工程力學(xué)實驗指導(dǎo)材料

1、工程力學(xué)實驗指導(dǎo)材料機電工程系2016 年力學(xué)實驗規(guī)則及要求-v 作好實驗前的準(zhǔn)備工作(1) 按各次實驗的預(yù)習(xí)要求，認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)復(fù)習(xí)有關(guān)理論知識，明確實驗?zāi)康? 掌握實驗原理，了解實驗的步驟和方法。(2) 對實驗中所使用的儀器、實驗裝置等應(yīng)了解其工作原理，以及操作注意事項。(3) 必須清楚地知道本次實驗須記錄的數(shù)據(jù)項目及其數(shù)據(jù)處理的方法。二、嚴(yán)格遵守實驗室的規(guī)章制度(1) 課程規(guī)定的時間準(zhǔn)時進入實驗室。保持實驗室整潔、安靜。(2) 未經(jīng)許可，不得隨意動用實驗室內(nèi)的機器、儀器等一切設(shè)備。(3) 作實驗時，應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作機器、儀器，如發(fā)生故障，應(yīng)及時報告，不 得擅自處理。(4) 實驗結(jié)束

2、后，應(yīng)將所用機器、儀器擦拭干凈，并恢復(fù)到正常狀態(tài)。三、認(rèn)真做好實驗(1) 接受教師對預(yù)習(xí)情況的抽查、質(zhì)疑，仔細(xì)聽教師對實驗內(nèi)容的講解。(2) 實驗時，要嚴(yán)肅認(rèn)真、相互配合，仔細(xì)地按實驗步驟、方法逐步進行。(3) 實驗過程中，要密切注意觀察實驗現(xiàn)象，記錄好全部所需數(shù)據(jù)，并交指導(dǎo)老師 審閱。!1!實驗報告的一般要求實驗報告是對所完成的實驗結(jié)果整理成書面形式的綜合資料。通過實驗報告的書寫, 培養(yǎng)學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確有效地用文字來表達(dá)實驗結(jié)果。因此，要求學(xué)習(xí)者在自己動手完成實驗的 基礎(chǔ)上，用自己的語言扼要地敘述實驗冃的、原理、步驟和方法，所使用的設(shè)備儀器的名 稱與型號、數(shù)據(jù)計算、實驗結(jié)果、問題討論等內(nèi)容，獨立地

3、寫出實驗報告，并做到字跡端 正、繪圖清晰、表格簡明。第一章緒論1§11實驗的內(nèi)容1§1-2試驗方法和要求1第二章實驗設(shè)備及測試原理2§2-1組合式材料力學(xué)多功能實驗臺2§2-2電測法的基本原理3第三章工程力學(xué)電測實驗7實驗一低碳鋼的拉伸和鑄鐵的壓縮7實驗二材料彈性模量e、泊松比卩的測定12實驗三純彎曲梁的正應(yīng)力實驗16實驗四壓桿穩(wěn)定實驗19第一章緒論§1-1實驗的內(nèi)容實驗教學(xué)作為工程力學(xué)課程的一個垂要組成部分，對于提高學(xué)生實踐能力、設(shè)計能 力具有重要意義，電測實驗具體包含以下兩個方面內(nèi)容：1、驗證理論工程力學(xué)常將實際問題抽象為理想模型，再由科學(xué)

4、假設(shè)推導(dǎo)出一般公式，如純彎曲 梁的分析使用了平面假設(shè)。用實驗驗證這些理論的正確性和適用范圍，有助于加強學(xué)牛對 理論的理解和認(rèn)識。2、實驗應(yīng)力分析工程上許多實際構(gòu)件的形狀和受載情況，都十分復(fù)雜。關(guān)于它們的強度問題，僅依 靠理論計算，不易得到滿意的結(jié)果。近兒十年來岀現(xiàn)了用實驗分析方法確定構(gòu)件在受力情 況下應(yīng)力狀態(tài)的學(xué)科。它可用于研究固體力學(xué)的基木規(guī)律，為發(fā)展新理論提供論據(jù)，同時 又是提高工程設(shè)計質(zhì)量，進行失效分析的一種重要手段。§1-2實驗方法和要求工程力學(xué)實驗過程中主要是測量作用在試件上的載荷和試件產(chǎn)生的變形，它們往往要 同時測量，要求同組同學(xué)必須協(xié)同完成，因此，實驗時應(yīng)注意以下幾方面

