弯扭组合变形的主应力测定
实验五 弯扭组合主应力电测实验 - 山东理工大学
实验五弯扭组合主应力电测实验 - 山东理工大学一、实验目的1. 掌握压电晶体主应力测量原理及应用；2. 了解弯扭组合应力的数学模型和电测电路设计；3. 实现不同应力状态下的主应力测量和数据记录。
二、实验原理1. 压电晶体的应变与电量的关系杨氏模量 E：表示晶体单位应变对应的应力，即E=σ/ε压电系数 d33：表示晶片沿极化方向（3）的压电效应，σ = d33×ε2. 弯扭组合应力在构件中，因为同时作用有多个正应力和剪应力，使得它们所产生的同方向主应力不再与构件体坐标系保持一致，不是单向的，这种情况称为“主应力变向”。
3. 电测电路设计放大器是一个直流差动放大器。
它主要由四个放大器管和一个差分负载组成。
通常使用皮卡德电阻电桥作为应力传感器，测出的电势差信号被放大器扩大，即可得到相应的应力信号。
实验器材：压电晶体、动力学实验台、电源、斜坡波发生器、示波器、放大器、连接线等。
实验步骤1. 产生不同应力状态通过动力学实验台的加工模块产生不同的弯矩和扭矩，以这些载荷对标准试件（如钢棒、铜柱等）施加不同的应力状态。
2. 测量压电晶体电势将压电晶体片紧贴标准试件表面，并从标准试件表面传递应力。
此时，晶片上的应变将导致电场强度的变化，从而在晶片上出现电势差。
将示波器和放大器连接上后，即可获得相应的电位和电流信号。
3. 记录实验数据测量各数据点的电位和电流数值，经过放大处理后，得到应力和应变大小。
根据弯扭组合应力的数学模型，得到各状态下的主应力大小。
根据测得的数据，用图形显示出主应力大小和各个轴向应力的方向。
实验注意事项1. 实验前需要对实验器材进行检查。
2. 实验中需要注意操作安全，避免造成人员伤害和财物损失。
实验结论通过本次实验，我们掌握了压电晶体主应力测量原理和应用，了解了弯扭组合应力的数学模型和电测电路设计，并实现了不同应力状态下的主应力测量和数据记录。
在实验过程中，我们需要注意操作安全，避免造成人员伤害和财物损失，同时还要对实验器材进行清理和维护。
实验四 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定
实验四薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验内容：构件在弯扭组合作用下，根据强度理论,其强度条件就是。
计算当量应力，首先要确定主应力,而主应力得方向就是未知得，所以不能直接测量主应力.通过测定三个不同方向得应变,计算主应变,最后计算出主应力得大小与方向.本实验测定应变得三个方向分别就是-45°、0°与45°.实验目得与要求:１、用电法测定平面应力状态下一点得主应力得大小与方向2、进一步熟悉电阻应变仪得使用,学会1/4桥法测应变得实验方法设计思路：为了测量圆管得应力大小与方向，在圆管某一截面得管顶Ｂ点、管底D点各粘贴一个４５°应变花,测得圆管顶B点得-45°、0°与４5°三个方向得线应变、、.应变花得粘贴示意图实验装置示意图关键技术分析：由材料力学公式：得从以上三式解得主应变根据广义胡克定律1、实验得主应力大小__________________ 122 4545450450 2()2()() 2(1)2(1)E Eσεεεεεεσμμ--+⎫=±-+-⎬-+⎭实实方向2、理论计算主应力３、误差实验过程１、测量试件尺寸、力臂长度与测点距力臂得距离,确定试件有关参数.附表1 2、拟定加载方案。
先选取适当得初载荷P 0（一般取P ｏ=lO ％P ｍax 左右)。
估算P max （该实验载荷范围P max 〈４00N),分４～6级加载。
３。
根据加载方案，调整好实验加载装置。
4.加载.均匀缓慢加载至初载荷P o ,记下各点应变得初始读数；然后分级等增量加载,每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片得应变值，直到最终载荷。
实验至少重复两次。
５.作完试验后,卸掉载荷,关闭电源，整理好所用仪器设备,清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
6、实验装置中，圆筒得管壁很薄，为避免损坏装置,注意切勿超载，不能用力扳动圆筒得自由端与力臂。
实验六弯扭组合应力测定实验
实验六弯扭组合应力测定实验一、实验目的1. 理解弯扭组合应力的概念和计算方法；2. 掌握应力测量仪器的使用方法；3. 学会进行弯扭组合应力测量实验。
