一低碳鋼鑄鐵的拉伸

1、實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)拉壓實(shí)驗(yàn)是材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)中最基本最重要的實(shí)驗(yàn)，是工程上廣泛使用的測定材料力學(xué)性能 的方法之一。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解萬能材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，熟悉其操作規(guī)程及正確使用方法。2、通過實(shí)驗(yàn)，觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸時(shí)的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，并進(jìn)行比較。3、 測定低碳鋼拉伸時(shí)的屈服極限Z s、強(qiáng)度極限Z b、延伸率3和截面收縮率“，鑄鐵拉伸時(shí)的 強(qiáng)度極限Z b。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺3、鋼直尺4、拉伸試樣：圖2.7拉伸試樣由于試樣的形狀和尺寸對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定影響, 圖2.7分別表示橫截面為圓形和矩形的拉伸試樣。為便于互相比較，應(yīng)按統(tǒng)一規(guī)定加工

2、成標(biāo)準(zhǔn)試樣。Lo是測量試樣伸長的長度，稱為原始標(biāo)距。按現(xiàn)行國家GB6397-86的規(guī)定，拉伸試樣分為比例試樣和非比例試樣兩種。比例試樣的標(biāo)距L。與原始橫截面Ao的關(guān)系規(guī)定為(2.2)式中系數(shù) k的值取為 5.65時(shí)稱為短試樣，取為11.3時(shí)稱為長試樣。對直徑do的圓截面短試樣,LoL。=5.65； Ao=5do;對長試樣，Lo =11.3、_ A =10d°。本實(shí)驗(yàn)室采用的是長試樣。非比例試樣的和A。不受上列關(guān)系的限制。 試樣的表面粗糙度應(yīng)符合國標(biāo)規(guī)定。在圖2.7中，尺寸L稱為試樣的平行長度，圓截面試樣L不小于L 。+ d。；矩形截面試樣L不小于L。+ bo/2。為保證由平行長度到試

3、樣頭部的緩和過渡，要有足夠大的過渡圓弧半徑R。試樣頭部的形狀和尺寸，與試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)有關(guān)，圖2.7所示適用于楔形夾具。這時(shí)，試樣頭部長度不小于楔形夾具長度的三分之二。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法常溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)是測定材料力學(xué)性能的基本實(shí)驗(yàn)?？捎靡詼y定彈性E和卩，比例極限Z p,屈服極限Z s （或規(guī)定非比例伸長應(yīng)力），抗拉強(qiáng)度Z b,斷后伸長率s和截面收縮率“等。這些力學(xué)性能指標(biāo)都是工 程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。1低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)1 ）、屈服極限Z s及抗拉強(qiáng)度Z b的測定對低碳鋼拉伸試樣加載，當(dāng)?shù)竭_(dá)屈服階段時(shí)，低碳鋼的P-AL曲線呈鋸齒形（圖2.8 ）。與最高載荷P su對應(yīng)的應(yīng)力稱為上屈服點(diǎn)，它受變形速度和

4、試樣形狀的影響，一般不作為強(qiáng)度指標(biāo)。同樣，載荷首次 下降的最低點(diǎn)（初始瞬時(shí)效應(yīng)）也不作為強(qiáng)度指標(biāo)。一般將初始瞬時(shí)效應(yīng)以后的最低載荷Psi,除以試樣的初始橫截面面積A 。，作為屈服極限Z s,即PsiZ s=（2.3）Ao若試驗(yàn)機(jī)由示力度盤和指針指示載荷，則在進(jìn)入屈服階段指針停止前進(jìn)，并開始倒退，這時(shí)應(yīng)注意指針的波動情況， 針?biāo)傅淖畹洼d荷 Psi。PbAo(2.4)屈服階段過后，進(jìn)入強(qiáng)化階段，試樣又恢復(fù)了抵抗繼 的能力（圖2.8） o載荷到達(dá)最大值 Pb時(shí)，試樣某一局部 明顯縮小，出現(xiàn)“縮頸”現(xiàn)象。這時(shí)示力度盤的從動針停 不動，主動針則迅速倒退，表明載荷迅速下降，試樣即將被拉斷。 拉強(qiáng)度Z b

5、,即2）伸長率S及截面收縮率“的測定試樣的標(biāo)距原長為L 。，拉斷后將兩段試樣緊密地對接在一起,量出拉斷后的標(biāo)距長為L 1，斷后伸長率應(yīng)為S = Ll_L。X10 0%Lo(2.5)如一一45 6 了 衛(wèi)(C)加圖2.9斷口移中法測L1斷口附近塑性變形最大，所以L1的量取與斷口的部位有關(guān)。如斷口發(fā)生于L °的兩端或在L °之外，則實(shí)0。驗(yàn)無效，應(yīng)重做。若斷口距L0的一端的距離小于或等于Lo （圖2.9）,則按下述斷移中法測定L °。在拉2.9b）,取其中一半得C點(diǎn)， 2.9c）,取剩余格數(shù)減1后的一 b1 和 b2,則L 1 = a+ b1+ b2。 應(yīng)在兩個(gè)相互垂

