HIT-實驗力學(xué)-實驗報告書

1、實驗力學(xué)課 程實 驗 報 告 書姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 年 月 日目 錄實 驗 須 知2實驗一 電阻應(yīng)變計靜態(tài)應(yīng)變測試3實驗二 電阻應(yīng)變式傳感器測試6實驗三 散斑法位移測量9實驗四 光纖光柵傳感器應(yīng)變測試13實驗五 白光光彈性試驗16實 驗 須 知1實驗前必須了解本次實驗的目的、要求及注意事項。2按預(yù)約實驗時間準時進入實驗室，不得無故遲到、早退、缺席。3進入實驗室后，不得高聲喧嘩和擅自亂動儀器設(shè)備，損壞儀器要賠償。4保持實驗室整潔，不準在機器、儀器及桌面上涂寫，不準亂丟紙屑，不準隨地吐痰。5實驗時應(yīng)嚴格遵守操作步驟和注意事項，若遇儀器設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)立即向教師報告，并及時檢查、

2、排除故障后，方能繼續(xù)實驗。6實驗過程中，同組同學(xué)要相互配合，認真測試和記錄實驗數(shù)據(jù)。7實驗結(jié)束后，將儀器、工具清理擺正。不得將實驗室的工具、儀器、材料等物品攜帶出實驗室。8實驗完畢，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)教師認可后方能離開實驗室。9實驗報告要求字跡端正、繪圖清晰、表格簡明、實驗結(jié)果正確。實驗一 電阻應(yīng)變計靜態(tài)應(yīng)變測試一、實驗?zāi)康?1熟練掌握不同結(jié)構(gòu)表面（主要為鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)表面）的電阻應(yīng)變計的實用粘貼技術(shù)。2熟練掌握常用電阻應(yīng)變計（可選用DH3818或類似電阻應(yīng)變儀）的橋路連接方式以及儀器的基本操作方法。3用懸臂梁結(jié)構(gòu)測試梁體應(yīng)變，并與計算應(yīng)變對比，熟練掌握實際結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試的基本方法與技術(shù)。二、實驗器

3、材靜態(tài)電阻應(yīng)變計、應(yīng)變片、萬用表、簡支梁、端子、導(dǎo)線、電烙鐵、焊料（焊絲、焊膏）、丙酮、502膠、脫脂棉、砂紙、膠帶、工具箱（含剝線鉗、剪刀等）、懸臂梁（帶砝碼）、游標卡尺、卷尺、鉛筆等。三、實驗方法和步驟1） 用萬用表測量各應(yīng)變片電阻值，選用電阻值差在±0.2的應(yīng)變片2） 將試件粘貼位置用細砂紙打成45°交叉紋，并用丙酮蘸棉球?qū)⒄迟N位置擦洗干凈直到棉球潔白為止，按圖示布片，用鋼筆劃線晾干后用棉球擦一下。3） 一手捏住應(yīng)變片，一手拿502粘貼劑瓶，將瓶口向下在應(yīng)變片基底底面上抹一薄層粘結(jié)劑，試件貼片基底底面上抹一薄層粘結(jié)劑，涂粘結(jié)劑后立即將應(yīng)變片底面向下平放在試件貼片部位上

4、下班，并使應(yīng)變片基準對準方向線，將一小片聚氯乙烯薄膜（0.050.1mm厚）蓋在應(yīng)變片上，用手指按應(yīng)變片擠出多余粘結(jié)劑（注意按住時不要使應(yīng)變片移動），手指保持不動約1分鐘后再放開，輕輕掀開薄膜，檢查有無氣泡、翹曲、脫膠等現(xiàn)象，否則需重貼切。注意：膠粘劑要適量，過多，則膠層太厚影響應(yīng)變片感知性能，過少則粘結(jié)不牢，甚至壓壞應(yīng)變片敏感柵。4） 待膠片風(fēng)干后，用萬用表檢查應(yīng)變片是否通路，如屬敏感柵斷開則需重貼，如屬焊點與引出線脫開尚開補焊。將引出線與試件輕輕脫離。5） 將測量導(dǎo)線用膠布固定在簡支梁試件上，使導(dǎo)線一端與應(yīng)變片引出線靠近，并事先將導(dǎo)線塑料皮剝?nèi)サ募s3mm和涂上焊錫，然后用電烙鐵將應(yīng)變片引出

