不同截面结构的扭转

5.14 不同截面结构的扭转

工程中许多构件承受扭转变形，如各种传动轴、方向盘的操纵杆、弹簧；为了减轻重量，许多构件还常常采用空心薄壁构件，如工字钢、槽钢、空心圆管；也有一些构件因设计要求，需要采用矩形截面等。

一．实验目的

1．掌握电测法测定不同截面构件在扭转载荷下的应力大小及分布；

2．通过对等面积、不同结构截面试件在相同载荷的应力的测试，选择合理的结构。

二．实验仪器、设备及试件

最大剪切应力计算：1．实心圆截面

应变花位置

100

50 50

max

n n n n M R M J W τ==，n n M GJ θ=，2432n A

J dA D πρ==⎰，316n D W π=

2．空心圆截面

()3

41,16

n D d W D παα=-= 3．实心矩形截面

max 2n n n M M W b h τα=

=，3n n n M M GJ G b h

θβ==，'

max τξτ= 式中h ―矩形截面的高度，b ―矩形截面的宽度，'τ―短边中点的剪应力。矩形截面系数：h/b=1时，α=0.208，β=0.141，ξ=1；h/b=2时，α=0.246，β=0.229，ξ=0.8。

4．空心矩形截面：

max min 2n s M A t τ=

， 22.

44n n

s s s

t const M M ds GA t GA t θ===

⎰

式中A s ―薄壁中线所围成的面积，t min ―最小壁厚度，s ―薄壁截面中线的全长。

三．实验步骤

1．试件准备

用游标卡尺测量试件尺寸，检查应变片的位置和状况，记录应变片的灵敏系数K 值。安装试件。 2．仪器准备

按照电阻应变仪的操作规程，将试件上测量应变片及温度补偿片连接到应变仪上，检查是否能调好平衡，并调正应变仪上的灵敏系数。

3．实验测试

1）各项准备工作就绪后，即可启动试验机。按给定的载荷分级缓慢加载，同时读出并记录相应的应变值，可重复三遍以观察实验结果；载荷分级如下：20、40、60、80Nm ；

2）分别安装图（b ）、（c ）（d ）（e ）所示的试件，重复上述实验； 3）测毕，关闭机器及仪器电源，拆下接线，整理现场； 4）根据实验数据计算各测点应力的实测值及理论值。

四．预习要求

1．复习有关理论，明确实验目的及方法，复习万能试验机及电阻应变仪的原理及使用。 2．自拟实验表格。若已知材料的许用应力及试件尺寸，如何确定试件所允许承受的载荷。

五．实验报告要求

实验报告包括：实验目的；设备及仪器的名称，型号；试件尺寸，有关数据记录表格；理论分析与计算；实测应力；并绘图。

六．问题讨论

1．根据实验结果说明上述等截面积各个试件的承载能力。

2．分析实验误差可能来源。

3．试分析当图（c）（d）（e）试件为开口时，与对应未开口试件的最大应力比。