材料力學(xué)實驗

1、材料力學(xué)實驗材料力學(xué)實驗 力學(xué)性能試驗力學(xué)性能試驗 一、拉伸試驗一、拉伸試驗 二、壓縮試驗二、壓縮試驗 三、剪切試驗三、剪切試驗 四、扭轉(zhuǎn)試驗四、扭轉(zhuǎn)試驗 應(yīng)力分析實驗應(yīng)力分析實驗 電測法基本原理電測法基本原理 五、矩形截面梁的純五、矩形截面梁的純 彎曲彎曲 六、薄壁圓筒的彎扭六、薄壁圓筒的彎扭 組合變形組合變形 一、試驗?zāi)康囊弧⒃囼災(zāi)康?1測定低碳鋼拉伸彈性模量測定低碳鋼拉伸彈性模量E； 2測定低碳鋼拉伸力學(xué)性能測定低碳鋼拉伸力學(xué)性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) )； 3測定灰鑄鐵抗拉強度測定灰鑄鐵抗拉強度s sb。 二、試驗儀器二、試驗儀器 1萬能材料試驗機萬能材料

2、試驗機； 2引伸儀引伸儀； 3游標卡尺游標卡尺。 拉拉 伸伸 試試 驗驗 標點標點 l0 標距標距 d0 三、試樣三、試樣 1材料類型材料類型 低碳鋼低碳鋼： 灰鑄鐵灰鑄鐵： 2標準試樣標準試樣： 塑性材料的典型代表塑性材料的典型代表 脆性材料的典型代表脆性材料的典型代表 標距標距：等截面測試部分長度：等截面測試部分長度 尺寸符合國標的試樣尺寸符合國標的試樣 試驗機讀數(shù)表盤試驗機讀數(shù)表盤 主動指針：反映載荷瞬時大小主動指針：反映載荷瞬時大?。?被動指針：反映最大載荷被動指針：反映最大載荷； 拉拉 伸伸 試試 驗驗 拉拉 伸伸 試試 驗驗 1) )圓形截面圓形截面 2) )矩形截面矩形截面 l0

3、=10d0 l0= 5d0 l0 t b 00 3 .11Al 00 65. 5Al 或或 四、試驗原理四、試驗原理 1低碳鋼拉伸彈性模量低碳鋼拉伸彈性模量E O F D Dl EA Fl l D D l l A F E D D D DF l F D Dl 等量逐級加載法等量逐級加載法： D DF d d(D Dl)1 d d(D Dl)2 )( l l A F E D Dd d D D 拉拉 伸伸 試試 驗驗 2測定低碳鋼拉伸機械性能測定低碳鋼拉伸機械性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) ) O F D Dl Fe Fp Fs Fb 線彈性階段線彈性階段 屈服階段屈服階段

4、 強化階段強化階段 頸縮階段頸縮階段 屈服點屈服點： 0 s s A F s s 0 b b A F s s 抗拉強度抗拉強度： 冷作硬化冷作硬化 %100 0 01 l ll d d 伸長率伸長率： %100 0 10 A AA y y 斷面斷面 收縮率收縮率： 拉拉 伸伸 試試 驗驗 低碳鋼拉伸試驗現(xiàn)象低碳鋼拉伸試驗現(xiàn)象： 屈服：屈服： 頸縮：頸縮： 斷裂：斷裂： t tmax引起引起 拉拉 伸伸 試試 驗驗 3測定灰鑄鐵抗拉強度測定灰鑄鐵抗拉強度 s sb O F D Dl 0 b b A F s s 抗拉強度抗拉強度： Fb 拉拉 伸伸 試試 驗驗 一、試驗?zāi)康囊?、試驗?zāi)康?1測定低碳

5、鋼壓縮屈服點測定低碳鋼壓縮屈服點s ssc； 2測定灰鑄鐵抗壓強度測定灰鑄鐵抗壓強度s sbc。 二、試驗儀器二、試驗儀器 萬能材料試驗機萬能材料試驗機。 三、試樣三、試樣 標準試樣標準試樣： d0 h0 粗短圓柱體：粗短圓柱體： h0=13d0 壓壓 縮縮 試試 驗驗 四、試驗原理四、試驗原理 1測定低碳鋼壓縮屈服點測定低碳鋼壓縮屈服點s ssc O F D Dl Fsc 壓縮屈服點壓縮屈服點： 0 sc sc A F s s 拉伸試驗拉伸試驗 壓壓 縮縮 試試 驗驗 低碳鋼壓縮試驗現(xiàn)象低碳鋼壓縮試驗現(xiàn)象： 低碳鋼壓縮變扁，不會斷裂，由于兩低碳鋼壓縮變扁，不會斷裂，由于兩 端摩擦力影響，形成

