彎扭組合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京航空航天大學(xué)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)2023年彎扭組合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告2023年彎扭組合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告諸葛望

試驗(yàn)二彎扭組合試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康挠秒姕y法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角；測定圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩和扭矩；學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變花的應(yīng)用。二、試驗(yàn)設(shè)備和儀器微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)；電阻應(yīng)變儀；游標(biāo)卡尺。三、試驗(yàn)試件及裝置彎扭組合試驗(yàn)裝置如圖一所示?？招膱A軸試件直徑D0＝42mm，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E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。圖一試驗(yàn)裝置圖四、試驗(yàn)原理和措施1、測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)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，圓軸處在彎扭組合變形狀態(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)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A－B的上、下兩點(diǎn)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）可得到有關(guān)εx、εy、γxy的三個(gè)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），即可得到主應(yīng)變及其方位角的體現(xiàn)式。對(duì)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(diǎn)的主應(yīng)力及其方位角的體現(xiàn)式為：（6）、和的測量可用1/4橋多點(diǎn)測量法同步測出（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：(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(diǎn)或下點(diǎn)作為測量點(diǎn)。測出X方向應(yīng)變片的應(yīng)變值εX（）。ε0的測量可用1/4橋接法（見圖七），也可采用半橋接法（見圖八）。R0R0——x方向應(yīng)變片Rt——溫補(bǔ)片3、圓軸某一截面扭矩T的測量：切應(yīng)力τx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）。為了盡量減小試驗(yàn)誤差，本試驗(yàn)采用反復(fù)加載法?？蓞⒄杖缦录虞d方案：P0=500N，Pmax=1500N，P=1000N，N=4。五、試驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)試驗(yàn)所需各類數(shù)據(jù)表格；測量試件尺寸；測量三次，取其平均值作為試驗(yàn)值。確定加載方案；試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備、試件安裝和儀器調(diào)整；確定各項(xiàng)規(guī)定的組橋方式、接線和設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù)；檢查及試車；檢查以上環(huán)節(jié)完畢狀況，然后預(yù)加一定載荷，再卸載至初載荷如下，以檢查試驗(yàn)機(jī)及應(yīng)變儀與否處在正常狀態(tài)。進(jìn)行試驗(yàn)；將載荷加至初載荷，記下此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。反復(fù)加載，每反復(fù)一次，記錄一次應(yīng)變儀的讀數(shù)。試驗(yàn)至少反復(fù)四次，假如數(shù)據(jù)穩(wěn)定，反復(fù)性好即可。數(shù)據(jù)通過后，卸載、關(guān)閉電源、拆線并整頓所用設(shè)備。