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梁的弯曲正应力试验

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   梁的弯曲正应力试验
             ——设计性实验
  一、目的
  1.测定矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的大小及其分布规律,并与理论计算结果进行比较,以验证纯弯曲正应力公式 的正确性。
  2.学习电测法,并熟悉静态电阻应变仪的使用和半桥接线方法。
  二、仪器设备
  1.静态电阻应变仪
  2. 多功能组合实验台
  三、实验原理与方法
  实验装置见图3—10。
     
  它由固定立柱1、加载手轮2、加载螺杆3、旋转臂4、荷载传感器10、压头9、分力梁7、弯曲梁6、简支支座5、底板8、数字测力仪11、应变仪12等部分组合。弯曲梁为矩形截面钢梁,其弹性模量E=2.1×105MPa,几何尺寸见图3-11。CD段为纯弯曲段,梁上各点为单向应力状态,在正应力不超过比例极限时,只要测出各点的轴向应变ε实,即可按σ实=Eε实计算正应力。为此在梁的CD段某一截面的前后两侧面上,在不同高度沿平行于中性层各贴有五枚电阻应变片。其中编号3和3′片位于中性层上,编号2和2′片与编号4和4′片分别位于梁的上半部分的中间和梁的下半部分的中间,编号1和1′片位于梁的顶面的中线上,编号5和5′片位于梁的底面的中线上(见图3—11),并把各对称片进行串接。
  温度补偿片贴在一块与试件相同的材料上,实验时放在被测试件的附近。上面粘贴有各种应变片和应变花,实验时根据工作片的情况自行组合。为了便于检验测量结果的线性度,实验时采用等量逐级缓慢加载方法,即每次增加等量的荷载Δ P,测出每级荷载下各点的应变增量Δε,然后取应变增量的平均值 实,依次求出各点应力增量Δσ实=E实 实。
  实验可采用半桥接法、公共外补偿。即工作片与不受力的温度补偿片分别接到应变仪的A、B和B、C接线柱上(如图3—12),其中R1为工作片,R2为温度补偿片。对于多个不同的工作片,用同一个温度补偿片进行温度补偿,这种方法叫做“多点公共外补偿”。
  也可采用半桥自补偿测试。即把应变值绝对值相等而符号相反的两个工作片接到A、B和B、C接线柱上,进行测试、但要注意,此时ε实=ε仪/2 , ε仪为应变仪所测的读数。
    
  四、实验步骤
  1、打开测力仪电源,如果此时数字显示不为“0000”,用螺丝刀将其调整为“0000”。
  2、打开应变仪电源,预热30分钟,并对应变仪进行灵敏系数K值设定和应变片桥路电阻值选择。(参见13页电阻应变仪的使用)。
  3.接线:看清各测点应变片的引线颜色,将工作片的两根引出线按序号分别接到A1B1和A2B2…A5B5五对接线柱上,温度补偿片接到B、C接线柱上并拧紧,并用短接片将B1~B5连接起来并拧紧。
  4.调零:按测点选择按钮选择1~5,依次按“初值”和“测量”按钮对各测点进行调零。重复检查2~3遍,直至全部测点的初应变在未加荷载之前均显示为“±0000”或“±0001”也行。
  5.加载:分四级进行(500 N → 1000 N → 1500N → 2000 N),顺时针转动加载螺杆手轮,对梁施加荷载,注意观察测力仪读数,每级荷载Δ P=500N ,并分别记录每级荷载作用下各点的应变值(注意“+”、“-”号,“+”为拉应变,“-”为压应变)。
  6.测试完毕,将荷载卸去,关闭电源。
  注意事项:
  1、切勿超载,所加荷最大不能超过4000N ,否则损坏拉压力传感器。
  2、测试过程中,不要震动仪器、设备和导线,否则将影响测试结果,造成较大的误差。
  3、注意爱护好贴在试件上的电阻应变片和导线,不要用手指或其它工具破坏电阻应变片的防潮层,造成应变片损坏。
  五、数据处理
  1、计算各点应力增量的实验值       
  2、    计算各点应力增量的理论值        
  3、计算误差    中性层上的3#点按绝对误差计算
  其它各点的误差按相对误差计算。
  按同一比例分别画出各点正应力的实验值和理论值沿横截面高度的应力分布直线(实线代表理论值,虚线代表实验值),将两者加以比较,并分析误差的主要原因,从而验证理论公式。
  六、预习要求
  1、预习本节实验内容和材料力学的相关内容。
  2、阅读第二章电阻应变片和电阻应变仪工作原理和使用方法。
  七、思考题
  1、    影响试验结果的主要因素是什么?
  2、    弯曲正应力的大小是否会受材料弹性系数E的影响?
  3、    尺寸完全相同的两种材料,如果距中性层等远处纤维的伸长量对应相等,问二梁相应截面的应力是否相同,所加载荷是否相同?
 
 

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