中瑞祥物理實(shí)驗(yàn)彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置操作原理注意事項(xiàng)

用于研究材料在彎曲和扭轉(zhuǎn)共同作用下的力學(xué)行為，其操作和使用原理主要基于應(yīng)變測量技術(shù)。以下結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置和原理進(jìn)行說明。

實(shí)驗(yàn)裝置概述

實(shí)驗(yàn)裝置通常由一個薄壁圓管試樣、扇形加力架、加載系統(tǒng)（如旋轉(zhuǎn)手輪和鋼絲繩）以及力傳感器組成。?

2 圓管一端固定，另一端通過加力架承受垂直于軸線的集中載荷。加載時，轉(zhuǎn)動手輪通過鋼絲繩拉動加力架，使圓管產(chǎn)生彎扭組合變形；力傳感器實(shí)時測量載荷大小，并將信號放大顯示。?

操作原理

?加載與載荷測量?：

通過旋轉(zhuǎn)加載手輪施加載荷，載荷大小由力傳感器檢測并數(shù)字化顯示。?

載荷通過加力架傳遞到圓管自由端，使其在截面I—I處同時承受彎矩、剪力和扭矩。?

?應(yīng)變測量與組橋技術(shù)?：

在圓管表面（如上、下表面的B、D點(diǎn)）粘貼應(yīng)變花（通常為0°、±45°方向的應(yīng)變片），用于測量局部應(yīng)變。?

采用不同的電橋接線方式分離單一內(nèi)力分量的影響：

?半橋接法?：用于消除溫度應(yīng)變或測量彎矩引起的應(yīng)變。例如，將B點(diǎn)和D點(diǎn)的應(yīng)變片按半橋連接，可得到由彎矩引起的軸向應(yīng)變。?

?全橋接法?：用于測量扭矩引起的剪應(yīng)變。通過前后點(diǎn)的應(yīng)變片全橋連接，放大扭矩相關(guān)信號。?

接線時需注意溫度補(bǔ)償，通常將補(bǔ)償片接入應(yīng)變儀的公共補(bǔ)償段。?

?數(shù)據(jù)采集與處理?：

分級加載（如從50N逐步增至450N），記錄每個載荷下各測點(diǎn)的應(yīng)變值。?

通過應(yīng)變分析公式計算主應(yīng)變和主方向：

主應(yīng)變由應(yīng)變花測得的三個方向應(yīng)變（ε?、ε??、ε???）通過公式計算得出。?

主應(yīng)力通過廣義胡克定律轉(zhuǎn)換：σ?,? = E/(1?μ2) × (ε?,? ± με?,?)，其中E為彈性模量，μ為泊松比。?

彎矩和扭矩的實(shí)驗(yàn)值通過應(yīng)變與理論公式的關(guān)聯(lián)求得，例如彎矩M = (ε_b × E × I)/y，扭矩T = (ε_t × G × J)/r，其中I為慣性矩，J為極慣性矩，G為剪切模量。?

關(guān)鍵注意事項(xiàng)

?避免超載?：薄壁圓管易損壞，操作時需嚴(yán)格控制載荷范圍，禁止用力扳動自由端。?

?重復(fù)加載法?：為減少誤差，常采用重復(fù)加載（如預(yù)加載后卸載再加載），取多次測量平均值。?

?誤差控制?：確保應(yīng)變片粘貼準(zhǔn)確、接線正確，并檢查儀器零點(diǎn)穩(wěn)定性。?

原理總結(jié)

該實(shí)驗(yàn)基于材料力學(xué)中彎扭組合變形的理論，通過應(yīng)變測量分離彎矩、扭矩和剪力的影響，結(jié)合電橋技術(shù)放大微小應(yīng)變信號，最終實(shí)現(xiàn)主應(yīng)力、彎矩和扭矩的實(shí)驗(yàn)測定。?

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果常與理論值比較，以驗(yàn)證材料性能和理論模型