材料力學實驗

1、材料力學實驗材料力學實驗 力學性能試驗力學性能試驗 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、扭轉試驗四、扭轉試驗 應力分析實驗應力分析實驗 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、試驗目的一、試驗目的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性能測定低碳鋼拉伸力學性能( (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試驗機；2引伸儀

2、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表盤試驗機讀數表盤主動指針：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=10d0l0= 5d0l0tb003 .11Al 006

3、5. 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EOFD DlEAFll D DllAFED D D DF l F D Dl等量逐級加載法等量逐級加載法：D DFd d(D Dl)1d d(D Dl)2)( llAFED Dd dD 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 FD DlFeFpFsFb線彈性階段線彈性階段屈服階段屈服階段強化階段強化階段頸縮階段頸縮階段屈服點屈服點：0ssAF s s0bbAF s s抗拉強度抗拉強度：冷作硬化冷作硬化%100001 llld

4、 d伸長率伸長率：%100010 AAAy 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象低碳鋼拉伸試驗現象：低碳鋼拉伸試驗動畫低碳鋼拉伸試驗動畫：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 sbOFD Dl0bbAF s s抗拉強度抗拉強度：Fb灰鑄鐵拉伸試驗動畫灰鑄鐵拉伸試驗動畫：拉拉 伸伸 試試 驗驗一、試驗目的一、試驗目的1測定低碳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、

5、試樣標準試樣標準試樣：d0h0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 sscO FD DlFsc壓縮屈服點壓縮屈服點：0scscAF 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象低碳鋼壓縮試驗現象：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 sbcOFD Dl0bcbcAF 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象試驗

6、現象：t tmax引起引起壓壓 縮縮 試試 驗驗一、試驗目的一、試驗目的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、試驗原理名義抗切強度名義抗切強度：0bb2AF 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象低碳鋼剪切試驗現象：灰鑄鐵剪切試驗現象灰鑄鐵剪切試驗現象：剪切、擠壓、剪切、擠壓、彎曲彎曲引起引起彎曲拉應力彎曲拉應力引起引起剪剪 切

7、切 試試 驗驗一、試驗目的一、試驗目的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力測定低碳鋼屈服切應力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扭轉試驗機扭轉試驗機；2扭角儀扭角儀。4分析比較低碳鋼和灰鑄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 轉轉 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：dl2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 轉轉 試試 驗驗四、試驗原理四、試驗原理1低碳鋼低碳鋼切變

8、模量切變模量GOTj jdbalFFD Dd dpGITl j jj jj jppIFalITlG 等量逐級加載法：等量逐級加載法：j jD DD D pIFalGbd dj jD D D D扭扭 轉轉 試試 驗驗2測定低碳鋼屈服切應力測定低碳鋼屈服切應力t ts、抗切強度抗切強度t tbO Tj jTbTsT Tsr rdr rT= Ts屈服切屈服切應力：應力：pss43WM t t抗切抗切強度：強度：pbb43WM t tT= Tbt tst tst tbt tb扭扭 轉轉 試試 驗驗低碳鋼扭轉試驗現象低碳鋼扭轉試驗現象：低碳鋼扭轉試驗動畫低碳鋼扭轉試驗動畫：屈服：屈服：t tmax引起引

9、起斷裂：斷裂：扭扭 轉轉 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：pbbWT t tO Tj jTb灰鑄鐵扭轉試驗現象灰鑄鐵扭轉試驗現象：斷裂：斷裂：灰鑄鐵扭轉試驗動畫灰鑄鐵扭轉試驗動畫：拉應力拉應力引起引起扭扭 轉轉 試試 驗驗一、電阻應變片一、電阻應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：由試驗發(fā)現：l應變片應變片FFl+D DlllKRRD D D D K K電阻應變片的電阻應變片的 靈敏度系數靈敏度系數應變片應變片：將力學量：將力學量( (應變應變) )轉換為轉換為 電量電量( (電阻電阻) )的傳感器的傳感器電阻應變片種

10、類：電阻應變片種類：絲式絲式( (繞線式繞線式) )、箔式、半導體式、箔式、半導體式電測法基本原理電測法基本原理二、電阻應變儀二、電阻應變儀應變測量原理應變測量原理： 利用電橋平衡測量電阻改變，利用電橋平衡測量電阻改變，從而進一步得到應變。從而進一步得到應變。BADCER1R2R3R4電橋平衡電橋平衡( (UBD=0) )：4231RRRR 若若R1R4為四個為四個阻值相同阻值相同應變片，應變片，受力后，受力后，BD間電壓改變?yōu)椋洪g電壓改變?yōu)椋?(444332211RRRRRRRREUBDD D D D D D D D )(44321 KE電測法基本原理電測法基本原理兩種接法中的應變片型號、阻