5、：（一）實驗前的準(zhǔn)備工作要明確實驗冃的、原理和實驗步驟，了解實驗的方法、擬訂加載方案，設(shè)計實驗表格 以備使用。實驗小組成員，應(yīng)分工明確，分別有記錄、測變形和測力者。（二）進行實驗未加載前，首先檢查儀器安放是否穩(wěn)定，按要求接好傳感器和試件；接通電源后，力 &應(yīng)變綜合測試儀中拉壓力和應(yīng)變量是否調(diào)零；檢查無誤后即可進行實驗，實驗過程嚴(yán)格 按照學(xué)生實驗守則來完成。（三）書寫實驗報告實驗報告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容1. 實驗名稱、實驗日期、實驗者及同組成員2. 實驗?zāi)康募把b置3. 使用的儀器設(shè)備4. 實驗原理及方法5. 實驗數(shù)據(jù)及其處理6. 計算和實驗結(jié)果分析第二章實驗設(shè)備及測試原理§2-1組

6、合式材料力學(xué)多功能實驗臺組合式材料力學(xué)多功能實驗臺是方便同學(xué)們自己動手作材料力學(xué)電測實驗的設(shè)備，一 個實驗臺可做七個以上電測實驗，功能全面，操作簡單。構(gòu)造及工作原理1、外形結(jié)構(gòu)實驗臺為框架式結(jié)構(gòu)，分前后兩片架，其外形結(jié)構(gòu)如圖21。前片架可做彎扭組合受 力分析，材料彈性模量、泊松比測定，偏心拉伸實驗，壓桿穩(wěn)定實驗，懸臂梁實驗、等強 度梁實驗；后片架可做純彎曲梁正應(yīng)力實驗，電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定，組合疊梁實驗等。前面后面圖21組合式材料力學(xué)多功能實驗臺外形結(jié)構(gòu)圖1 .傳感器；2.彎曲梁附件；3.彎曲梁；4三點撓度儀；5千分表（用戶需另配）；6懸臂梁附件；7.懸臂梁；&扭轉(zhuǎn)筒；9.扭轉(zhuǎn)附件；

7、10.加載機構(gòu)；11.手輪；12.拉伸附件；13.拉伸試件；14.可調(diào)節(jié)底盤2、加載原理加載機構(gòu)為內(nèi)置式，采用蝸輪蝸桿及螺旋傳動的原理，在不產(chǎn)生對輪齒破壞的情況下, 對試件進行施力加載，該設(shè)計采用了兩種省力機械機構(gòu)組合在一起，將手輪的轉(zhuǎn)動變成了 螺旋千斤加載的直線運動，具有操作省力，加載穩(wěn)定等特點。3、工作機理實驗臺采用蝸桿和螺旋復(fù)合加載機構(gòu)，通過傳感器及過渡加載附件對試件進行施力加 載，加載力大小經(jīng)拉壓力傳感器由力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀的測力部分測出所施加的力 值；各試件的受力變形，通過力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀的測試應(yīng)變部分顯示出來，該測試 設(shè)備備有微機接口，所有數(shù)據(jù)可由計算機分

8、析處理打印。二、操作步驟1、將所作實驗的試件通過有關(guān)附件連接到架體相應(yīng)位置，連接拉壓力傳感器和加載 件到加載機構(gòu)上去。2、連接傳感器電纜線到儀器傳感器輸入插座，連接應(yīng)變片導(dǎo)線到儀器的各個通道接 口上去。3、打開儀器電源，預(yù)熱約20分鐘左右，輸入傳感器量程及靈敏度和應(yīng)變片靈敏系數(shù) （一般首次使用時已調(diào)好，如實驗項目及傳感器沒有改變，可不必重新設(shè)置），在不加載的情況下將測力量和應(yīng)變量調(diào)至零。4、在初始值以上對各試件進行分級加載，轉(zhuǎn)動手輪速度要均勻，記下各級力值和試 件產(chǎn)生的應(yīng)變值進行計算、分析和驗證，如已與微機連接，則全部數(shù)據(jù)可由計算機進行簡 單的分析并打印。三、注意事項1、每次實驗最好先將試件擺

9、放好，儀器接通電源，打開儀器預(yù)熱約20分鐘左右，講 完課再作實驗。2、各項實驗不得超過規(guī)定的終載的最大拉壓力。3、加載機構(gòu)作用行程為50mm,手輪轉(zhuǎn)動快到行程末端時應(yīng)緩慢轉(zhuǎn)動，以免撞壞有 關(guān)定位件。4、所有實驗進行完后，應(yīng)釋放加力機構(gòu)，最好拆下試件，以免閑雜人員亂動損壞傳 感器和有關(guān)試件。5、蝸桿加載機構(gòu)每半年或定期加潤滑機油，避免干磨損，縮短使用壽命。§2-2電測法的基本原理電測法的基本原理是用電阻應(yīng)變片測定構(gòu)件表面的線應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變一應(yīng)力關(guān)系確 定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種實驗應(yīng)力分析方法。這種方法是將電阻應(yīng)變片粘貼的被測構(gòu)件 表面，當(dāng)構(gòu)件變形時，電阻應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化

