[发明专利]弯扭组合试验装置中的附加弯曲正应力测量桥路

说明书

本申请是申请号为“200610088185.1”、申请日为“2006年6月30日”、发明名称为“弯扭组合试验装置及其在内力素测量上的应用”的分案申请。

技术领域

本发明涉及弯组合试验装置。

背景技术

电阻应变测量技术是工程结构试验应力分析的主要手段之一，并广泛应用于机械、土木、航空航天等各工程技术领域。学习电阻应变测量原理，掌握其测量方法和技术，并能熟练加以应用，是工科院校学生，特别是工程技术类专业学生必须掌握的一项基本实验技能。因而，电测应力实验是实验教学中必不可少的重要内容之一，其中“圆筒弯扭组合实验”是电测应力实验的基本实验内容。该项实验的实验内容是测量弯扭组合变形下的主应力以及指定截面上弯矩、扭矩、剪力等内力素。现有实验装置的应变片布置方案，在主应力、弯矩和扭矩测量时精度较高，但是测量剪力时的误差很大，超过50％，已经失去实验意义。

实验方式：

图1、图2和图3所示，实验装置是由铝合金圆筒悬臂1和与其呈90角的曲拐2所构成，由弯扭组合变形受力特点可知，A、C两点为纯剪切应力状态，两点沿45°和-45°方向的线应变分别为：

式中τ_T和τ_Q分别表示扭转和弯曲切应力。测量时，将A、C两点应变花中的45°方向和-45°方向敏感栅连接成如图4所示的全桥桥路，则弯曲切应力的测量值为

式中ε_Q测＝(ε_-45°)_A-(ε_45°)_A+(ε_45°)_C-(ε_-45°)_C为桥路实际输出值。代入下式

可以得到I-I截面上的剪力，其中α＝d/D，d、D分别为圆筒1的内、外径。

当作用在曲拐端部的载荷F＝100N时，I-I截面上剪力的理论值为F_Q＝100N。实验时，采用等量逐级加载法，表1为一组实测数据。根据表1实测数据，测得I-I截面上的剪力为157.61N，与理论值的相对误差达57.6％。

表1  电桥的实际测量输出值

   载    荷F/N  50  150  250  350  450   应变仪读数ε_实/με  34  102  171  239  307

误差分析

根据电阻应变片测量原理，应变片测得应变为敏感栅的平均应变，近似等于敏感栅中心位置处的应变。当采用45°-3直角应变花进行测量时，由于敏感栅中心与测量点不重合，在采用全桥测量弯曲切应力时，只能抵消扭转切应力，而附加的弯曲正应力无法消除，从而导致测量误差很大，由图5也可以看出，除了横向效应和粘贴方位的影响之外，剪力测量的主要误差是由于应变花敏感栅中心位置的应力状态与被测点纯剪切应力状态不一致造成的。

发明内容