5、線與測量導(dǎo)線錫焊，焊點要求光滑小巧，防止虛焊，再用萬用表檢查應(yīng)變片是否通路，然后用兆歐表檢查各應(yīng)變片（一根導(dǎo)線）與試件之間的絕緣電阻，（對用公線的各應(yīng)變片只檢查公線與試件之間的絕緣即可。）應(yīng)大于200兆歐為好。將導(dǎo)線編號，畫布片和編號圖。導(dǎo)線應(yīng)布置整齊。6）用烙鐵熔化石蠟覆蓋變片區(qū)域，作防潮層，再檢查通路和絕緣。7） 將導(dǎo)線的另一端聯(lián)接到靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上，按照接線圖連接儀器，把應(yīng)變片接入儀器中調(diào)平衡；8） 在簡支梁上分別把應(yīng)變片用全橋和半橋接入應(yīng)變儀對梁逐級加載，記錄數(shù)據(jù)，計算其數(shù)據(jù)。四、注意事項1） 注意不要被502膠粘住手指或破膚，若被粘上可用丙酮浸泡洗掉。2） 每完成一步，都需要用萬用表

6、測量電阻，保證應(yīng)變片不錯，且可測。3） 注意電烙鐵置放地方，不要燙傷或燒壞其他實驗器件。4） 不能帶電工作。橋路檢查后，才能通電。 5） 貼有應(yīng)變片的構(gòu)件總處在某一溫度場中，當溫度有變化時，會造成應(yīng)變片每感柵電阻的變化，這種電阻溫度效應(yīng)，導(dǎo)體電阻隨溫度的變化率可近似看作與溫度變化成正比，即。實驗中應(yīng)采取措施，進行溫度補償。補償方法為用一片應(yīng)變片作為補償片，把它貼在一塊與被測構(gòu)件材料相同但不受力的試件上。在電橋的連接上，使用工作片與補償片處于相鄰的橋臂中，如圖3所示。五、實驗過程與實驗數(shù)據(jù)基本過程：選取一個應(yīng)變片，并用萬用表測量其電阻值保證在120附近。選取試件粘貼位置并用細砂紙打磨干凈，并用丙

7、酮蘸棉球擦洗，用鉛筆劃出方向線。用502膠將應(yīng)變片對準方向線粘貼，同時粘貼焊頭(在試件應(yīng)變片前方處的用膠帶纏繞一圈)，并再次用萬用表測量其電阻值保證在120附近。將導(dǎo)線與應(yīng)變片焊上，將導(dǎo)線的另一端聯(lián)接到靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上，按照四分之一橋線路連接儀器（補償塊部分線路已連接好），把應(yīng)變片接入儀器中調(diào)平衡。對梁逐級加載和卸載，進行4個循環(huán)，記錄數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)：（1）構(gòu)件尺寸：寬b=5.730cm，厚h=0.924cm，應(yīng)變片距自由端L=20.600cm。（2）所加砝碼重量（按加載順序）：956.8g、966.3g、967.3g、961.6g、964.0g。（3）應(yīng)變片靈敏系數(shù)為2.12，試件為Q235

8、鋼材，E=210MPa，=0.3。(4)所得到的除以靈敏系數(shù)2.12，同時還要乘以2/2.12（由于電阻應(yīng)變儀默認靈敏系數(shù)為2）。加載值/N應(yīng)變值(已處理）/循環(huán)1循環(huán)2循環(huán)3循環(huán)4加載卸載加載卸載加載卸載加載卸載0.00 0 15 0 6 0 24 0 -15 9.38 11 20 10 13 14 31 7 -5 18.85 24 30 26 23 32 41 7 0 28.33 33 40 31 28 42 42 16 10 37.75 41 47 40 40 48 43 19 18 47.20 49 47 55 25 六、 實驗數(shù)據(jù)分析與處理理論值：設(shè)在自由端所加荷載為P，則，。因此可

9、得到每次加載后的理論應(yīng)變值(）分別為0、11.3、22.7、34.1、45.4、56.8。將理論值與所測得的4次循環(huán)的實驗值繪圖如下：六、 結(jié) 論（收獲、疑問或總結(jié)等）1、與理論值相比較，4次循環(huán)荷載-應(yīng)變的圖像變化趨勢均保持一致，但前3次循環(huán)在荷載下產(chǎn)生的應(yīng)變值均大于0，表示構(gòu)件應(yīng)變片粘貼處處于受拉狀態(tài)，第4次循環(huán)卸載時部分應(yīng)變值小于0，表示處于受壓狀態(tài)。2、實驗過程所加砝碼重力作用線與構(gòu)件未保持垂直產(chǎn)生偏心；加卸載過程由于人員走動等因素砝碼無法保持靜止；讀數(shù)由于漂移過大無法精準；應(yīng)變片粘貼時應(yīng)變片粘貼位置以及方向存在誤差等等均會對實驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。3、除了第4次循環(huán)外，前3次循環(huán)應(yīng)變

