第二章電測法應(yīng)力分析實驗.doc

第二章 電測法應(yīng)力分析實驗電測法是實驗應(yīng)力分析中應(yīng)用最廣泛和最有效的方法之一，廣泛應(yīng)用于機械、土木、水利、材料、航空航天等工程技術(shù)領(lǐng)域，是驗證理論、檢驗工程質(zhì)量和科學(xué)研究的有力手段。第一節(jié) 矩形截面梁的純彎曲實驗 一、實驗?zāi)康?.熟悉電測法的基本原理和靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用方法。2.測量矩形截面梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律。3.比較正應(yīng)力的實驗測量值與理論計算值的差別。 二、實驗設(shè)備和儀器1.多用電測實驗臺。2.YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。3.SDX-I型載荷顯示儀。4.游標(biāo)卡尺。 三、實驗原理及方法實驗裝置如圖2-1所示，矩形截面梁采用低碳鋼制成。在梁承發(fā)生純彎曲變形梁段的側(cè)面上，沿與軸線平行的不同高度的線段、（線位于中性層上，線位于梁的上表面，線位于梁的下表面，和、和各距線等距，其距離分別用和表示）上粘貼有五個應(yīng)變片作為工作片，另外在梁的右支點以外粘貼有一個應(yīng)變片作為溫度補償片。將五個工作片和溫度補償片的引線以半橋形式分別接入電阻應(yīng)變儀后面板上的五個通道中，組成五個電橋（其中工作片的引線接在每個電橋的和端，溫度補償片接在電橋的和端）。當(dāng)梁在載荷作用下發(fā)生彎曲變形時，工作片的電阻值將隨著梁的變形而發(fā)生變化，通過電阻應(yīng)變儀可以分別測量出各對應(yīng)位置的應(yīng)變值。根據(jù)胡克定律，可計算出相應(yīng)的應(yīng)力值式中，為梁材料的彈性模量。梁在純彎曲變形時，橫截面上的正應(yīng)力理論計算公式為式中：為橫截面上的彎矩；為梁的橫截面對中性軸的慣性矩；為中性軸到欲求應(yīng)力點的距離。圖2-1 矩形截面梁的純彎曲 四、實驗步驟1.測量矩形截面梁的各個尺寸，預(yù)熱電阻應(yīng)變儀和載荷顯示儀。2.將各種儀器連接好，各應(yīng)變片按半橋接法接到電阻應(yīng)變儀的所選通道上。3.逐一調(diào)節(jié)各通道的電橋平衡。4.搖動多用電測實驗臺的加載機構(gòu)，采用等量逐級加載（可?。?，每增加一級載荷，分別讀出各電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值。5.記錄實驗數(shù)據(jù)。6.整理儀器，結(jié)束實驗。 五、實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算 實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算見表2-1。 六、注意事項1.加載時要緩慢，防止沖擊。2.讀取應(yīng)變值時，應(yīng)保持載荷穩(wěn)定。3.各引線的接線柱必須擰緊，測量過程中不要觸動引線，以免引起測量誤差。表2-1 矩形截面梁純彎曲實驗的數(shù)據(jù)記錄與計算材料常數(shù)： 梁的尺寸： ，應(yīng)變/載荷/點點點點點讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量/誤差=/%第二節(jié) 薄壁圓筒的彎扭組合實驗 一、實驗?zāi)康?.了解實驗應(yīng)力分析的基本理論和方法。2.測量在彎扭組合變形下薄壁圓筒表面指定點的主應(yīng)力大小和方向。3.測量在彎扭組合變形下薄壁圓筒表面指定點與彎矩、扭矩和剪力分別對應(yīng)的應(yīng)力。 二、實驗設(shè)備和儀器1.彎扭組合變形實驗裝置。2.YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。3.游標(biāo)卡尺。 三、實驗原理及方法實驗裝置如圖2-2所示，圓筒的外徑，內(nèi)徑，材料為鋁合金。通過轉(zhuǎn)動加載手輪進(jìn)行加載，采用等量逐級加載，載荷大小由數(shù)字顯示儀顯示，根據(jù)載荷大小可計算出指定橫截面上的彎矩、剪力和扭矩。圖2-2 薄壁圓筒彎扭組合變形實驗裝置圖2-3 b點的應(yīng)力狀態(tài)1.測量主應(yīng)力選擇橫截面上的、兩點進(jìn)行測量，點的應(yīng)力狀態(tài)如圖2-3所示，根據(jù)理論分析可知，正應(yīng)力為式中：；為薄壁圓筒的外徑；為薄壁圓筒內(nèi)徑。扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為式中：。