10、，然后通過電阻應(yīng)變儀將此 電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）的變化，再換算成應(yīng)變值或者輸岀與此應(yīng)變成正比的電壓 （或電流）的信號，由記錄儀進行記錄，就可得到所測定的應(yīng)變或應(yīng)力。其原理框圖如圖 2-2 o敏感元件測量儀器光、電、機傳感器數(shù)據(jù)采集與處蠱圖2-2電測技術(shù)原理圖電測法的優(yōu)點：1. 測量靈敏度和精度高。其最小應(yīng)變?yōu)?眩（皿一微應(yīng)變，1憾=10隹）。在常溫靜態(tài) 測量時，誤差一般為13%；動態(tài)測量時，誤差在35%范圍內(nèi)。2測量范圍廣?？蓽y±12x10°憾;力或重力的測量范圍kt?"n等。3. 頻率響應(yīng)好。可以測量從靜態(tài)到數(shù)10%z動態(tài)應(yīng)變。4. 輕便靈活。在現(xiàn)場或野外

11、等惡劣環(huán)境下均可進行測試。5. 能在高、低溫或高壓環(huán)境等特殊條件下進行測量。6. 便于與計算機聯(lián)結(jié)進行數(shù)據(jù)采集與處理，易于實現(xiàn)數(shù)字化、自動化及無線電遙測。 電測法測量電路及其工作原理1、電橋基本特性通過電阻應(yīng)變片可以將試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片的電阻變化，通常這種電阻變化很 小。測量電路的作用就是將電阻應(yīng)變片感受到的電阻變化率ar/r變換成電壓（或電流） 信號，再經(jīng)過放大器將信號放大、輸出。測量電路有多種，惠斯登電路是最常用的電路，如圖2 3。設(shè)電橋各橋臂電阻分別 為ri、r2、r3、3,其屮任一橋臂都可以是電阻應(yīng)變片。電橋的a、c為輸入端接電源e, b、d為輸出端，輸出電壓為ubd。從abc半個

12、電橋來看，a、c間的電壓為e,流經(jīng)&的電流為/| = （）ri兩端的電壓降為r、e（r、+rj同理，r3兩端的電壓降為r?e（r?+rj囚此可得到電橋輸出電壓為圖2-3” r'e r'e （rr4-r?r）e"一"一+ 人 2）一（人3 + r）-伍 + rar, + 凡）由上式可知，當(dāng)r'rfrzrs 或 也二魚人 2/?4時，輸出電壓ubd為零，成為電橋平衡。設(shè)電橋的四個橋臂與粘在構(gòu)件上的四枚電阻應(yīng)變片聯(lián)接，當(dāng)構(gòu)件變形吋，其電阻值的 變化分別為：ri+ari > r2+ar2. r3+ar3 r4+ar4 ,此時電橋的輸出電壓為 u

13、 二e（r+mx凡+凡）-（凡+arqbd （r +、r+r2 + m2xr3+心+心 + ar）經(jīng)整理、簡化并略去高階小量，可得t r _ p r r2 （a7?i a/?2 a/? . a/?4如"帚荷石_応_石+石丿當(dāng)四個橋臂電阻值均相等時即:r=r2 = r3 = r4 = r，且它們的靈敏系數(shù)均相同，則將 關(guān)系式 等二k£帶入上式，則有電橋輸出電壓為g電警-警-等+等卜等（心宀仏）（2-1）41 r r2 7?3/?4 丿 4由于電阻應(yīng)變片是測量應(yīng)變的專用儀器，電阻應(yīng)變儀的輸出電壓ubd是用應(yīng)變值8d 直接顯示的。電阻應(yīng)變儀有一個靈敏系數(shù)ko,在測量應(yīng)變時，只需將

14、電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)到與應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相等。則囪=£,即應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變囪值不需進行修正, 否則，需按下式進行修正(2-2)則其輸出電壓為ek(、 eku bd = e2-e3 + £4)= 由此可得電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)閑d =- £2-83 + £4（2 3）式屮“、巳、也、£4分別為rl、r2、r3、皿感受的應(yīng)變值。上式表明電橋的輸出電壓與 各橋臂應(yīng)變的代數(shù)和成正比。應(yīng)變*的符號由變形方向決定，一般規(guī)定拉應(yīng)變?yōu)檎?，壓?yīng) 變?yōu)樨?fù)。由上式可知，電橋具有以下基本特性：兩相鄰橋臂電阻所感受的應(yīng)變£代數(shù)值相 減；而兩相對橋臂電阻所感