10、值曲線均與實際值較為接近，可以推測第4次循環(huán)中出現(xiàn)較大誤差，數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄。實驗二 電阻應(yīng)變式傳感器測試一、實驗?zāi)康?電阻應(yīng)變式力傳感器中敏感元件的接線方式。 2電阻應(yīng)變式壓力傳感器與測試儀表的接線與使用技術(shù)。二、實驗儀器應(yīng)變片、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、材料試驗機、簡支梁。三、實驗任務(wù)以電阻應(yīng)變片為轉(zhuǎn)換元件的電阻應(yīng)變式傳感器，主要由彈性元件和粘貼于其上的電阻應(yīng)變片構(gòu)成。由于被測物理量（如荷載、位移、壓力等）能夠在彈性元件上產(chǎn)生彈性變形（應(yīng)變），而粘貼在彈性元件表面的電阻應(yīng)變計可將感受到的彈性變形轉(zhuǎn)化成電阻的變化，這樣電阻應(yīng)變式傳感器就將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化。 傳感器中感受被測物理量的彈性元件

11、是其關(guān)鍵部分，結(jié)構(gòu)形式有多樣，旨在提高感受被測物理量的靈敏性和穩(wěn)定性。測量拉力或壓力的傳感器，其彈性元件常采用空心圓柱，以便于粘貼應(yīng)變計和易于熱處理淬透。但壁厚不宜太薄，以防承受壓力時失穩(wěn)。 圖1 布片方式圖2 連接方式柱式拉壓傳感器的彈性元件如圖1所示，應(yīng)變計粘貼在圓筒中部的四等分圓周上，共四個軸向片和四個橫向片，將它們接成圖2的串聯(lián)式全橋線路。當圓筒受壓后，其軸向應(yīng)變?yōu)椋鱾€橋臂的應(yīng)變分別為 由上式得到讀數(shù)應(yīng)變?yōu)?由此可知圓筒的軸向應(yīng)變?yōu)?如果圓筒截面積為A，則壓力與讀數(shù)應(yīng)變之間的關(guān)系為 由上式可知，壓力和應(yīng)變成線性關(guān)系。當然，這僅僅是理論計算結(jié)果。實際上截面積A在加載時是變化的，因此每一

12、個傳感器的讀數(shù)應(yīng)變與力的關(guān)系都要由嚴格的標定試驗來確定。 四、實驗方法與步驟1）放置傳感器 將量程為10噸的電阻應(yīng)變式壓力傳感器放置在材料試驗機上，調(diào)整傳感器位置，對準重心。材料試驗機噸位為50噸，加載速度可選為0.05mm/min或0.1mm/min為好。 2）導(dǎo)線連接 傳感器的四個線頭顏色分別為紅，黃，藍，白，使用萬用表測得紅白、藍黃阻值為700歐姆，紅（或白）藍、紅（或白）黃阻值為525歐姆。其中700歐姆為測得阻值為單個電阻的阻值，如左下圖所示，即兩端阻值為R。而525歐姆表示的是下中圖所示，即兩端阻值為3R/4。將電阻應(yīng)變式壓力傳感器與電阻應(yīng)變儀使用全橋法連接，傳感器700歐姆的兩個

13、線頭如右下圖交錯接入電阻應(yīng)變儀的端頭。3）儀器調(diào)節(jié) 調(diào)整傳感器位置，預(yù)調(diào)平衡，使應(yīng)變儀指示值（初始值）為零，然后加載，這時儀器指示值偏離原點，再卸載，觀察儀器指示值的回零情況，反復(fù)操作5個循環(huán)，觀察其重復(fù)性情況，如重復(fù)性不好，檢查線路連接和應(yīng)變片的接觸狀況是否良好。4） 數(shù)據(jù)記錄 儀器調(diào)整好后，記錄實驗數(shù)據(jù)。反復(fù)加載5個循環(huán)，讀數(shù)5KN記一個應(yīng)變值，加載至8噸即可。 數(shù)據(jù)表格自行設(shè)計，測量的內(nèi)容都記錄在表格內(nèi)。5） 數(shù)據(jù)處理分析 分析誤差原因及誤差大小，與理論值比較。五、注意事項1電阻應(yīng)變式傳感器橋路接入方法。2液壓材料實驗機讀數(shù)相對穩(wěn)定后，才讀數(shù)。六、 實驗過程與實驗數(shù)據(jù)基本過程：將量程為1

