偏心加载及应力集中分析实验

实验名称：偏心加载及应力集中分析实验
工程实际中偏心加载的情况很常见。

如果忽略偏心的作用可能对结构设计和使用带来很大的误差和危险。

本实验提供一种偏心加载的拉伸试件。

通过实验观察偏心载荷作用下被测截面的应力分布规律，分析其内力，计算偏心距。

实际零构件由于结构细节设计的需要，如钻螺栓孔、开键槽等，使零构件外形具有几何不连贯性。

它改变了零构件的应力和应变的分布，造成“所谓”的应力集中的现象。

本实验对应力集中的问题进行演示和分析。

一．实验目的
1．认识偏心加载对杆件承载的影响及应力分布的特点；
2．测定偏拉试件被测截面的应力分布，分析其内力分量；
3．测定偏心距；
4．测定材料的弹性模量；
5．通过观察应力集中的现象，了解应力集中的特点和分布规律，了解缺口形式及尺寸对应力集中系数影响。

二．实验设备和试件
1．WDW-100（WDW-100E）电子万能试验机
2．YE2539高速静态应变仪
3．偏拉试件(45号钢)
图1 偏心拉伸试件
三．实验方法
本实验采用电测应变方法。

在偏拉试件中部被测截面布置了6枚电阻应变片（120Ω,灵敏系数2.08），如图1所示，正面3枚，两侧各粘贴一枚，反面中间一枚。

通过销钉连接方式将偏拉试件安装在电子万能试验机上。

加载测量各点应变。

实验方案参考如下：
1、根据给出的被测材料的许可应力,计算实验允许的最大载荷Pmax。

在初载荷、末载荷（小于Pmax）之间，采用分级加载（至少5个点）的方法加载并记录不同载荷下的各点应变数据。

要求实验至少重复两次，如果数据稳定、重复性好即可。

2、选作：选取测点选用组桥方式直接测出与各内力有关的应变。

（不分级加载，只记初载荷和末载荷下的应变）
实验注意事项：
1．实验前要确定加载范围和加载方案，并经带课老师认可后再加载实验；
2．只能在安装试件前将载荷显示清零；
3．加卸载速度<2mm/min。

如采用手动采样方式，可使用较慢的速度连续加载不停机采集应变或提前降低速度到分级载荷采集应变、采样后再恢复一般加载速度。

4．一定保证不要超载超速，保证末载荷<Pmax.
5．实验后取下试件前，一定先将载荷卸到零。

在确保夹头完全松开后再移动横梁拆卸试件。

6．注意试件各电阻应变片连接到应变仪的顺序和通道号。

四．预习要求
1．明确本实验目的、要求，了解实验方法；
2．复习材料力学和电桥原理等有关内容；
3．复习电子万能试验机和YE2539应变仪的原理和操作方法；
4．设计实验数据记录表格。

5．预习思考题：
1）在偏心载荷作用下杆件的内力有何变化？
2）测定偏心距需要哪几个测点的应变？如何处理数据，得到偏心距？
3）测定弹性模量需要哪几个测点的应变？如何处理数据，得到弹性模量？
4）如果采用组桥方式直接分离内力，各采用哪些测点应变，如何组桥？
5）为什么要采用分级加载方式加载？载荷级差如何确定,为什么？
6）如果试件截面尺寸为7mm×40mm，材料许可应力[σ]=60Mpa，如何估算试验许可载荷？
7）本实验为什么要设置初载荷？初载荷多大合适？
8）什么叫应力集中？应力集中系数是如何确定的？孔（缺口）的尺寸、形状、截面尺寸对应力集中系数有无影响？
9）为什么脆性材料和韧性材料对应力集中敏感程度不同？
五．报告要求
按一般报告格式要求完成报告。

报告应包括以下内容：
1、画偏心拉伸试件示意图，标注试件编号、试件尺寸、加载点位置和方向；标注电阻应变片布片位置和编号；给出偏心距和被测截面面积。

2、实验数据列表（各级载荷值、各测点应变值和应变差值）。

3、实验应变和应力列表（取载荷差值如6KN时的各点应变数据，按E=206GPa计算各点应力）。

4、画应力沿试件截面的分布示意图，分析其分布规律，说明截面上都有什么内力分量。

5、对数据进行处理计算出内力和偏心距（写出处理过程，说明所需测点应变的选用理由和处理方法），其结果与理论值进行比较，分析误差。

6、对数据进行处理按最小二乘法拟合直线计算出弹性模量（要写出处理过程，说明所需测点应变选用理由和处理方法，给出拟合直线结果和相关系数）。

7、画被测材料初始弹性阶段应力-应变曲线（要求将数据点标在图上，同时将拟合后的直线表示在图上。

注意修正数据，使曲线过原点。

讨论题：
1、偏心拉伸时最大应力值位于被测截面哪个位置？与轴向拉伸相比，增大了多少？其值大小与什么因素有关？
2、试说明在现有的应变测点下，如何组桥直接分离内力（用哪些点组什么桥），说明理由。

选作实验数据和结果（可不写）。

3、比较试件正反面应变数据，如差别较大试分析原因。

4、通过对偏心加载问题的分析，你对偏心加载问题有什么新的认识。

试举出生活或工程实际中偏心加载的例子。

5、通过对应力集中现象的观察和分析，你对应力集中有什么新的认识。

试举出生活或工程实际中应力集中的例子。