实验力学实验报告.docx
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实验力学实验报告
实验力学实验报告
实验力学实验报告
姓名：
耿臻岑
学号：
130875
指导老师：
郭应征
实验一薄壁圆管弯扭组合应力测定实验
一、实验目的
1、用应变花测定薄壁圆管在弯扭条件下一点处的主应力和主方向
2、测定薄壁圆管在弯扭组合条件下的弯矩、扭矩和剪力等内力
3、进一步熟悉和掌握不同的桥路接线方法
4、初步了解在组合变形情况下测量某一内力对应应变的方法
二、实验设备
1、电阻应变仪YJ-28
2、薄壁圆管弯扭组合装置，见图1-1
本次实验以铝合金薄壁圆管EC为测试对象，圆管一段固定，另一端连接与之垂直的伸臂AC，通过旋转家里手柄将集中荷载施加在伸臂的另一端，由力传感器测出力的大小。
荷载作用在伸臂外端，其作用点距圆通形心为b，圆通在荷载F作用下发生弯扭组合变形。
要测取圆筒上B截面（它到荷载F作用面距离为L）处各测点的主应力大小和方向。
试样弹性模量E=72GPa，泊松比μ=0.33，详细尺寸如表1-1
图1-1薄壁圆筒弯扭组合装置
表1-1试样参数表
外径D（mm）
内径d（mm）
b（mm）
L（mm）
40
34
200
300
三、实验原理
1、确定主应力和主方向
平面应力状态下任一点的应力有三个未知数（主应力大小及方向）。
应用电阻应变仪应变花可测的一点沿不同方向的三个应变值，如图1-2所示的三个方向已知的应变。
根据这三个应变值可以计算出主应变的大小和方向。
因而主应力的方向也可确定（与主应变方向重合）
图1-2应变花示意图图1-3B、D点贴片位置示意图
2、测定弯矩
在靠近固定端的下表面D上，粘一个与点B相同的应变花，如图1-3所示。
将B点的应变片和D点的应变片，采用双臂测量接线法（自补偿半桥接线法），得：
图1-4测点A贴片位置示意图
3、测定扭矩
当圆管受扭转时，A点的应变片和C点的应变片中45°和-45°都沿主应力方向，示意图如图1-4，但两点的主应力大小却不相同，由于圆管是薄壁结构，不能忽略由剪力产生的弯曲切应力。
A点的应变片扭转切应力与弯曲切应力的方向相同，故切应力相加；C点的应变片扭转切应力与弯曲切应力的方向相反，故切应力相减。
由应力-应变关系（按四臂测量接线法）可以得到：
4、测定剪力
原理与测扭矩相同，也采用A、C点的应变片，由应力-应变关系得到：
四、实验数据
1、A点的主应力测量
读数应变
载荷
A
A
-450
00
450
-450
00
450
P
（N）
∆P
（N）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
50
0
0
0
0
0
0
100
77
2
-73
76
2
-72
150
77
2
-73
76
2
-72
100
77
1
-72
78
1
-74
250
154
3
-145
154
3
-146
100
77
1
-73
76
1
-71
350
231
4
-218
230
4
-217
100
77
2
-71
77
2
-72
450
308
6
-289
307
6
-289
（με）
77
1.5
-72.25
76.75
1.5
-72.25
2、C点的主应力测量
读数应变
载荷
C
C
-450
00
450
-450
00
450
P
（N）
∆P
（N）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
ε
（με）
∆ε
（με）
50
0
0
0
0
0
0
100
45
-1
-42
45
0
-42
150
45
-1
-42
45
0
-42
100
44
0
-42
44
0
-42
250
89
-1
-84
89
0
-84
100
45
-1
-41
45
0
-41
350
134
-2
-125
134
0
-125
100
45
1
-41
45
1
-42
450
179
-1
-166
179
1
-167
（με）
54.75
-0.25
-41.5
45.75
0.25
-41.75
3、测定弯矩、扭矩和剪力
读数应变
载荷
弯矩（M）
扭矩（T）
剪力（Q）
P
（N）
∆P
（N）
εr
（με）
∆εr
（με）
εr
（με）
∆εr
（με）
εr
（με）
∆εr
（με）
50
0
0
0
100
265
235
62
150
265
235
62
100
266
236
63
250
531
471
125
100
265
236
63
350
796
707
188
100
266
236
62
450
1062
943
250
（με）
265.5
235.75
62.5
五、实验数据处理
1、A点主应力计算
2、C点主应力计算
3、弯矩、扭矩和剪力计算
六、误差分析
1、理论解
A点：
C点：
B点：
D点：
2、实验值与理论值比较
比较内容
实验值
理论值
相对误差（%）
A点主应力
4.29
3.904
9.9
-3.79
-3.904
2.9
C点主应力
2.51
2.756
8.9
-2.17
-2.756
21.3
弯矩
28.69
30
4.4
扭矩
19.16
20
4.2
剪力
147.4
100
47.4
经计算发现，主应力、弯矩和扭矩的测量结果与理论值相近，误差较小。
而剪力的误差较大，误差可能由以下几个方面的原因引起：
（1）加载不均匀，造成读书误差
