主应力测定.docx

主应力测定空心圆管主应力的测定 实验目的 1、用实验方法测定平面应力状态下主应力的大小及方向。 2、学习电阻应变花的应用及其接线方法。 3、掌握用应变花测量一点的主应力及其主方向的方法。 4、学习用列表法处理数据。 5、将测试结果与理论计算值进行比较，以加深对理论的认识和理解。 使用仪器 静态电阻应变仪、小螺丝刀、弯扭组合试验台、待测薄壁圆管试样等。 装置介绍 本实验所用实验台结构如右图1所示。薄壁圆管一端固定在支座上，另一端与水平杆刚性连结，圆管与杆的轴线彼此垂直，并且位于水平面内。水平杆的自由端有砝码盘，在其上挂上砝码，可使薄壁圆管发生弯扭组合变形。在圆管上表面距水平杆L处的K点粘贴一枚450应变花，其灵敏系数K标注在试样上。 实验装置参数：圆管内径d=38mm，外径D=42mm，L=270mm，LN=300mm。圆管材料为铝合金，其弹性模量E = 69Gpa，泊松比=0.31。 实验原理 图1 实验装置示意图 由应变分析可知，在平面应力状态下，为了确定一点处的主应力，可应用电阻应变花测出三个方向上的线应变，然后算出主应变的大小和方向，从而确定其主应力的大小和方向。 由材料力学知识可知，图2所示的装置在载荷P作用下，圆管将发生弯扭组合变形。由弯扭组合变形理论可知，其上表面顶点K处的应力状态如图3所示，其主应力和主方向的理论值分别为： 2s1üsæsö2ý=±ç÷+ts3þ2è2ø 图2 加载装置示意图 tg2a=-和 2ts 如果在K点处贴一450应变花，使其中间的应变计与圆管母线一致， 另外两个应变片分别与母线成±450的夹角），用应变仪采用“1/4桥公共补偿多点同时测量”的方法测量薄壁圆管变形后应变花对应的三个方向上的应变值0、45、45，则其主应变的大小和方向分别为： (a) (b) 图3 K点处的应力状态及其贴片方式示意图 e1üe-45+e452=±ýe3þ22(e0-e45)2+(e0-e-45)2a=arctg12e45-e-452e0-e45-e-45 此主应变的方向即其主应力的方向，而主应力的大小可按虎克定律算出。即： Eü()e+me13ï2ïEée45-e-451-m2=ê±ýE(e3+me1)ï2ë1-m1+ms3=2ï1-mþs1=(e0-e45)+(e0-e-45)22ùúû将根据实验测定的主应力和主方向与理论值进行比较。 实验步骤 1、根据应变花各敏感删与薄壁圆管试样轴线的夹角，确定00、-450和450敏感删。 2、将应变花的三个敏感删分别联接到应变仪的三个分电桥之A、B两点上，公共补偿片接到公共补偿的B、C两点上。 3、调整各分电桥的初读数，然后加砝码，测出各测点的应变值并卸载。 4、重复步骤3，直至测得三组有效数据。 5、将所测得的数据交由指导教师校核，经教师认可后再拆除线路，归整所用仪器设备，由指导教师验收合格后方可离开实验室。 6、将所测得的数据代入式进行数据处理，结果填入数据处理表格中，并与理论值进行比较，求出其测量误差。 数据记录 表1、各方向应变值的测定 试样编号NO： 、应变仪的灵敏系数 Ky = 、应变计的灵敏系数 K = 方位 次数 450 00 450 1 2 2、试样特征量 3 平 均 修 正 值 试 样 的 几 何 尺 寸/mm 外 径 D 内 径 d 弯 臂 L 扭 臂 LN 试 样 的 材 料 常 数 泊松比 弹性模量E/MPa 数据处理 1 3 理论值 主 应 力 /MPa 测量值 测量误差/ 理论值 主 方 向 /0 测量值 测量误差/ 思考题 *1、如果将实验中所使用的应变花逆时针方向旋转450，主应力的实测值是否与讲义中的贴片方法相同？为什么？试推出旋转后的主应力和主方向的计算公式。 *2、如果换用600的应变花应如何贴片？其主应力和主方向的计算公式又如何？