等强度梁电测试验设计试验报告

一、实验目的和要求

1、通过试验设计验证给定试样为等强度梁。

2、试样不能被破坏，即进入屈服。

二、试验设备和仪器

    1、微机控制电子万能试验机、静态电阻应变仪。

    2、数字万用表。

    3、游标卡尺，电烙铁等。

三、实验原理和方法

 

图3-1 理论计算示意图

1、等强度梁定义：为了使受弯梁截面的弯曲正应力相同，即随着弯矩的改变，对应的改变截面尺寸，以保持梁的应力的不变。

2、以悬挑梁为例，以上图试样为试件，进行理论以及试验验证试样为等强度梁。

3、建立如图所示笛卡尔坐标系，对试样进行分析：

由,若需使得强度相同，必定有为一常数值。

有：              

使得;与b线性相关，恰好悬臂梁的弯矩与其自由端的距离成正比，使b为变量，即可验证试样为等强度梁。

在l区段验证有 ：

而  

与x无关，则必定有：

此时:与x无关，则按照此理论设计实验方案，验证试样为等强度梁。

四、实验步骤

1、依据试验理论，测量出试样的截面参数，并假定钢材为Q235，屈服强度为，确定加载方案，并在电子万能试验机上编辑实验方案。

2、在试样上粘贴电阻应变片，并焊接好接线。具体电阻应变片的粘贴位置如图所示：

3、在试验机上装夹试样，按照1/4桥接线法接线。试样的装夹如下图所示：

4、运行试验方案，记录实验数据

5、卸下试样，还原实验仪器，整理现场。

五、实验注意事项

 1、装夹是注意两个试样必须基本等高，加载点亦须一样，以保证受力均衡。

六、实验数据及处理结果

试验数据测量以及处理如下：

表6-1 截面尺寸测量表

表6-2    a值计算表

                    表6-3 试验数据理论值表

                      表6-4 试验数据应变表

对于F=200N时，E=210N/mm2,计算出应变片1、2、3、4的应力分别为3=-505*210=-106.05N/mm2 , 4=501*210=105.21N/mm2 , 5=501*210=105.21N/mm2   ,  6=503*210=105.84N/mm2

表6-5 试验数据结果比较

结果分析：

    通过表6-3，6-4理论值与实测值在每个截面的比较和表6-5同一截面理论值与实测值不同截面的比较均可验证为等强度梁。

七、试验总结与思考

1、由试验可以看出，等强度梁的各个截面的最大应力相同，可以看出梁是等强度梁。

2、试验存在一定的误差，出现误差的原因主要有：应变片粘贴的位置不是特别准，加载时，两个等强度梁的高度有一定的差距。

第二篇：电测实验报告

电测实验报告

电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种方法，是实验应力分析的重要方法之一。电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在民用建筑，医学，道路，桥梁等工程实践中得到广泛应用。

一、实验目的

1.了解电测法的基本原理；

2.熟悉悬臂梁的结构及应变特性；

3.学会用电测法测量。

4.制作一电子秤，并确定其量程，计算线性度和灵敏度。

二、实验仪器、设备和工具

等强度悬臂梁实验仪，精密数字测量仪，砝码，砝码盘，数据线，游标卡尺，钢板尺。

三、实验原理

1.主要仪器介绍

以弯曲为主要变形的杆件称为梁。一端固定，另一端自由的梁为悬臂梁。为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同,随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸,以保持相同强度，这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁。

等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、水平仪、调节螺钉和加载砝码等组成，如图1所示。本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应力、应变。

电阻应变片是能将被测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件。它由敏感栅、基片、覆盖层、引线四部分组成，如图2所示。其中，敏感栅是用金属丝制成的应变转换元件，是构成电阻应变片的主要部分；引线作为测量敏感栅电阻值时与外部导线连接之用；基底的作用是保持敏感栅的几何形状和相对位置；覆盖层是用来护敏感栅的；粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层和基底之间。

精密数字测量仪是常用的应变传感器测量仪。当电阻应变片将电阻值的变化转化为电压的变化后，经过精密数字测量仪放大器的放大处理，最后换算成输出与应变成正比的模拟电信号。再经放大处理，经A/D转换，将模拟信号转换成数字信号输出。

