彎扭組合實驗實驗報告

1、材料力學(xué)實驗北京航空航天大學(xué)材料力學(xué)實驗彎扭組合試驗實驗報告機械工程及自動化學(xué)院380711班張濤38071122實驗二 彎扭組合試驗一、實驗?zāi)康? 用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角；2 測定圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩和扭矩；3 學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變花的應(yīng)用。二、實驗設(shè)備和儀器1 微機控制電子萬能試驗機；2 電阻應(yīng)變儀；3 游標(biāo)卡尺。三、試驗試件及裝置彎扭組合實驗裝置如圖一所示。空心圓軸試件直徑D042mm，壁厚t=3mm， l1=200mm，l2=240mm（如圖二所示）；中碳鋼材料屈服極限360MPa，彈性模量E206GPa，泊松比0.28。圖一 實驗裝置圖圖三 應(yīng)變

2、花示意圖四、實驗原理和方法1、測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角；txsxtxsx圓軸試件的一端固定，另一端通過一拐臂承受集中荷載P，圓軸處于彎扭組合變形狀態(tài)，某一截面上下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)如圖四和圖五所示。圖五 圓軸下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)圖四 圓軸上表面微體的應(yīng)力狀態(tài)在圓軸某一橫截面AB的上、下兩點貼三軸應(yīng)變花（如圖三），使應(yīng)變花的各應(yīng)變片方向分別沿0°和±45°。根據(jù)平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變分析公式： （1）可得到關(guān)于x、y、xy的三個線性方程組，解得： （2）由平面應(yīng)變狀態(tài)的主應(yīng)變及其方位角公式： （3）或 （4）將式（2）分別代入式（3）和式（4）

3、，即可得到主應(yīng)變及其方位角的表達式。對于各向同性材料，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系滿足廣義虎克定律： （5）由式（2）（5），可得一點的主應(yīng)力及其方位角的表達式為： （6）、和的測量可用1/4橋多點測量法同時測出（見圖六）。圖六 RiRi2、圓軸某一截面彎矩M的測量：軸向應(yīng)力sx僅由彎矩M引起，故有： (7)根據(jù)廣義虎克定律，可得： （8）又: (9)由式（7）（9）得到： (10)以某截面上應(yīng)力最大的上點或下點作為測量點。測出X方向應(yīng)變片的應(yīng)變值X（）。0的測量可用1/4橋接法（見圖七），也可采用半橋接法（見圖八）。 圖八R0上R0下圖七 R0R0x方向應(yīng)變片 Rt溫補片3、圓軸某一截面扭矩T的測量： 切應(yīng)

4、力x僅扭矩T引起，故有： （11）根據(jù)廣義虎克定律，可得： （12）由式（11）、（12）可得： (13)的測量可用半橋接法（見圖七），也可采用全橋接法（見圖八）。圖七R-45上R45上圖八R-45上R45上R-45下R45下為了盡可能減小實驗誤差，本實驗采用重復(fù)加載法。可參考如下加載方案：P0=500N，Pmax=1500N，DP=1000N，N=4。五、實驗步驟1 設(shè)計實驗所需各類數(shù)據(jù)表格；2 測量試件尺寸；測量三次，取其平均值作為實驗值 。3 擬定加載方案；4 試驗機準(zhǔn)備、試件安裝和儀器調(diào)整；5 確定各項要求的組橋方式、接線和設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù)；6 檢查及試車；檢查以上步驟完成情況，然后預(yù)加

5、一定載荷，再卸載至初載荷以下，以檢查試驗機及應(yīng)變儀是否處于正常狀態(tài)。7 進行試驗；將載荷加至初載荷，記下此時應(yīng)變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。重復(fù)加載，每重復(fù)一次，記錄一次應(yīng)變儀的讀數(shù)。實驗至少重復(fù)四次，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好即可。8 數(shù)據(jù)通過后，卸載、關(guān)閉電源、拆線并整理所用設(shè)備。六、試驗結(jié)果處理1、原始數(shù)據(jù)列表并計算各測量值的平均值組橋方式1/4橋半橋全橋測量所用的通道12345611應(yīng)變片位置上上上下下下理論應(yīng)變值-60+348+311-311-348+60+696+740實際測量值第一組-88+332+320-305-319+69+644+784第二組-86+333+321-298-309+7