二、实验原理弯曲和扭转同时作用在同一构件上时，构件上就存在着同时作用的弯矩和扭矩，由此产生的应力称为弯扭组合应力。
弯扭组合应力的计算公式为：τmax=T/(J/2)*r+W/(b*h)其中，τmax为弯扭组合应力，T为扭矩，J为极振系数，r为截面离中心轴的距离，W 为弯矩，b为宽度，h为高度。
三、实验器材1. 弯扭试验机；2. 应变计；3. 测力计；4. 转角计；5. 计算机等。
四、实验流程1. 将试件固定在试验机上，并根据实验要求调整试验机的参数；2. 根据试验要求，在试件上粘贴应变计；3. 用测力计分别测量试件上的弯矩和扭矩；5. 结合试验数据，在计算机上进行弯扭组合应力的计算；6. 根据计算得到的结果，确定试件的最大应力值。
五、实验注意事项1. 在进行试验前，应仔细检查试件和试验机的状态，确保没有任何损伤和故障；2. 试件在安装时必须保持平衡，避免产生偏心或错位；3. 对于应变计的粘贴，应事先了解其粘贴方法和位置，保持粘贴位置的一致性；4. 在进行测力计和转角计测量时，应严格按照操作要求进行；6. 在试验进行过程中，如发现任何异常情况，应及时停止试验，并排查故障及原因。
六、实验结果与分析根据实验测量值和计算值，确定试件的最大应力值，并进行对比分析。
七、实验结论由实验所得到的结果，得出试件的最大应力值。
同时，根据实验得出的数据和对比分析，得到实验结论。
弯扭组合变形主应力的测定
M －弯矩 M = PL
WZ －抗弯截面系数
2、τ n
=
Mn Wn
( ) WZ
=
π
D4 − d4 32D
M n －扭矩 M n = Pa
Wn －抗扭截面系数
( ) Wn
=
π
D4 − d4 16D
单元体图如下：
y
τn
X筒
σx
σ3 τn σ1 3
4
2 σ1
1
σ3
τn σx
τn
3、理论值计算公式：
主应力公式：
实验七 弯扭组合变形主应力的测定
一、实验目的
1、掌握多点静态应变测量技术。 2、测定平面应力状态下主应力的大小和方向，并与理论值进行比较。
二、实验仪器、设备和工具
1、组合实验台弯扭组合实验装置。 2、静态电阻应变仪。 3、游标卡尺、钢板尺。
三、实验原理
试件为一空心薄壁圆筒，它受弯矩和扭矩的作用，弯扭组合变形属于二向应 力状态
a
应变花 L
C1
φD φd
P
X筒
C2
R0 0 R 450
R90 0
在 C1－C2 面上的分别贴有直角应变花。
在 C 点单元体上作用有由弯矩引起的正应力σ x ，由扭矩引起的剪应力τ n ，主应
力是一对拉应力σ1 和一对压应力σ 3 ，单元体上的正应力σ x 和剪应力τ n 可按下
式计算
1、σ x
=
M WZ
=
−
2τ n σx
2、实验值和理论值比较 C1 或 C2 点主应力和方向
比较内容
实验值
σ3
=
σx 2
−
⎜⎛ σ
x
弯扭组合变形主应力的测定
弯扭组合变形主应力的测定弯扭组合变形是工程结构中常见的一种变形形式，它所引起的主应力分布情况对结构的强度和稳定性影响很大。
因此，对弯扭组合变形的主应力进行优化设计和分析是十分重要的。
本文将介绍弯扭组合变形主应力的测定方法。
弯扭组合变形的主应力分布对于一个扭曲杆件的弯扭组合变形，其主应力状态可以分为三种情况：剪应力状态、纯弯曲状态和扭转状态。
这三种状态的主应力分布情况如下图所示：由图中可以看出，对于弯扭组合变形的主应力分布情况，需要考虑不同状态之间的相互影响，同时也需要考虑结构内部的应力集中等问题。
弯扭组合变形主应力的测定方法1、应力分解法对于弯扭组合变形的主应力，可以采用应力分解法进行求解。
实际上，通过应力分解法的求解过程，可以将复杂的弯扭组合变形问题简化为若干个独立的单应力问题。
在求解的过程中，需要根据不同的应力状态进行不同的处理。
具体方法如下：（1）剪应力状态：在剪应力状态下，主应力的计算可以通过应力平衡方程进行求解，即：σMx + τxy = 0其中，σMx表示沿x轴方向的主应力；σMy表示沿y轴方向的主应力；τxy和τyx 分别表示剪应力。
σMxy = My×y/Ix其中，Myx和Mxy分别表示沿x和y轴方向的弯矩；x和y分别表示距离中心轴的距离；Ix和Iy分别表示截面面积的惯性矩。
其中，Tx和Ty分别表示扭矩；Qxy和Qyx分别表示截面积的扭转常数。
2、应变测试法应变测试法是一种常用的测定弯扭组合变形主应力的方法。
在实际测量中，可以选取若干个位置进行应变测试，然后通过应变分布的情况计算主应力。
一般来说，通过选取3-4个测试点即可得到比较准确的主应力数据。