6、端摩擦力影響，形成“腰鼓形腰鼓形”。 壓壓 縮縮 試試 驗驗 2測定灰鑄鐵抗壓強度測定灰鑄鐵抗壓強度s sbc O F D Dl 0 bc bc A F s s 強度極限強度極限： 拉伸試驗拉伸試驗 Fbc 灰鑄鐵壓縮灰鑄鐵壓縮 試驗現(xiàn)象試驗現(xiàn)象： t tmax引起引起 壓壓 縮縮 試試 驗驗 一、試驗?zāi)康囊?、試驗?zāi)康?1測定低碳鋼名義抗切強度測定低碳鋼名義抗切強度t tb； 2測定灰鑄鐵名義抗切強度測定灰鑄鐵名義抗切強度t tb。 二、試驗儀器二、試驗儀器 1萬能材料試驗機萬能材料試驗機； 三、試樣三、試樣 試樣試樣： 剪剪 切切 試試 驗驗 2剪切器剪切器。 四、試驗原理四、試驗原理 名義

7、抗切強度名義抗切強度： 0 b b 2A F t t 雙剪雙剪： 試件有兩個剪切面試件有兩個剪切面 Fb 剪剪 切切 試試 驗驗 低碳鋼剪切試驗現(xiàn)象低碳鋼剪切試驗現(xiàn)象： 灰鑄鐵剪切試驗現(xiàn)象灰鑄鐵剪切試驗現(xiàn)象： 剪切、擠壓、剪切、擠壓、 彎曲彎曲引起引起 彎曲拉應(yīng)力彎曲拉應(yīng)力引起引起 剪剪 切切 試試 驗驗 一、試驗?zāi)康囊?、試驗?zāi)康?1測定低碳鋼切變模量測定低碳鋼切變模量G； 2測定低碳鋼屈服切應(yīng)力測定低碳鋼屈服切應(yīng)力t ts、抗切強度抗切強度t tb； 3測定灰鑄鐵抗切強度測定灰鑄鐵抗切強度t tb； 二、試驗儀器二、試驗儀器 1扭轉(zhuǎn)試驗機扭轉(zhuǎn)試驗機； 2扭角儀扭角儀。 4分析比較低碳鋼和灰鑄

8、鐵兩種材料的破分析比較低碳鋼和灰鑄鐵兩種材料的破 壞情況壞情況。 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗驗 三、試樣三、試樣 1測測低碳鋼低碳鋼G采用自制試樣：采用自制試樣： d l 2測測低碳鋼低碳鋼t ts、t tb、灰鑄鐵灰鑄鐵t tb采用標準試樣：采用標準試樣： d0 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗驗 四、試驗原理四、試驗原理 1低碳鋼低碳鋼切變模量切變模量G O T j j d b a l F F D Dd d p GI Tl j j j jj j pp I Fal I Tl G 等量逐級加載法：等量逐級加載法： j jD D D D p I Fal G b d d j j D D D D 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗

9、驗 2測定低碳鋼屈服切應(yīng)力測定低碳鋼屈服切應(yīng)力t ts、抗切強度抗切強度t tb O T j j Tb Ts T Ts r r dr r T= Ts 屈服切屈服切 應(yīng)力：應(yīng)力： p s s 4 3 W M t t 抗切抗切 強度：強度： p b b 4 3 W M t t T= Tb t ts t ts t tb t tb 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗驗 低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗現(xiàn)象低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗現(xiàn)象： 屈服：屈服： t tmax引起引起 斷裂：斷裂： 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗驗 3測定灰鑄鐵抗切強度測定灰鑄鐵抗切強度t tb 抗切抗切 強度：強度： p b b W T t t O T j j Tb 灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗

10、現(xiàn)象灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗現(xiàn)象： 斷裂：斷裂：拉應(yīng)力拉應(yīng)力引起引起 扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗驗 一、電阻應(yīng)變片一、電阻應(yīng)變片 引出線引出線 電阻絲電阻絲( (絲柵絲柵) ) 基底基底 由試驗發(fā)現(xiàn)：由試驗發(fā)現(xiàn)： l 應(yīng)變片應(yīng)變片 FF l+D Dl l l K R RD D D D K K電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變片的 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù) 應(yīng)變片應(yīng)變片：將力學(xué)量：將力學(xué)量( (應(yīng)變應(yīng)變) )轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為 電量電量( (電阻電阻) )的傳感器的傳感器 電阻應(yīng)變片種類：電阻應(yīng)變片種類： 絲式絲式( (繞線式繞線式) )、箔式、半導(dǎo)體式、箔式、半導(dǎo)體式 電測法基本原理電測法基本原理 二、電阻應(yīng)變儀二、電阻應(yīng)變儀 應(yīng)變

