工力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告

1、 實(shí)驗(yàn)一 金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)是測定材料在常溫靜載下機(jī)械性能的最基本和重要的實(shí)驗(yàn)之一。這不僅因?yàn)槔鞂?shí)驗(yàn)簡便易行，便于分析，且測試技術(shù)較為成熟。更重要的是，工程設(shè)計中所選用的材料的強(qiáng)度、塑形和彈性模量等機(jī)械指標(biāo)，大多數(shù)是以拉伸實(shí)驗(yàn)為主要依據(jù)。1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、驗(yàn)證胡可定律，測定低碳鋼的E。2、測定低碳鋼拉伸時的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力Rel和抗拉強(qiáng)度Rm。3、測定低碳鋼拉伸時的塑性性能指標(biāo)：伸長率A和斷面收縮率Z4、測定灰鑄鐵拉伸時的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度Rm5、繪制低碳鋼和灰鑄鐵拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸樹的力學(xué)性能和破壞形式。1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器萬能試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺，引伸儀1.3

2、實(shí)驗(yàn)試樣本試驗(yàn)采用經(jīng)機(jī)加工的直徑d =10 mm的圓形截面比例試樣，其是根據(jù)國家試驗(yàn)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行加工的。它有夾持、過渡和平行三部分組成（見圖21），它的夾持部分稍大，其形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗(yàn)?zāi)康囊约霸囼?yàn)機(jī)夾具的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計，但必須保證軸向的拉伸力。其夾持部分的長度至少應(yīng)為楔形夾具長度的3/4（試驗(yàn)機(jī)配有各種夾頭，對于圓形試樣一般采用楔形夾板夾頭，夾板表面制成凸紋，以便夾牢試樣）。機(jī)加工帶頭試樣的過渡部分是圓角，與平行部分光滑連接，以保證試樣破壞時斷口在平行部分。平行部分的長度Lc按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定取Lo+d ，Lo是試樣中部測量變形的長度，稱為原始標(biāo)距。1.4實(shí)驗(yàn)原理

3、按我國目前執(zhí)行的國家GB/T 2282002標(biāo)準(zhǔn)金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法的規(guī)定，在室溫1035的范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。圖21 機(jī)加工的圓截面拉伸試樣將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的夾頭中，固定引伸儀，然后開動試驗(yàn)機(jī)，使試樣受到緩慢增加的拉力（應(yīng)根據(jù)材料性能和試驗(yàn)?zāi)康拇_定拉伸速度），直到拉斷為止，并利用試驗(yàn)機(jī)的自動繪圖裝置繪出材料的拉伸圖（圖22所示）。應(yīng)當(dāng)指出，試驗(yàn)機(jī)自動繪圖裝置繪出的拉伸變形L主要是整個試樣（不只是標(biāo)距部分）的伸長，還包括機(jī)器的彈性變形和試樣在夾頭中的滑動等因素。由于試樣開始受力時，頭部在夾頭內(nèi)的滑動較大，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。（a）低碳鋼拉伸曲線圖 （b）鑄鐵拉伸曲線圖圖22 由試

4、驗(yàn)機(jī)繪圖裝置繪出的拉伸曲線圖1.4.1 低碳鋼（典型的塑性材料）當(dāng)拉力較小時，試樣伸長量與力成正比增加，保持直線關(guān)系，拉力超過FP后拉伸曲線將由直變曲。保持直線關(guān)系的最大拉力就是材料比例極限的力值FP 。在FP的上方附近有一點(diǎn)是Fc，若拉力小于Fc而卸載時，卸載后試樣立刻恢復(fù)原狀，若拉力大于Fc后再卸載，則試件只能部分恢復(fù)，保留的殘余變形即為塑性變形，因而Fc是代表材料彈性極限的力值。圖23 低碳鋼的冷作硬化當(dāng)拉力增加到一定程度時，試驗(yàn)機(jī)的示力指針（主動針）開始擺動或停止不動，拉伸圖上出現(xiàn)鋸齒狀或平臺，這說明此時試樣所受的拉力幾乎不變但變形卻在繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為材料的屈服。低碳鋼的屈服階段常呈