若测试点较多，可以采用工程优化软件等工具进行数据处理和分析。
总结弯扭组合变形的主应力是工程结构设计和分析中非常重要的一项指标。
对于此类问题的求解，可以采用应力分解法或应变测试法进行。
在实际应用中，需要根据具体的情况进行选择。
此外，在计算中还需要考虑应力集中等问题，以保障结构的稳定性和安全性。
弯扭组合正应力的测定
弯扭组合应力的测定。
2.原理（1）确定危险点：根据内力分析可确定危险点；（2）确定主应力和主方向。
弯扭组合下，圆管的危险点处于平面应力状态。
对线弹性各向同性材料，主应变，1ε , 2ε 和主应力方向一致，由广义虎克定律可以得到主应力。
)(12121μεεμσ+-=E ，)(11222μεεμσ+-=E实测时，选定危险点，在危险点贴一个三向应变花，选定 x 轴，则三向应变花的 α角分别为-450、00、450，用外补偿片 R 与工作片 R0°，R45°，R －45°，组成半桥，测出ε0°ε45°，ε-45°应变。
将它们代入公式，得20452045454521)()(222εεεεεεεε-+-±+=--把1ε , 2ε 代入广义虎克定律公式，便可以确定危险点的主应力，为)(12121μεεμσ+-=E ；)(11222μεεμσ+-=E两个互相垂直的主方向，可以由下式确定45450454522tan εεεεεα---=-- （3）测定弯矩在靠近固定端的上表面危险点上贴一个三向应变花，圆 管在轴向只有因弯曲引起的拉伸和压缩应变，且两者数值相等符号相反。
因此，将 m 点和 m ’点 O0 方向的应变片，或 O0 方向的应变片和外补偿片 R 组成半桥接线。
b t b t b r εεεεεε2)()(=+--+=如果是 O0 方向的应变片和外补偿片 R 组成半桥接线，上式即是b t t b r εεεεε=+-+=)0()(式中t ε为温度应变，b ε 为 m 点因弯曲引起的应变。
因此求得弯曲应力为弯弯b b E εσ⋅=还可以由下式计算弯曲应力，即 ）（44322d D MDI D M -=⋅=πσ 令以上两式相等，便可求得弯矩为弯）（）（b r Dd D E D d D E M επεπ32324444-=-=（4）测定扭矩当圆管受弯扭组合时，上下和内外侧四点的纯扭转应变相等。
弯扭组合梁主应力大小及方向的测定
弯扭组合梁主应力大小及方向的测定1 实验目的⑴、用电测方法测定弯扭组合变形梁主应力大小及方向。
⑵、掌握主应力大小及方向的理论和实测计算公式，并进行比较计算其误差值。
⑶、掌握电阻应变花的应用。
2 仪器和设备⑴、50KN微机控制电子万能试验机。
⑵、TS3861静态电阻应变仪。
⑶、游标卡尺。
3 实验原理及装置图8－1 弯扭组合梁示意图图8－2 Ⅰ-Ⅰ截面弯扭组合梁为一空心薄壁园轴，材料为45号钢，其弹性常数为：E=210GPa，μ=0.28，横截面尺寸，外经D=30mm，内径d=26mm。
其一端固定，另一端装一固定加力臂端，轴与力臂端的轴线相互垂直，并且在同一水平面内。
离悬臂端加载点的垂直距离135mm处I-I截面为被测位置，如图1。
在此处园轴表面的前后、上下（图8-2）所示的A、C、B、D四个被测位置上，每处粘贴一枚三轴直角应变花，如图8-3所示。
共计12片应变片，供不同的测试目的选用。
当加力臂端作用载荷P后，园轴发生扭转与变形的组合变形，薄壁园轴横截面上便有内力素：弯矩、扭矩和剪力。
在I-I 截面的A 、C 、B 、D 被测四点上，其单元体上应力状态如图8-4所示。
一．实验测定主应力大小及方向弯扭组合变形构件表面上一点处于平面应力状态，由应力-应变广义胡克定律可知，为了确定一点处的主应力，可在该点处粘贴一直角应变花，该直角应变花由三个应变片组成，既由+45o方向的应变片、O o方向的应变片和-45o方向的应变片组成。
只要用静态电阻应变仪将这三个方向上的线应变测出，代入公式既可计算出主应变的大小和方向。
为了兼测其它实验值，本实验采用直角应变花，并使中间的应变片方向与园轴母线一致，另外两片分别与母线成±45o角，在A 、B 、C 、D 四个测点分别粘贴四枚应变花。
根据被测点三个方向应变值ε45°、ε0°、ε-45° ，计算主应力大小和方向公式分别为：245020454545maxmin )()()1(2)()1(2o o o o o o EE εεεεμεεμσ-+-+⋅±++=-- ……(8—1)Tan2ɑ0=oooo o 4545454502εεεεε----- ……… (8—2)式中ɑ。