14、0噸的電阻應(yīng)變式壓力傳感器放置在材料試驗機上，調(diào)整傳感器位置，對準重心。用萬用表測得傳感器紅，黃，藍，白四個線頭之前的電阻值，并按照全橋法連接。調(diào)整傳感器位置，預(yù)調(diào)平衡，加載速度選為0.2mm/min，加載至8噸后卸載到0，反復(fù)5個循環(huán)，每5KN記一個應(yīng)變值。實驗數(shù)據(jù)：加載值（KN)應(yīng)變值(）加載速度0.2mm/min循環(huán)1循環(huán)2加載卸載加載卸載00 0 0 0 5-298 -312 -294 -316 10-620 -614 -602 -626 15-918 -920 -922 -918 20-1228 -1238 -1214 -1238 25-1530 -1548 -1534 -1532

15、30-1840 -1856 -1822 -1858 35-2142 -2160 -2128 -2160 40-2458 -2464 -2434 -2470 45-2762 -2762 -2740 -2758 50-3060 -3076 -3504 -3086 55-3370 -3384 -3364 -3392 60-3678 -3704 -3676 -3696 65-3984 -4020 -3974 -4014 70-4288 -4292 -4290 -4294 75-4600 -4628 -4590 -4616 80-4888 -4890 加載值（KN)應(yīng)變值(）加載速度0.2mm/min循

16、環(huán)3循環(huán)4加載卸載加載卸載00 0 0 0 5-290 -340 -296 -314 10-574 -650 -602 -626 15-898 -958 -904 -932 20-1186 -1272 -1216 -1220 25-1778 -1590 -1512 -1530 30-1814 -1868 -1818 -1860 35-2122 -2168 -2146 -2156 40-2444 -2476 -2452 -2468 45-2734 -2796 -2764 -2784 50-3026 -3094 -3050 -3080 55-3336 -3426 -3362 -3382 60-36

17、52 -3702 -3682 -3692 65-3948 -4014 -3980 -4002 70-4264 -4330 -4296 -4320 75-4564 -4618 -4592 -4608 80-4910 -4910 -4914 -4914 六、 實驗數(shù)據(jù)分析與處理將4個循環(huán)加卸載所得到的的應(yīng)變值繪圖如下：七、 結(jié) 論（收獲、疑問或總結(jié)等）1、由實驗數(shù)據(jù)及形成的圖表可以看出，除個別偶然的讀數(shù)誤差外，4個循環(huán)中壓力和應(yīng)變都近似成線性關(guān)系，與理論計算的結(jié)果相一致。2、由于加載和卸載時荷載一直處于不斷變化中，所以通過電阻應(yīng)變儀肉眼讀數(shù)容易產(chǎn)生讀數(shù)的偶然誤差（如循環(huán)2、3）。3、通過比較4個循

18、環(huán)的數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)得到的應(yīng)變值均較小且十分接近，因此該傳感器具有足夠的靈敏性和穩(wěn)定性。 實驗三 散斑法位移測量一、實驗?zāi)康? 了解白散斑位移測試原理與實現(xiàn)方法。2 基本掌握白光散斑照相技術(shù)及信息處理方法。二、實驗設(shè)備 He-Ne激光器、散斑相機、卡尺、百分表、5M卷尺、試件、印放機等。三、試驗方法和步驟1 物體表面處理：1）使物體表面粗糙； 2）作好標記和十字標尺。2 調(diào)整相機位置，1）根據(jù)位移大小調(diào)整相機位置（調(diào)整M）；2）通過觀望鏡使物體十分準確的成象防觀察屏（控制好光圈），通過卡尺寸估算出放大率M值；3）在拍攝過程中全息干板保持不動；4）作好實測記錄。3 對雙曝光全息片在暗綠燈下用D

19、-19顯影，用F-5定影（操作）。4 逐點法提取位移信息（）。5 用照相法復(fù)制到楊氏條紋：復(fù)印相片用D-72顯影，紅燈下操作。四、 注意事項1 曝光時間的把握。2 照相過程中相機不能移動。五、 實驗過程與實驗數(shù)據(jù)（1）實驗過程：實驗時，試件表面處理以及相機位置的調(diào)整已經(jīng)完成。首先用標定板進行標定，將標定板擺放在試件前，拍攝9張不同姿勢的照片，通過相關(guān)程序進行標定，修改系統(tǒng)參數(shù)，建立視界坐，往復(fù)一個循環(huán)，停止采集。通過電腦程序的計算，將所得位移值與記錄位移值相比較標系。設(shè)置好采樣頻率（20s）后，每20秒移動試件1mm左右，同時記錄下位移表數(shù)值。（2）實驗數(shù)據(jù)（均取正，見表4）：表4：散斑法所測

