6工字钢三点弯曲危险点应力测定

工字钢三点弯曲时危险点应力状态的测定
一. 实验目的
1. 进一步学习应变计的粘贴技术；
2. 学习电阻应变花的使用；
3. 学习平面应力状态主应力和主方向的测定方法。

二. 实验器材和设备
1. 电阻应变计、应变花若干；
2. 万用表；
3. 502粘结剂；
4.
电烙铁、镊子等工具； 5.
丙酮等清洗器材，防潮用硅胶； 6.
测量导线若干； 7. 100伏兆欧表（测绝缘电阻用）；
8. 工字钢1个；
9. 静态电阻应变仪；
10. 万能试验机。

三. 实验原理
图5-1所示工字钢在跨中受集中载荷P 作用，由材料力学可知其跨中截面为危险截面，其中A 、B 、C 三点为可能的危险点。

A 点在翼缘上表面，有最大正应力，为单向应力状态，只需沿轴向方向粘贴一片应变计就可测出其应力的大小，计算公式为：
εσE = （5-1）
B 点在翼缘和腹板的交界处，该点的正应力和剪应力均较大，为主应力方向未知的平面应力状态，需在该点粘贴三轴应变花才能测出主应力的大小和方向，计算公式为 主应力：
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡--+-+±-+=245045290090021)2()(1112εεεεεμμεεσE 、 （5-2） σ1和0°线夹角：
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡---=-900900451221εεεεεϕtg （5-3） C 点在中性层上，无正应力，剪应力最大，为纯剪应力状态，其主应力方向在±45°，因此分别在45°和-45°方向各粘贴一片应变计就可测出该点的主应力的大小，计算公式为：
四. 实验步骤
1. 测定工字钢的翼缘宽度和截面高度，由此查表确定工字钢的型号及惯性矩I Z 和抗弯截面模量W Z 等数据；
2. 测量工字钢的长度，由此确定跨距L 的大小，并在工字钢上做出标记； A A B C 图5-1 工字钢受力示意图
图5-2 危险点的应力状态示意图
⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+-=+-=
)(1)(112222121μεεμσμεεμσE E （5-4）
3. 根据L 选定跨中截面，在A 点沿轴向粘贴一片应变计，在B 点粘贴45°应变花，在C 点沿45°和-45°各粘贴一片应变计（或直角应变花、或三轴45°应变花不用中间一片），贴片方法详见实验指导书中的实验一 电阻应变计的粘贴技术。

4. 将应变计依次接到平衡箱的A 、B 接线柱上，在B 、C 接线柱上接入1片温度补偿应变计（最多5片应变计共用一片补偿应变计，可在另一已贴片的工字钢中选择）。

5. 将应变仪的各通道调平衡，如不能平衡，则需进行检查，直到平衡为止。

6. 加载方案的制订：工字钢的原材料为Q235，其屈服强度为σs =235MPa ，取安全系数
n=2，则许用应力为[σ]=118MPa ，分别通过A 、B 、C 三点的受力情况，按第三强度理论计算所允许施加的最大载荷P Amax 、P Bmax 、P Cmax ，则实验中的最大载荷P max =min(P Amax 、P Bmax 、P Cmax )。

根据P max 选定试验机的量程，则初载荷P 0=选用量程×10%。

分5级加载，
则每级载荷为：
5
0max P P P -=∆ （5-5） 7. 按加载方案逐级加载，记录每点的应变读数，并初步分析数据是否正常，如不正常，则须找出原因，重做实验。

共做三次。

五.数据处理
1. 理论计算A 、B 、C 三点的主应力及方向；
2. 用公式（5-1）计算A 点的应力，用公式（5-2）和（5-3）计算B 点的主应力的大小
和方向，用公式（5-4）计算C 点的主应力，计算中E=200GPa ，μ=0.3。

3. 将理论计算结果与实测结果进行比较，计算相对误差。

六.实验报告要求
1. 简述实验目的、所用仪器、实验原理、及实验的主要步骤。

2. 自行拟订实验记录表格和实验结果处理表格。

3. 加载方案的制定过程、理论计算方法、误差计算方法。

4. 实验结果分析。