5、鋸齒狀，其上屈服點(diǎn)B受變形速度及試樣形式等因素的影響較大，而下屈服點(diǎn)B則比較穩(wěn)定（因此工程上常以其下屈服點(diǎn)B所對應(yīng)的力值FeL作為材料屈服時的力值）。確定屈服力值時，必須注意觀察讀數(shù)表盤上測力指針的轉(zhuǎn)動情況，讀取測力度盤指針首次回轉(zhuǎn)前指示的最大力FeH（上屈服荷載）和不計初瞬時效應(yīng)時屈服階段中的最小力FeL（下屈服荷載）或首次停止轉(zhuǎn)動指示的恒定力FeL（下屈服荷載），將其分別除以試樣的原始橫截面積（S0）便可得到上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度ReL。即ReH= FeH/S0 ReL = FeL/S0屈服階段過后，雖然變形仍繼續(xù)增大，但力值也隨之增加，拉伸曲線又繼續(xù)上升，這說明材料又恢復(fù)了抵抗變形

6、的能力，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化。在強(qiáng)化階段內(nèi)，試樣的變形主要是塑性變形，比彈性階段內(nèi)試樣的變形大得多，在達(dá)到最大力Fm之前，試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的，拉伸曲線是一段平緩上升的曲線，這時可明顯地看到整個試樣的橫向尺寸在縮小。此最大力Fm為材料的抗拉強(qiáng)度力值，由公式Rm=Fm/S0 即可得到材料的抗拉強(qiáng)度Rm。如果在材料的強(qiáng)化階段內(nèi)卸載后再加載，直到試樣拉斷，則所得到的曲線如圖23所示。卸載時曲線并不沿原拉伸曲線卸回，而是沿近乎平行于彈性階段的直線卸回，這說明卸載前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；卸載后再繼續(xù)加載，曲線幾乎沿卸載路徑變化，然后繼續(xù)強(qiáng)化變形，就像沒有卸載一樣，這種現(xiàn)象

7、稱為材料的冷作硬化。顯然，冷作硬化提高了材料的比例極限和屈服極限，但材料的塑性卻相應(yīng)降低。當(dāng)荷載達(dá)到最大力Fm后，示力指針由最大力Fm緩慢回轉(zhuǎn)時，試樣上某一部位開始產(chǎn)生局部伸長和頸縮，在頸縮發(fā)生部位，橫截面面積急劇縮小，繼續(xù)拉伸所需的力也迅速減小，拉伸曲線開始下降，直至試樣斷裂。此時通過測量試樣斷裂后的標(biāo)距長度Lu和斷口處最小直徑du，計算斷后最小截面積（Su），由計算公式 、 即可得到試樣的斷后伸長率A和斷面收縮率Z。1.4.2 鑄鐵（典型的脆性材料）脆性材料是指斷后伸長率A5 的材料，其從開始承受拉力直至試樣被拉斷，變形都很小。而且，大多數(shù)脆性材料在拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線上都沒有明顯的直線段

8、，幾乎沒有塑性變形，也不會出現(xiàn)屈服和頸縮等現(xiàn)象（如圖22b所示），只有斷裂時的應(yīng)力值強(qiáng)度極限。鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時，就達(dá)到最大力Fm而突然發(fā)生斷裂，其抗拉強(qiáng)度也遠(yuǎn)小于低碳鋼的抗拉強(qiáng)度。同樣，由公式Rm=Fm/S0 即可得到其抗拉強(qiáng)度Rm，而由公式 則可求得其斷后伸長率A。1.5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.5.1 低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)本小組在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)，得到了如下圖所示的拉力圖 由圖中我們可以看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)原理吻合的相當(dāng)好，有明顯的彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段。其次，在強(qiáng)化過程中，有一條向下的豎線，那時我們在卸去載荷后所得到的曲線，驗(yàn)證了材料的冷作硬化。圖2-5是低碳鋼

