实验五 叠(组)合梁弯曲的应力分析实验

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时间:2018-05-17

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1、实验五叠(组)合梁弯曲的应力分析实验一、实验目的和要求1.进一步掌握电测法的基本原理,及应变仪的操作与使用。2.测定叠梁在纯弯曲时,梁高度各点正应力的大小及分布规律,并与理论值作比较。3.通过实验测定和理论分析,了解两种不同组合梁的内力及应力分布的差别。4.学习多点测量技术。二、实验设备和仪器微机控制电子万能试验机,静态应变仪,游标卡尺等。三、实验原理和方法在实际结构中,由于工作需要,把单一的梁、板、柱等构件组合起来,形成另一种新的构件形式经常被采用。如支承车架的板簧,是由多片微弯的钢板重叠组合而成;厂

2、房的吊车的承重梁则是由钢轨、钢筋混凝土梁共同承担吊车和重物的重量。实际中的组合梁的工作状态是复杂多样的,为了便于在实验室进行实验,实验仅选择两根截面积相同的矩形梁,按以下方式进行组合:(1)用相同材料组成的叠梁;(2)楔块梁。用电测法测定其应力分布规律,观察两种形式组合梁与单一材料梁应力分布的异同点。叠梁在横向力作用下,若上、下梁的弯矩分别为M1和M2,由平衡条件可知,M1+M2=M若变形后,每根梁中性层的曲率半径分别为ρ1,ρ2,且有则由梁的平面弯曲的曲率方程可知:,式中E1I1和E2I2分别是上、下

3、梁的抗弯刚度。在小变形情况下(忽略上、下梁之间的摩擦,两者的变形可认为一致),它们的曲率半径远远大于梁的高度,因此可以认为,故有(1)当叠合梁材质和几何尺寸相同,即E1=E2,I1=I2,有,(2)当叠合梁分别为钢和铝时,且钢材与铝材的弹性模量分别为El=2.07×105Mpa,E2=0.69×105MPa,即El=3E2,同时I1=I2=I时,则有,由此可知,当叠合梁的材质和惯性矩相同时,弯矩是由参与叠合梁的根数进行等分配的;当材料不同时,其弯矩是依据抗弯刚度来进行分配的。因此,材质不同的两根梁组成的

4、叠合梁(惯性矩相等),在离各自中性层等距离点的应力是不等的。弹性模量大的材质应力较大,反之,弹性模量小的材质,应力较小。本实验采用钢—钢叠合梁和钢—钢材料组成的楔梁(在试样的两端,在两根梁的接合面上各加一个楔块)以及整梁。材料的弹性模量E相等,所有单根梁的截面几何尺寸相等。图7-1l一纯弯曲压头;2一上梁;3--T梁;4一弯曲台实验时,在梁的纯弯曲段间某一截面沿高度布置8枚电阻片(见图7—1),测定各测点的正应力,其中任一点的正应力值为式中——叠合梁i点的实测应变;E——叠合梁材料的弹性模量。实验过程中

5、,在弹性极限内仍采用分段等间距加载的方法,即在每施加载荷增量,测定对应的应变增量,从而得到各测点的实测应力值为各测点的理论值式中——第i测点应变增量的平均值;——第i测点到每根叠梁各自中性层Zi的距离。四、实验步骤1.测量叠梁、整梁的尺寸:高度h和宽度b,支座与压头支点间距离,测量各电阻片位置到中性层的距离;2.将叠梁安装在试验机的弯曲台上;3.进入POWERTEST3.0软件,确定加载方案,逐级加载测读;4.采用单片测量的接线方法,即AB桥臂接工作片,BC桥臂接温度补偿片(另两臂为仪器内的标准电阻),

6、接好线后打开电阻应变仪电源开关,调平仪器,待仪器稳定后,开始正式测读;5.完成一种组合梁(例如钢—钢组合梁)测试后,更换另一种组合梁(整梁)重复步骤1~5进行测试。6.完成全部实验,经教师检查合格后,清理实验现场,关闭电源。五、思考题1.分析整梁(矩形截面H=2h,B=b),同种材料叠梁,在相同支撑和加载条件下承载能力的大小。2.上述二种梁的应力沿截面高度是怎样分布的,画出应力沿梁高度的分布规律。3.整梁的应力分布有什么特点,它与叠梁有何不同,内力性质有何变化?4.根据测试结果如何判断各种梁是否有轴向力

7、作用及轴向力产生的原因。

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