欢迎访问四川省土木与力学实验教学示范中心官方网站!
设为首页 加入收藏
学校首页 学院首页
实验教学

实验项目

您的位置: 首页 > 实验教学 > 实验项目 > 正文

力学实验指导书3_组合梁弯曲正应力实验

发布时间:2012-11-08    浏览次数:次

设计性实验指导书

实验名称:组合梁弯曲正应力实验

实验项目性质:设计性实验

所涉及课程:材料力学

计划学时:2学时

一、实验目的

1.用电测法测定两种不同形式的组合梁横截面上的应变、应力分布规律。

2.观察正应力与弯矩的线性关系。

3.通过实验和理论分析深化对弯曲变形理论的理解,建立力学计算模型的思维方法。

二、预习与参考

1.课前预习实验指导书。

2.认真观察记录实验过程,培养科学的实验态度。

3.独立完成实验报告。回答思考题内容。

三、设计指标

1.用应变电测法测定几种不同形式组合梁横截面上的应变、应力分布情况。

2.了解多点检测和自动检测技术在应变电测中的应用。

3.学习依据测试结果建立力学模型的思想方法。

四、实验(设计)仪器设备和材料清单

1.静态电阻应变仪。

2.材料力学多功能实验台。

3.贴有电阻应变片的矩形截面组合梁(钢-铝组合梁、钢-钢组合梁)。

(钢-铝组合梁的上半部为Q235钢,弹性模量,下半部为铝合金,弹性模量)。

(钢-钢组合梁的上半部为Q235钢,弹性模量,下半部为45号钢,弹性模量)。

4.游标卡尺。

五、实验原理(设计要求)

实验装置及测试方法和纯弯梁的正应力实验基本相同。为了更好地进行分析和比较,我们采用三种组合梁(即铝制对称或非对称工字型截面梁,钢-铝组合梁,钢-钢组合梁)并且这几种组合梁的几何尺寸和受力情况相同。组合梁的受力情况以及各电阻应变片的位置如下图。

1.铝制对称或非对称工字型截面梁:按图3-1所示方式加载及布置应变测点位置。小梁受集中载荷P作用后,使试验梁的中段获得纯弯曲区域,载荷作用于纵向对称平面内而且在弹性极限内,故为弹性范围内的平面弯曲问题,纯弯曲梁的正应力公式为:

图3-1

 

图3-1工字梁加载及截面示意图

式中:M ——­­纯弯曲段梁截面上的弯矩,;

——横截面对中性轴的惯矩;

Y ——截面上测点至中心轴的距离。

在各测点沿轴线方向贴上电阻应变片,可测得各点的线应变εi,由于各点处于单向应力状态,由虎克定律得各点正应力为:

                                                       

式中:εi——各测点的线应变;

σi——相应各测点的正应力;

E——材料的弹性模量。

试验时采用等间隔分级加载的方法,即每增加一次等量载荷ΔP,测定一次各点响应的应变增量Δεi。因此在计算应力的实验值及理论值时均应根据载荷增量ΔP相应的弯矩增量和应变增量的平均值代入。即

                                 

                                  ,

然后,将实测应力Δσi与Δσ理论理论应力进行比较。


(a)组合梁受力简图                   (b)截面及贴片示意图

图3-2 实验装置示意图

2. 钢-铝组合梁:当两个同样大小的力分别作用在组合梁上B、C点时,由梁的内力分析知道,BC段上剪力为零,而弯矩,因此组合梁的BC段发生纯弯曲。根据单向受力假设,梁横截面上各点均处于单向应力状态,应用轴向拉伸时的胡克定律,即可通过测定的各点应变,计算出相应的实验应力。

实验采用增量法,各点的实测应力增量表达式为:

式中:为测量点,=1、2、3、4、5、6、7、8;

为各点的实测应变平均增量;    

为各点的实测应力平均增量。


图3-3 组合梁变形示意图

对组合梁进行理论分析:假设两根梁之间相互密合无摩擦,变形后仍紧密叠合,该组合梁在弯曲后有两个中性层,由于所研究问题符合小变形理论,可以认为两根梁的曲率半径基本相等。设钢梁的弹性模量为,所承受的弯矩;铝梁的弹性模量为,所承受的弯矩为,则