9、拉斷后的斷口形狀我們可以清楚的看到斷口的形狀呈現(xiàn)杯錐狀若是單純的用最大拉應(yīng)力強(qiáng)度理論來分析，則斷口的形狀應(yīng)該比較平整：若是用最大剪應(yīng)力來分析，則形狀該是呈現(xiàn)45斜面。這兩種原理都不符合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。通過課后查閱資料得知，材料的破壞是多種因素共同作用的結(jié)果，可能是剪斷也可能是拉斷，這主要取決于破壞的方式和應(yīng)力狀態(tài)分布。一般認(rèn)為，像我們實(shí)驗(yàn)用的材料和拉伸方式，最終試樣的中心區(qū)域不是發(fā)生剪斷而是脆性拉斷，最外面的部分才沿具有最大剪應(yīng)力的45斜面上剪斷，形成杯錐狀的斷口。重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 屈服極限Rel（N/mm2）強(qiáng)度極限Rm(N/mm2)彈性模量E(N/mm2)斷面收縮率Z斷后延伸率A最大拉力Fm（

10、kN）2564302.0621%51%33.7391.5.2、灰鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)在完成低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)后我們又進(jìn)行了灰鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)，繪制的拉力圖: 同樣的，這條實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線吻合的很好，證明這次試驗(yàn)很成功?；诣T鐵的斷口形狀比較平整，原因是灰鑄鐵是脆性材料，在應(yīng)力不太大的情況下就被拉斷。1.6小結(jié)與討論1、我們將低碳鋼和灰鑄鐵拉斷后的試樣放在一起比較如圖2-7所示，可以很清楚的看到上述的結(jié)論低碳鋼的斷口是杯錐狀而灰鑄鐵的比較平整。同時我們也會發(fā)現(xiàn)灰鑄鐵的斷口在過度部分和工作部分相交處，因?yàn)槟抢镉薪孛娴淖兓?，?yīng)力集中，對于脆性材料來說，它對應(yīng)力集中比較敏感。灰鑄鐵低碳鋼2、低碳鋼和灰鑄鐵在常溫

11、靜載下力學(xué)性能的差異：低碳鋼是典型的塑性材料，在斷裂前變形較大，塑性指標(biāo)較高，抵抗拉斷的能力較好，其常用的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限，而且，一般來說，在拉伸和壓縮時的屈服極限值相同?；诣T鐵是脆性材料，在斷裂前的變形較小，塑性指標(biāo)較低，其強(qiáng)度指標(biāo)是強(qiáng)度極限，而且其拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)低于壓縮強(qiáng)度。但是材料是塑性的還是脆性的， 將隨材料所處的溫度，應(yīng)變 率和應(yīng)力狀態(tài)等條件的變化而不同。 實(shí)驗(yàn)二 金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 測定低碳鋼壓縮時的屈服應(yīng)力Rec。(2) 測定灰鑄鐵壓縮時的抗壓強(qiáng)度Rbc。(3) 觀察、比較低碳鋼與灰鑄鐵在壓縮時的變形特點(diǎn)和破壞形式。2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器（1） 萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)（2

12、） 游標(biāo)卡尺。2.3 實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB7314-2002金屬壓縮實(shí)驗(yàn)方法，金屬壓縮試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A柱試樣、正方形柱體試樣和樣板試樣三種。2.4 實(shí)驗(yàn)原理與方法1) 測定低碳鋼在壓縮過程中的強(qiáng)度性能指標(biāo)低碳鋼在壓縮過程中，當(dāng)應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時，其變形情況與拉伸時基本相同。當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力后，試樣產(chǎn)生塑性變形，隨著壓力的繼續(xù)增加，試樣的橫截面積面積不斷變大直至被壓扁。故只能測其屈服載荷Fec，進(jìn)而計算出屈服應(yīng)力Rec。2）測定灰鑄鐵壓縮時的強(qiáng)度性能指標(biāo) 灰鑄鐵在壓縮過程中，當(dāng)試樣的變形很小時即發(fā)生破壞，故只能測其破壞時的最大載荷Fbc，即可得到抗壓強(qiáng)度