11、測量原理應(yīng)變測量原理： 利用電橋平衡測量電阻改變，利用電橋平衡測量電阻改變， 從而進一步得到應(yīng)變。從而進一步得到應(yīng)變。 B A D C E R1R2 R3 R4 電橋平衡電橋平衡( (UBD=0) )： 4231 RRRR 若若R1R4為四個為四個阻值相同阻值相同應(yīng)變片，應(yīng)變片， 受力后，受力后，BD間電壓改變?yōu)椋洪g電壓改變?yōu)椋?)( 4 4 4 3 3 2 2 1 1 R R R R R R R R E U BD D D D D D D D D )( 4 4321 K E 電測法基本原理電測法基本原理 兩種接法中的應(yīng)變片型號、阻值盡可能相同兩種接法中的應(yīng)變片型號、阻值盡可能相同 或接近，固定

12、電阻與應(yīng)變片阻值也應(yīng)接近?；蚪咏?，固定電阻與應(yīng)變片阻值也應(yīng)接近。 1電橋接法電橋接法： 由于溫度對電阻值變化影響很由于溫度對電阻值變化影響很 大，利用電橋特性，可以采用大，利用電橋特性，可以采用 適當?shù)姆椒ㄏ@種影響。適當?shù)姆椒ㄏ@種影響。 三、電橋接法及溫度補償三、電橋接法及溫度補償 2溫度補償溫度補償： 全橋接法全橋接法( (四個電阻均為應(yīng)變片四個電阻均為應(yīng)變片) )； 半橋接法半橋接法( (R1、R2為應(yīng)變片，為應(yīng)變片， R3、R4為固定電阻為固定電阻) ) 電測法基本原理電測法基本原理 B A D C E R1R2 R3R4 工作片工作片 溫度補償片溫度補償片 固定電阻固定電阻 相

13、同應(yīng)變片相同應(yīng)變片R1、R2，R1貼貼 在構(gòu)件受力處，在構(gòu)件受力處，R2貼在附貼在附 近不受力處，環(huán)境溫度對近不受力處，環(huán)境溫度對 R1、R2引起的阻值變化相引起的阻值變化相 同，為同，為D DRT，則則 )( 4 21 1 R R R RR E U TT BD D D D D D D 1 1 4 )( 4 K E K E TT 電測法基本原理電測法基本原理 FF 1單向應(yīng)力狀態(tài)單向應(yīng)力狀態(tài) 四、幾種常見應(yīng)力狀態(tài)下的布片方式及應(yīng)力計算四、幾種常見應(yīng)力狀態(tài)下的布片方式及應(yīng)力計算 軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣 FF R1 R2 11 s sE R1R2 溫度自補

14、償，測量溫度自補償，測量 電壓得到有效放大：電壓得到有效放大： )( 4 21TTBD K E U 1 )1( 4 K E 電測法基本原理電測法基本原理 2已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài) 扭轉(zhuǎn)、橫力彎曲的中性軸、均勻內(nèi)壓的薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)、橫力彎曲的中性軸、均勻內(nèi)壓的薄壁圓筒 R1 R2 45o 45o 13 11 1 ss s E 沿已知主應(yīng)力方向沿已知主應(yīng)力方向 貼片，采用溫度自貼片，采用溫度自 補償?shù)陌霕蚪臃ㄑa償?shù)陌霕蚪臃?電測法基本原理電測法基本原理 )( 4 21TTBD K E U 1 2 K E 3不知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)不知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài) 4

15、5o3應(yīng)變花：應(yīng)變花： 2 9045 2 450900 3 1 )()( )1(2 )( )1(2 s s s s EE )()( )()( 2tan 4509045 4509045 0 90o 0o 45o 電測法基本原理電測法基本原理 120o 0o 60o 60o3應(yīng)變花：應(yīng)變花： 2 0120 2 12060 2 600 120600 3 1 )()()( )1(3 2 )( )1(3 s s s s E E )()( )()( 32tan 6001200 6001200 0 電測法基本原理電測法基本原理 2YJ28AP1OR型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。 一、實驗?zāi)康囊弧?/p>

16、實驗?zāi)康?1測定純彎曲下矩形截面梁橫截面上正應(yīng)力的測定純彎曲下矩形截面梁橫截面上正應(yīng)力的 分布規(guī)律，并與理論值比較分布規(guī)律，并與理論值比較； 2熟悉電測法基本原理和電阻應(yīng)變儀的使用熟悉電測法基本原理和電阻應(yīng)變儀的使用。 二、實驗儀器二、實驗儀器 1純彎曲試驗裝置純彎曲試驗裝置； 矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲 三、試驗原理三、試驗原理 1結(jié)構(gòu)示意圖及理論值計算結(jié)構(gòu)示意圖及理論值計算 h b F F/2F/2 aa + FQ F/2 F/2 M Fa/2 + m m mm截面：截面： )( 0 Q 常數(shù)常數(shù)CM F 純彎曲純彎曲 z I yM 理理 s s z y 矩形截面梁的純彎曲矩形截