六、試驗(yàn)成果處理1、原始數(shù)據(jù)列表并計(jì)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(shí)際測量值第一組-88+332+320-305-319+69+644+784第二組-86+333+321-298-309+74+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(jì)算試驗(yàn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小和其方位角，并與理論值(按名義尺寸計(jì)算)進(jìn)行比較由公式：可計(jì)算值：故有：可計(jì)算值:同理:故有:下面將理論應(yīng)變值代入求解理論值:3、計(jì)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(jì)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(duì)誤差分析eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)（2）、將上述M的計(jì)算值與的值進(jìn)行比較，并分析其誤差（3）、將上述T的計(jì)算值與的值進(jìn)行比較，并分析其誤差2、定性分析由前面的誤差計(jì)算可以看出，試驗(yàn)成果與真值比較靠近，不過上表面的誤差相對(duì)比下表面大，產(chǎn)生較大試驗(yàn)誤差的原因可以歸納為：（1）、接線接頭處接觸電阻對(duì)試驗(yàn)成果的影響，有些線也許沒有接好或者接的太松，從而引入較大的接觸電阻，并且有些線拆了后又再接上去，接觸電阻前后不一樣樣也會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的誤差；（2）、應(yīng)變片在黏貼時(shí)候產(chǎn)生的缺陷對(duì)測量產(chǎn)生較大影響，由于我們?cè)谶M(jìn)行試驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)我們的測量成果比理論值一直偏大，并且數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性一直比很好，老師檢查時(shí)候說數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好闡明試驗(yàn)自身的環(huán)節(jié)沒有問題，應(yīng)當(dāng)是在貼應(yīng)變片的時(shí)候應(yīng)變片貼的不是很原則；（3）、在清零的過程中由于數(shù)據(jù)變動(dòng)對(duì)試驗(yàn)成果產(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(shí)間使數(shù)據(jù)穩(wěn)定下來也許就讀數(shù)了；（5）、本試驗(yàn)在試驗(yàn)前并沒有再次進(jìn)行軸的有關(guān)尺寸的測量，而是沿用了一貫的原則數(shù)據(jù)，實(shí)際尺寸也許與原則尺寸有出入，從而導(dǎo)致試驗(yàn)成果的計(jì)算誤差；（6）材料自身的質(zhì)量分布以及缺陷對(duì)試驗(yàn)也會(huì)導(dǎo)致一定的影響。八、試驗(yàn)感想與試驗(yàn)改善提議這次做的試驗(yàn)名稱是《彎扭組合試驗(yàn)》。材料力學(xué)試驗(yàn)是材料力學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)與深化，在其中要用到諸多課堂上所學(xué)到的理論知識(shí)與成果，是將自己所學(xué)到的知識(shí)付諸實(shí)踐的一種形式。在力學(xué)試驗(yàn)中，影響試驗(yàn)的原因諸多，產(chǎn)生誤差的原因也錯(cuò)綜復(fù)雜，規(guī)定我們有一顆嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男?，?yán)格控制好試驗(yàn)條件等多種途徑，以最佳的試驗(yàn)方式展現(xiàn)力學(xué)現(xiàn)象，考驗(yàn)了我們實(shí)際動(dòng)手能力和分析處理問題的能力。材料力學(xué)試驗(yàn)有一定的復(fù)雜性，為了在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完畢老師所規(guī)定的試驗(yàn)內(nèi)容，到達(dá)良好的試驗(yàn)成果，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)了試驗(yàn)講義上提到的有關(guān)環(huán)節(jié)與注意事項(xiàng)，理解了儀器的工作原理、性能、對(duì)的的操作環(huán)節(jié)與多種橋路的接法及其電路原理，寫好了試驗(yàn)預(yù)習(xí)匯報(bào)。預(yù)習(xí)是試驗(yàn)前面必須要完畢的工作，不過工作的重點(diǎn)還是在試驗(yàn)過程中。我在做試驗(yàn)的過程中，格外小心，由于我們所用的萬能試驗(yàn)機(jī)是一種比較精確地儀器，稍微不注意就會(huì)使得機(jī)器所施加的力超過我們的預(yù)期規(guī)定。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(yàn)中，老師給了我們?nèi)齻€(gè)她規(guī)定檢查的地方（三種橋路所測得三種數(shù)值），通過老師在試驗(yàn)過程中的檢查，可以使我意識(shí)到我的試驗(yàn)與否在一路對(duì)的的進(jìn)行下去。在讀數(shù)的過程中一定要小心，由于數(shù)據(jù)具有變動(dòng)性，不要馬虎了事，一定要等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后在進(jìn)行讀數(shù)、這樣才可以保證我們所測量的數(shù)據(jù)的精確性。試驗(yàn)完畢后，要認(rèn)真清理試驗(yàn)臺(tái)，把所有的儀器恢復(fù)到位。在試驗(yàn)完畢后，我認(rèn)真的處理了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)是定量分析的根據(jù)，是探索、驗(yàn)證力學(xué)規(guī)律的第一手資料。本次試驗(yàn)我深入學(xué)習(xí)了用電腦處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，剛開始我還不