13、Rbc。1. 實(shí)驗(yàn)步驟（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)卡尺測量并記錄試樣的原始尺寸。（2） 檢查上下承墊是否符合平整的要求。（3） 快速移動實(shí)驗(yàn)機(jī)橫梁，將上下壓頭調(diào)整至合適位置。（4） 將試樣放進(jìn)萬能試驗(yàn)機(jī)的上下承墊之間，并檢查對中情況。（5） 設(shè)置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（6） 開始實(shí)驗(yàn)均勻緩慢加載，注意讀取低碳鋼的屈服載荷Fec和灰鑄鐵的最大載荷Fbc，并注意觀察試樣的變形現(xiàn)象。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果低碳鋼：屈服載荷Fs = 22.73kN 屈服極限Rec = 289MPa鑄鐵：極限載荷Fm = 56.52kN 強(qiáng)度極限Rbc = 719MPa 實(shí)驗(yàn)三 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

14、的（1） 測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度性能指標(biāo)：剪切屈服極限和剪切強(qiáng)度極限。（2） 測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度性能指標(biāo)：剪切強(qiáng)度極限。（3） 繪制低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)圖，比較低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞形式。（4） 了解電子式扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造、原理和操作方法。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器（1） 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)及（2） 游標(biāo)卡尺3. 實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB10128-2007金屬室溫扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方法 ，金屬扭轉(zhuǎn)試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌譃閳A形截面試樣和管形截面試樣兩種。其中最常用的是圓形截面試樣，本實(shí)驗(yàn)中就是圓形截面試樣，試樣形狀建下圖： 4. 實(shí)驗(yàn)原理與方法1） 扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)試樣在外力偶矩的作用

15、下，其上任意一點(diǎn)處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，力矩與扭轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系，直至力矩的示數(shù)值出現(xiàn)一個維持的平臺，這時所指示的外力偶矩的數(shù)值即為屈服扭矩，按彈性扭轉(zhuǎn)公式計算的剪切屈服應(yīng)力為 （6.2）式中：為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。 在測出屈服扭矩后，可加快試驗(yàn)機(jī)加載速度，直到試樣被扭斷為止。試驗(yàn)機(jī)記錄下最大扭矩，剪切強(qiáng)度極限為 （6.3） 如上所述，名義剪切應(yīng)力等，是按彈性公式計算的，它是假設(shè)試樣橫截面上的剪應(yīng)力為線性分布，外表最大，形心為零，這在線彈性階段是對的。2） 測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度性能指標(biāo)對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩，抗扭強(qiáng)度為 （6.7）低碳鋼試樣的端口與

16、軸線垂直，表明破壞是由切應(yīng)力引起的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成45，表明破壞是由拉應(yīng)力引起的。5. 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗(yàn)相同）。（2） 將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，運(yùn)行應(yīng)用軟件，預(yù)置實(shí)驗(yàn)條件、參數(shù)。（3） 開始“實(shí)驗(yàn)”按鈕，勻速緩慢加載，跟蹤觀察試樣的屈服現(xiàn)象和實(shí)時曲線，待屈服過程之后，提高實(shí)驗(yàn)機(jī)的加載速度，直至試樣被扭斷為止。（4） 取下拉斷后的試樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線及實(shí)驗(yàn)報告處理。（5） 測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度性能指標(biāo)步驟與低碳鋼扭轉(zhuǎn)基本一致，但只需測量扭轉(zhuǎn)值。6. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 上圖為試驗(yàn)時試樣的扭轉(zhuǎn)形變圖。7. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計算將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計算