15、受的應(yīng)變£代數(shù)值相加。這種作用也稱為電橋的加減性。利用 電橋的這一特性，正確地布片和組橋，可以提高測量的靈敏度、減少誤差、測取某一應(yīng)變 分量和補償溫度影響。2、溫度補償電阻應(yīng)變片對溫度變化十分敏感。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，因應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)與被測 構(gòu)件的線膨脹系數(shù)不同，且敏感柵的電阻值隨溫度的變化而變化，所以測得應(yīng)變將包含溫 度變化的影響，不能反映構(gòu)件的實際應(yīng)變，因此在測量中必須設(shè)法消除溫度變化的影響。消除溫度影響的措施是溫度補償。在常溫應(yīng)變測量屮溫度補償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a償 法。它是利用電橋特性進行溫度補償?shù)摹＃?）補償塊補償法把粘貼在構(gòu)件被測點處的應(yīng)變片稱為工作片，接入電橋的ab橋臂

16、；另外以相同規(guī)格 的應(yīng)變片粘貼在與被測構(gòu)件相同材料但不參與變形的一塊材料上，并與被測構(gòu)件處于相同 溫度條件下，稱為溫度補償片，將它接入電橋與工作片組成測量電橋的半橋，電橋的另外 兩橋臂為應(yīng)變儀內(nèi)部i古i定無感標(biāo)準(zhǔn)電阻，組成等臂電橋。有電橋特性可知，只要將補償片 正確的接在橋路中即可消除溫度變化所產(chǎn)生的影響。（2）工作片補償法這種方法不需要補償片和補償塊，而是在同一被測構(gòu)件上粘貼幾個工作應(yīng)變片，根據(jù) 電橋的基本特性及構(gòu)件的受力情況，將工作片正確地接入電橋中，即可消除溫度變化所引 起的應(yīng)變，得到所需測量的應(yīng)變。3、應(yīng)變片在電橋中的接線方法應(yīng)變片在測量電橋中，利用電橋的基木特性，可用各種不同的接線方

17、法以達(dá)到溫度補 償；從復(fù)雜的變形中測岀所需要的應(yīng)變分量；提高測量靈敏度和減少誤差。（1）半橋接線方法半橋單臂測量（圖2-4a）：又稱1/4橋，電橋中只有一個橋臂接工作應(yīng)變片（常用 ab橋臂），而另一橋臂接溫度補償片（常用bc橋臂），cd和da橋臂接應(yīng)變儀內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 電阻?？紤]溫度引起的電阻變化，按公式（2-3）可得到應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)閑d = e£t-£it由于ri和r2溫度條件完全相同，因此/ _(ri1 e丿,1 r2 ),所以電橋的輸出電壓只與工作片£d = £引起的電阻變化有關(guān)，與溫度變化無關(guān)，即應(yīng)變儀的讀數(shù)為半橋雙臂測量（圖2-4b）：電橋的兩個橋

18、臂ab和bc±均接工作應(yīng)變片，cd和 da兩個橋臂接應(yīng)變儀內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電阻。因為兩工作應(yīng)變片處在相同溫度條件下，( a/?i/ a7?21 &丿f 1人2丿f,所以應(yīng)變儀的讀數(shù)為ed = ui + £”) 一 (& + &) = & £1由橋路的基本特性，自動消除了溫度的影響，無需另接溫度補償片。圖2-4半橋電路接線法（2）全橋接線法 對臂測量（圖24c）：電橋中相對的兩個橋臂接工作片（常用ab和cd橋臂）, 另兩個橋臂接溫度補償片。此時，四個橋臂的電阻處于相同的溫度條件下，相互抵消了溫 度的影響。應(yīng)變儀的讀數(shù)為ed = ui +一 d

19、+(£4 += £1 + £4全橋測量（圖2-4d）：電橋中的四個橋臂上全部接工作應(yīng)變片，由于它們處于相 同的溫度條件下，相互抵消了溫度的影響。應(yīng)變儀的讀數(shù)為ed = e-£i-£e4圖2-4全橋電路接線法（3）橋臂系數(shù)同一個被測量值，其組橋方式不同，應(yīng)變儀的讀數(shù)囪也不相同。定義測量出的應(yīng)變 儀的讀數(shù)囪與待測應(yīng)變£之比為橋臂系數(shù)，因此橋臂系數(shù)b為3 = -£第三章工程力學(xué)電測實驗實驗低碳鋼的拉伸和鑄鐵的壓縮一、實驗?zāi)康?、測定低碳鋼的屈服極限込、強度極限磯、延伸率力、截面收縮率修和鑄鐵壓縮時 的強度性能指標(biāo)：強度極限，并觀察

