薄壁圆管扭转剪应力测定

8.1 实验目的

[1]测定低碳钢薄壁圆管扭转时横截面上的剪应力，并和理论计算结果相比较，验证理论公

式的正确性。

[2]掌握在纯扭转时电阻应变片的布置与电桥的连接方法。

[3]对比理论计算结果与实际测量结果，分析产生误差的原因。

8.2 实验内容和原理

对于直径大于壁厚t 20倍以上（即D≥20t）的圆管，工程中称为薄壁圆管。薄壁圆管

将式（8－2）带入（8－3），有

式中：E、μ分别为薄壁圆管材料的拉压弹性模量的和波松系数，为已知材料常数。由公

式(8－5)可见，通过测量ε，可以进一步换算出扭转剪应力。ε的测量可以利用电测方法完

成。测量过程包括贴片、电桥连接、加载测量等几个主要步骤。具体操作如下：

[1]在管壁上选择一测量点。

[2]沿与管臂轴线成±45^o方向（即б、б′方向）粘贴四枚应变片,其中R1、R2贴在圆管上

方（或圆管正面），R3、R4贴在圆管下方（或圆管后面），见图8-3。

[3]四枚应变片中，R1、R2贴在沿б方向，受拉应力作用；R3、R4贴在沿б′方向，受压应

力作用。因此，可以按照图8－4方式组成全桥。

[4]将按图8－4连接好的电桥接入应变仪，并逐级加载。此时应变仪的读数将随载荷的增加

8.3 试验设备、工具

[1]多功能实验装置。

[2]游标卡尺。

[3]静态电阻应变仪。

8.4 实验方法、步骤

[1]测量试样尺寸 ,测量薄壁圆管外径D及壁厚t，多功能实验装置的加力杆长度H。

[2]选择好测量点位置，粘贴应变片。

[3]将四片应变片组成全桥，接入应变仪，并对仪器进行调零。

[4]采用等量分级加载，每个砝码重量2kg，记录每次加载时应变大小，共加三次，检查实

测数据无误时即可结束实验。

8.5 实验数据处理

[1] 扭转剪应力理论值计算：本实验中，薄壁圆管扭转剪应力理论值为

式中：ΔP为砝码重量，H为加力杆长度。

[2] 扭转剪应力实测值计算：

根据测量结果，可得线应变读数增量平均值

由此可得

式中： 为应变仪线应变读数增量的平均值； 为实际线应变增量平均值；

τ为实测剪应力。