17、結(jié)果填入表7.1中。 表7.1 測定低碳鋼和灰鑄鐵的沖擊性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的記錄與計算從數(shù)據(jù)中可以看出灰鑄鐵沒有剪切強(qiáng)度極限，只有屈服極限，是脆性材料，低碳鋼既有屈服極限，又有剪切強(qiáng)度極限，是塑性材料。實(shí)驗(yàn)四 純彎梁的彎曲應(yīng)力測定彎曲是該工程中常見的一種基本變形。如火車軸、橋式起重機(jī)的大梁等都是彎曲變形的桿件。應(yīng)變電測發(fā)是工程中用于測量構(gòu)建在靜、動態(tài)載荷下所產(chǎn)生應(yīng)變量的一種重要測試方法。本實(shí)驗(yàn)用電測法測量純彎曲梁上正應(yīng)力的分布規(guī)律及大小。4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電測法的測試原理，學(xué)習(xí)運(yùn)用電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變的方法。2、測定梁純彎曲時的正應(yīng)力分布，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。4

18、.2設(shè)備及儀器1、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺一把2、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀3、 純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置 （純彎矩實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示）4.3實(shí)驗(yàn)原理已知梁受純彎曲時的正應(yīng)力公式為 式中為純彎曲梁橫截面上的彎矩，為橫截面對中性軸Z的慣性矩，y為橫截面中性軸到欲測點(diǎn)的距離。 圖4.1純彎矩實(shí)驗(yàn)裝置由上式可以計算出橫截面上各點(diǎn)正應(yīng)力的理論值?？梢钥吹剑貦M截面高度各點(diǎn)處的正應(yīng)力是按直線規(guī)律變化的。為了驗(yàn)證理論公示的正確性，在梁承受彎曲段的側(cè)面上，沿不同高度粘貼上電阻片，如圖3-1所示。用電阻應(yīng)變儀測出各點(diǎn)的應(yīng)變值，根據(jù)胡克定律求出各點(diǎn)的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值，即= E·圖4.2 純彎曲梁貼片位置示意圖實(shí)驗(yàn)時，采用增量法，每增加

19、等量的載荷 ，測定各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變增量，取應(yīng)變增量的平均值 ，則各點(diǎn)的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值為用增量法計算相應(yīng)的應(yīng)力理論值為式中 將實(shí)驗(yàn)測得的應(yīng)力值與理論應(yīng)力值加以比較，從而驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式的正確性。4.4實(shí)驗(yàn)方法和步驟 1、使用設(shè)備：電阻應(yīng)變儀型號YE2538A;電阻應(yīng)變片電阻值R=120；靈敏系數(shù)K=2.17;彈性模量E=210GPa 2、試件尺寸及貼片位置 3、調(diào)整應(yīng)變儀和橋路連接 4、調(diào)節(jié)應(yīng)變儀的零點(diǎn) 5、緩慢加載，每次增加1.0kN，測定相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)變值， 6、卸去載荷，應(yīng)變儀、力傳感器顯示屏復(fù)位。實(shí)驗(yàn)結(jié)束附表：表4.1 貼片位置表： 試件尺寸/m貼片位置/mb 0.026（儀器故障，未測）h 0

20、.044-0.015a 0.152-0.010L 0.6510=30.01050.01570.020 表4.2 應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄：測點(diǎn)載荷1()2()3()4()5()7()0.5KN0000001.5KN0-3332-4947642.5KN0-6663-99951283.5KN0-9895-147143192載荷增量 =1.0 KN =0.075 KN·m表4.3計算結(jié)果及誤差：測點(diǎn)123457實(shí)驗(yàn)值()0-6.866.65-10.2910.0113.44理論值()0-7.017.01-10.5110.5114.02誤差02.145.142.094.764.14進(jìn)過上述步驟的實(shí)驗(yàn)后，得