薄壁圆筒弯扭组合主应力测定
薄壁圆筒弯扭组合主应力测定
薄壁圆筒弯扭组合状态下，主应力的测定需要进行以下步骤：
1. 计算圆筒的应变及变形能量：利用圆筒的尺寸和材料参数，计算出圆筒在弯曲和扭转过程中的应变和变形能量。
2. 分解应力及其合成：利用应力分析的原理，将圆筒的弯曲和扭转应力分解为垂直和平行于筒轴的应力，然后将二者合成得到主应力。
3. 测定主应力：将圆筒放入测试设备中，通过施加拉伸或压缩载荷并测量变形量，计算出主应力大小及其方向。
4. 分析应力状态及破坏条件：根据主应力大小及其方向、材料的应力-应变本构关系等因素，分析圆筒受力状态及破坏条件，为设计或优化圆筒的结构和材料提供重要参考。
薄壁圆筒在弯曲和扭转组合变形下的主应力测试实验
薄壁圆筒在弯曲和扭转组合变形下的主应力测试实验
实验目的： （1）了解在弯曲和扭转组合变形情况下的测试方法
（2）测定薄壁圆筒试件在弯曲和扭转组合受力情况下，试件表面某
点的正应力，并与理论值比较。
实验仪器： XL3418材料力学多功能试验台；测力仪；静力电阻应变仪。
实验原理： 薄壁圆筒受弯曲和扭转组合作用，使圆筒的m 点处于平面应力状态如图1所示。
在m 点单元体上有弯矩引起来的正应力x σ，和由扭矩引起来的剪应力n τ。
主应力是一对拉应力1σ和一对压应力3σ。
理论值计算：
132x σσσ= 022n
x
tg τασ-=
x z M W σ= 4
3132z D d W D π⎡⎤
⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦ M P L =∆⋅
n T T W τ= 43116T D d W D π⎡⎤
⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦
T P a =∆⋅
实验值计算：
°
°
145453()2(1)E εεσσμ-+=±- °°°°°45-450045-45()2(2)
tg εεαεεε-=
--
图1 圆筒m 点的应力状况。
薄壁圆筒在弯扭组合变形主应力测定报告
薄壁圆筒在弯扭组合变形主应力测定报告一、概述薄壁圆筒是工程中常见的一种结构形式，其在使用过程中受到的弯曲和扭转载荷往往同时存在，因此对其在弯扭组合变形条件下的主应力进行准确测定具有重要意义。
本报告旨在对薄壁圆筒在弯扭组合变形下的主应力进行测定，并提供权威的数据支持。
二、实验目的1.对薄壁圆筒在弯曲和扭转载荷下的主应力进行测定；2.掌握薄壁圆筒在弯扭组合变形条件下的变形规律；3.提供准确可靠的数据支持，为工程设计提供参考依据。
三、实验原理在弯曲和扭转载荷共同作用下，薄壁圆筒内部会产生主应力和主剪应力。
其主应力由弯曲应力和扭转应力共同决定，根据相关理论原理，可以通过测定薄壁圆筒表面的变形情况，推导出其在弯扭组合变形条件下的主应力。
四、实验装置和材料1.薄壁圆筒实验样品；2.应变仪；3.扭转载荷施加装置；4.弯曲载荷施加装置；5.数据采集系统；6.相关辅助工具；7.其他必要的辅助材料。
五、实验步骤1.准备薄壁圆筒样品，清洁表面并固定在实验台上；2.根据实验要求，施加弯曲载荷，并记录薄壁圆筒的变形情况；3.根据实验要求，施加扭转载荷，并记录薄壁圆筒的变形情况；4.利用应变仪等装置对薄壁圆筒表面的应变变化进行实时监测和记录；5.根据采集的数据，推导出薄壁圆筒在弯扭组合变形条件下的主应力。
六、实验数据处理和分析1.根据实验采集的数据，绘制出薄壁圆筒在不同弯曲和扭转载荷下的主应力变化曲线；2.对数据进行详细分析和比对，得出薄壁圆筒在不同载荷情况下的主应力范围；3.分析实验中存在的误差和不确定性，并提出相应的修正方案；4.对实验结果进行合理的解释和结论。
七、实验结果与结论1.根据实验数据处理和分析，得出薄壁圆筒在弯扭组合变形条件下的主应力范围为△σ；2.对实验结果进行科学的解释和结论，明确指出实验的可靠性和局限性；3.在结论部分提出对后续研究和工程应用的建议和展望。
八、实验总结1.总结全文工作，重点强调实验的意义和价值；2.对实验中存在的问题和不足进行梳理和反思；3.为未来相关研究和工程设计提供经验和借鉴。
弯扭组合变形实验(主应力)
弯扭组合变形实验——主应力的测定一、实验目的1．测量薄壁圆管在弯曲和扭转组合变形下，其表面一点的主应力大小及方位。
2．掌握用电阻应变花测量某一点主应力大小及方位的方法。
3．将测点主应力值与该点主应力的理论值进行分析比较。
二、预习思考要点1．试分析本实验装置是如何使薄壁圆管产生弯曲和扭转组合变形的。