20、位移與實測位移（相對值）對應(yīng)表位移表實測位移/mm散斑法所測位移/mm位移表實測位移/mm散斑法所測位移/mm008.0158.15170.9981.18376.9737.10491.9662.14536.0216.14593.0273.18364.9174.99883.9524.09953.9324.0674.9565.10422.9553.07955.9916.1111.9342.07366.9857.12221.0031.16288.0758.19640.0020.117469.0489.1995六、實驗數(shù)據(jù)處理及分析將散斑法所測位移與位移表實測位移隨采集次數(shù)變化對比如圖6所示：七、 結(jié)

21、 論（收獲、疑問、照片粘貼或總結(jié)等）由對比圖我們可以看出，散斑法所測得的位移值與實測值相當接近，因此散斑法測量所得位移精確度較高。實驗四 光纖光柵傳感器應(yīng)變測試1 實驗內(nèi)容、目的與要求光纖光柵應(yīng)變傳感器具有耐久性好、可以實現(xiàn)準分布式測量；波長編碼，可以方便實現(xiàn)絕對測量等優(yōu)點，具有傳統(tǒng)測試手段不具備的很多優(yōu)點。 理解光纖光柵應(yīng)變傳感器的工作原理。 基本掌握光纖光柵應(yīng)變傳感的標定方法。 初步掌握光纖光柵的應(yīng)變測試方法。2 實驗原理與注意事項（操作要點）1) 光纖光柵技術(shù)原理光纖是光導(dǎo)纖維的簡稱，是工作在光波波段的一種介質(zhì)波導(dǎo)，通常是圓柱形，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸。光纖工作的基本原理基于光

22、的全反射現(xiàn)象，當入射角滿足一定條件時，入射光將不發(fā)生介質(zhì)折射，全部沿著纖芯反射向前傳播。光纖布拉格光柵是一種性能優(yōu)異的窄帶反射濾波無源器件，當光波傳輸通過光纖布拉格光柵時，滿足布拉格光柵波長條件（）的光波矢將被反射回來。當布拉格光柵受到外界作用時，其中心波長會發(fā)生變化，通過探測光纖光柵中心波長的變化，就可以感知外界作用的信息。通常，基于光纖布拉格光柵的各種傳感器基本上都是直接或間接地利用應(yīng)變或溫度改變光柵中心波長，達到測試被測物理量的目的。通過大量的試驗確認，在溫度變化不大（-50150 ）和10000微應(yīng)變下，光纖光柵的應(yīng)變和溫度效益可以認為是獨立的。即： 2) 光纖光柵應(yīng)變測試原理當溫度恒

23、定時，由可知， ，一旦應(yīng)變靈敏度系數(shù)確定，則可以方便地通過波長變化獲得應(yīng)變值。當溫度變化時，我們必須對應(yīng)變傳感進行溫度補償法。將一根布拉格光柵布設(shè)于被測對象，另一根布設(shè)于與被測材料一樣、溫度場一致且不受力的構(gòu)件上，即保證兩者發(fā)生同樣的溫度效應(yīng)。 令，我們可以得到：若忽略光柵中心波長導(dǎo)致的靈敏度系數(shù)影響，溫度與應(yīng)變共同產(chǎn)生的波長變化可由下式表示：則， 令，可得如果光纖布拉格光柵的傳感特性一致，而基體材料也一樣，即光柵的溫度傳感系數(shù)一致，和可以取1，從而將給實際操作帶來極大的方便。（2）操作要點與注意事項 注意布設(shè)方式 注意儀器保護方法3 實驗儀器與材料準備光纖光柵、跳線、酒精（或丙酮）、脫脂棉、

24、光纖熔接儀（FS40）、普通光纜、光纖光柵解調(diào)儀（SI425）、等強度梁、電阻應(yīng)變計成套儀器等。4 實驗過程、實驗數(shù)據(jù)及其處理（1）實驗過程：將光纖光柵按照要求布設(shè)在等強度梁上，并與電阻應(yīng)變儀相連。在等強度梁自由端逐級加載和卸載，記錄下此時中心波長b和此時的應(yīng)變值，進行3個循環(huán)。（2）實驗數(shù)據(jù)（見表5）：表5: 3個循環(huán)加卸載時中心波長及其對應(yīng)應(yīng)變表循環(huán)1循環(huán)2循環(huán)3荷載值/Nb/nmb/nmb/nm01549.56901549.5601549.5620101549.6732651549.6682731549.669271201549.7795811549.7775851549.773583301549.8678561549.8648581549.87854401549.947113