20、它的破壞現(xiàn)象；。2、根據(jù)低碳鋼拉伸和鑄鐵壓縮過程屮表現(xiàn)的現(xiàn)象，繪出外力和變形間的關(guān)系曲線 （f-al 曲線）。3、比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。二、實驗儀器設(shè)備和工具1、微機控制萬能試驗機2、游標(biāo)卡尺，劃線器等三. 拉伸試件金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度/稱為標(biāo)距，試件的拉伸 變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機的夾頭內(nèi)。圖11為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即/ = 或 / = 10。對于一般板的材料拉仲實騎，也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)做成矩形截面試件。其截面面積和試件 標(biāo)距關(guān)系為/ = 11.3石或心

21、5.65百,a為標(biāo)距段內(nèi)的截面積。四、壓縮試件按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb7314-87金屬壓縮試驗方法，金屬壓縮試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品 種、規(guī)格以及試驗?zāi)康牡牟煌譃閳A柱體試樣、正方形柱體試樣和板狀試樣三種。其中 最常用的是圓柱體試樣和正方形柱體試樣，如圖1-3所示。根據(jù)試驗的目的，對試樣的標(biāo) 距/作如下規(guī)定：心（12）d的試樣僅適用于測定"be ；/二（2.53.5）d （或b）的試樣適用丁測定、忑和 ；/ =（58）d （或b）的試樣適用于測定和坨。其中（或b） =1020mm。(a)圖12壓縮試樣（a）圓柱體試樣；（b）正方形柱體試樣對試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標(biāo)準(zhǔn)gb6

22、39786o五、實驗原理和方法1. 測定低碳鋼拉伸時的強度和塑性性能指標(biāo)實驗時，先把試樣安裝在萬能試驗機上，將測力指針調(diào)整到零，并調(diào)整好試驗機的自 動繪圖裝置，緩慢加載直至試樣拉斷，以測出低碳鋼在拉伸時的力學(xué)性能。（1）強度性能指標(biāo)屈服極限q試樣在拉仲過程中載荷不增加而試樣仍能繼續(xù)產(chǎn)生變形時的載荷（即屈服載荷）耳除以原始橫截面面積/所得的應(yīng)力值，即強度極限樂一一試樣在拉斷前所承受的最大載荷人除以原始橫截面面積/所得的應(yīng)力值，即低碳鋼是具有明顯屈服現(xiàn)象的塑性材料，在均勻緩慢的加載過程中，當(dāng)萬能試騎機測 力盤上的主動指針發(fā)?；剞D(zhuǎn)時所指示的最小載荷（下屈服載荷）即為屈服載荷。試樣超過屈服載荷后，再繼

23、續(xù)緩慢加載直至試樣被拉斷，萬能試驗機的從動指針?biāo)?示的最大載荷即為極限載荷。當(dāng)載荷達(dá)到最大載荷后，主動指針將緩慢退回，此時可以看到，在試樣的某一部位局 部變形加快，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，隨后試樣很快被拉斷。（2）塑性性能指標(biāo)延伸率力一一拉斷后的試樣標(biāo)距部分所增加的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，即心乩厶100%i式中：/為試樣的原始標(biāo)距；厶為將拉斷的試樣對接起來后兩標(biāo)點之間的距離。試樣的塑性變形集中產(chǎn)生在頸縮處，并向兩邊逐漸減小。因此，斷口的位置不同，標(biāo) 距/部分的塑性伸長也不同。若斷口在試樣的中部，發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段全部在標(biāo) 距長度內(nèi)，標(biāo)距長度就有較大的塑性仲長量；若斷口距標(biāo)距端很近，則發(fā)生嚴(yán)重

24、塑性變形 的頸縮段只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi)，另一部分在標(biāo)距長度外，在這種情況下，標(biāo)距長度的 塑性伸長量就小。因此，斷口的位置對所測得的伸長率有影響。為了避免這種影響，國家 標(biāo)準(zhǔn)gb22887對厶的測定作了如下規(guī)定。試驗前，將試樣的標(biāo)距分成十等分。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離大于/3,則可直接 測量標(biāo)距兩端點之間的距離作為厶。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離小于或等于"3,則應(yīng)采 用移位法（亦稱為補償法或斷口移中法）測定：在長段上從斷口0點起，取長度基本上等 于短段格數(shù)的一段，得到b點，再由b點起，取等于長段剩余格數(shù)（偶數(shù)）的一半得到c 點（見圖1-2 （a）；或取剩余格數(shù)（奇數(shù)）減1與加1的一半分