在電阻應(yīng)變儀中選擇六個通道，按半橋接法將、兩點的兩個應(yīng)變花的每個應(yīng)變片、分別接入電阻應(yīng)變儀上所選的六個通道的、端；將一個共用的溫度補償片接入電阻應(yīng)變儀的任一、端，形成如圖2-4所示的六個測量電橋電路。 圖2-4 主應(yīng)力測量接線圖 圖2-5 與彎矩對應(yīng)的正應(yīng)變測量采用等量逐級加載，在每一載荷作用下，分別測得、兩點的、和。將測量結(jié)果記錄在實驗報告中，可用下列公式計算出、兩點的主應(yīng)力大小和方向：2.測量與彎矩對應(yīng)的正應(yīng)變選擇橫截面上的、兩點進(jìn)行測量。將、兩點應(yīng)變花的兩個方向應(yīng)變片和按圖2-5所示的半橋接法接入電阻應(yīng)變儀的任一通道，可測得、兩點與彎矩所對應(yīng)的正應(yīng)變式中：為電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)。3.測量與扭矩對應(yīng)的切應(yīng)變選擇橫截面上的、兩點進(jìn)行測量。拆去電阻應(yīng)變儀面板上的、和三個接線柱上的連接片，任選一個通道，用、兩點的和方向的四個應(yīng)變片、和接入電阻應(yīng)變儀，組成如圖2-6所示的全橋電路,可測得、兩點與扭矩所對應(yīng)的切應(yīng)變原理分析：由理論分析可知,由于、兩點位于中性軸上，所以無沿軸線方向的線應(yīng)變，、兩點均為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，與扭矩和剪力分別對應(yīng)的切應(yīng)力和為式中：為薄壁圓筒的平均半徑；為薄壁圓筒的厚度。設(shè)在沿四個應(yīng)變片、和方向上與扭矩所對應(yīng)的線應(yīng)變分別為、和，于是有設(shè)在沿四個應(yīng)變片、和方向上與剪力所對應(yīng)的線應(yīng)變分別為、和，則有根據(jù)電橋的性質(zhì)可知，電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)為即每個應(yīng)變片與扭矩所對應(yīng)的線應(yīng)變?yōu)?。說明全橋接法，電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)為每個應(yīng)變片實際應(yīng)變值的四倍。上述測得的是線應(yīng)變值，根據(jù)純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變分析可知，在、兩點處與扭矩所對應(yīng)的切應(yīng)變?yōu)?圖2-6 與扭矩對應(yīng)的切應(yīng)變測量 圖2-7 與剪力對應(yīng)的切應(yīng)變測量4.測量與剪力對應(yīng)的切應(yīng)變選擇橫截面上的、兩點進(jìn)行測量。任選一個通道，將、兩點的、方向的四個應(yīng)變片、和接入電阻應(yīng)變儀，組成如圖2-7所示的全橋電路。其測量原理同3，但必須注意應(yīng)變片在電橋中的接法不同。在此情況下，電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)為即每個應(yīng)變片與剪力所對應(yīng)的線應(yīng)變?yōu)椤Ｓ纱丝傻?，在、兩點處與剪力所對應(yīng)的切應(yīng)變?yōu)?.測量切變模量按照3的方法，測量出切應(yīng)變后，可計算出切變模量式中：為理論計算的切應(yīng)力。 五、實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算1.測量主應(yīng)力表2-2a 薄壁圓筒彎扭組合實驗的數(shù)據(jù)記錄與計算（測量應(yīng)變）應(yīng)變/載荷/方向方向方向讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量b點d點表2-2b 薄壁圓筒彎扭組合實驗的數(shù)據(jù)記錄與計算（計算主應(yīng)力及其方向）材料常數(shù)：彈性模量，泊松比裝置尺寸：圓筒外徑，圓筒內(nèi)徑，測點位置， 加載臂長主應(yīng)力測點理論值實驗值誤差理論值實驗值誤差理論值實驗值誤差bd2.測量與彎矩、扭矩和剪力分別對應(yīng)的應(yīng)變和應(yīng)力表2-3 薄壁圓筒彎扭組合實驗的數(shù)據(jù)記錄與計算（與內(nèi)力對應(yīng)的應(yīng)變和應(yīng)力）應(yīng)變/me載荷/N與彎矩M對應(yīng)與扭矩T對應(yīng)與剪力對應(yīng)讀數(shù)