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中瑞祥物理實驗彎扭組合實驗裝置操作原理注意事項

用于研究材料在彎曲和扭轉共同作用下的力學行為，其操作和使用原理主要基于應變測量技術。以下結合實驗裝置和原理進行說明。

實驗裝置概述

實驗裝置通常由一個薄壁圓管試樣、扇形加力架、加載系統（如旋轉手輪和鋼絲繩）以及力傳感器組成。?

2 圓管一端固定，另一端通過加力架承受垂直于軸線的集中載荷。加載時，轉動手輪通過鋼絲繩拉動加力架，使圓管產生彎扭組合變形；力傳感器實時測量載荷大小，并將信號放大顯示。?

操作原理

?加載與載荷測量?：

通過旋轉加載手輪施加載荷，載荷大小由力傳感器檢測并數字化顯示。?

載荷通過加力架傳遞到圓管自由端，使其在截面I—I處同時承受彎矩、剪力和扭矩。?

?應變測量與組橋技術?：

在圓管表面（如上、下表面的B、D點）粘貼應變花（通常為0°、±45°方向的應變片），用于測量局部應變。?

采用不同的電橋接線方式分離單一內力分量的影響：

?半橋接法?：用于消除溫度應變或測量彎矩引起的應變。例如，將B點和D點的應變片按半橋連接，可得到由彎矩引起的軸向應變。?

?全橋接法?：用于測量扭矩引起的剪應變。通過前后點的應變片全橋連接，放大扭矩相關信號。?

接線時需注意溫度補償，通常將補償片接入應變儀的公共補償段。?

?數據采集與處理?：

分級加載（如從50N逐步增至450N），記錄每個載荷下各測點的應變值。?

通過應變分析公式計算主應變和主方向：

主應變由應變花測得的三個方向應變（ε?、ε??、ε???）通過公式計算得出。?

主應力通過廣義胡克定律轉換：σ?,? = E/(1?μ2) × (ε?,? ± με?,?)，其中E為彈性模量，μ為泊松比。?

彎矩和扭矩的實驗值通過應變與理論公式的關聯求得，例如彎矩M = (ε_b × E × I)/y，扭矩T = (ε_t × G × J)/r，其中I為慣性矩，J為極慣性矩，G為剪切模量。?

關鍵注意事項

?避免超載?：薄壁圓管易損壞，操作時需嚴格控制載荷范圍，禁止用力扳動自由端。?

?重復加載法?：為減少誤差，常采用重復加載（如預加載后卸載再加載），取多次測量平均值。?

?誤差控制?：確保應變片粘貼準確、接線正確，并檢查儀器零點穩定性。?

原理總結

該實驗基于材料力學中彎扭組合變形的理論，通過應變測量分離彎矩、扭矩和剪力的影響，結合電橋技術放大微小應變信號，最終實現主應力、彎矩和扭矩的實驗測定。?

2 實驗結果常與理論值比較，以驗證材料性能和理論模型