17、面梁的純彎曲 2布片示意圖及試驗值布片示意圖及試驗值 00 11 11 22 22 溫度補償片溫度補償片 D DF s sE 實實 3等量逐級加載法等量逐級加載法： D D D D s s s s E I yM z 實實 理理 矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲 一、試驗?zāi)康囊?、試驗?zāi)康?1用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點主應(yīng)力的用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點主應(yīng)力的 大小及方向大小及方向； 2測定薄壁圓管在彎扭組合變形作用下，分別測定薄壁圓管在彎扭組合變形作用下，分別 由彎矩、剪力和扭矩所引起的應(yīng)力由彎矩、剪力和扭矩所引起的應(yīng)力。 二、試驗儀器二、試驗儀器 1彎扭組合試驗裝置彎扭組合試驗裝置

18、； 2YJ28AP1OR型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 三、試驗原理三、試驗原理 1結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 a l F I I I- -I截面截面 d D 2 2 0 dD t dD R FF FlM FaT Q I- -I截面截面 內(nèi)力：內(nèi)力： 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 2布片示意圖布片示意圖 A B C D A、B、C、D四點四點 各貼各貼 45o、0o、45o 應(yīng)變花應(yīng)變花 D R12 R11 R10 C R9 R8 R7 B R6 R5 R4 A R3 R2 R1 約定約定藍藍線應(yīng)變片線應(yīng)變片 為為 45o ，

19、白白線為線為 0o ，綠綠線為線為45o 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 )()( 2 1 )( 2 1 1 2 450 2 0454545 2 3 1 s s s s E 主應(yīng)力大?。褐鲬?yīng)力大小： 主應(yīng)力方向：主應(yīng)力方向： )()( 2tan 045450 4545 是主應(yīng)力與圓管是主應(yīng)力與圓管 軸線的夾角軸線的夾角 3等量逐級加載法等量逐級加載法 4指定點指定點( (B、D) )的主應(yīng)力大小及方向的主應(yīng)力大小及方向 共用溫度補償片的半橋接法，一個載荷水共用溫度補償片的半橋接法，一個載荷水 平下分別測平下分別測B、D兩點兩點6個應(yīng)變片的應(yīng)變值個應(yīng)變片的應(yīng)變值 1) )實驗值：實

20、驗值： 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 2) )理論值理論值( (以以B點為例點為例) )： B s ss s t t t t p W T W M B z B t t s s FaT FlM B B 內(nèi)力內(nèi)力 應(yīng)力應(yīng)力 按平面應(yīng)力狀態(tài)分析得到：按平面應(yīng)力狀態(tài)分析得到： s s1、 s s2、 s s3、 0分分 別與試驗值比較別與試驗值比較 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 5彎矩、扭矩及剪力各自引起應(yīng)力的測量彎矩、扭矩及剪力各自引起應(yīng)力的測量 1) )由于電橋特性均可以自補償，不需要溫度補償片由于電橋特性均可以自補償，不需要溫度補償片 2) )彎矩彎矩M對應(yīng)的正應(yīng)力

21、測量對應(yīng)的正應(yīng)力測量 B A D C R5R11 oB0oD0取圓筒上下取圓筒上下( (B、D) )兩點兩點0o應(yīng)應(yīng) 變片接成半橋線路變片接成半橋線路 )( 115 RRBD U MTMTM 2)()( )(2 MBD U 測量值：測量值： 22 MMM s s E E ， 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 TQ t tt tt t 3) )扭矩扭矩T對應(yīng)的切應(yīng)變測量對應(yīng)的切應(yīng)變測量 取圓筒前后取圓筒前后( (A、C) )兩點兩點 45o、 45o四個應(yīng)變片接成全橋線路四個應(yīng)變片接成全橋線路 )( 7913 RRRRBD U TTQTQ TQTQ 4)()( )()( B A D C R3R1 oA 45 oA45 R7R9 oC45oC 45 R3 R1 A R7 R9 C FQ T t ts s 3 t ts s 1 TQ t tt tt t t ts s 3 t ts s 1 AC 薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形 )(4 TBD U 測量值：測量值： )1(42 2 TTTT t t E G， 2)1(2 1 )( 11 )( 1 )( 1 T T TT TT31T t t t t t tsss s E E G EE EE 由胡克定律得由胡