2.电测法基本原理

电测法基本原理，是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。电阻改变量与构件应变之间存在如下关系：

                              (1)

式中，为电阻应变片电阻值的相对变化量；为应变片的灵敏系数，对于本实验为常数；为构件应变。

             

图1 等强度悬臂梁实验仪                     图2 应变片的结构

3.测量等强度悬臂梁应力的电路

由于悬臂梁产生的应变一般都很小, 引起应变片的电阻变化也很小，要想把这种应变直接测量出来很困难。因此, 需要有专用的测量电路来测量这种由应变变化而引起的电阻变化。一般情况下，将悬臂梁上的应变片连接成电桥进行测量，可将一枚、二枚或四枚应变片接入到桥臂中，分别称作单桥、半桥和全桥电路，如图3所示。接入应变片的桥臂称为工作臂，在输入端加电压E，则在输出端有输出电压U。本实验采用全桥电路，四个桥臂均接有应变片，电阻值分别为R₁，R₂、R₃和R₄。在等强度悬臂梁的自由端挂有砝码盘，不加砝码时，电路为惠斯登电桥，则有

                               

所以                         

当在砝码盘上加上砝码时，梁发生弯曲变形。电阻应变片也产生相同的应变，阻值发生变化。电阻应变片在悬臂梁上的粘贴位置如图4。R₁、R₃受到的是拉伸变形，R₂、R₄受到的挤压变形，则R₁、R₃的电阻增加，R₂、R₄的电阻减少。假设各个应变片电阻的变化量为△R₁，△R₂、△R₃和△R₄，△R₁和△R₃的符号为正，△R₂和△R₄的符号为负。这时有

                          (2)

若四个桥臂上应变片的灵敏系数均为K,由（1）式可知

则（2）式变为

                               (3)

本实验中，电路中的应变片均是相同的，因此R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R, △R₁ = -△R₂ = △R₃ = -△R₄ = △R，ε₁ = -ε₂ = ε₃ = -ε₄ = ε。则(3)式变为

                                           (4)

式中，为传感器的输出灵敏度，单位为mV / V，所以

                                            (5)

实验中，S的值可由精密数字测量仪直接读出,K作为已知的常数给出。

           

(a)单桥                      （b）临臂半桥                   

（c）对臂半桥                      （d）全桥                    

图3 电阻应变片的连接方式

4.实验内容

等强度悬臂梁所受的正应力与应变之间有如下的关系式：

                                        （6）

式中  ε ——等强度悬臂梁所受的应变；

σ ——等强度悬臂梁所受的应力；

E ——弹性模量。

又因为

                                    （7）

式中 M ——被测点的力矩,M = P (L-x)，P为对悬臂梁所施加的力，既载荷，P = mg。L为力的作用点到固定点的距离。x为力的作用点到待测点的距离。

W ——抗弯截面系数，W = b h² / 6，b为梁的宽度，h为梁的厚度。

所以（7）式变为

                                                                                 由（5）（6）（8）式得           或                 (9)

实验中，在砝码盘上逐级加砝码，在测量仪上读出每一级时传感器的灵敏度S，多组实验取平均值。

图4 等强度悬臂梁以及应变片的粘贴位置

四、实验步骤

(一)实验准备

1.按规定位置粘贴电阻应变片，焊线、防护（己预先准备好）。

2.制定加载方案，四级加载：0.2Kg、0.4Kg、0.6Kg、0.8Kg。　

3.将精密数字测量仪与等强度悬臂梁实验仪的数据线连接起来，开启测量仪，预热10分钟。

4.测量并记录等强度悬臂梁外形尺寸，见附表1。

（二）进行实验

1.加砝码之前按下“清零”键，清除由于砝码盘重量带来的S值的变化。

2.逐级增加砝码，每增加一次砝码，记录测量仪的输出数值S（mV/V）（见附表2），重复三次。注意加载缓慢，勿超载。

3. 卸掉载荷，仪器复原。

五、实验数据处理

1.确定其量程

    由知，令x=0，，可求得最大量程为

2.计算线性度和灵敏度

见下附表3,(数据利用了excel软件处理)