疊合梁純彎曲正應(yīng)力開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

工程力學(xué)提高型實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 江蘇科技大學(xué)（張家港）/蘇州理工學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院力學(xué)教研室2013.12實(shí)驗(yàn)一 疊合梁的純彎曲實(shí)驗(yàn)報(bào)告成員： 日期： 成績(jī)： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)對(duì)兩種材料固結(jié)而成的梁的應(yīng)力測(cè)試，加深對(duì)純彎曲梁平面假設(shè)的理解；2觀察復(fù)合梁和疊合梁正應(yīng)力分布情況，了解如何組合梁合理；3測(cè)定梁純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式；4進(jìn)一步熟悉電測(cè)的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.疊合梁應(yīng)變計(jì)布片位置見(jiàn)下圖3，有關(guān)截面尺寸均已標(biāo)注于梁上。2.WYS-1彎曲實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。見(jiàn)圖13.程控靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀，型號(hào)：YE2538。4.用聯(lián)結(jié)螺栓連接的疊合梁，鋼梁與鋁梁疊合（鋼梁置于下方）。1.疊合梁 2.定位板 3.支座 4.試驗(yàn)機(jī)架 5.加載手輪 6.拉桿 7.加載橫梁 8.測(cè)力儀 9.加載系統(tǒng) 10.載荷傳感器 11.加載壓頭 圖1 彎曲實(shí)驗(yàn)臺(tái)架三、實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，由于工作需要，把單一的梁、板、柱等構(gòu)件組合起來(lái)，形成另一種新的構(gòu)件形式經(jīng)常被采用。實(shí)際中的疊合梁的工作狀態(tài)是復(fù)雜多樣的，為了便于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)僅選擇兩根截面積相同的矩形梁，用電測(cè)法測(cè)定其應(yīng)力分布規(guī)律，觀察疊合梁與純彎曲梁應(yīng)力分布的異同點(diǎn)。如圖2所示的疊合梁，由兩種不同材料黏合在一起，在彎曲變形過(guò)程中無(wú)相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，則疊合梁橫截面可視作整體。上梁的彈性模量為E1，下梁的彈性模量為E2，且E1E2，兩種材料的橫截面積尺寸相同。由于兩種材料的彈性模量不同，則疊合梁在對(duì)稱橫向彎曲時(shí)，其中性軸的位置不在疊合梁截面的幾何形心位置，會(huì)偏向彈性模量大的下梁，設(shè)上梁橫截面底端距疊梁截面中性距離為e，即為我們所要確定的疊梁中性軸位置。圖2 疊合梁模型x大小的確定：疊合梁橫截面可視作整體，由平面假設(shè)可知，疊合梁橫截面上各點(diǎn)處的縱向線應(yīng)變沿截面高度呈線性規(guī)律變化，任一點(diǎn)y處的縱向線應(yīng)變?yōu)?(1)式中，為中性層的曲率半徑。當(dāng)兩種材料均處于線彈性范圍，由單軸應(yīng)力狀態(tài)下的胡克定律，可得橫截面材料1與材料2的彎曲正應(yīng)力，它們分別為1=E1=2=E2=(2)根據(jù)如圖2所示的疊合梁橫截面示意圖，由疊合梁橫截面上應(yīng)力的合力等于內(nèi)力的靜力學(xué)關(guān)系可知+=FN=0(3)即dy+dy-=FN=0得e= (4)由此式即可求出沿橫截面高度不同的點(diǎn)距中性的距離y。