專利名稱：：彎扭組合試驗裝置中的附加彎曲正應力測量橋路的制作方法
技術領域：
：本發明涉及彎組合試驗裝置。
背景技術：
：電阻應變測量技術是工程結構試驗應力分析的主要手段之一，并廣泛應用于機械、土木、航空航天等各工程
技術領域：
。學習電阻應變測量原理，掌握其測量方法和技術，并能熟練加以應用，是工科院校學生，特別是工程技術類專業學生必須掌握的一項基本實驗技能。因而，電測應力實驗是實驗教學中必不可少的重要內容之一，其中"圓筒彎扭組合實驗"是電測應力實驗的基本實驗內容。該項實驗的實驗內容是測量彎扭組合變形下的主應力以及指定截面上彎矩、扭矩、剪力等內力素。現有實驗裝置的應變片布置方案，在主應力、彎矩和扭矩測量時精度較高，但是測量剪力時的誤差很大，超過50%,已經失去實驗意義。實驗方式圖l、圖2和圖3所示，實驗裝置是由鋁合金圓筒懸臂1和與其呈90角的曲拐2所構成，由彎扭組合變形受力特點可知，A、C兩點為純剪切應力狀態，兩點沿45°和-45°方向的線應變分別為(￡—45丄=—(、丄="T(Tt+Tq)(1)1+1/l+v(f-45。)c=—(￡45。)c=了&=j(rT—rQ)式中^和^分別表示扭轉和彎曲切應力。測量時，將A、C兩點應變花中的45'方向和-45。方向敏感柵連接成如圖4所示的全橋橋路，則彎曲切應力的測量值為測=4(1+v)s，(2)式中、測=(e《)廣(S45,h+(S45。)C-(S—45.)c為橋路實際輸出值。代入下式—3,-a4)_")~測=16(1+—2)Q測W可以得到I-I截面上的剪力，其中《="/￡,&D分別為圓筒l的內、外徑。當作用在曲拐端部的載荷F"00N時，I-I截面上剪力的理論值為^-100N。實驗時，采用等量逐級加載法，表l為一組實測數據。根據表l實測數據，測得I-I截面上的剪力為157.61N，與理論值的相對誤差達57.6%。表l電橋的實際測量輸出值<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>誤差分析根據電阻應變片測量原理，應變片測得應變為敏感柵的平均應變，近似等于敏感柵中心位置處的應變。當采用45°-3直角應變花進行測量時，由于敏感柵中心與測量點不重合，在采用全橋測量彎曲切應力時，只能抵消扭轉切應力，而附加的彎曲正應力無法消除，從而導致測量誤差很大，由圖5也可以看出，除了橫向效應和粘貼方位的影響之外，剪力測量的主要誤差是由于應變花敏感柵中心位置的應力狀態與被測點純剪切應力狀態不一致造成的。
發明內容本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種彎扭組合試驗裝置中的附加彎曲正應力測量橋路，一方面作為實驗裝置，不僅能在彎矩、扭矩方面獲得較高的測量精度,同時能對剪力進行有效的測量，從而增加新的實驗內容，改造為提高型實驗；另一方面為工程結構中類似構件的內力測量提供借鑒。本發明解決技術問題所采用的技術方案是本發明彎扭組合試驗裝置中的附加彎曲正應力測量橋路，采用鋁合金圓筒懸臂曲拐結構，由鋁合金圓筒懸臂和與其呈.90角的曲拐構成，在所述鋁合金圓筒懸臂的被測橫截面外圓周上，按照應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的順序，依次呈90角間隔布置四只45°-3直角應變花；本發明的結構特點是在沿所述圓筒懸臂的軸線方向上，應變花B、應變花C和應變花D的朝向相同，應變花A與其它三只應變花朝向相反，并且以測量點所在圓周位置為對稱中心；接入測量橋路中的是應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的45'方向和-45"方向敏感柵，所述應變花B的-45°方向敏感柵和應變花A的45'方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端A和輸出端B;應變花B的45。方向敏感柵和應變花A的-45。方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端C和輸出端B;應變花C的-45'方向敏感柵和應變花D的45°方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端A和輸出端D;應變花C的45°方向敏感柵和應變花D的-45。