薄壁梁的《张力场》实验
一、 目的和任务
1、加深对薄壁梁受力特性的感性认识，通过光学仪器观察了解壁板受剪失稳后发生的现象。 googlemapapi2、测出壁板受剪失稳的临界载荷cr p ，并用量角器测出壁板失稳出现的波纹角度α。2012年浙江高考作文
3、测量壁板上沿波纹母线方向应力1σ和垂直波纹母线方向应力2σ随载荷变化的曲线。
二、 张力场基本概念
在飞机结构中的薄壁梁，由于壁板的厚度很薄，缘条的面积相对较大，因而其受力情况可以简化为壁板只承受剪应力而不承受正应力，正应力完全由缘条承受的杆板式薄壁结构。该结构通常由缘条、壁板、支柱等薄壁元件组成（如图2所示）。
“剪力场梁”：图2所示的薄壁梁受载荷P 作用，在壁板发生受剪失稳之前，即板内的剪应力小于失稳临界剪应力时，载荷P 产生的弯矩由薄壁梁上下缘条的
轴力承担，x N P h =，剪应力由壁板的剪应力承担，P
th τ=。壁板处于纯剪状态，
陈庆炎主应力12σστ=−=，如图1()a 所示。这时的壁板处于剪力场，薄板梁称为“剪力场梁”。
“张力场梁”：当载荷P 增加，在板内的剪应力达到失稳临界剪应力cr τ时，
异度空间由于压应力2σ的作用，使壁板失去稳定。这时壁板出现与主应力1σ方向大致平行的波纹，波纹母线与水平缘条之间的夹角α称为波纹角。由于壁板四周有骨架（缘条和支柱）的支持，薄壁梁仍然能承受继续增加的外载荷，但是，它的受力形式将不同于“剪力场梁”。即在壁板受剪失去稳定之后，随着载荷P 的增加，沿波纹母线方向的应力1σ继续增加，而垂直波纹母线方向应力2σ大致保持不变，壁板象斜条一样承受张力，这时的壁板处于张力场，靠这种张力场来承受外载荷
的薄壁梁称为“张力场梁”，张力场的应力状态如图1()b
所示。
图1 剪力场与张力场的应力状态
根据平衡关系求得张力场的应力关系如下：
cr P
th
ττ=
> τ为工作应力，h 为梁的高度，t 为壁板厚度，
()122sin cr σττα=−
22cr στα= 2x cr ctg στατα=−
2sin y cr tg στατα=−
0401212st
st
c
st
E ht f E tg E lt f E α+
=
+，α为波纹角，0E 、st E 和c E 分别为壁板、缘条和支柱的弹性常数。临界剪应力按下式计算，2
< kE b t τ=
⎛⎞⎜⎟⎝⎠
，其中k 为壁板失稳临界系数，根据
壁板的几何参数边长与宽的比a 和四边支持情况从《飞机设计手册》第三册表8-3或图8-10查得。将表8-3列在下面。
表8-3 受剪矩形平板的剪切临界系数
边界条件a 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 四边简支 9.34 8.47 7.96 7.577.28 — 6.90 6.63 四边固支 14.58 — 12.80— 11.8011.4011.30 10.70
三、 影像云纹法的原理
壁板受剪失稳后发生的现象可以通过光测的方法－影像云纹法观测得到。
恐惧的总和
光学上利用两组光栅（试件栅和参考栅）的栅线重叠时，由栅线的互相遮掩所形成的条纹，来测定受力物体的位移场或应变场的方法叫云纹法。其中影像云纹法通常用于测定构件的离面位移。其试件栅不是单独的光栅，而是参考栅在光线照射下投射于构件表面的栅线影子，其形状随表面的高低起伏而变化。用肉眼就能观测到参考栅和这些影子栅线相互干涉形成的云纹。 四、 试件、光栅及应变片的布置
试件的几何尺寸如图2所示。壁板厚为05.mm。壁板上的应变花在板的两面粘贴，以消除壁板局部弯曲的影响。
光栅为每毫米10线的黑白光栅，置于试件中部。
五、 实验步骤
1、接通电源，打开仪器电源开关，预热半小时；
2、按试件布置应变片接线，注意应变片的编号与预调平衡箱接线点的编号
相互对应；
3、将应变仪的灵敏系数旋转钮指在应变片灵敏系数标定的值；
4、在零载情况，将电子秤测力计调零，记下与各应变测量点对应的预调平
衡箱各点的初读数值；
5、操纵螺旋加载器进行分级加载，每级为200N加载至1600N，并逐级观测
光栅条纹的变化，记录各应变测量点的应变值于表1。
6、卸载至零。湍流耗散率
7、对步骤4、5、6重复进行一次。
8、初步分析应变值与载荷之间的关系，在小载荷时，应变与载荷P成线性
ε继关系，当壁板出现波纹后，随载荷P增加，沿波纹母线方向的应变
1
ε大致保持不变。若有异常及时查续增加，而垂直波纹母线方向应变
2
原因，排除故障，然后重新进行实验，
9、载荷卸到零，仪器断电，清理实验场地。
表1 各应变测量点的应变值记录
各级载荷时的应变值με
应变
片号 0N 200N 400N 600N 800N 1000N1200N1400N 1600N 1
2
3
4
5
6
图2 薄壁梁结构简图及应变片的布置
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