5.14不同截面结构的扭转 工程中许多构件承受扭转变形，如各种传动轴、方向盘的操纵杆、弹簧：为了减轻重量，许多 构件还常常采用空心薄壁构件，如工字钢、槽钢、空心圆管：也有一些构件因设计要求，需要采用 矩形截面等。 一.实验目的 1.掌握电测法测定不同截面构件在扭转载荷下的应力大小及分布： 2.通过对等面积、不同结构截面试件在相同载荷的应力的测试，选择合理的结构。 二，实验仪器、设备及试件 扭转试验机，静态电阻应变仪， 游标卡尺，钢尺。 试件的截面形式有实心圆、实 心正方形和空心圆环、空心正方形 50 100 50 环及空心长方形环五种。其标距段 的尺寸、结构如图所示。两端部的 结构需根据试验机的加头确定。 应变花位置 (a) 34.00 1D40.00 18.66 (c) (b) 21i36 26 45.92 32 (e) (d) 图5.14-1试件截面形状 最大剪切应力计算： 1.实心圆截面 126
126 5.14 不同截面结构的扭转 工程中许多构件承受扭转变形，如各种传动轴、方向盘的操纵杆、弹簧；为了减轻重量，许多 构件还常常采用空心薄壁构件，如工字钢、槽钢、空心圆管；也有一些构件因设计要求，需要采用 矩形截面等。 一．实验目的 1．掌握电测法测定不同截面构件在扭转载荷下的应力大小及分布； 2．通过对等面积、不同结构截面试件在相同载荷的应力的测试，选择合理的结构。 二．实验仪器、设备及试件 扭转试验机，静态电阻应变仪， 游标卡尺，钢尺。 试件的截面形式有实心圆、实 心正方形和空心圆环、空心正方形 环及空心长方形环五种。其标距段 的尺寸、结构如图所示。两端部的 结构需根据试验机的加头确定。 最大剪切应力计算： 1．实心圆截面 应变花位置 Φ21.00 50 100 50 （a） （d） 18.66 18.66 26 32 32 26 Φ34.00 Φ40.00 15.26 36.72 45.92 21.36 （b） （c） （e） 图 5.14-1 试件截面形状
m-4=,0=4,J=pd4=D,m= J W GJ. 32 16 2.空心圆截面 W TD 16(l-u),a=% 3.实心矩形截面 Tmax= M.=M, ,0=M=M W ab'h GJ。GBb3h T=gtmax 式中h一矩形截面的高度，b一矩形截面的宽度，T一短边中点的剪应力。矩形截面系数：h/b=1时， au=0.208,=0.141,ξ=1：h/b=2时，a=0.246,=0.229,ξ=0.8。 4.空心矩形截面： Tmax =M,,9=M2「=M 2Atmin 4GA 式中A一薄壁中线所围成的面积，tmm一最小壁厚度，s一薄壁截面中线的全长。 三.实验步骤 1.试件准备 用游标卡尺测量试件尺寸，检查应变片的位置和状况，记录应变片的灵敏系数K值。安装试件。 2.仪器准备 按照电阻应变仪的操作规程，将试件上测量应变片及温度补偿片连接到应变仪上，检查是否能 调好平衡，并调正应变仪上的灵敏系数。 3.实验测试 1)各项准备工作就绪后，即可启动试验机。按给定的载荷分级缓慢加载，同时读出并记录相应 的应变值，可重复三遍以观察实验结果：载荷分级如下：20、40、60、80Nm: 2)分别安装图(b)、(c)(d)(e)所示的试件，重复上述实验： 3)测毕，关闭机器及仪器电源，拆下接线，整理现场： 4)根据实验数据计算各测点应力的实测值及理论值。 四.预习要求 1.复习有关理论，明确实验目的及方法，复习万能试验机及电阻应变仪的原理及使用。 2.自拟实验表格。若已知材料的许用应力及试件尺寸，如何确定试件所允许承受的载荷。 五.实验报告要求 实验报告包括：实验目的：设备及仪器的名称，型号：试件尺寸，有关数据记录表格：理论分 析与计算：实测应力：并绘图。 六.问题讨论 127
127 max n n n n M R M J W ， n n M GJ ， 2 4 32 n A J dA D ， 3 16 n D W 2．空心圆截面 3 4 1 , 16 n D W d D 3．实心矩形截面 max 2 n n n M M W b h ， 3 n n n M M GJ G b h ， ' max 式中 h―矩形截面的高度，b―矩形截面的宽度， ' ―短边中点的剪应力。矩形截面系数：h/b=1 时， α=0.208，β=0.141，ξ=1；h/b=2 时，α=0.246，β=0.229，ξ=0.8。 4．空心矩形截面： max 2 min n s M A t ， 2 2 . 4 4 n n s s s t const M M ds GA t GA t 式中 As―薄壁中线所围成的面积，tmin―最小壁厚度，s―薄壁截面中线的全长。 三．实验步骤 1．试件准备 用游标卡尺测量试件尺寸，检查应变片的位置和状况，记录应变片的灵敏系数 K 值。安装试件。 2．仪器准备 按照电阻应变仪的操作规程，将试件上测量应变片及温度补偿片连接到应变仪上，检查是否能 调好平衡，并调正应变仪上的灵敏系数。 3．实验测试 1）各项准备工作就绪后，即可启动试验机。按给定的载荷分级缓慢加载，同时读出并记录相应 的应变值，可重复三遍以观察实验结果；载荷分级如下：20、40、60、80Nm； 2）分别安装图（b）、（c）（d）（e）所示的试件，重复上述实验； 3）测毕，关闭机器及仪器电源，拆下接线，整理现场； 4）根据实验数据计算各测点应力的实测值及理论值。 四．预习要求 1．复习有关理论，明确实验目的及方法，复习万能试验机及电阻应变仪的原理及使用。 2．自拟实验表格。若已知材料的许用应力及试件尺寸，如何确定试件所允许承受的载荷。 五．实验报告要求 实验报告包括：实验目的；设备及仪器的名称，型号；试件尺寸，有关数据记录表格；理论分 析与计算；实测应力；并绘图。 六．问题讨论
1.根据实验结果说明上述等截面积各个试件的承载能力。 2.分析实验误差可能来源。 3.试分析当图(c)(d)(e)试件为开口时，与对应未开口试件的最大应力比。 128
128 1．根据实验结果说明上述等截面积各个试件的承载能力。 2．分析实验误差可能来源。 3．试分析当图（c）（d）（e）试件为开口时，与对应未开口试件的最大应力比