矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验.doc
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实验四 矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验
一、实验名称
矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验
二、实验目的
1.学习使用电阻应变仪,初步掌握电测方法;
2.测定矩形截面梁纯弯曲时的正应力分布规律,并与理论公式计算结果进行比较,验证弯曲正应力计算公式的正确性。
三、实验设备
1.WSG-80型纯弯曲正应力试验台
2.静态电阻应变仪
四、主要技术指标
1.矩形截面梁试样
图1试样受力情况
材料:
20号钢,E=208×109Pa;
跨度:
L=600mm,a=200mm,L1=200mm;
横截面尺寸:
高度h=28mm,宽度b=10mm。
2.载荷增量
载荷增量ΔF=200N(砝码四级加载,每个砝码重10N采用1:
20杠杆比放大),砝码托作为初载荷,F0=26N。
3.精度
满足教学实验要求,误差一般在5%左右。
五、实验原理
如图1所示,CD段为纯弯曲段,其弯矩为,则,。
根据弯曲理论,梁横截面上各点的正应力增量为:
(1)
式中:
y为点到中性轴的距离;Iz为横截面对中性轴z的惯性矩,对于矩形截面
(2)
由于CD段是纯弯曲的,纵向各纤维间不挤压,只产生伸长或缩短,所以各点均为单向应力状态。
只要测出各点沿纵向的应变增量,即可按胡克定律计算出实际的正应力增量。
(3)
在CD段任取一截面,沿不同高度贴五片应变片。
1片、5片距中性轴z的距离为h/2,2片、4片距中性轴z的距离为h/4,3片就贴在中性轴的位置上。
测出各点的应变后,即可按(3)式计算出实际的正应力增量,并画出正应力沿截面高度的分布规律图,从而可与
(1)式计算出的正应力理论值进行比较。
六、实验步骤及注意事项
1.开电源,使应变仪预热。
2.在CD段的大致中间截面处贴五片应变片与轴线平行,各片相距h/4,作为工作片;另在一块与试样相同的材料上贴一片补偿片,放到试样被测截面附近。
应变片要采用窄而长的较好,贴片时可把试样取下,贴好片,焊好固定导线,再小心装上。
3.调动蝶形螺母,使杠杆尾端翘起一些。
4.把工作片和补偿片用导线接到预调平衡箱的相应接线柱上,将预调平衡箱与应变仪联接,接通电源,调平应变仪。
5.先挂砝码托,再分四次加砝码,记下每次应变仪测出的各点读数。
注意加砝码时要缓慢放手。
6.取四次测量的平均增量值作为测量的平均应变,代入(3)式计算可得各点的弯曲正应力,并画出测量的正应力分布图。
7.加载过程中,要注意检查各传力零件是否受到卡、别等,受卡、别等应卸载调整。
8.实验完毕将载荷卸为零,工具复原,经指导老师检查方可关闭应变仪电源。
七、数据处理
1.计算弯曲梁截面各点处的理论正应力增量
(1)记录测点的位置
测点编号
1
2
3
4
5
测点至中性轴的距离y(mm)
14
7
0
7
14
(2)计算矩形横截面对中性轴z的惯性矩Iz
(3)根据公式直接计算各点的理论正应力增量
测点编号
1
2
3
4
5
理论正应力增量(MPa)
2.计算弯曲梁截面各点处的实际正应力增量
(1)各测点原始数据记录
测点
初载
一次加载
二次加载
三次加载
四次加载
1应变仪读数
ε0=
ε1=
ε2=
ε3=
ε4=
2应变仪读数
ε0=
ε1=
ε2=
ε3=
ε4=
3应变仪读数
ε0=
ε1=
ε2=
ε3=
ε4=
4应变仪读数
ε0=
ε1=
ε2=
ε3=
ε4=
5应变仪读数
ε0=
ε1=
ε2=
ε3=
ε4=
(2)各测点应变增量的计算
测点
一次加载
二次加载
三次加载
四次加载
平均值
1应变增量
Δε1=
Δε2=
Δε3=
Δε4=
Δε平=
2应变增量
Δε1=
Δε2=
Δε3=
Δε4=
Δε平=
3应变增量
Δε1=
Δε2=
Δε3=
Δε4=
Δε平=
4应变增量
Δε1=
Δε2=
Δε3=
Δε4=
Δε平=
5应变增量
Δε1=
Δε2=
Δε3=
Δε4=
Δε平=
(3)各测点实际正应力增量的计算
测点编号
1
2
3
4
5
实际正应力增量(MPa)
3.计算各测点理论与实际正应力的误差e
测点编号
1
2
3
4
5
误差e
八、实验作业
1.说明矩形梁纯弯曲正应力电测实验的原理、实验步骤及注意事项等;
2.分别计算各测点的理论和实际弯曲正应力增量,验证弯曲正应力公式的正确性;
3.绘制弯曲正应力沿截面高度的分布规律图。