弯扭组合结构载荷识别实验闵)

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弯扭组合结构载荷识别实验
一、实验目的 1．进一步熟悉电测法原理及应用； ．进一步熟悉电测法原理及应用； 2．通过应力应变状态分析，设计测量弯扭组合构 ．通过应力应变状态分析， 件上未知载荷的方案，实测出载荷； 件上未知载荷的方案，实测出载荷； 3．掌握 桥、半桥、全桥的组桥方法。 ．掌握1/4桥 半桥、全桥的组桥方法。 二、实验设备及仪器 1．弯、扭组合试验装置； ． 扭组合试验装置； 2．静态数字电阻应变仪 ．静态数字电阻应变仪; 3．电子万能试验机。 ．电子万能试验机。
（以上思考题，任选2题） 以上思考题，任选2
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弯扭组合结构载荷识别实验
六、实验报告要求 1. 实验目的、仪器设备 实验目的、 2. 简述实验原理 3. 设计方案（装置简图、测点应力状态、贴片 设计方案（装置简图、测点应力状态、 方位描述、各方案应变片组桥接线简图） 方位描述、各方案应变片组桥接线简图） 4. 测量原始数据记录 5. 载荷计算方法、公式及过程（保留3位有效 数字） 载荷计算方法、公式及过程（保留 位有效 数字） 6. 思考题
民主湖U盘提取码： 民主湖 盘提取码：6DE8-F2BB-84CF-91D3-EF1F-364F 盘提取码
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附原始数据参考记录表
测试项目 组桥方式 组桥简图 初载荷应 变(µε) 末载荷应 变(µε) 实际应变 (µε)
1/4桥 桥 弯 矩 M 半桥
半桥 扭 矩 MT 全桥
4
d 其 α= 中 D
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思考题 1. 用弯矩求载荷时，如何利用对称性，可m点和 用弯矩求载荷时，如何利用对称性， 点和 m'点联合组桥？ 点联合组桥？ 2. 用扭矩求载荷时，如何同时利用m点和m‘点达 用扭矩求载荷时，如何同时利用m点和 点和m‘点 到相同的目的？ 到相同的目的？ 3. 用45º片和 片和-45º片，可否利用弯矩求载荷？ 片和 片 可否利用弯矩求载荷？ 4. 如果 构件可以绕 轴旋转 度，还能拟出何 如果AB构件可以绕 轴旋转90度 构件可以绕x轴旋转 种方案？ 种方案？
用电测法测出σ，选择三片 用电测法测出 ， 中何方向应变片更方便？ 中何方向应变片更方便？
R
-45o
x
提示 （在小变形情况下） 在小变形情况下）
1 εx = σx −µσy E
σy = 0
8
∴ x = Eεx σ
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目标：测出ε 目标：测出 x
σx
M
F
U0 ∆UBD = K(ε1 −ε2 +ε3 −ε4) 4
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五、有关计算参数 D＝42mm ＝ d＝37mm ＝ l ＝350mm a＝195mm ＝
C A m m' a m-m'截面 截面 L l B D d
弹性模量 E＝200GPa ＝ 泊松比 µ＝0.28 ＝
W= z
πD3
(1−α ) 32
4
W= T
πD3
(1−α ) 16
σ
τ
τ
m
τ τ
σ
σ
τ
τ
m'
τ τ
σ
M M y = 分析m点 分析 点：弯曲正应力 σ = Iz W z
Wz为抗弯截面模量 扭转剪应力 WT为抗扭截面模量
MT ⋅ ρ MT τ= = Iρ W T
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参考方案一： 参考方案一：用弯矩求载荷
R m R
45o
M = Fl W M ⇒F = z ⋅σ σ= l W z
∆R =∆R =∆R = 0 2 3 4
ε ε ε 三种组桥方式中的 ε1、 2、 3、 4 可以是试件 的拉应变或压应变。拉应变以正值代入， 的拉应变或压应变。拉应变以正值代入，压应变以 负值代入。 负值代入。
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弯扭组合结构载荷识别实验
2．弯扭组合实验实验装置 ．
L m A m' a C l
D d
σ 提示： 提示： σ1 =− 3 =τ
σ1
E τ= ⋅ε45o 1+ µ
τ
MT F
τ
m
σ3
σ3
τ
τ
σ1
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弯扭组合结构载荷识别实验