2．薄壁圆管在弯扭组合变形下其横截面上有几种内力？哪几种？有几种应力？哪几种？3．薄壁圆管在弯扭组合变形下其表面一点处于什么应力状态？在主应力方位未知的情况下，确定该点的应力状态需求解几个未知量？哪几个？三、实验装置及仪器1．弯扭组合变形实验装置如图1-29所示，装置上的薄壁圆管一端固定，另一端自由。
在自由端装有与圆管轴线垂直的加力杆，该杆呈水平状态。
载荷F作用于加力杆的自由端。
此时，薄壁圆管发生弯曲和扭转的组合变形。
在距圆管自由端为L1的横截面的上、下表面B和D处各贴有一个45°应变花（或60°应变花）如图1-29。
设圆管的外径为D，内径为d，载荷作用点至圆管轴线的距离为L2。
图1-29 簿壁圆管主应力测量装置2．静态电阻应变仪。
3．游标卡尺、钢尺等。
四、实验原理理论分析表明，薄壁圆管发生弯扭组合变形时，其表面各点均处于平面应力状态，如图1-29所示的I-I 截面的上表面B 点和下表面D 点的应力状态分别如图1-30所示。
（a ） （b ）图1-30 簿壁圆管上、下表面点的应力状态由应力状态理论可知，对于平面应力状态问题，要用实验方法测定某一点的主应力大小及方位，一般只要测得该点一对正交方向的应变分量εx 、εy 及γxy 即可。
用实验手段测定线应变ε较为容易，但角应变γxy 的测定却困难得多，而由平面应力状态下一点的应变分析可知平面上某点处的坐标应 变分量εx 、εy 及γxy 与该点处任一指定方向α的线应变εα有下列关系：αγαεαεεα2sin 21sin cos 22xy y x ++= （1-55）从理论上说可以测定过该点任意三个不同方向上的线应变εα、εβ、εγ，建立三个如式1-55那样的独立方程，解此方程组即可完全地、唯一地确定εx 、εy 、γxy ，但因方程中出现了三角函数，为了解算简便，在实验测试中，生产厂家已将三个应变片互相夹一特殊角，组合在同一基底上组成应变花，本实验采用互成45°的直角应变花，布设方式如图1-31所示。
弯扭组合变形的主应力测定-2010年秋
tan 2α 0 = −2τ n / σ M
D点
⎛ −σ M ⎞ σ1 − σ M 2 = ± ⎜ ⎟ + (− τ n ) σ3 2 ⎝ 2 ⎠
2
tan 2α 0 = −2(− τ n ) / (− σ M )
2、分析产生误差的主要原因。 相对误差 = 七、数据处理 附表 1 圆筒的尺寸和有关参数 a = 250 mm 弹性模量 E = 71 GPa L = 300 mm 泊 松 比 μ = 0.32 D = 40 mm 内 径 d = 34 mm 附表 2 数据表格 应 变载荷 100N 200N 300N 400N 平均值 实验值 理论值 0°应变计 ε0 Δε0 45°应变计 ε45 Δε45 -45°应变计 ε-45 Δε-45 实验值 − 理论值 × 100% 理论值
y c b
y
αc
a
+45D
αb αa
o
x
−45D
o
x
图1
图2
⎧ε a = ε x cos 2 α a + ε y sin 2 α a − γ xy sin α a cos α a ⎪ ⎪ 2 2 ⎨ε b = ε x cos α b + ε y sin α b − γ xy sin α b cos α b ⎪ 2 2 ⎪ ⎩ε c = ε x cos α c + ε y sin α c − γ xy sin α c cos α c
⎧ε x = ε 0D ⎪ ⎨ε y = ε 45D − ε 0D + ε −45D ⎪ ⎩γ xy = ε −45D − ε 45D
主应变公式为
（2）
⎧ε1 ε x + ε y 1 2 (ε x − ε y )2 + γ xy ± ⎨ = 2 2 ⎩ε 3
弯扭组合变形时的应力测定 工程力学实验报告
弯扭组合变形时的应力测定一、 实验目的1．用电测法测定平面应力状态下的主应力大小及其方向，并与理论值进行比较。
2．测定弯扭组合变形杆件中的弯矩和扭矩分别引起的应变，并确定内力分量弯矩和扭矩的实验值。
3．进一步掌握电测法和应变仪的使用。
了解半桥单臂，半桥双臂和全桥的接线方法。
二、 实验仪器1．弯扭组合实验装置。
2．电阻应变仪。
三、 实验原理和方法弯扭组合变形实验装置示，见指导书中图。
Ⅰ-Ⅰ截面为被测位置，取其前、后、上、下的A 、B 、C 、D 为被测的四个点，其应力状态见下左图（截面Ⅰ-Ⅰ的展开图）。
每点处按-450、0、+450方向粘贴一片450的应变花，将截面Ⅰ-Ⅰ展开如下右图所示。
