的，因此實驗需要設計一純彎曲加載裝置。 a L a圖中：a=130 mm，L=140 mm，b=18 mm，h=36 mm，E=70 GPaF補償12345 hbFLaabhyxz12345圖中：a=150 mm，L=150 mm，b=20 mm，h=40 mm，E=210 GPa圖1 梁的結構、尺寸、加載方式及測點布置示意圖我們可以通過輔助梁等形式實現(xiàn)直梁中段的純彎曲變形（如采用圖1所示的一種加載形式，或其它輔助梁的加載方式）。在此僅以圖2所示的實驗裝置及加載方式來說明如何保證使梁發(fā)生純彎曲變形。該裝置通過副梁7、杠桿 5、砝碼2及其結構的對稱性實現(xiàn)梁4中段的純彎曲變形；其上有水平基準面3，藉以四個地角螺絲1可以使梁4放置水平（利用水平儀將水平基準面調(diào)至水平，梁也就水平了）；加載杠桿5的支點6為刀口形式，可以保證在實驗過程中杠桿比不變，載荷恒定；而載荷作用線的位置可以通過兩根拉桿9的松緊螺母10進行調(diào)整，以實現(xiàn)平面彎曲。3、應變計的布置圖2 實驗裝置示意圖為了測定梁橫截面上的應力分布規(guī)律，在梁的一個側(cè)面沿不同高度、平行于梁軸線均勻的布置一組應變計（如圖1所示，在梁中央部位處等間距的布貼了五個應變計），以測出該截面處各點縱向纖維的線應變增量，從而可確定該橫截面上的應變分布規(guī)律；再由(4)式計算出各點處相應的應力增量值，即可得出該橫截面上的應力分布規(guī)律。把通過實測、計算得到的各測點處的實驗應力增量c與由理論公式(2)算出的理論應力增量L進行比較，從而驗證彎曲正應力計算公式(1)的正確性。A C圖3 組橋方式示意圖 B工作 溫度補償應變計 應變計R Rt本實驗所用梁的結構、尺寸及貼片方式如圖1所示。4、組橋方法 如圖3所示，采用1/4橋連接、公共補償、多同時測量的方法進行逐點測試。實驗步驟1、調(diào)整實驗臺，使測試梁中部大致滿足純彎曲變形的條件。2、按組橋方式聯(lián)接測試電路（注意各測點的編號，清楚測點編號與橋路編號的關系；在連接橋路時，所用橋路宜連續(xù)選用）。3、檢查、調(diào)節(jié)應變儀檢查線路聯(lián)接是否正確牢固，在確認無誤后接通應變儀電源，打開應變儀面板上的電源開關，并進行必要的設置和調(diào)節(jié)（注意：一定要按儀器使用規(guī)范進行），使儀器進入正常工作狀態(tài)。4、調(diào)整加載均衡，確保測試梁中斷為純彎曲變形將應變儀上聯(lián)接3測點（見圖1）的分電橋進行初調(diào)（調(diào)零或調(diào)為一個便于加減的數(shù)），然后加一初載荷，根據(jù)其變化量的大小對加載裝置進行調(diào)整，以改變外加載荷合力作用線的位置，以實現(xiàn)平面彎曲；卸除初載荷，進行實驗。5、進行測試對各測點的分電橋逐個進行初始調(diào)節(jié)（調(diào)為零或一個便于加減的數(shù)），待全部調(diào)完后返回來逐橋記下其初始讀數(shù)（記在草紙上，此時應觀察片刻10秒鐘左右，儀器示數(shù)不應有大于1的變化）；然后加上要求的載荷量，讀記各測點在載荷 F作用下的應變增量（各測點此時的讀數(shù)減去其初始讀數(shù)，注意應等片刻待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再讀數(shù)）；最后卸除載荷。同樣方法，重復測量三次求平均；并記錄試樣尺寸及其它相關數(shù)據(jù)。6、測量結果核驗先將測量結果交指導教師核驗，經(jīng)確認合格后再關閉儀器電源開關，拆除電路聯(lián)線，清理儀器設備并歸整復原，然后把實驗測得的數(shù)據(jù)填入實驗報告的相應表格中，請指導教師驗收簽字，并經(jīng)同意后方可離開實驗室。7、應變值修正：對測得的應變增量按公式：進行修正。8、進行數(shù)據(jù)處理根據(jù)（2）、（4）式分別計算各測點的理論應力增量L和測量應力增量 c 及其相對誤差： 相對誤差在此相對誤差取兩位有效數(shù)字（注：此處是將理論值作為真值來看待；由于第3測點的L = 0而不計算其誤差）。9、書寫實驗報告：寫出完整的實驗報告（原始數(shù)據(jù)必須有指導教師的簽字，否則無效效，要扣除相應的分數(shù)）。實驗數(shù)據(jù)記錄 表1、應變增量的測定 單位：10- 6測 點次 數(shù)12345123平均值修正值 表2、相關尺寸及常數(shù) 試樣編號： 相關尺寸（mm）材料彈性模量E / MPa慣性矩Iz / mm4外加載荷 F/ N靈敏系數(shù)LabhKKy注意事項（參閱本實驗內(nèi)容和實驗9、10，自己進行歸結）實驗數(shù)據(jù)處理表3、實驗數(shù)據(jù)處理