21、到了5組原始數(shù)據(jù)（見附錄），進(jìn)過數(shù)據(jù)處理，得到以下結(jié)果圖4.3 計算結(jié)果繪圖結(jié)果分析：由上表可以看出存在比較大的誤差，進(jìn)過分析，可能的產(chǎn)生原因有： 1）實(shí)驗(yàn)儀器本身的精度不高；2） 由于實(shí)驗(yàn)器材比較陳舊，材料表面生銹也可能會有影響因素；3） 操作環(huán)境不穩(wěn)定的問題，當(dāng)桌子、線路的輕微抖動時儀器數(shù)據(jù)也會變化。實(shí)驗(yàn)五 彎扭組合變形應(yīng)變測定5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力的大小及方向；2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。5.2實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置；2YJ-4501A/SZ靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。 5.3實(shí)驗(yàn)原理圖5.1 彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置薄壁

22、圓管受力簡圖如圖1所示。薄壁圓管在P力作用下產(chǎn)生彎扭組合變形。薄壁圓管材料為鋁合金，其彈性模量 , 泊松比為0.33。薄壁圓管截面尺寸、如圖2所示。由材料力學(xué)分析可知，該截面上的內(nèi)力有彎矩、剪圖5.4 各點(diǎn)貼片示意圖圖5.3 各點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)圖5.2 受力簡圖力和扭矩。-截面現(xiàn)有A、B、C、D四個測點(diǎn)，其應(yīng)力狀態(tài)如圖3所示。每點(diǎn) 5.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法1. 指定點(diǎn)的主應(yīng)力大小和方向的測定 薄壁圓管A、B、C、D四個測點(diǎn)，其表面都處于平面應(yīng)力狀態(tài)，用應(yīng)變花測出三個方向的線應(yīng)變， 然后運(yùn)用應(yīng)變-應(yīng)力換算關(guān)系求出主應(yīng)力的大小和方向。若測得應(yīng)變-45、0、45 ，則主應(yīng)力大小的計算公式為主應(yīng)力方向計算公式

23、為 2. 彎矩、剪力、扭矩所分別引起的應(yīng)力的測定a. 彎矩M引起的正應(yīng)力的測定只需用B、D兩測點(diǎn)00方向的應(yīng)變片組成圖5（a）所示半橋線路，就可測得彎矩M引的正應(yīng)變 然后由虎克定律可求得彎矩M引起的正應(yīng)力 圖5.5 組橋示意圖b. 扭矩Mn引起的剪應(yīng)力的測定用A、C兩被測點(diǎn)-450、450方向的應(yīng)變片組成圖5（b）所示全橋線路，可測得扭矩Mn在450方向所引起的線應(yīng)變 由廣義虎克定律可求得剪力Mn引起的剪應(yīng)力 c. 剪力Q引起的剪應(yīng)力的測定用A、C兩被測點(diǎn)-450、450方向的應(yīng)變片組成圖5（c）所示全橋線路，可測得剪力Q在450方向所引起的線應(yīng)變 由廣義虎克定律可求得剪力Q引起的剪應(yīng)力 5.

24、5進(jìn)行試驗(yàn)1. 接通測力儀電源，將測力儀開關(guān)置開。2. 將薄壁圓管上A、B、C、D各點(diǎn)的應(yīng)變片按單臂（多點(diǎn)）半橋測量接線方法接至應(yīng)變儀測量通道上。3. 預(yù)加0.05kN初始載荷，將應(yīng)變儀各測量通道置零；分級加載，每級0.1kN，加至0.45kN，記錄各級載荷作用下應(yīng)變片的讀數(shù)應(yīng)變，然后卸去載荷。4. 按圖5各種組橋方式，從復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3，分別完成彎矩、扭矩、剪力所引起應(yīng)變的測定。通過上述實(shí)驗(yàn)步驟得到了一系列數(shù)據(jù)： 應(yīng)變讀數(shù)載荷AB-450（R1）00（R2）450（R3）-450（R4）00（R5）450（R6）F (kN)F(kN)()()()()()()()()()()()()0.50000