方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端C和輸出端D，構成全橋測量橋路。本發明按照已有技術中的應變花布置方式，將A點處的應變花旋轉18(T粘貼，則可同時消除扭轉i^應力和附加的彎曲正應力，從而提高剪力的測量精度。與己有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明裝置中45。方向和-45°方向敏感柵中心點所在橫截面處的剪力和扭矩均不變，彎矩變化不超過2%，因而可近似認為其應力狀態保持不變。2、本發明裝置不僅能在彎矩、扭矩方面獲得較高的測量精度，同時還能對剪力進行有效的測量，一方面豐富了實驗教學內容，增添了實驗的思考性和趣味性，加深了學生對應力狀態概念和組橋原理及方法的理解，另一方面為工程結構中類似構件的內力測量提供了借鑒。圖1為實驗裝置結構示意圖。圖2為I一I橫截面上的測點位置示意圖。圖3已有技術中應變花布置方式示意圖。圖4為已有技術中的剪力測量橋路示意圖。圖5為應變花結構示意圖。圖6為本發明應變花布置方式示意圖。圖7為本發明裝置用于剪力測量的橋路結構示意圖。圖8為本發明裝置用于扭矩測量的橋路結構示意圖。圖9為本發明裝置用于附加彎曲正應力測量的橋路結構示意圖。圖中標號l鋁合金圓筒懸臂、2曲拐。以下通過具體實施方式對本發明作進一步描述具體實施例方式參見圖l、圖2和圖6，本實施例按照已有技術中的應變花布置方式，將A點處的應變花旋轉18(T粘貼。圖中示出，與已有技術相同的是，采用鋁合金圓筒懸臂曲拐結構，由鋁合金圓筒懸臂1和與其呈90角的曲拐2構成，在鋁合金圓筒懸臂1的被測橫截面外圓周上，按照應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的順序，依次呈90角間隔布置四只45°-3直角應變花。與已有技術所不同的是在沿圓筒懸臂1的軸線方向上，應變花B、應變花C和應變花D的朝向相同，應變花A與其它三只應變花朝向相反，并且以測量點所在圓周位置為對稱中心。本實施例彎扭組合試驗裝置在內力素測量上的應用應用之一剪力的測量A、C兩'點處應變花中的45°方向和-45'方向敏感柵中心點的應力狀態可以看成單向應力狀態和純剪切應力狀態的疊加。根據廣義胡克定律，采用本實施例布片方案時，其沿柵長方向的線應變分別為1+v1—￡2￡(4),、1+、l_v￡、，v2￡l+vl-v(￡—45。)c=_^~(rT_rQ)_iCTM式中rT和rQ分別表示扭轉和彎曲切應力，ctm為附加彎曲正應力。將A、C兩點處應變花中的45。方向和-45。方向敏感柵按圖7分別接入橋路，SP:應變花A的-45°方向敏感柵接入測量橋路的輸入端A和輸出端B,應變花A的45'方向敏感柵接入測量橋路的輸入端C和輸出端B，應變花C的-45°方向敏感柵接入測量橋路的輸入端A和輸出端D，應變花C的45'方向敏感柵接入測量橋路的輸入端C和輸出端D，構成全橋測量橋路。則輸出的測量應變~為測,—45丄-(S45。h+(S45。)C-(S_45。)C=^^Q測得的剪力為Q測64(l+"+"2)(l+。測可以看出，采用新的貼片方式，同時消除了扭轉切應力和附加彎曲正應力，可以獲得較為準確的剪力測量值。應用之二扭矩測量采用本實施例貼片方式，如果仍選擇A、C兩點的應變花測量扭轉切應力，將無法消除敏感柵中心點的附加彎曲正應力。這樣，會增加扭矩的測量誤差，對測量精度產生不利影響。本實施例中，選擇B、D兩點處應變花的45°方向和-45°方向敏感柵來測量。這些敏感柵中心點的彎曲切應力很小，近似為零，扭轉切應力與A、C點相同。其沿柵長方向的線應變分別為，,、l+V1—V45,S￡T2五(5)1+vl—v丄=--rT--CT45wo五T2五式中o"為B點彎曲正應力。將B、D兩點應變花中的45。方向和-45。方向敏感柵按圖8接入橋路，艮卩將應變花B的-45'方向敏感柵接入測量橋路的輸入端A和輸出端B，應變花B的45°方向敏感柵接入測量橋路的輸入端C和輸出端B，應變花D的45°方向敏感柵接入測量橋路的輸入端A和輸出端D，應變花D的-45°方向敏感柵接入測量橋路的輸入端C和輸出端D，構成全橋測量橋路則輸出的測量應變f，為s頂i=(5。)