25、別得到c點與q點（見圖1-2 （b）o移位后的人分別為：h=7d +麗+ 2瓦或人=走+麗+說+応。測量時，兩段在斷口處應(yīng)緊密對接，盡量使兩段的軸線在一條直線上。若在斷口處形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計入人內(nèi)。如果斷口在標(biāo)距以外，或者雖在標(biāo)距之內(nèi)，但距標(biāo)距端點的距離小于2，則試驗無 效。k a()bcdp' 移位 廣7人（實際的） /（移位后的）（b）圖1-2測厶的移位法截面收縮率鴨一一拉斷后的試樣在斷裂處的最小橫截面面積的縮減量與原始橫截面面積的百分比，即a a屮= "100%尸 a式中：力為試樣的原始橫截面面積；£為拉斷后的試樣在斷口處的最小橫截面面積。2. 測定鑄鐵壓

26、縮時的強度性能指標(biāo)鑄鐵在壓縮過程中，當(dāng)試樣的變形很小時即發(fā)牛破壞，故只能測其破壞時的最大載荷 倫，抗壓強度為五、實驗步驟1. 測定低碳鋼拉伸時的強度和塑性性能指標(biāo)(1) 在試樣的標(biāo)距長度內(nèi)(l°=100nmi)用劃線器每隔10mm刻畫一圓周線將標(biāo)距等 分為10格。(2) 在試樣標(biāo)距兩端和中間部位，分別用游標(biāo)卡尺在相互垂直方向上測取試樣直徑 的平均值為試樣在該處的直徑，取三者中的最小值作為計算直徑。(3) 把試樣安裝在萬能試驗機的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng) 的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘，調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”點，將從動指針與之靠攏, 同時調(diào)整好自動繪圖裝置。(4)

27、 開動萬能試驗機，勻速緩慢加載，觀察試樣的屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，直至試樣被拉斷為止，并分別記錄下主動指針回轉(zhuǎn)時的最小載荷尺和從動指針?biāo)Ａ粑恢玫淖畲筝d(5) 取下拉斷后的試樣，將斷口吻合壓緊，用游標(biāo)卡尺量取斷口處的最小直徑和兩 標(biāo)點之間的距離。2. 測定鑄鐵拉伸時的強度性能指標(biāo)(1) 檢查試樣兩端面的光潔度和平行度，并涂上潤滑油。用游標(biāo)卡尺在試樣的兩端 及屮間等三處截面相互垂直的方向上各測量一次直徑,取其平均值中的最小者作為計算直 徑。(2) 估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針, 使之對準(zhǔn)“0”，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。(3) 檢查球形承墊與

28、承墊是否符合要求。(4) 將試樣放進萬能試驗機的上、下承墊z間，并檢查對中情況。(5) 開動萬能試騎機，均勻緩慢加載，注意讀取低碳鋼的屈服載荷尺和鑄鐵的最大載荷休，并注意觀察試樣的變形現(xiàn)象。附表:表1-1低碳鋼試樣的直徑測量數(shù)據(jù)記錄試樣尺寸實驗數(shù)據(jù)實驗前：標(biāo)距 / =mm直徑 =mm實驗后：標(biāo)頁巨 人=mm最小直徑久=mm屈服載荷耳=kn最大載荷你=kn屈服極限o,=fja=mpa強度極限ab=fb/a=mpa延伸率 = (/j -/)/xloo% = 截面收縮率 p = (/_4)/hxloo% =拉斷后的試樣草圖試樣的拉伸圖表1 3鑄鐵試樣的直徑測量數(shù)據(jù)記錄橫截面1橫截面2橫截面3計算直徑

29、(1)(2)平均(1)(2)(1)(2)平均d(mm)表14測定鑄鐵壓縮時的強度性能指標(biāo)試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算材料試樣直徑d/mm實驗數(shù)據(jù)實驗后的 試樣草圖試樣的壓縮 圖鑄鐵最大載荷fbc =kn強度極限7bc = - =mpa五、實驗結(jié)果處理1、繪制拉伸曲線(f4曲線)。2、表 1-1,表 1-2,表 1-3,表 l-4o實驗二 材料彈性模量e和泊松比|li的測定一、實驗?zāi)康?、測定常用金屬材料的彈性模量e和泊松比卜2、驗證胡克（hooke）定律。二、實驗儀器設(shè)備和工具1、組合實驗臺中拉伸裝置2、xl2118系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法試件采用矩形截

30、面試件，電阻應(yīng)變片布片方式如圖31。在試件中央截面上，沿前后 兩面的軸線方向分別對稱的貼一對軸向應(yīng)變片rl、r1'和一對橫向應(yīng)變片r2、r2',以測 量軸向應(yīng)變w和橫向應(yīng)變l。r2'r1'r1r2補償塊圖3-1拉伸試件及布片圖1、彈性模量e的測定由于實驗裝置和安裝初始狀態(tài)的不穩(wěn)定性，拉仲曲線的初始階段往往是非線性的。為 了盡可能減小測量誤差，實驗宜從一初載荷po（p（#0）開始，采用增量法，分級加載， 分別測量在各相同載荷增量ap作用下，產(chǎn)牛的應(yīng)變增量£,并求出£的平均值。設(shè)試 件初始橫截面面積為a。，又因"罟,則有ape = mo