6、4+646+783第三組-84+333+321-297-308+76+650+783平均值-86+332.67+320.67-300-312+73+646.67+783.332.計算實驗點的主應(yīng)力大小和其方位角，并與理論值(按名義尺寸計算)進行比較由公式： 可計算值：故有：可計算值:同理:故有:下面將理論應(yīng)變值代入求解理論值: 3、計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩根據(jù)公式：而從理論值來看：4、計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的扭矩根據(jù)公式：可以得到而從理論值來看：七、誤差分析1、數(shù)據(jù)定量分析（1）、主應(yīng)力與主平面方位角相對誤差分析（2）、將上述DM的計算值與的值進行比較，并分析其誤差（3）、將上述D

7、T的計算值與的值進行比較，并分析其誤差2、定性分析由前面的誤差計算可以看出，實驗結(jié)果與真值比較接近，但是上表面的誤差相對比下表面大，產(chǎn)生較大實驗誤差的原因可以歸納為：（1）、接線接頭處接觸電阻對實驗結(jié)果的影響，有些線可能沒有接好或者接的太松，從而引入較大的接觸電阻，而且有些線拆了后又再接上去，接觸電阻前后不一樣也會造成相應(yīng)的誤差；（2）、應(yīng)變片在黏貼 時候產(chǎn)生的缺陷對測量產(chǎn)生較大影響，因為我們在進行實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)我們的測量結(jié)果比理論值一直偏大，而且數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性一直比較好，老師檢查時候說數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好說明實驗本身的步驟沒有問題，應(yīng)該是在貼應(yīng)變片的時候應(yīng)變片貼的不是很標(biāo)準(zhǔn)；（3）、在清零的過程中

8、由于數(shù)據(jù)變動對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大的影響；（4）、卸載及再加載的過程中由于速度過快，沒有足夠的時間使數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來可能就讀數(shù)了；（5）、本實驗在實驗前并沒有再次進行軸的相關(guān)尺寸的測量，而是沿用了一貫的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，實際尺寸可能與標(biāo)準(zhǔn)尺寸有出入，從而造成實驗結(jié)果的計算誤差；（6）材料本身的質(zhì)量分布以及缺陷對實驗也會造成一定的影響。八、實驗感想與實驗改進建議這次做的實驗名稱是彎扭組合實驗。材料力學(xué)實驗是材料力學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)與深化，在其中要用到很多課堂上所學(xué)到的理論知識與結(jié)果，是將自己所學(xué)到的知識付諸實踐的一種形式。在力學(xué)實驗中，影響實驗的因素很多，產(chǎn)生誤差的原因也錯綜復(fù)雜，要求我們有一顆嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男模瑖?yán)格控制好實

9、驗條件等多種途徑，以最佳的試驗方式呈現(xiàn)力學(xué)現(xiàn)象，考驗了我們實際動手能力和分析解決問題的能力。材料力學(xué)實驗有一定的復(fù)雜性，為了在規(guī)定的時間內(nèi)完成老師所要求的實驗內(nèi)容，達到良好的實驗結(jié)果，需要課前認(rèn)真的預(yù)習(xí)，因此在課前，我認(rèn)真預(yù)習(xí)了實驗講義上提到的相關(guān)步驟與注意事項，了解了儀器的工作原理、性能、正確的操作步驟與各種橋路的接法及其電路原理，寫好了實驗預(yù)習(xí)報告。預(yù)習(xí)是實驗前面必須要完成的工作，但是工作的重點還是在實驗過程中。我在做實驗的過程中，格外小心，因為我們所用的萬能試驗機是一種比較精確地儀器，稍微不注意就會使得機器所施加的力超過我們的預(yù)期要求。我覺得是要過程中老師的指導(dǎo)是必不可少的，在本次試驗中，老師給了我們?nèi)齻€她要求檢查的地方（三種橋路所測得三種數(shù)值），通過老師在實驗過程中的檢查，能夠使我意識到我的實驗是否在一路正確的進行下去。在讀數(shù)的過程中一定要小心，因為數(shù)據(jù)具有變動性，不要馬虎了事，一定要等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后在進行讀數(shù)、這樣才能夠保證我們所測量的數(shù)據(jù)的精確性。試驗完成后，要認(rèn)真清理試驗臺，把所有的儀器恢復(fù)到位。在實驗完成后，我認(rèn)真的處理了實驗數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)是定量分析的依據(jù)，是探索、驗證力學(xué)規(guī)律的第一手資料。本次試驗我進一步學(xué)習(xí)了用電腦處理實驗數(shù)據(jù)，剛開始我還不是很熟，但越到后來越發(fā)現(xiàn)用電腦處理數(shù)據(jù)更方便、快捷，可