四、实验步骤 1. 根据实验原理设计实验方案； 根据实验原理设计实验方案； 2. 根据测试方案，画出组桥简图，并按图将构件 根据测试方案，画出组桥简图， 测点处应变片接入应变仪中； 测点处应变片接入应变仪中； 3. 进行应变仪参数设置，并调零，对构件加载， 进行应变仪参数设置，并调零，对构件加载， 测出所需应变值； 测出所需应变值； 4. 卸载，拆除导线，关闭电源； 卸载，拆除导线，关闭电源； 5. 根据实验方案，利用所测得应变值，计算载荷 。 根据实验方案，利用所测得应变值，
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参考方案二： 参考方案二：用扭矩求载荷
用电测法测出 τ ，按图示方向粘贴应变片
R m R
o o
MT = Fa W MT ⇒F = T ⋅τ τ= a W T
45o -45o
o
x
σ
τ
τ
m
ε45
o
τ τ ε−45
o
σ
ε45 =ε45 (τ ) +ε45 (σ )
o o o
ε−45 =ε−45 (τ ) +ε−45 (σ )
m或m'都可 或 都可
εx =ε0 =ε仪
o
1/4桥 1/4桥
U0 ∆UDB = K ⋅ε 4
被测点m为二向应力状态， 被测点 为二向应力状态，利用广义胡克定律 为二向应力状态 1 εx = σx −µσy σy = 0 ∴ x = Eεx σ E 思考：如何利用对称性， 点和m'点的 思考：如何利用对称性，将m点和 点的 应变片 点和 点的0º应变片 联合组桥？ 联合组桥？
B m-m'截面 截面 ABC为空心圆截面曲拐轴 为空心圆截面曲拐轴
弯矩： 弯矩： M = Fl
F
扭矩： 扭矩： MT = M0 = Fa 欲求外力F，只需求出M或 即可。 欲求外力 ，只需求出 或MT即可。
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F=F'
A B
构件AB力学简化模型 构件 力学简化模型
x
M0=Fa
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三、实验原理 1、桥式测量转换电路如图所示： 、
B R1 UBD A R4 D U0 R3 R2 C
BD间电桥输出电压： 间电桥输出电压： 间电桥输出电压
U0 ∆R ∆R2 ∆R3 ∆R4 ∆UBD = ( 1 − + − ) 4 R R2 R3 R4 1
U0 = K(ε1 −ε2 +ε3 −ε4) 4
T
τ σ
τ
m
ε45
o
σ
提示： 提示： ε
(σ ) =ε−45 (σ) ε45 (τ ) =−ε−45 (τ )
45o
o o o
τ τ ε −45
σ
＝ ＝ ＝ ＝
o
σ
∆U =
U0 K(ε45o −ε−45o ) 4
m
U = 0 K ε45o (τ) +ε45o (σ) − ε−45o (τ) +ε−45o (σ) 4
思路：消除轴向应力 引起的应变 引起的应变ε 思路：消除轴向应力σ引起的应变ε 提示： 提示：ε45 (σ) 与 ε−45 (σ) 同号 目标： 目标：测出 ε45 τ MT
o o
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o
F
可采用半桥组桥方式测量ε 可采用半桥组桥方式测量 ，则 U0 ∆U = K(ε1 −ε2 +ε3 −ε4) 4
(
) (
)
τ
τ
＋ ＋ ＋ ＋
m
ε45
o
1 = ε仪 2
τ
τ
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思考：如何同时利用 点和 点达到相同的目的？ 点和m'点达到相同的目的 思考：如何同时利用m点和 点达到相同的目的？
弯扭组合结构载荷识别实验
由广义胡克定律，求出 的大小 由广义胡克定律，
τ
1 1+ µ 1+ µ ε45o (τ)= [σ1 −µσ3] = ⋅σ1 = ⋅τ E E E
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弯扭组合结构载荷识别实验
根据不同的要求，应变电桥有三种不同的组桥方式： 根据不同的要求，应变电桥有三种不同的组桥方式： 全桥组桥方式： 个桥臂都是应变片。 全桥组桥方式：4个桥臂都是应变片。 双臂半桥组桥方式： 为应变片， 双臂半桥组桥方式：R1、R2为应变片，R3、R4为固定电 阻， R =∆R = 0 。 ∆3 4 1/4桥组桥方式：R1为应变片， R2、 R3、R4为固定电阻。 桥组桥方式： 为应变片， 桥组桥方式
MT M=Fl M +
-
MT=Fa
扭矩图
+
x
弯矩图
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弯扭组合结构载荷识别实验
测点m点和 点的应力状态 测点 点和m'点的应力状态： 点和 点的应力状态：
L m A m' a C F l Bσττ Nhomakorabeam
τ τ
σ
σ
τ
τ
m'
τ τ
6
σ
弯扭组合结构载荷识别实验
测点m点和m 点的应力状态图如下 点的应力状态图如下： 测点m点和m'点的应力状态图如下：