四、实验内容和方法1．确定主应力大小及方向：弯扭组合变形薄壁圆管表面上的点处于平面应力状态，用应变花测出三个方向的线应变后，可算出主应变的大小和方向，再应用广义胡克定律即可求出主应力的大小和方向。
主应力()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--±++-=︒+︒-︒+︒-24502045454522.121211εεεεμεεμμσE主方向 ()()0454*******tan εεεεεεα----=︒-︒+︒-︒+A,B,C,D 点应力状(a) 截面Ⅰ-BD A CRR R 5 RBD A CRR tR i RB D AC R 9 R 3 R 1R 7（d ）扭矩（c ）主应力（b ）弯矩式中：045-ε、0ε、045+ε分别表示与管轴线成045-ε、0ε、045+ε方向的线应变 2． 单一内力分量或该内力分量引起的应变测定： (1)弯矩M 及其所引起的应变测定（a ）弯矩引起正应变的测定：用B 、D 两测点轴线方向的应变片组成半桥双臂测量线路， B 、D 两处由于弯矩引起的正应变: 2dsM εε= 式中：ds ε为应变仪的读数应变；M ε是由弯矩引起的轴线方向的应变（b ）弯矩试验值的计算：2EWEW M ds M ε=ε= W ——薄壁圆管横截面的抗弯截面模量(2)扭矩T 及其所引起剪应变的测定：（a ）扭矩引起应变的测定： 用A 、C 两测点沿±45°方向的四片应变组成全桥测量线路，可测得扭矩引起的主应变的实验值为：41dsεε=（b ）扭矩T 试验值的计算： ()p ds W ET εμ+=14 W p ——薄壁圆管的抗扭截面模量3．被测截面的内力分量及测点的应力分量的理论计算值： 弯矩理论值：M =FL 扭矩理论值：T =Fb 弯曲正应力理论值： z M FLW W σ==扭转剪应力理论值： p pT Fb W W τ== 主应力： 222.1)2(2τσσσ+±=主方向： στα22tan 0-=五、实验步骤1.打开弯扭组合实验装置。
弯扭组合变形主应力的测定
弯扭组合变形主应力的测定一、目的1、测定平面应力状态下主应力的大小和方向，并与理论值进行比较。
2、测定簿壁圆管所受的弯矩和扭矩。
3、掌握电阻应变花的使用。
二、仪器设备1、静态电阻应变仪2、多功能组合实验台三、实验装置实验装置如图3-22所示，它由圆管固定支座1、空心圆管2、固定立柱3、加载手轮4、荷载传感器5、压头6、扭转力臂7、测力仪8、应变仪9等组成。
实验时顺时针转动加载手轮，传感器和压头使随螺杆套向下移动。
当压头和扭转力臂接触时，传感器受力。
传感器把感受信号输入测力仪，测力仪显示出作用在扭转力臂端点D 处的荷载值ΔP o 端点作用力ΔP 平移到圆管E 点上，便可分解成2个力：一个集中力ΔP 和一个扭矩M n =ΔFa 。
这时，空心圆管不仅受到扭矩的作用，同时还受到弯矩的作用，产生弯扭组合变形。
空心圆管材料为不锈钢，外径D =47.14mm,内径d =40.70mm,其受力简图和有关尺寸见图3-23所示。
I-I 截面为被测试截面，取图示A 、B 、C 三个测点，在每个测点上各贴一枚应变花。
图3-22弯扭组合变形实验装置图3-23 受力简图及几何尺寸四、实验原理和方法由截面法可知，I-I 截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩，A 、B 、C 点均处于平面应力状态。
用电测法测试时，按其主应力方向已知的和未知的，分别采用不同的布片形式。
1、主应力方向已知主应力的方向就是主应变方向，只要沿两个主应力方向各贴一个电阻片，便可测出该点的两个主应变ε1和ε3 ，进而由广义虎克定律计算出主应力σ1和σ3：)(1311μεεμσ+−=E ， )(1133μεεμσ+−=E 2、主应力方向未知由于主应力方向未知，故主应变方向也未知。
由材料力学中应变分析可知，某一点的三个应变分量x ε、y ε和xy γ，可由任意三个方向的正应变θε、αε和ϕε确定。
若取、、进而可求出主应力大小和方向。
045−=θ00=α045=ϕ在主应力方向未知的应力测量时常采用应变花。
弯扭组合变形主应力实验-6页文档资料
实验五弯扭组合变形主应力实验一、实验目的1、用电测法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向；2、在弯扭组合作用下，分别测定由弯矩和扭矩产生的应力值；3、进一步熟悉电阻应变仪的使用，学会全桥法测应变的实验方法。
