實驗力學(xué)實驗報告

1、實驗力學(xué)實驗報告姓 名：耿臻岑 學(xué) 號： 130875 指導(dǎo)老師：郭應(yīng)征實驗一薄壁圓管彎扭組合應(yīng)力測定實驗一、實驗?zāi)康?用應(yīng)變花測定薄壁圓管在彎扭條件下一點處的主應(yīng)力和主方向2、測定薄壁圓管在彎扭組合條件下的彎矩、扭矩和剪力等內(nèi)力3、進一步熟悉和掌握不同的橋路接線方法4、初步了解在組合變形情況下測量某一內(nèi)力對應(yīng)應(yīng)變的方法二、實驗設(shè)備1 電阻應(yīng)變儀 YJ-282、薄壁圓管彎扭組合裝置，見圖1-1本次實驗以鋁合金薄壁圓管 EC為測試對象，圓管一段固定，另一端連接與 之垂直的伸臂AC,通過旋轉(zhuǎn)家里手柄將集中荷載施加在伸臂的另一端，由力傳感 器測出力的大小。荷載作用在伸臂外端，其作用點距圓通形心為b,

2、圓通在荷載F作用下發(fā)生彎扭組合變形。要測取圓筒上 B截面（它到荷載F作用面距離為L） 處各測點的主應(yīng)力大小和方向。試樣彈性模量E=72GPa,泊松比 =0.33,詳細尺寸如表1-1圖1-1薄壁圓筒彎扭組合裝置表1-1試樣參數(shù)表外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)b(mm)L(mm)4034200300三、實驗原理1、確定主應(yīng)力和主方向平面應(yīng)力狀態(tài)下任一點的應(yīng)力有三個未知數(shù)（主應(yīng)力大小及方向） 。應(yīng)用電阻 應(yīng)變儀應(yīng)變花可測的一點沿不同方向的三個應(yīng)變值， 如圖1-2所示的三個方向已知 的應(yīng)變。根據(jù)這三個應(yīng)變值可以計算出主應(yīng)變的大小和方向。因而主應(yīng)力的方向也可確定（與主應(yīng)變方向重合）0°Xy1,2

3、tan245°45°45°45°45°45°0°：245°0°45°0°45°45°2 0°45°45°E2 12、測定彎矩在靠近固定端的下表面D上，粘一個與點B相同的應(yīng)變花，如圖1-3所示。 將B點的應(yīng)變片和D點的應(yīng)變片，采用雙臂測量接線法（自補償半橋接線法），得:2TE r2ED4 d3、測定扭矩當(dāng)圓管受扭轉(zhuǎn)時，A點的應(yīng)變片和C點的應(yīng)變片中45°和-45°都沿主應(yīng)力方 向，示意圖如圖1-4,但兩點的主應(yīng)力大小卻不

4、相同，由于圓管是薄壁結(jié)構(gòu)，不能 忽略由剪力產(chǎn)生的彎曲切應(yīng)力。A點的應(yīng)變片扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力與彎曲切應(yīng)力的方向相同，故切應(yīng)力相加；C點的應(yīng)變片扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力與彎曲切應(yīng)力的方向相反，故切應(yīng)力相減。由應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（按四臂測量接線法）可以得到：D4 d416D4、測定剪力原理與測扭矩相同，也采用 A、C點的應(yīng)變片，由應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系得到:Q四、實驗數(shù)據(jù)1、A點的主應(yīng)力測量、讀數(shù)應(yīng)變 載荷、AA-45 000450-45 000450P(N)?P(N)()? ()()? ()()? ()()? ()(? ( (? (50000000100772-73762-72150772-73762-72100771-72781

5、-742501543-1451543-146100771-73761-713502314-2182304-217100772-71772-724503086-2893076-289d 均()771.5-72.2576.751.5-72.252、C點的主應(yīng)力測量、讀數(shù)應(yīng)變 載荷、CC-45 000450-45 000450P(N)?P(N)()? ()()? ()()? ()()? ()(? ( (? (5000000010045-1-42450-4215045-1-42450-42100440-42440-4225089-1-84890-8410045-1-41450-41350134-2-1

6、251340-125100451-41451-42450179-1-1661791-167d 均()54.75-0.25-41.545.750.25-41.753、測定彎矩、扭矩和剪力J賣數(shù)應(yīng)變載荷彎矩（M）扭矩（T）剪力（Q）P(N)?P(N)()? ()()? ()()? ()5000010026523562150265235621002662366325053147112510026523663350796707188100266236624501062943250d 均()265.5235.7562.5五、實驗數(shù)據(jù)處理1、A點主應(yīng)力計算145。445°0°.2 2