25、000.10108138-10774-650.15108138-10774-650.10109137-12783-670.25217275-221527-1320.10107137-15750-690.35324412-372277-2010.10107137-14742-690.45431549-513019-270()107.75137.25-12.7575.252.25-67.50據(jù)此計算出各點(diǎn)主應(yīng)力大小： 位置主應(yīng)力 AB1 （MPa）9.514.183 （MPa）-0.66-3.37實(shí)驗(yàn)六：簡支梁各階固有頻率的測定6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饧ふ衿?、加速度傳感器、電荷放大器的工作原理，掌?/p>

26、上述設(shè)備的使用方法，掌握簡諧振動振幅與頻率最簡單直觀的測量方法，對機(jī)械振動有一定的感性認(rèn)識，形成機(jī)械振動的工程概念。6.2 實(shí)驗(yàn)裝置與儀器：機(jī)械振動綜合實(shí)驗(yàn)裝臵（安裝雙簡支梁）、激振器及功率放大器、加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集儀、信號分析軟件6.3 實(shí)驗(yàn)原理：機(jī)械在運(yùn)動時，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負(fù)載的不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動等因素，總是伴隨著各種振動。機(jī)械振動在大多數(shù)情況下是有害的，振動往往會降低機(jī)器性能，破壞其正常工作，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致事故。機(jī)械振動還伴隨著同頻率的噪聲，惡化環(huán)境，危害健康。另一方面，振動也被利用來完成有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎

27、、脫水等。這時必須正確選擇振動參數(shù)，充分發(fā)揮振動機(jī)械的性能。振動的幅值、頻率和相位是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。幅值是振動強(qiáng)度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源，通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點(diǎn)、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。簡諧振動是單一頻率的振動形式，各種周期運(yùn)動都可以用不同頻率的簡諧運(yùn)動的組合來表示。簡諧振動的運(yùn)動規(guī)律可用位移函數(shù)y(t)描述，A為位移的幅值，為初

28、始相位角，r；為振動角頻率，2/T2f；其中T為振動周期，s；f為振動頻率， Hz。對應(yīng)于該簡諧振動的速度v和加速度a分別為： 速度的最大值比位移的最大值超前90°，加速度的最大值要比位移最大值超前180°。在位移、速度和加速度三個參量中，測出其中之一即可利用積分或微分求出另兩個參量。在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，如振動位移是研究強(qiáng)度和變形的重要依據(jù)；振動加速度與作用力或載荷成正比，是研究動力強(qiáng)度和疲勞的重要依據(jù)；振動速度決定了噪聲的高低，人對機(jī)械振動的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度又與能量和功率有關(guān)，并決定動量的大小。6.4 實(shí)驗(yàn)步驟為：1將激振器通過頂

29、桿連接到簡支梁上（注意確保頂桿與激振器的中心在一直線上），激振點(diǎn)位于雙簡支梁中心偏左50mm處（已有安裝螺孔）將信號發(fā)生器輸出端連接到功率放大器的輸入端，并將功率放大器與激振器連接。2將加速器傳感器粘貼在雙簡支梁上（中心偏右50mm）并與電荷放大器連接，將電荷放大器輸出端分別與數(shù)據(jù)采集輸出端連接。3將信號發(fā)生器和功率放大器的幅值旋鈕調(diào)至最小，打開所有儀器電源。設(shè)臵信號發(fā)生器在某一頻率（可以為20Hz），調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的幅值旋鈕使其輸出電壓為2V。調(diào)節(jié)功率放大器的幅值旋鈕，逐漸增大使其輸出功率直至從數(shù)據(jù)采集軟件的顯示窗口能觀察到光滑的正弦波，若功率放大器輸出功率已較大仍得不到光滑的正弦波，應(yīng)改變

