薄壁圆筒弯扭作用下内力与应力的测定

实验应力分析

第22卷第1期哈尔滨商业大学学报(自然科学版)Vol.22No.1

2006年2月Feb.2006JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)

薄壁圆筒弯扭作用下内力与应力的测定

耿　皓

(哈尔滨商业大学土木与制冷工程学院,黑龙江哈尔滨150028)

摘　要:介绍了应变电测法在实验应力分析中的优越性,阐述了采用电测技术测量薄壁圆筒在弯扭组合作用下应力与内力的实验方法;对被测截面的应力和应变进行分析,用理论结果证明了该方法测试效果的可靠性.

关键词:电测法;弯扭组合;应力;电阻应变仪;被测截面中图分类号:O348　　　　　文献标识码:A

文章编号:1672-0946()01-0105-03

Thin2wallpipesexperimentalandstressunderactionof(SchoolofCandUniversityofCommerce,Harbin150028,China)

Abstractputsforwordtheadvantageofthestrainelectricalmeasurementmethodinthestressanalysis,andexpatiatedthestressandinternalforce′sexperimentalmeth2odsinthethintubesadoptingtheelectricalmeasurementmethodundertheactionofbendingandtorsion;analyzesthestressandstrainonthemeasuredsection,contributedthereliabilityofthismethod′seffectwithacademicresult.

Keywords:electricalmeasurementmethod;combinationofbendingandtorsion;stress;electricalresistancestraingauge;measuredsection

　　在实际工程中,对构件除了理论分析计算外,往往还采用实验的方法对构件或其模型进行应变、应力测量分析,其主要优点有:灵敏度高,能测量小于1的微小应变;适应性强,应变片可测应变范围广;精度高,误差范围小,可控制在5%内;可测多种力学量,采用应变片做敏感元件而制成的应变式传感器,可测力、压强、扭矩、位移、转角、速度和加

[1]

速度等多种力学量,本文采用电测法测定薄壁圆筒弯扭作用下内力与应力.

阻改变,电阻应变仪将应变片的电阻变化转换成电信号并放大,然后显示出由应变值换算而成的应力

[2]

值,达到对构件进行实验应力分析的目的.112　实验仪器

见图

1.

1　实验原理、仪器和方法

111　实验原理

被测构件表面用专用粘结剂将电阻应变片粘贴后,应变片因感受到被测点的应变而使自身的电

收稿日期:2005-06-19.

基金项目:黑龙江省自然科学基金(E200515).

作者简介:耿　皓(1971-),女,工程师,研究方向:材料力学性能.

图1　WNG—100型弯扭组合变形试验台

实验应力分析

106 哈尔滨商业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　第22卷

113　实验方法

1)测量原始尺寸,测量的参数见表1.

表1　实验参数

试验台参数

圆管外径圆管内径拐壁长

加力点到测量点距离应变片灵敏系数弹性模量泊松系数初始荷载末荷载

原始数据

D=50100mmD=43100mmL=250100mmL=255100mmK=2108E=2106×105MPa

关的应变值.

2　数据的测试与处理

211　数据测试

圆管左侧正下方放置四枚电阻片,编号分别为

1、2、3、4,圆管左侧正上方放置三枚,编号分别为5、6、7,它们与中轴线夹角分别为90°、45°、0°、135°、45°、0°、135°,见图

2.

μ=0128

p0=80Npn=400N

2)估算试件的承载能力,并确定试验的初载

p0,末载pn.

　　b1下表面电阻片分布

3)单壁测量电阻应变仪的应变值,图2　电阻片布置方式

至少重复加、卸载两次,.

4)扭转有

为保证数据的精确性,每个被测量点均测量两

次,并取其平均值做为被测量点的应变值见表2.

表2　测定的应变值

第一次测量

阻桥方式

测量点号

123

第二次测量

初末差值Δε×10-6

-12-2168-52-50-6617

初读数ε10-60×

-215-1361363-561147721052572

末读数ε10-6n×

-227-1571431-613142720392589

末读数ε10-60×

-220-1371365-560147221122568

未读数ε10-6n×

-236-1601438-612142320402587

初末差值Δε×10-6

-16-2373-52-49-7219

二次测量平均值

-14-227015-52-51-6918

单壁测量

4567

212　采用理论公式的数据计算17163MPa,

-3

扭矩:Mr=320×250100×10弯矩:M=320×255100×10正应力:σx=

=80100N m=81160N m

-3

σx+σy

σ+3=2-2194MPa.

σx-σy

2

2

+τx=

2

=34-9=14169MPa,W3114×50[1-(43Π50)]×10

213　采用电测法的数据处理

σσ一般平面应力状态有三个分量σx、y、xy,现ε沿0°、45°、90°三枚应变片上相应的应变为ε0、45、

[3]

εε:90,其中ε0=εx,90=εy.其应力应变关系

切应力:τx==7120MPa

Mr=34-9W3114×50[1-(43Π50)]×10

根据被测点的平面应力状态作应力圆得:σσ主应力:σ+1=2

σσ2

2

σx=σy=

εE(ε0+μ90)

2

1-μ

==

εE(εx+μy)

2

1-μ

,,

+τx=

2

εE(ε90+μ0)1-μ

2

εE(εy+μx)

2

1-μ

实验应力分析

第1期　　　　　　　　　　　耿　皓,等:薄壁圆筒弯扭作用下内力与应力的测定 107

τx=

εE(εεμ)

2(1+μ)

=

τE2(1+μ)

,

3　理论计算与实验结果的对比与分

由上式求得:

5-6

σ=x=2

1-0128

14185MPa,

5-6

σ=y=2

1-0128

1128MPa,

5-6

τ=xy=2×(1+0128)8102MPa.

析

　　主应力相对误差为

×100%=7120%,

17163×100%=8116%.

2194

内力相对误差×100%=11140%,

80100×100%=1111%.

81160

据以上结果分析,,,微,从而.参考文献:

σx+σy

σ+1=21819MPa,

σx-σy

2σσ2

2

2

+τx=811+1018=

2

σσσ-3=2-217MPa.

MT=τWp=xy

+τx=811-1018=

2

8102×10×{3114×]}Π16=89112MPa

M=σW=x

63-[1]　郑秀瑗.应力应变电测技术[M].北京:国防工业出版社,

1998.174-175.

[2]　张小凡,谢大吉,陈正新.材料力学实验[M].北京:清华大学

14185×10×{3114×50[1-(43Π50)]×10}Π32=82151MPa

634-9

出版社,2001.1-3.

[3]　干光瑜,秦惠民.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2002.

215-220.