實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span> [1]測(cè)定低碳鋼薄壁圓管扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的剪應(yīng)力，并和理論計(jì)算結(jié)果相比較，驗(yàn)證理論公 |
式的正確性。 |
[2]掌握在純扭轉(zhuǎn)時(shí)電阻應(yīng)變片的布置與電橋的連接方法。 |
[3]對(duì)比理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果，分析產(chǎn)生誤差的原因。 |
8.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理 |
對(duì)于直徑大于壁厚t 20倍以上（即D≥20t）的圓管，工程中稱為薄壁圓管。薄壁圓管 |
在如圖8－1所示的扭轉(zhuǎn)外力偶矩作用下，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。為研究扭究扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、變形與 | 外力偶矩之間的關(guān)系，可按圖8－1所示方法在薄壁管表面中切取一單元體abcd，單元體應(yīng) | 力狀態(tài)如圖8－2所示。由薄壁圓管橫截面剪應(yīng)力計(jì)算公式及剪應(yīng)力互 | | | 式中：Mn為橫截面上的扭矩；t為薄壁圓管壁厚；r0為薄壁圓管半徑，且r0＝D0/2。分 | 析單元體abcd的應(yīng)力狀態(tài)可得，在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下，該點(diǎn)的主應(yīng)力的方向與薄壁圓管軸 | 線的夾角分別為±45o，且有， | | 進(jìn)一步由廣義虎克定律，有 | |
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將式（8－2）帶入（8－3），有 |
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式中：E、μ分別為薄壁圓管材料的拉壓彈性模量的和波松系數(shù)，為已知材料常數(shù)。由公 |
式(8－5)可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)量ε，可以進(jìn)一步換算出扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。ε的測(cè)量可以利用電測(cè)方法完 |
成。測(cè)量過(guò)程包括貼片、電橋連接、加載測(cè)量等幾個(gè)主要步驟。具體操作如下： |
[1]在管壁上選擇一測(cè)量點(diǎn)。 |
[2]沿與管臂軸線成±45o方向（即б、б′方向）粘貼四枚應(yīng)變片,其中R1、R2貼在圓管上 |
方（或圓管正面），R3、R4貼在圓管下方（或圓管后面），見(jiàn)圖8-3。 |
[3]四枚應(yīng)變片中，R1、R2貼在沿б方向，受拉應(yīng)力作用；R3、R4貼在沿б′方向，受壓應(yīng) |
力作用。因此，可以按照?qǐng)D8－4方式組成全橋。 |
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[4]將按圖8－4連接好的電橋接入應(yīng)變儀，并逐級(jí)加載。此時(shí)應(yīng)變儀的讀數(shù)將隨載荷的增加 |
而發(fā)生變化。實(shí)測(cè)應(yīng)變與應(yīng)變儀讀數(shù)之間的關(guān)系為 | | (8-6) |
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8.3 試驗(yàn)設(shè)備、工具 |
[1]多功能實(shí)驗(yàn)裝置。 |
[2]游標(biāo)卡尺。 |
[3]靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。 |
8.4 實(shí)驗(yàn)方法、步驟 |
[1]測(cè)量試樣尺寸 ,測(cè)量薄壁圓管外徑D及壁厚t，多功能實(shí)驗(yàn)裝置的加力桿長(zhǎng)度H。 |
[2]選擇好測(cè)量點(diǎn)位置，粘貼應(yīng)變片。 |
[3]將四片應(yīng)變片組成全橋，接入應(yīng)變儀，并對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)零。 |
[4]采用等量分級(jí)加載，每個(gè)砝碼重量2kg，記錄每次加載時(shí)應(yīng)變大小，共加三次，檢查實(shí) |
測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)誤時(shí)即可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。 |
8.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 |
[1] 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力理論值計(jì)算：本實(shí)驗(yàn)中，薄壁圓管扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力理論值為 |
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式中：ΔP為砝碼重量，H為加力桿長(zhǎng)度。 |
[2] 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力實(shí)測(cè)值計(jì)算： |
根據(jù)測(cè)量結(jié)果，可得線應(yīng)變讀數(shù)增量平均值 |
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由此可得 |
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式中： 為應(yīng)變儀線應(yīng)變讀數(shù)增量的平均值； 為實(shí)際線應(yīng)變?cè)隽科骄担?/span> τ為實(shí)測(cè)剪應(yīng)力。 | |
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