二、仪器设备1、弯扭组合变形实验装置；2、YD-2009型数字式电阻应变仪；三、试件制备与实验装置1、试件制备本实验采用合金铝制薄壁圆管作为测量对象。
为了测量圆管的应力大小和方向，在圆管某一截面的管顶B点、管底D点各粘贴了一个45º应变花（如图4-5-1），圆管发生弯扭组合变形后，其应变可通过应变仪测定。
图4-5-12、实验装置如图4-5-1所示，将薄壁圆管一端固定在弯扭组合变形实验装置上，逆时针转动实验架上的加载手轮，通过薄壁圆管另一端的钢丝束施加载荷，使圆管产生变形。
从薄壁圆管的内力图4-5-2可以发现：薄壁圆管除承受弯矩M作用之外，还受扭矩T的作用，圆管处于“组合变形”状态，且弯矩M=P•L，扭矩T= P•a图4-5-2 内力图图 4-5-3 单元体图四、实验原理1、主应力大小和方向的测定如图4-5-3，若测得圆管管顶B点的-45º、0º、45º三个方向（产生拉应变方向为45º，产生压应变的方向为-45º，轴向为0º）的线应变为ε-45º、ε0º、ε45º。
由《材料力学》公式可得到关于εx、εy、γxy的线形方程组联立求解以上三式得εx=ε0ºεy=ε-45º+ε45º-ε0ºγxy=ε-45º-ε45º则主应变为由广义胡克定律得到圆管的管顶A点主应力的大小和方向计算公式2、弯矩产生的应力大小测定分析可知，圆管虽为弯扭组合变形，但管顶B和管底D两点沿x轴方向的应变计只能测试因弯矩引起的线应变，且两者等值反向。
因此，由上述主应力测试过程得知ε=εx=ε0º实际反映的就是弯矩产生的应变值。
弯扭组合变形的主应力测定
弯扭组合变形的主应力测定一、实验目的1、测定薄壁圆管表面上一点的主应力的大小及方向。
2、验证弯扭组合变形理论公式。
3、通过现场对试验数据的分析，判断实验数据的准确性，加深对弯扭组合变形的理解。
二、实验设备1、微机控制电子万能试验机。
2、静态电阻应变仪。
三、实验原理1、薄壁圆管弯扭组和变形受力简图，如图1所示图1：薄壁圆管弯扭组和变形受力简图2、由试验确定主应力大小和方向由应力状态分析可知，薄壁圆管表面上各点均处于平面应力状态。
若在被测位置想x,y 平面内，沿x,y 方向的线应变x ε，y ε剪应力为xy γ，根据应变分析可知，该点任一方向a 的线应变的计算公式为aa xy yx yx a 2sin 212cos 22γεεεεε--++=由此得到的主应变和主方向分别为223,1)21()2(2xy yx yx γεεεεε+-±+=yx xya εεγ--=02tan对于各向同性材料，主应变1ε，3ε和主应力1σ，3σ方向一致，主应力的大小可由各向同性材料的广义胡克定律求得：）（）（1323312111μεεμσμεεμσ+-=+-=EE（1）式中，E 、μ分别为材料的弹性模量和泊松比。
在主应力无法估计时，应力测量主要采用电阻应变花，应变化是把几个敏感栅制成特殊夹角形式，组合在同一基片上。
常用的应变花有450、600、900和1200等。
本实验采用的是45o 直角应变花，在A 、B 、C 、D 四点上各贴一片，分别沿着-450、00、450如图所示。
根据所测得的应变分别为00ε、045ε及090ε，由下式计算出主应变1ε，3ε的大小和方向：00εε=x 00004545εεεε-+=-y 004545εεγ-=-xy2045204545453,100000222）（）（εεεεεεε-+-±+=-- （2）454504545022an εεεεεα---=--t⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+--±++-=--24502045454523,100000021)(211）（）（εεεεμεεμμσE3、理论计算主应力大小及方向 由材料力学公式)(3244d D PLD W M z -==πσ )(1644d D PaDW M pn n -==πτ223122nτσσσσ+±=⎭⎬⎫）（σταn22tan 0-=可以计算出各截面上各点主应力大小及方向的理论值，然后与实测值进行比较。
弯扭组合变形主应力的测定
弯扭组合变形主应力的测定一、目的和要求1. 测定平面应力状态下主应力大小和方向。
并与理论值进行比较。
2. 学习应变花的使用。
3. 掌握应变仪的使用。
二、实验原理根据平面应力状态下的应变理论，对于空心铝管表面上的任意一点的主应力和主应变已经有计算公式可利用。