31、上式即為增量法測e的計算公式。式屮 aoas試件截面面積-軸向應(yīng)變增量的平均值用上述板試件測e時，合理地選擇組橋方式可有效地提高測試靈敏度和實驗效率。 下面討論幾種常見的組橋方式。a） 單臂測量（圖3-2a）工作片補償片7仇機內(nèi)電阻 宀.(b)(c)圖3-2幾種不同的組橋方式實驗時，在一定載荷條件下，分別對前、后兩枚軸向應(yīng)變片進行單片測量，并取其平 均值£ = (&-&)/2。顯然(；+&)代表載荷(-+a)作用下試件的實際應(yīng)變量。而只£消除 了偏心彎曲引起的測量誤差。(2)軸向應(yīng)變片串連后的單臂測量(圖32b)為消除偏心彎曲引起的影響，可將前后兩軸

32、向應(yīng)變片串聯(lián)后接在同一橋臂(ab)上, 而鄰臂(bc)接相同阻值的補償片。受拉時兩枚軸向應(yīng)變片的電阻變化分別為入 r a7?i+a/?wat?廠 at?”rm為偏心彎曲引起的電阻變化，拉、壓兩側(cè)大小相等方向相反。根據(jù)橋路原理，ab橋臂有_（a/?! + a心 + a/?；- a/?.w）_ a/?i r（r + r）r因此軸向應(yīng)變片串聯(lián)后，偏心彎曲的影響自動消除，而應(yīng)變儀的讀數(shù)就等于試件的應(yīng)變即 環(huán)=囪，很顯然這種測量方法沒有提高測量靈敬度。（3）串聯(lián)后的半橋測量（圖32c）將兩軸向應(yīng)變片串聯(lián)后接ab橋臂；兩橫向應(yīng)變片串聯(lián)后接bc橋臂，偏心彎曲的影 響可自動消除，而溫度影響也可自動補償。根據(jù)橋

33、路原理£d = £-ei-££4其中&=務(wù)；£2 = -“巧，環(huán)代表軸向應(yīng)變，卩為材料的泊松比。由于也、匕4為零，故電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)為如果材料的泊松比已知，這種組橋方式使測量靈皺度提高（1+q倍。（4）相對橋臂測量（圖3-2d）將兩軸向應(yīng)變片分別接在電橋的相對兩臂（ab、cd）,兩溫度補償片接在和對橋臂 （bc、da）,偏心彎曲的影響可自動消除。根據(jù)橋路原理乩=2巧測量靈斂度提高2倍。（5）全橋測量按圖3-2 （e）的方式組橋進行全橋測量，不僅消除偏心和溫度的影響，而且測量靈敏度比單臂測量時提高2 （1+q倍,即:£嚴(yán)2島（

34、1+“）2>泊松比）1的測定利用試件上的橫向應(yīng)變片和縱向應(yīng)變片合理組橋，為了盡可能減小測量誤差，實驗宜 從一初載荷p（）（p（#0）開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量ap作 用下，橫向應(yīng)變增量和縱向應(yīng)變增量求出平均值，按定義z/ = m 便可求得泊松比"四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量試件尺寸。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，測量試件三個橫截面尺寸，取三處橫截面面 積的平均值作為試件的橫截面面積ao。見附表13、擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷po （一般取p0=10% pmax左右），估算p咖x （該實驗載荷范圍pmax<5000n）,分46

35、級加載。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。5、按實驗要求接好線（為提高測試精度建議采用圖3-5d所示相對橋臂測量方法,縱向應(yīng)變珀=2環(huán)，橫向應(yīng)變時=2時），調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工 作狀態(tài)。6、加載。均勻緩慢加載至初載荷po,記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加 載，每增加一-級載荷，依次記錄各點電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。見附表2,相對橋臂測量數(shù)據(jù)表格，其他組橋方式實驗表格可根據(jù)實際情況自行設(shè) 計。7、作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。 附表1 (試件相關(guān)數(shù)據(jù))試

36、件厚度h (mm)寬度b (mm)橫截面面積a0=bh (mm2)截而i4.830截面ii4.830截面iii4.830平均4.830彈性模量e = 206gpa泊松比|1= 0.26附表2 (實騎數(shù)據(jù))載荷(n)p10002000300040005000p1000100010001000軸向 應(yīng)變 讀數(shù)囪平均值%橫向 應(yīng)變 讀數(shù)珀，asd,亦平均值£p五、實驗結(jié)果處理1、彈性模量計算 e =2、泊松比計算aeao實驗三 純彎曲梁的正應(yīng)力實驗一、實驗?zāi)康?、測定梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力犬小和分布規(guī)律2、驗證純彎曲梁的正應(yīng)力計算公式二、實驗儀器設(shè)備和工具1、組合實驗臺中純彎曲梁實驗裝