7、；45°20°45o0°45°0°tan2 O45°45°0°45°45°044.97°E1 2 11E2 2 212、C點主應(yīng)力計算45°2tan 2 O22.,°45245°°45 45245°43.94°76.88 72.25276.88 72.2527225 768891.52 1.5 76.88 72.2572 10910621 0.3372 10910621 0.33245°0°0°4

8、1.6722-2 -2-276.88 1.5276.88 1.572.25 1.576.88272.25 1.572.2576.88 0.33 72.254.29MPa72.25 0.33 76.883.79MPa245°0°45°0°44.82 0 44.8 41.6109 1061 0.33272 109 10 61 0.3323、彎矩、扭矩和剪力計算E D4 d4 r72 1092744.8341.6 44.841.6 44.8-J2244.8 0241.6 044.83244.8 0241.6 041.630.33 41.632.51MPa41.

9、63 0.33 44.832.17MPa3.14 10 12 265.5 10 664D414D dJg16D64 40 10 328.69Ngm2 R0trV7272 1 09 2 35.75 1 0 641 0.33109 62.5 10 641 0.333.14 344340 101219.16Ngm10 3 18.5 10 3147.4N六、誤差分析1、理論解MFL1000.330 NgmTFb1000.220NgmQF100NWD3143943.14 4010,34o _ 6 313 10 m3232401WnD33.14 40310 934 4406 10

10、6m3M30M10MpaW3 10 6T20n63.33MPaWI6 102Q2 100Q A2 3.143 10 3 18.5 10 3A點：16160.574Mpan Q 3.33 0.574 3.904Mpa3.904Mpa3.33211Mpa3.3321.01MPa10210223.332.1:3.3321.01MPa11MpaC點:n Q 3.33 0.574 2.756Mpa2.756MpaB點:102102D點:2、實驗值與理論值比較比較內(nèi)容實驗值理論值相對誤差（%）A點主應(yīng)力4.293.9049.9-3.79-3.9042.9C點主應(yīng)力2.512.7568.9-2.17-2.7

11、5621.3彎矩28.69304.4扭矩19.16204.2剪力147.410047.4經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，主應(yīng)力、彎矩和扭矩的測量結(jié)果與理論值相近，誤差較小。而剪力的誤差較大，誤差可能由以下幾個方面的原因引起：（1）加載不均勻，造成讀書誤差（2）實驗前電橋不平衡，儀器長時間使用，使電橋電壓穩(wěn)定性下降，影響精度（3）貼片角度偏差和位置偏差（4）系統(tǒng)誤差，如應(yīng)變片靈敏系數(shù)誤差等。實驗二 應(yīng)變片的粘貼技術(shù)實驗一、實驗?zāi)康?、了解應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、規(guī)格、用途等2、學(xué)會設(shè)計布置應(yīng)變片方案3、掌握選片、打磨、粘貼、接線、固定、防護等操作工藝和技術(shù)二、實驗設(shè)備及器材試件、應(yīng)變片、砂布、鑷子、丙酮、藥棉、 502 膠水

12、、玻璃紙等三、實驗原理1、電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā) 生機械變形時， 其電阻值隨著所受機械變形 （伸長或縮短） 的變化而發(fā)生變化。2、當(dāng)試件受力在該處沿電阻絲方向發(fā)生線變形時，電阻絲也隨著一起變形（伸長 或縮短），因而使電阻絲的電阻發(fā)生改變（增大或縮?。?。四、實驗步驟1、對被測量試件進行打磨：實驗?zāi)康拇_定后，對該試樣測量點進行表面處理，用 砂布打磨，打磨方向為軸向 45 度十字交叉，目的是增加貼片粘接強度，要求 測量點平整光滑，無凹凸現(xiàn)象。2、清洗：構(gòu)件打磨后， 需要進一步清理表面灰塵， 用棉球沾酒精或丙酮進行清洗， 達到構(gòu)件表面無灰、無油、無銹、無

13、斑點。3、畫線：測量位置點確定后，用劃針畫出定位線，畫線位置的準確度，直接和貼 片、數(shù)據(jù)采集緊密相連。4、篩選：應(yīng)變片的篩選在橋路中起著重要的作用。無論是全橋、半橋還是并聯(lián)或 串聯(lián)在橋路中，要滿足電橋的平衡條件，提高數(shù)據(jù)測量精度，貼片之前對應(yīng)變 片的電阻阻值，靈敏系數(shù)要認真篩選，一般常用的應(yīng)變片為120 ,誤差不能大于0.5o5、 上膠：應(yīng)變片粘貼技術(shù)在電測實驗中是非常重要的環(huán)節(jié)，片子粘貼質(zhì)量的高低， 直接和實驗測量結(jié)果緊密相連。特別是通過驗證性實驗，可以檢驗出貼片技術(shù) 水平的能力，因此，貼片技術(shù)在電測中起著重要的作用。6、粘貼：將事先選擇好的應(yīng)變片按畫線要求指定的位置粘貼應(yīng)變片，要求達到膠