为了简化计算，实验中采用±45°应变花，使其中0°应变片沿轴的轴线方向，由平面应力和应变分析可得主应变、主方向和主应力实验计算公式为：[]24502045454521)()(2120εεεεεεεε-+-±+=⎭⎬⎫-- ；)2(tan 21000004545045451εεεεεα---=--- ； ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+-=+-=)(1)(112222121μεεμσμεεμσE E 主应力的理论计算公式如下：22122T W WL τσσσ+⎪⎭⎫ ⎝⎛+= ； 22222T W W L τσσσ+⎪⎭⎫ ⎝⎛-= )1(3241απσ-•==D L P W M W EW W ；)1(1642απτ-•==D L P W M TET T ；W T L arctg στα2211-= 三、实验装置1. 静态电阻应变仪。
2. 弯扭组合实验装置。
图3-1 主应力装置主应力装置参数：E=70GPa ； µ=0.33；d=34mm ；D=40mm ；L 2 =300mm ； L 1 =200mm应变片参数：K片=2.12；电阻120Ω；尺寸2×4图3-2 纯弯曲梁装置应变片参数：K片=2.17；电阻120Ω；尺寸2×4。
梁参数：L=620mm;a=150mm;b=20mm;h=40mm.四、实验步骤1. 测量（或记录）相关尺寸及参数；2. 按1/4桥接法工作片接A、B，补偿接补偿接线柱；3. 开机预热5分钟，设置好灵敏系数修正值，加初载0.02 kN，应变仪调零；之后依次加0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 kN，分别读取应变值；4. 卸载至零，计算结果。
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实验八 弯扭组合变形的主应力测定
一、实验目的
1．测定平面应力状态下主应力的大小及方向。
2．掌握电阻应变花的使用。
二、实验设备
1．弯扭组合实验装置。
2．静态电阻应变仪。
三、实验原理
平面应力状态下任一点的主应力方向无法判断时，应力测量常采用电阻应变花。
应变花是把几个敏感栅制成特殊夹角形式，组合在同一基片上，如图8－1所示。
如果已知三个方向的应变a ε、b ε及c ε，根据这三个应变值可以计算出主应变1ε及3ε的大小和方向，因而主应力的方向亦可确定（与主应变方向重合）。
主应力的大小可由各向同性材料的广义胡克定律求得：
（8－1）
式中，E 、μ分别为材料的弹性模量和泊松比。
图8－2为045直角应变花，所测得的应变分别为00ε、045ε及090ε，由下式计算出主应变1ε及3ε的大小和方向： 2
904524509003,100000
02
22
）（）（εεεεεεε-+-±
+=
（8－2）（8－3）
00
0090090045022an εεεεεα---=t （8－3）
图8－1 图8－2
图 8－3
本实验以图8－3所示空心圆轴为测量对象，该空心圆轴一端固定，另一端固结一横杆，轴与杆的轴线彼此垂直，并且位于水平平面内。
今在横杆自由端加砝码，使空心圆轴发生扭转与弯曲的组合变形。
在A －A 截面的上表面A 点采用045直角应变花，如图8－4所示，如果测得三个应变值00ε、045ε和090ε，即可确定A 点处主应力的大小及方向的实验值。
图 8－4 图 8－5
另由扭—弯组合理论可知，A －A 截面的上表面A 点的应力状态如图8－5
所示，其主应力与主方向的理论值分别为：
2
2312
2τσσσσ+±=⎭⎬⎫）（ （8－4）
和 σ
τ
α22tan 0-
=
然后将计算所得的主应力及主方向理论值与实测值进行比较。
四、实验步骤
1．拟定加载方案。
在0～20kg 的范围内分4级进行加载，每级的载荷增量kg P 5=∆。
2．接通应变仪电源，将A 点的应变片和温度补偿片按半桥接线法接通应变仪，具体做法是：将欲测的应变片接在应变仪的A 、B 接线柱上，将温度补偿片接在B 、C 接线柱上。
调整应变仪零点（或记录应变仪的初读数）。
3．根据加载方案，逐级加载，逐级逐点测量并记录测得的数据，测量完毕，卸载。
以上过程可重复一次，检查两次数据是否相同，必要时对个别点进行单点复测，以得到可靠的实验数据。
五、实验结果的处理
将整理后的实验数据填写在试验报告的“试验记录”一栏中。
由这些数据的△0ε、△45ε及△90ε应用（8—2）和（8—1）式即可求出A 点的主应力，并与理论结果进行比较。