（2）实验前电桥不平衡，仪器长时间使用，使电桥电压稳定性下降，影响精度
（3）贴片角度偏差和位置偏差
（4）系统误差，如应变片灵敏系数误差等。
实验二应变片的粘贴技术实验
一、实验目的
1、了解应变片的结构、规格、用途等
2、学会设计布置应变片方案
3、掌握选片、打磨、粘贴、接线、固定、防护等操作工艺和技术
二、实验设备及器材
试件、应变片、砂布、镊子、丙酮、药棉、502胶水、玻璃纸等
三、实验原理
1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化。
2、当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。
四、实验步骤
1、对被测量试件进行打磨：
实验目的确定后，对该试样测量点进行表面处理，用砂布打磨，打磨方向为轴向45度十字交叉，目的是增加贴片粘接强度，要求测量点平整光滑，无凹凸现象。
2、清洗：
构件打磨后，需要进一步清理表面灰尘，用棉球沾酒精或丙酮进行清洗，达到构件表面无灰、无油、无锈、无斑点。
3、画线：
测量位置点确定后，用划针画出定位线，画线位置的准确度，直接和贴片、数据采集紧密相连。
4、筛选：
应变片的筛选在桥路中起着重要的作用。
无论是全桥、半桥还是并联或串联在桥路中，要满足电桥的平衡条件，提高数据测量精度，贴片之前对应变片的电阻阻值，灵敏系数要认真筛选，一般常用的应变片为120Ω，误差不能大于0.5Ω。
5、上胶：
应变片粘贴技术在电测实验中是非常重要的环节，片子粘贴质量的高低，直接和实验测量结果紧密相连。
特别是通过验证性实验，可以检验出贴片技术水平的能力，因此，贴片技术在电测中起着重要的作用。
6、粘贴：
将事先选择好的应变片按画线要求指定的位置粘贴应变片，要求达到胶层薄面均匀，并且要粘贴牢固。
用拇指按一个方向滚压应变片，把多余的胶及气泡挤压出来，然后保压两分钟，自然干燥24小时即可使用。
7、绝缘：
焊接应变片之前，应变片的引线与试样之间要进行绝缘，采用绝缘胶带或其他绝缘材料。
8、焊接：
焊接应变片之前，应变片的引线与试样之间要进行绝缘，采用绝缘胶带或其他绝缘材料。
在焊接导线过程中，手动作要轻，焊接速度要快，焊接点小，要光滑，防止虚焊，确保质量。
五、实验注意事项
1、在选电阻片和粘贴的过程中，不要用手接触片身，要用镊子夹取引线。
2、清洗后的被测点不要用手接触，已防粘上油渍和汗渍。
3、固化的电阻片及引线要用防潮剂（石蜡、松香）或胶布防护。
实验三冲击应力及动荷系数
一、实验目的
在工程实践中经常会遇到动荷载问题，在动荷载作用下构件各点的应力应变与静载荷作时有很大的不同。
按照加载速度的不同，动载荷形式也不同，在极短的时间内以很大的速度作用在构件的载荷，成为冲击载荷，它是一种常见的动载荷形式。
由冲击载荷作用而产生的应力成为冲击应力，它比静应力大得多。
因此，对于锻造、冲击、凿岩等承受冲击力的构件，冲击应力是设计中应考虑的主要问题。
本实验就是运用实验的方法测得冲击应力及动荷系数，同时学习了解应力的电测原理、方法及仪器使用，学习动态电阻应变仪和计算机数据采集系统的使用方法和动态测量数据的分析方法。
二、实验设备
1、落锤式冲击实验装置，动态电阻应变仪，计算机数据采集系统
2、动态电阻应变仪、NI数据采集系统
3、等强度梁及重物冲击实验装置
4、游标卡尺和卷尺
三、实验原理及装置
本实验采用等强度梁，在等强度梁端部受到重物m在高度H处自由落下的冲击作用。
由理论可知发生冲击弯曲时，最大动载应力，按下式确定
，其中动荷系数Kd为
（不考虑梁的质量）
图1-1等强度梁尺寸
在等强度梁上下表面贴上互为补偿的四片应变片，用导线接入动态电阻应变仪及计算机数据采集系统。
将重物m静止放在梁上可测到同一点的静应变
。
重物m从H高度落下冲击等强度梁时，测点的动应变
将通过动态电阻应变仪和NI数据采集系统记录下来。
动荷系数实测值为
。
图1-2实验装置图
四、实验步骤
1、记录等强度梁的几何尺寸、材料的弹性模量，测量重物质量。
2、连接导线，将梁上应变计按半桥接法接入接线盒，然后将接线盒接入动态电阻应变仪的插座。
将动态电阻应变仪的输出端接入数字示波器。
按照动态电阻的操作规程，设置好各项参数，按照NI数据采集系统的操作规程，设置好各项参数。
3、进行应变标定：
桥路调平衡后，然后由应变仪给出标定信号，记录数据采集系统的测量值。
4、将重物放置在实验梁预定的位置上，测量在重物作用下实验梁的静应变输出。
5、将重物放置在预定的冲击高度（H）位置并选择适当的缓冲垫厚度，突然放下重物冲击实验梁，测量在重物作用下实验梁的动应变输出。
6、计算动荷系数理论值和实验值并比较二者的偏差。
五、实验数据
序号
高度（cm）
频率（Hz）
ε静
ε动
1
2
10
-0.039
0.071
2
2
300
-0.040
0.233
3
2
无穷
-0.040
0.260
4
3
10
-0.038
0.087
5
3
300
-0.038
0.288
6
3
无穷
-0.038
0.296
六、理论值与实验值比较
序号
理论值
实验值
相对误差（%）
1
12.4
1.82
85.3
2
12.4
5.83
52.9
3
12.4
6.50
47.6
4
14.9
2.29
84.6
5
14.9
7.58
49.1
6
14.9
7.79
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