37、置2、xl2118系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理及方法在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維間無擠壓的假設(shè)，可得到梁橫截面上任一 點的正應(yīng)力，計算公式為l式中m為彎矩，i?為橫截面對中性軸的慣性矩；y為所求應(yīng)力點至中性軸的距離。為了測量梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側(cè)面不同高 度，平行于軸線貼有應(yīng)變片（如圖33）。實驗可采用半橋單臂、公共補償、多點測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的 載荷ap,測出各點的應(yīng)變增量&然后分別取各點應(yīng)變增量的平均值£實“依次求出各點的應(yīng)變增量m = e 環(huán)將實測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值進

38、行比較，以驗證彎曲正應(yīng)力公式。四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量矩形截面梁的寬度b和高度h、載荷作用點到梁支點距離a及各應(yīng)變片到中 性層的距離。見附表13、擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷po （一般取po =10%pmax左右），估算pmax （該實驗載荷范圍pmax<4000n）,分46級加載。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。5、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。6、加載。均勻緩慢加載至初載荷po,記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加 載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值&,直到最終載荷。實驗至少

39、重 復(fù)兩次。見附表27、作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。 附表1 （試件相關(guān)數(shù)據(jù)）應(yīng)變片至中性層距離（mm）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)y-20寬度b = 20mm丫2-10高度h = 40mm丫30跨度l = 600mm丫410載荷距離a=125mm丫520彈性模量e = 206gpa泊松比卩=0.26慣性矩 iz=bh3/12=1.067xl0 7m4附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷np50010001500200025003000ap500500500500500各 測 點 電 阻 應(yīng) 變 儀 讀 數(shù) |181£p/

40、fip平均值2£pz£p平均值3£p平均值4£p平均值5zsp平均值五、實驗結(jié)果處理1、實驗值計算根據(jù)測得的各點應(yīng)變值&求岀應(yīng)變增量平均值應(yīng)，代入胡克定律計算各點的實驗應(yīng) 力值，因l|i8=10_6e,所以各點實驗應(yīng)力計算：6 實=e&實=e x a&x10 62、理論值計算載荷增量zp= 500 n彎距增量m=zpa/2=31.25 n m各點理論值計算： y(j :理=" ll z3、繪岀實驗應(yīng)力值和理論應(yīng)力值的分布圖分別以橫坐標(biāo)軸表示各測點的應(yīng)力6實和6理，以縱坐標(biāo)軸表示各測點距梁屮性層位 置,選用合適的比例繪岀應(yīng)

41、力分布圖。4、實驗值與理論值的比較測點理論值6理(mpa)實際值6實(mpa)相對誤差12345實驗四壓桿穩(wěn)定實驗一、實驗?zāi)康?、用電測法測定兩端較支壓桿的臨界載荷p“，并與理論值進行比較，驗證歐拉公式。 2觀察兩端錢支壓桿喪失穩(wěn)定的現(xiàn)彖。二、實驗儀器設(shè)備與工具1、材料力學(xué)組合實驗臺中壓桿穩(wěn)定實驗部件2、xl2118系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法對于兩端較支，中心受壓的細(xì)長桿其臨界力可按歐拉公式計算p嚴(yán)住a 厶式屮1罰一杠桿橫截面的最小慣性矩；幾產(chǎn)無l壓桿的計算長度。1(a)(b)圖3-6彎曲狀態(tài)的壓桿和p-8曲線圖3-6 (b)中ab水平線與p軸相交的p值，即為依據(jù)歐拉公式計算所得的臨界力 per的值。在a點之前，當(dāng)卩玖?xí)r壓桿始終保持直線形式，處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。在a點, p = pcr時，標(biāo)志著壓桿喪失穩(wěn)定平衡的開始，壓桿可在微彎的狀態(tài)下維持平衡。在a點 之后，當(dāng)p%時壓桿將喪失穩(wěn)定而發(fā)生彎曲變形。因此，per是壓桿由穩(wěn)定平衡過渡到不 穩(wěn)定平衡的臨界力。實際實驗中的壓桿，由于不可避免地存在初曲率，材料不均勻和載荷偏心等因素影響, 由于這些影響，在p遠(yuǎn)小于per吋，壓桿也會發(fā)生微小的彎曲變形，只是當(dāng)p接近per吋 彎曲變形會突然增大，而喪