彎扭組合實驗實驗資料報告材料

1、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、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 Do= 42mm ,壁厚t=3mm , li=200mm,b=240mm （如圖二所示）；中碳鋼材料屈服極限s = 360MPa，彈性模量 E= 206GPa,泊松比卩=0.28。圖一實驗裝

2、置圖四、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；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。在圓軸某一橫截面 A - B的上、下兩點貼三軸應(yīng)變花（如圖三），使應(yīng)變花的各應(yīng)變片方向分別沿圓軸上表面微體的應(yīng)力狀態(tài)圖五圓軸下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)根據(jù)平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變分析公式：x yx ycos2xysin 2(1)xytg 0xyxy2( xmin)2( max或 tg 2 0 y)xy(3)(4)將式（2）分別代入式（3）和式（4）,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

3、，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:E 45。4502 1< 2E222 100 45000450(6)tg2 04504502 00450450可得到關(guān)于& x、£ y、丫 xy的三個線性方程組，解得:x00y45°45°00xy45°45°由平面應(yīng)變狀態(tài)的主應(yīng)變及其方位角公式：。0、 450和450的測量可用1/4橋多點測量法同時測出（見圖六）2、圓軸某一截面彎矩 M的測量:軸向應(yīng)力x僅由彎矩M引起，故有:MWz根據(jù)廣義虎克定律，可得:由式（7）（ 9）得到:y)(9

4、)(8)Wz x(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(X00 )。£ 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）3、圓軸某一截面扭矩 T的測量:切應(yīng)力T x僅扭矩T引起，故有:TxWP根據(jù)廣義虎克定律，可得：xGxyG (45。45o)由式（11）、（ 12）可得：(11)(12)T G Wp(45045。)E2(1 )Wp (45。450)(13)(45。45o）的測量可用半橋接法（見圖七），也可采用全橋接法（見圖八）為了盡可能減小實驗誤差，本實驗采用重復(fù)加載法?？蓞⒖既缦录虞d方案：Po=5OON ,Pmax=1500N，P

5、=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。& 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

6、表并計算各測量值的平均值組橋1/4橋半橋全橋方式測量 所用 的通 道12345611應(yīng)變片位置上450上00上450下450下00下450上0°、下00上 450 -上 45°、下 450 -下 450理論應(yīng)變值-60+348+311-311-348+60+696+740實 際 測 量 值第組-88+332+320-305-319+69+644+784第組-86+333+321-298-309+74+646+783第組-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

7、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:E均匸450均12450-2E ,'均2 1均均2 1 ；00tan245045002均200均均450450均245°均0°均45°可計算值:上1上2210 1092( 1-0.28 )(320.67-86)10故有:2d+00281f 23327+86)2 2332320.67)210上 182.812MP1 上214.367MP可計算值：tan2 0上320.67 862 332.67320.678621.67900.9443同理:下1下2210 102 -300+73 ) 1

8、0 62( 1-0.28 ):爲紅1)09 2-312-73 )2 2-312+300 )2 10 6故有:下1下211.581MP77.790MPtan 2300 730下0下2 2 -312 ) -73- 2 -300 )21.60700.9395F面將理論應(yīng)變值代入求解理論值上184.130MP下110.922MP上210.922MP下284.130MP0上19.90900下19.90903、計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩根據(jù)公式:M E Wz均x均210109(42 10 3)( 1-(36)4)3242646.67 1062M 227.295N?m而從理論值來看:M 理論 P L

9、2100024010 3240N m4、計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的扭矩根據(jù)公式：T右Wp (450450）均9可以得到 T 210 100.04232(1 0.28) 1636 4783.33(1 區(qū))(7V)610215.10N m而從理論值來看:200N mT理論P L1 1000 200 10 3N m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上i 82.812MP，上i理論82.812 84.13084.130100%84.130Mp，相對誤差1.567%上1 上1理論100%上1理論上214.367MP，上2理論10.992MP，相對誤差上2 上2理論上

10、2理論100%14.367 10.99210.992100%30.704%21.6790,0上理論血909。，相對誤差0上0上理論100%0上理論21.679° 19.909°19.9090下 111.581MP，11.581 10.92210.922100%下1理論100%8.89%10.922MP，相對誤差下1 下1理論下1理論100%6.03%下277.790MP，下2理論84.130MP，相對誤差下2下2理論下2理論100%77.790 84.13084.130100%7.54%21.6070,0下理論血909。，相對誤差0下0下理論0下理論21.6070 19.9

11、090歸100%8.53%（2）、將上述 M的計算值與Pl2的值進行比較，并分析其誤差M 227.295N m, M 理論 240N|m,相對誤差M M理論M理論100%227.295 240240100% 5.29%（3 ）、將上述T的計算值與P h的值進行比較，并分析其誤差T 215.10N m, M理論200Nm,相對誤差100%215.10 200200100%7.55%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

12、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)變片貼的不是很標準；（3）、在清零的過程中由于數(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準數(shù)據(jù)，實際尺寸可能與標準尺寸有出入，從而造成實驗

13、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 謹?shù)男模?嚴格控制好實驗條件等多種途徑， 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)定的時間完成老師所要求的實驗容， 達到良好 的實驗結(jié)果， 需要課前認真的預(yù)習(xí)， 因此在課前，

14、 我認真預(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、