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薄壁圓管扭轉剪應力測定

8.1 實驗目的

[1]測定低碳鋼薄壁圓管扭轉時橫截面上的剪應力，并和理論計算結果相比較，驗證理論公

式的正確性。

[2]掌握在純扭轉時電阻應變片的布置與電橋的連接方法。

[3]對比理論計算結果與實際測量結果，分析產生誤差的原因。

8.2 實驗內容和原理

對于直徑大于壁厚t 20倍以上（即D≥20t）的圓管，工程中稱為薄壁圓管。薄壁圓管

將式（8－2）帶入（8－3），有

式中：E、μ分別為薄壁圓管材料的拉壓彈性模量的和波松系數，為已知材料常數。由公

式(8－5)可見，通過測量ε，可以進一步換算出扭轉剪應力。ε的測量可以利用電測方法完

成。測量過程包括貼片、電橋連接、加載測量等幾個主要步驟。具體操作如下：

[1]在管壁上選擇一測量點。

[2]沿與管臂軸線成±45^o方向（即б、б′方向）粘貼四枚應變片,其中R1、R2貼在圓管上

方（或圓管正面），R3、R4貼在圓管下方（或圓管后面），見圖8-3。

[3]四枚應變片中，R1、R2貼在沿б方向，受拉應力作用；R3、R4貼在沿б′方向，受壓應

力作用。因此，可以按照圖8－4方式組成全橋。

[4]將按圖8－4連接好的電橋接入應變儀，并逐級加載。此時應變儀的讀數將隨載荷的增加

8.3 試驗設備、工具

[1]多功能實驗裝置。

[2]游標卡尺。

[3]靜態(tài)電阻應變儀。

8.4 實驗方法、步驟

[1]測量試樣尺寸 ,測量薄壁圓管外徑D及壁厚t，多功能實驗裝置的加力桿長度H。

[2]選擇好測量點位置，粘貼應變片。

[3]將四片應變片組成全橋，接入應變儀，并對儀器進行調零。

[4]采用等量分級加載，每個砝碼重量2kg，記錄每次加載時應變大小，共加三次，檢查實

測數據無誤時即可結束實驗。

8.5 實驗數據處理

[1] 扭轉剪應力理論值計算：本實驗中，薄壁圓管扭轉剪應力理論值為

式中：ΔP為砝碼重量，H為加力桿長度。

[2] 扭轉剪應力實測值計算：

根據測量結果，可得線應變讀數增量平均值

由此可得

式中： 為應變儀線應變讀數增量的平均值； 為實際線應變增量平均值；

τ為實測剪應力。