         


因此:组合梁中钢梁和铝梁的正应力计算公式分别为:

         

式中:-组合梁中钢梁对其中性轴的惯性距;

   -组合梁中铝梁对其中性轴的惯性距;

    -钢梁上测点到其中性层的距离;      

  -铝梁上测点到其中性层的距离。

2. 钢-钢组合梁:钢-钢组合梁的原理可参考钢-铝组合梁,建议同学们自行推导其理论计算公式。

六、调试及结果测试

1.实验步骤

(1)测量组合梁中各梁的横截面宽度,高度,力作用点到支座的距离以及各个测点到各自中性层的距离。

(2)分级加上载荷,共分5级加载,每级载荷为500,最大荷载为2500。

(3)接通静态电阻应变仪电源,分清各测点应变片的引线,把各个测点的应变片和公共补偿片接到应变仪相应的通道,调整应变仪零点和灵敏度值。

(4)每增加一级荷载就记录一次各通道的应变值,直至加到。

(5)按上面步骤再做一次。根据实验数据决定是否再做第三次。

(6)更换组合梁,按照第1 步~第5步重新加载并记录数据。

(7)测试完毕,将荷载卸去,关闭电源,清理现场,将所用仪器设备放回原位。

2.结果处理:

(1)根据测得的各点应变值,计算出各点的平均应变的增量值,由,计算1、2、3、4、5、6、7、8各点的应力增量。

(2)根据上面所得理论公式计算各点的理论应力增量并与相比较。

(3)将不同点的与绘在截面高度为纵坐标、应力大小为横坐标的平面内,即可得到梁截面上的实验与理论的应力分布曲线,将两者进行比较即可验证应力分布和应力公式。

3.注意事项:

(1)在加载过程中切勿超载和大力扭转加力手轮,以免损坏仪器。

(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,造成较大误差。

  (3)使用静态电阻应变仪前应先开机,让机器预热至少三十分钟。

  (4)注意爱护好贴在试件上的电阻应变片和导线,不要用手指或其他工具破坏电阻应变片。

七、考核形式

1.实验考核办法

一般课程实验考核,采用日常考核、操作技能考核和评阅实验报告等多种形式。

日常考核的主要内容:预习情况、实验原始记录、数据分析与处理能力和出勤率。

操作考核的主要内容:实验原理、实验理论、实验技术和实验方法,实验仪器设备的操作技能、实验常见问题的分析与处理。

2.实验成绩评定

(1)课程实验成绩按教学大纲要求按比例归入课程总成绩。

(2)课程实验旷到一次者,成绩以不及格论。课程实验成绩不合格者,不得参加该门课程的考试。

(3)考核成绩,可按优、良、中、及格、不及格五级记分制进行评定,但在计算成绩时,需按以下办法转换成百分制。

优秀:90~100分;良好:80~89分;中等:70~79分;及格:60~69分;不及格60分以下。

(4)课程实验成绩不及格者必须重修,重修学生所发生的耗材等费用自理。

(5)在评阅实验报告时指导教师若发现有抄袭作弊现象,上报院教学指导小组,学院对当事人按学籍管理办法处理,实验成绩以不及格论处。

八、实验报告要求

试验报告应包括:试验名称、试验目的、仪器设备名称、规格、量程,试验记录及结果。

九、思考题

1.对横力弯曲能否仍用纯弯曲正应力公式计算正应力,有无带来过大误差。

2.在增量法测量中未考虑梁的自重,是不是该考虑呢还是省略不计?

3.弯曲正应力的大小是否会受材料弹性模量E的影响?


测试数据记录表格参考形式

载荷

电  阻  应  变  仪  读  数(με)

P(N)

S1

ΔS1

S2

ΔS2

S3

ΔS3

S4

ΔS4

S5

ΔS5

S6

ΔS6

正应力试验结果与理论计算比较表格参考形式

各  测  点  正  应  力  值  (MPa)

测点

S1

S2

S3

S4

S5

S6

实验值

理论值

相对误差%