11、值盡可能相同兩種接法中的應變片型號、阻值盡可能相同或接近，固定電阻與應變片阻值也應接近?；蚪咏潭娮枧c應變片阻值也應接近。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，可以采用適當的方法消除這種影響。適當的方法消除這種影響。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( (四個電阻均為應變片四個電阻均為應變片) )；半橋接法半橋接法( (R1、R2為應變片，為應變片， 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BADCER1R2R3R4工作片工作片溫度補償片溫度補

12、償片固定電阻固定電阻相同應變片相同應變片R1、R2，R1貼貼在構件受力處，在構件受力處，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)(4211RRRRREUTTBDD D D D D D 114)(4 KEKETT 電測法基本原理電測法基本原理FF1單向應力狀態(tài)單向應力狀態(tài)四、幾種常見應力狀態(tài)下的布片方式及應力計算四、幾種常見應力狀態(tài)下的布片方式及應力計算軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣FFR1R211 s sE R1R2溫度自補償，測量溫度自補償，測量電壓得到有效放大：電壓

13、得到有效放大：)(421TTBDKEU 1)1(4 KE電測法基本原理電測法基本原理2已知主應力方向的二向應力狀態(tài)已知主應力方向的二向應力狀態(tài)扭轉、橫力彎曲的中性軸、均勻內壓的薄壁圓筒扭轉、橫力彎曲的中性軸、均勻內壓的薄壁圓筒R1R245o45o 13111s ss s s sE沿已知主應力方向沿已知主應力方向貼片，采用溫度自貼片，采用溫度自補償的半橋接法補償的半橋接法電測法基本原理電測法基本原理)(421TTBDKEU 12 KE 3不知主應力方向的二向應力狀態(tài)不知主應力方向的二向應力狀態(tài)45o3應變花：應變花：29045245090031)()()1(2)()1(2 s ss s EE)(

14、)()()(2tan450904545090450 90o0o45o電測法基本原理電測法基本原理120o0o60o60o3應變花：應變花：20120212060260012060031)()()()1(32)()1(3 s ss s EE)()()()(32tan600120060012000 電測法基本原理電測法基本原理2YJ28AP1OR型靜態(tài)數字電阻應變儀型靜態(tài)數字電阻應變儀。一、實驗目的一、實驗目的1測定純彎曲下矩形截面梁橫截面上正應力的測定純彎曲下矩形截面梁橫截面上正應力的 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變儀的使用熟悉電測法基本原理和電

15、阻應變儀的使用。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結構示意圖及理論值計算結構示意圖及理論值計算hbFF/2F/2aa+ FQF/2F/2MFa/2+mmmm截面：截面： )(0Q常數常數CMF純彎曲純彎曲zIyM 理理s szy矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲2布片示意圖及試驗值布片示意圖及試驗值0011112222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 ss sEIyMz實實理理矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲一、試驗目的一、試驗目的1用電測法

16、測定平面應力狀態(tài)下一點主應力的用電測法測定平面應力狀態(tài)下一點主應力的 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力由彎矩、剪力和扭矩所引起的應力。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；2YJ28AP1OR型靜態(tài)數字電阻應變儀型靜態(tài)數字電阻應變儀。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結構示意圖結構示意圖alFIII- -I截面截面dD 220dDtdDR FFFlMFaTQI- -I截面截面內力：內力：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

17、意圖布片示意圖ABCDA、B、C、D四點四點各貼各貼 45o、0o、45o應變花應變花DR12R11R10CR9R8R7BR6R5R4AR3R2R1約定約定藍藍線應變片線應變片為為 45o ，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)()(21)(211245020454545231 s ss s E主應力大?。褐鲬Υ笮。褐鲬Ψ较颍褐鲬Ψ较颍?()(2tan0454504545 是主應力與圓管是主應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) )的主應力大小及方向的主應力大小及方向共用溫度補償片的半橋接法

18、，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個應變片的應變值個應變片的應變值1) )實驗值：實驗值：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) )：Bs ss st tt t pWTWMBzBt ts s FaTFlMBB內力內力應力應力按平面應力狀態(tài)分析得到：按平面應力狀態(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力的測量彎矩、扭矩及剪力各自引起應力的測量1) )由于電橋特性均可以自補償，不需要溫

19、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對應的正應力測量對應的正應力測量BADCR5R11oB0oD0取圓筒上下取圓筒上下( (B、D) )兩點兩點0o應應變片接成半橋線路變片接成半橋線路)(115RRBDU MTMTM2)()( )(2MBDU 測量值：測量值：22MMM s s EE ，薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形TQt tt tt t 3) )扭矩扭矩T對應的切應變測量對應的切應變測量取圓筒前后取圓筒前后( (A、C) )兩點兩點 45o、 45o四個應變片接成全橋線路四個應變片接成全橋線路)(7913RRRRBDU TTQTQTQTQ4)()()()( BADCR3R1oA45 oA45R7R9oC45oC45 R3R1AR7R9CFQTt ts s 3t ts s 1TQt tt tt t t ts s 3t ts s 1AC薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形)(4TBDU 測量值：測量值：)1(422TTTT t t EG，2)1(21)(11)(1)(1TTTTTT31T t t t t t tsss s E