14、層薄面均勻，并且要粘貼牢固。用拇指按一個方向滾壓應(yīng)變片，把多余的膠及 氣泡擠壓出來，然后保壓兩分鐘，自然干燥 24小時即可使用。7、絕緣：焊接應(yīng)變片之前，應(yīng)變片的引線與試樣之間要進行絕緣，采用絕緣膠帶 或其他絕緣材料。8、焊接：焊接應(yīng)變片之前，應(yīng)變片的引線與試樣之間要進行絕緣，采用絕緣膠帶或其他絕緣材料。在焊接導(dǎo)線過程中，手動作要輕，焊接速度要快，焊接點小, 要光滑，防止虛焊，確保質(zhì)量。五、實驗注意事項1在選電阻片和粘貼的過程中，不要用手接觸片身，要用鑷子夾取引線。2、清洗后的被測點不要用手接觸，已防粘上油漬和汗?jié)n。3、固化的電阻片及引線要用防潮劑（石蠟、松香）或膠布防護。實驗三沖擊應(yīng)力及動荷

15、系數(shù)一、實驗?zāi)康脑诠こ虒嵺`中經(jīng)常會遇到動荷載問題，在動荷載作用下構(gòu)件各點的應(yīng)力應(yīng)變 與靜載荷作時有很大的不同。按照加載速度的不同，動載荷形式也不同，在極短 的時間內(nèi)以很大的速度作用在構(gòu)件的載荷，成為沖擊載荷，它是一種常見的動載 荷形式。由沖擊載荷作用而產(chǎn)生的應(yīng)力成為沖擊應(yīng)力，它比靜應(yīng)力大得多。因此， 對于鍛造、沖擊、鑿巖等承受沖擊力的構(gòu)件，沖擊應(yīng)力是設(shè)計中應(yīng)考慮的主要問 題。本實驗就是運用實驗的方法測得沖擊應(yīng)力及動荷系數(shù)，同時學(xué)習(xí)了解應(yīng)力的 電測原理、方法及儀器使用，學(xué)習(xí)動態(tài)電阻應(yīng)變儀和計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用 方法和動態(tài)測量數(shù)據(jù)的分析方法。二、實驗設(shè)備1落錘式?jīng)_擊實驗裝置，動態(tài)電阻應(yīng)變儀，計

16、算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2、動態(tài)電阻應(yīng)變儀、NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3、等強度梁及重物沖擊實驗裝置4、游標卡尺和卷尺三、實驗原理及裝置本實驗采用等強度梁，在等強度梁端部受到重物 m在高度H處自由落下的沖 擊作用。由理論可知發(fā)生沖擊彎曲時，最大動載應(yīng)力，按下式確定dmax KdStmaX 其中動荷系數(shù)Kd為Kd 12H （不考慮梁的質(zhì)量）圖1-1等強度梁尺寸在等強度梁上下表面貼上互為補償?shù)乃钠瑧?yīng)變片，用導(dǎo)線接入動態(tài)電阻應(yīng)變儀及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將重物 m靜止放在梁上可測到同一點的靜應(yīng)變j。重物m從H高度落下沖擊等強度梁時，測點的動應(yīng)變dmax將通過動態(tài)電阻應(yīng)變儀和NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下來。動荷系數(shù)實測值為Kd

17、CedmaxOj圖1-2實驗裝置圖四、實驗步驟1、記錄等強度梁的幾何尺寸、材料的彈性模量，測量重物質(zhì)量。2、連接導(dǎo)線，將梁上應(yīng)變計按半橋接法接入接線盒，然后將接線盒接入動態(tài)電阻 應(yīng)變儀的插座。將動態(tài)電阻應(yīng)變儀的輸出端接入數(shù)字示波器。按照動態(tài)電阻的操 作規(guī)程，設(shè)置好各項參數(shù)，按照 NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的操作規(guī)程，設(shè)置好各項參數(shù)。3、進行應(yīng)變標定：橋路調(diào)平衡后，然后由應(yīng)變儀給出標定信號，記錄數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)的測量值。4、將重物放置在實驗梁預(yù)定的位置上，測量在重物作用下實驗梁的靜應(yīng)變輸出。5、將重物放置在預(yù)定的沖擊高度（H）位置并選擇適當(dāng)?shù)木彌_墊厚度，突然放下 重物沖擊實驗梁，測量在重物作用下實驗梁的動應(yīng)變輸出。6、計算動荷系數(shù)理論值和實驗值并比較二者的偏差