以疊合梁橫截面內(nèi)垂直對(duì)稱軸為y軸和中性軸為z軸建立直角坐標(biāo)系，利用橫截面上正應(yīng)力組成的彎矩靜力方程及由式(4)確定的疊梁橫截面中性軸位置，可知+=M即+=M化簡(jiǎn)，得因此得橫截面上的應(yīng)力為(5)式中，IZ1為上半梁截面對(duì)中性軸z軸的慣性矩；IZ2為下半梁截面對(duì)中性軸z軸的慣性矩；y為沿疊合梁橫截面高度各測(cè)點(diǎn)距疊合梁中性軸的距離；E為沿疊合梁橫截面高度不同材料的彈性模量；h為兩種不同材料梁高；b為兩種不同材料的寬；e為疊合梁黏結(jié)面距疊合梁橫截面中性軸距離。由式(4)及式(5)可求出疊梁純彎曲時(shí)的理論應(yīng)力值。本實(shí)驗(yàn)的疊合梁采用鋁和鋼兩種不同的材料，鋁梁和鋼梁均選用矩形橫截面，且寬b、高h(yuǎn)都為20 mm，鋁梁在上，鋼梁在下。實(shí)驗(yàn)裝置和單根梁的純彎曲試驗(yàn)完全相同，其試樣及加載方式如圖3所示。已知鋁的彈性模量為70 GPa，鋼為210 GPa，由式（4）可確定由不同材料組合的疊梁在純彎曲狀態(tài)下中性軸的位置，針對(duì)本試樣可求得e = 5 mm，由此可得疊合梁的受壓區(qū)和受拉區(qū)。為了測(cè)定疊合梁應(yīng)變沿橫截面高度的變化規(guī)律，在鋁梁的頂面和鋁梁的中性軸處各貼一枚應(yīng)變片，在鋼梁的底面和鋼梁的中性軸處也各貼一枚應(yīng)變片，如圖3所示。本次電測(cè)試驗(yàn)采用1/4電橋，初載P0 = 100 N，采用等量加載，每次加載500 N，連續(xù)加載4次，記錄每次加載時(shí)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值，然后根據(jù)應(yīng)變值增量的平均值，由單軸應(yīng)力狀態(tài)下的胡克定律=E，計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力，再與疊合梁正應(yīng)力理論計(jì)算公式計(jì)算出的理論應(yīng)力值作比較。圖3 疊合梁應(yīng)變片布置及加載方式四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 測(cè)量尺寸用游標(biāo)卡尺測(cè)量實(shí)驗(yàn)梁橫截面尺寸b，計(jì)算各應(yīng)變片軸線至梁的中性層的距離yi，用鋼尺測(cè)量力的作用點(diǎn)到支座的距離a，計(jì)入表中。2. 擬定施力方案施力過(guò)程可等分為45級(jí)，即F = Fmax/4或Fmax/5。Fmax的確定原則為梁上的最大正應(yīng)力不超過(guò)材料的許用應(yīng)力。查閱相關(guān)手冊(cè)，計(jì)算鋼以及鋁合金的許用應(yīng)力，綜合考慮復(fù)合梁和疊合梁，確定可施加的最大力。本實(shí)驗(yàn)取F= 500 N，F(xiàn)max = 2000 N分四級(jí)加載，分別測(cè)各點(diǎn)應(yīng)變。3. 接線并調(diào)整應(yīng)變儀（1）打開(kāi)電阻應(yīng)變儀電源，預(yù)熱10分鐘；（2）選擇適當(dāng)?shù)臉蚵方泳€法將各測(cè)點(diǎn)的工作片和補(bǔ)償片分別接到應(yīng)變儀選定點(diǎn)號(hào)的接線柱上，要注意將接線柱上的螺絲擰緊，本實(shí)驗(yàn)選1/4橋電路；（3）施加初荷載F0= 100 N，將各通道初始應(yīng)變讀數(shù)均置為零，即調(diào)零。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不可再調(diào)零。4. 加載測(cè)讀逐級(jí)施力，每增加一級(jí)力F，通過(guò)按鍵依次讀取各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。施力至最終一級(jí)力值，應(yīng)變數(shù)值計(jì)入表中。最后卸載。五、實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)1已知：2實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)算結(jié)果：鋁；鋼 應(yīng)變()載荷(N)12345678500100015002000增量值實(shí)測(cè)值理論值相對(duì)誤差五、畫出理論曲線和實(shí)測(cè)曲線，并進(jìn)行比較。六、思考題1.試分析造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因。答：2.采用多點(diǎn)公共溫度補(bǔ)償