30、信號發(fā)生器的頻率。當(dāng)數(shù)據(jù)采集軟件的顯示窗口能觀察到光滑的正弦波后，功率放大器的值將保持不變。4用數(shù)據(jù)采集軟件采集10個周期正弦波，計算出周期，從而得出固有頻率。 6.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計算：數(shù)據(jù)起始點(diǎn)位置終止點(diǎn)位置計算周期固有頻率1T=（1.437501.26250）÷10=0.0175sf=57.14HZ2T=(1.201001.02450)÷10=0.01765sf=56.66HZ3T=(1.486001.31000)÷10=0.0176sf=56.82HZ取三組數(shù)據(jù)的平均值得：f=（57.14+56.66+56.82）/3=56.87HZ實(shí)驗(yàn)七 動態(tài)應(yīng)變測量

31、7.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解測量動應(yīng)變的測量方法，測定振動梁的動應(yīng)力2.熟悉動態(tài)應(yīng)變儀及記錄系統(tǒng)的使用方法7.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器：DH5935動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)、懸臂振動梁裝置7.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計算:數(shù)據(jù)起始點(diǎn)位置終止點(diǎn)位置計算周期頻率1T=（8.995508.89400）÷5=0.0203sf=49.26HZ2T=(4.022000.77050)÷5=0.6502sf=1.54HZ 實(shí)驗(yàn)八 光彈演示試驗(yàn)8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解光彈性法的基本原理與測試方法。（2）觀察光彈性試驗(yàn)的等差線圖。8.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和模型（1）光彈性儀（2）光彈性模型：圓盤，梁和中間開有圓孔的拉伸板試樣。8.

32、3 實(shí)驗(yàn)原理和方法有些各向同性的透明非金屬材料，在其自然狀態(tài)下，不會產(chǎn)生雙折射，但當(dāng)其受到載荷作用而又應(yīng)力時，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，當(dāng)載荷卸去，雙折射現(xiàn)象也即消失，這種現(xiàn)象稱為暫時雙折射，也稱為光彈性效應(yīng)。8.4 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 了解其各部件的名稱與作用，掌握平面偏振光場的調(diào)整方法。（2） 調(diào)整光彈性儀各鏡軸的位置，使其成平面偏振光暗場，用白光光源，將圓盤光彈模型置于加載架上，預(yù)加5N初載荷。圓盤模型中呈現(xiàn)水平和垂直的十字形等傾線，即零度等傾線，然后逐步加載，觀察等差線與等傾線的變化。同步轉(zhuǎn)動起偏振鏡與檢偏振鏡，依次轉(zhuǎn)5°、10°等傾線。（3） 調(diào)整光彈性儀為圓偏振光暗場，先用白

33、光光源，模型加載，確定零級條紋，判斷條紋增減方向，再用單色光源，觀察等差線圖案。（4） 載荷不變，將檢偏鏡轉(zhuǎn)90°，形成平行圓偏振光場，觀察半數(shù)級等差線條紋圖。8.5 試驗(yàn)圖片 實(shí)驗(yàn)九 材料沖擊疲勞試驗(yàn)9.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解測定材料疲勞極限、S-N曲線的方法。（2） 通過觀察疲勞試樣斷口，分析疲勞的原因。（3） 了解所使用疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作原理和操作過程。9.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1） 疲勞試驗(yàn)機(jī)（2） 游標(biāo)卡尺9.3 實(shí)驗(yàn)原理及方法金屬材料的疲勞試驗(yàn)可采用升降法（GB3075-82）和單點(diǎn)法（HB5252-1980），本實(shí)驗(yàn)使用單點(diǎn)法。因?yàn)?M *dmin/(2* I) M=1/2*P*a I=*dmin4/64所以求得最小直徑截面上的最大彎曲正應(yīng)力為 =1/2*P*a*dmin/(2*dmin4/6)=P/(*dmin/(16*a)令 K=*dmin3/(16*a)則上式可寫為 P=K* P=P-G=K*-G9.4 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 測量試樣最小直徑dmin。（2） 計算或查出K值。（3）