s—(e一45。)s+(5。)D—(s—45。)D=^|^rT測得的扭矩為一,-"，測一64(1+"&測測量結果與原來選擇A、C兩點應變花的測量效果一致。應用之三附加彎曲正應力測量采用本實施例貼片方式，可增加測量A、C兩點應變花附加彎曲正應力的新實驗內容。將A、B、C、D四個測量點應變花中的45'方向和-45'方向敏感柵按照圖9分別接入測量橋路，即接入測量橋路中的是應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的45'方向和-45'方向敏感柵，應變花B的-45。方向敏感柵和應變花A的45'方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端A和輸出端B;應變花B的45。方向敏感柵和應變花A的-45。方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端C和輸出端B;應變花C的-45°方向敏感柵和應變花D的45'方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端A和輸出端D;應變花C的45"方向敏感柵和應變花D的-45°方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端C和輸出端D，構成全橋測量橋路根據惠斯登電橋串聯橋路的特點，并結合(4)和(5)式，可得輸出測量應變SM^為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>測得的附加彎曲正應力為—丄該項實驗內容，不僅可巧妙地測量出產生剪力的誤差來源(附加彎曲正應力)，而且將惠斯登電橋串聯橋路應用到實驗教學中，從而加深學生對橋路的認識，拓寬視野。權利要求1、彎扭組合試驗裝置中的附加彎曲正應力測量橋路，采用鋁合金圓筒懸臂曲拐結構，由鋁合金圓筒懸臂(1)和與其呈90角的曲拐(2)構成，在所述鋁合金圓筒懸臂(1)的被測橫截面外圓周上，按照應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的順序，依次呈90角間隔布置四只45°-3直角應變花；其特征是在沿所述圓筒懸臂(1)的軸線方向上，應變花B、應變花C和應變花D的朝向相同，應變花A與其它三只應變花朝向相反，并且以測量點所在圓周位置為對稱中心；接入測量橋路中的是應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的45°方向和-45°方向敏感柵，所述應變花B的-45°方向敏感柵和應變花A的45°方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端A和輸出端B；應變花B的45°方向敏感柵和應變花A的-45°方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端C和輸出端B；應變花C的-45°方向敏感柵和應變花D的45°方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端A和輸出端D；應變花C的45°方向敏感柵和應變花D的-45°方向敏感柵串聯，再接入測量橋路的輸入端C和輸出端D，構成全橋測量橋路。全文摘要彎扭組合試驗裝置中的附加彎曲正應力測量橋路，其裝置由鋁合金圓筒懸臂和與其呈90角的曲拐構成，在鋁合金圓筒懸臂的被測橫截面外圓周上，按照應變花A、應變花B、應變花C和應變花D的順序，依次呈90角間隔布置四只45°-3直角應變花；其特征是在沿圓筒懸臂的軸線方向上，應變花B、應變花C和應變花D的朝向相同，應變花A與其它三只應變花朝向相反，并且以測量點所在圓周位置為對稱中心。本發明能在彎矩、扭矩方面獲得較高的測量精度，能對剪力進行有效的測量，從而增加新的教學實驗內容，并能為工程結構中類似構件的內力測量提供借鑒。文檔編號G01L1/22GK101482436SQ20091000499公開日2009年7月15日申請日期2006年6月30日優先權日2006年6月30日發明者劉一華,吳枝根,昊李,王美芹,詹春曉申請人:合肥工業大學