薄壁圆筒实验论文

薄壁圆筒受内压、弯、扭组合载荷时内力素及主应力的测定实验的

研究与创新拓展

作者：金宇晖 单位：热动0808班 学号：U200811448

薄壁圆筒受内压、弯、扭组合载荷时内力素

及主应力的测定实验的

研究与创新拓展

作者： 单位： 学号：

摘要：

工程实际中的构件往往是几种基本变形的组合，处于复杂应力状态下。要确定这些构件上某点的主应力大小和方向，也就比较复杂，甚至有些复杂的工程结构尚无准确的理论公式可供计算，在这种情况下，常常要借助实验的方法解决，如电测法。我们在对薄壁圆筒受内压、弯、扭组合载荷时内力素及主应力的分析测定中，使用电测法，通过应变片以及静态电阻应变仪来测定局部应变。由于在电桥种类以及应变片的选择方式上的多样，使我们在不同的需要时，都能够找到相对合适的方法来测定所需物理量。本实验是对各种电测方法的综合测试，既展示了不同的桥路的使用方式与应用环境，又提供了一个让我们自主探究新方法的机会。

关键词：薄壁圆筒 内压 弯 扭 内力素 主应力 应变 电桥

本实验需要测定的是薄壁圆筒受内压、弯、扭组合载荷时油液的压强以及指定截面上的弯矩、扭矩、剪力和轴力，同时还有指定点的主应力和主方向，并与理论值进行比较。

实验的装置如图所示，左端固定，籍固定在圆筒右端的水平杆加载。圆筒两头封闭，左端面有注油接头，可用手动泵从此处向圆筒内腔注入压力油。注油接头上方设有放气栓。

当通过固定在圆筒右端的水平杆加载时，可实现薄璧圆筒受弯、扭组合载荷作用；当同时注入内压时，可实现薄璧圆筒受内压、弯、扭组合载荷作用。

薄壁圆筒用不锈钢1Cr18Ni9Ti制造，材料弹性模量E = 202GPa ，泊松比μ = 0.28，圆筒外径D=40mm，内径d=36.40mm。

下面我们来简述一下实验的相关原理，实际的实验将按照下面说的要求来进行。对于电桥及应变片等实验基础，这里将不在详细论述。实验使用程控静态应变仪进行应变的测定。参数设定为：0# K=2.72

实验理论与计算篇：

1. 弯矩的测定

为测定弯矩，可选用应变片m和n，他们均感受到弯矩和内压所引起的应变，且

按图组桥，依据电桥的加减特性，则仪器读数，继

而可以算出弯矩M。 2. 扭矩测定

为测定扭矩，可选用应变片a、b、c、d。

按图组桥，依据电桥的加减特性，则仪器读数

，说明仪器读数是扭转主应变的4倍，就可以

算出扭矩T。 3. 弯曲剪力测定

为测定弯曲剪力，可选用应变片e和f，他们均处于弯曲变形中性层位置，该处弯曲正应力为零，弯曲切应力达最大值。

将e和f按图组桥，则仪器读数

说明仪器读数是最大弯曲切应力产生的主应变的2倍，就可以计算出剪力。 4. 主应力及主方向测试

薄壁圆筒受内压、弯、扭组合载荷时其径向应力可忽略不计，因此测点的应力状态可视为平面应力状态。测量某点的主应力和主方向时，必须在测点布置三枚应变片。我们采用的是三敏感栅轴线互成120度角的等角应变花。由应变分析和应力分析理论知，我们可以按以下公式计算主应力和主方向：

内力素测定的相关实验情况如下表所示 对象 测量 测量桥路 加载级数 1 2 3 桥臂 系数 读数应 i?F 变增量 α ?ε du ( με ) ( N ) 300 300 300 读数应 变增量 平均值 ( με ) ε M 325 324 326 ε duM ε ） （ μ 325 2 - -1 +2 ?ε duM ε ） （ με T 545 544 546 ε duT με （ ） 545 4 - -1 +2 ?ε duT ε ） （ μ ε F Q 35 32 32 ε duF （ με ） 2 - -3 0 ?ε Q 33 duFQ ε ） （ μ主应力、主方向测定的相关实验情况如下表所示 加载级数 1 2 3 读数应 变增量 平均值 读数应变 增量 ?ε du 0 i?F ( N ) 300 300 300 300 o 120 60 o ( με ) 205 - 204 -1 204 0 o ε du ( με ) ?ε du ( με ) 204.3 0 12 o 60o 0o 0 o 12 60o ε du ( με ) με ) ?ε du ( -121 - 133 - -122 -1 131 -2 -122 0 131 0 -121.7 131.7 0o ε du ( με ) με ) ?ε du (

下面我们根据实验的相关数据进行计算。 弯矩：ε

M

=0.5Xε

du均

=162.5με 而实验中：δ=0.5X（40-36.4）mm=1.8mm

R=19.1mm

则M=Eε

p

πR3δ/y=67.72N.m 理论上：M0=FpXl4=72N.m ζ=M0y/πR2δ

=34.90MPa

相对误差α

=|(M-M0)/M0|X100%=5.9%

/4=136.25μεη=GεT=21.49MPa η=T/2πR2ε ∴

扭转：ε

T

=ε

du均

T=88.68N.m

理论上：T0=FpXh=90N.m 相对误差α

=|(T0-T)/T0|X100%=1.5% =ε

/2=16.5με η

Fs=E/2(1+μ

剪切：ε

Fs

du均

)X ε

Fs

=1.30MPa η

Fs=Fs/

πRδ

∴Fs=140.41N 理论上：Fs=300N

可以看出，实验值几乎为理论值的一半，而根据相关实际情况证明，很有可能是其中一个应变片出现故障，造成读出的应变只有一个应变片的值。

主应力、主应力方向：

ζ1=ζ2=

=51.23MPa

=-11.15MPa

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d8nd.html