6、直的方向上量3a,BC長為b，則L 1 = a+ 2b。當(dāng)長段剩余格數(shù)為奇數(shù)時(shí)（圖 i的長度分別為a、 i,由于斷口不是規(guī)則的圓形， 然后按下式計(jì)算斷面收縮率：斷后的長段上，由斷口處取約等于短段的格數(shù)得B點(diǎn)，若剩余格數(shù)為偶數(shù)（圖 設(shè)AB長為半得C點(diǎn)，加1后的一半得C 1點(diǎn)，設(shè)AB、BC和BC 試樣拉斷后，設(shè)縮頸處的最小橫截面面積為A 取最小截面的直徑，以其平均值計(jì)算A1,書=%Ao100%(2.6)沿兩個(gè)相bb。團(tuán)丸10鑄鐵feP-AL曲線2、鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)鑄鐵屬于脆性材料，拉伸過程中，沒有屈服和“頸縮”現(xiàn)象，它的P- L曲線近似一條斜直線（如圖2.10）,本實(shí)驗(yàn)我們只測鑄鐵的抗拉強(qiáng)度極限，所以

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，主動針退回零位，從動針?biāo)甘镜妮d荷即是P 入式（2.4）計(jì)算得出Z四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測量試樣直徑 在標(biāo)距L 0的兩端及中部三個(gè)位置上,再以三個(gè)橫互垂直的方向，測量試樣直徑，以其平均值計(jì)算各橫截面面積, 截面面積中的最小值為A2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備 根據(jù)試樣尺寸和材料，估計(jì)最大載荷，選擇相適應(yīng)的示力度盤和擺錘重量，需要自動繪圖時(shí)，事先應(yīng)將滾筒上的紙和筆裝妥。先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動油泵電機(jī)，待油泵工作正常 后，開啟送油閥將活動平臺上升約1cm,以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，調(diào)零。3、安裝試樣 安裝拉伸試樣時(shí)，對A型試驗(yàn)機(jī)，可開動下夾頭升降電機(jī)以調(diào)整下夾頭的位置，但不能用下夾頭升降電機(jī)給試樣

8、加載；對E型試驗(yàn)機(jī)，用橫梁升降按鈕調(diào)整拉壓空間。4、加載 緩慢開啟送油閥，給試件平穩(wěn)加載。應(yīng)避免油閥開啟過大，進(jìn)油太快。試驗(yàn)進(jìn)行中，注意不要觸動擺桿和擺錘。5、 試驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性試驗(yàn)先取下試樣，再緩慢打開回油閥將油液放回油箱。非破壞性試驗(yàn)，自然應(yīng)先開回油閥卸載，才能取下試樣。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理按有關(guān)公式，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出來，其數(shù)值遵守表2.1的修約規(guī)定。有效數(shù)以后的數(shù)字進(jìn)位規(guī)則見附錄n。六、數(shù)據(jù)分析對你所得出的數(shù)據(jù)，作出合理的分析。表2.1性能指標(biāo)數(shù)值的修約規(guī)定性能范圍修約到Z pZ S、Z p0.2Z b< 200Mpa以下1MPa>200Mpa1000M

9、Pa5MPa> 1000 MPa10MPa0.5%0.5%六、問題討論試比較低碳鋼和鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性能有什么不同。實(shí)驗(yàn)二低碳鋼、鑄鐵壓縮演示實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、進(jìn)一步了解萬能材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，熟悉其操作規(guī)程及正確使用方法。2、通過演示，觀察低碳鋼和鑄鐵在壓縮時(shí)的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，并進(jìn)行比較。3、測定低碳鋼壓縮時(shí)的屈服極限 Z s；鑄鐵壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限 Z實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺3、鋼直尺4、壓縮試樣:壓縮試樣通常為圓柱形，也分短、長兩種（圖 示）。試樣受壓時(shí)，兩端面與試驗(yàn)機(jī)墊板間的摩擦力約 束試樣的橫向變形，影響試樣的強(qiáng)度。隨著比值 的增大，上述摩擦力

10、對試樣中部的影響減弱。但比值 ho/do也不能過大，否則將引起失穩(wěn)。測定材料抗壓強(qiáng)度 的短試樣（圖 2.11a示），通常規(guī)定iw ho/doW 3。至于 圖2.11ho/do壓縮試樣圖 2.11 0POO2r-V金8圖2.12低碳鋼壓縮P- L曲線(b)退，此時(shí)記錄下屈服載荷P s,則有:2.11b 所示長試樣，多用于測定鋼、銅等材料的彈性常數(shù)E、 例極限和屈服極限等。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法及比3、鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)：鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)與拉伸實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)曲線形狀很相似（如圖2.10）。鑄鐵壓縮時(shí)，破壞斷口會沿 45°55°左右斜截面斷裂，此時(shí)，主 動針會回到零點(diǎn)，從動針停在原位置不動，記

11、錄下載 荷P b,代入式（2.4）計(jì)算得出鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限Zb。4、低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)：低碳鋼壓縮時(shí)，其P-L曲線如圖2.12，到達(dá)屈服時(shí)，主動針會停頓甚至倒此即低碳鋼壓縮時(shí)的屈服極限。繼續(xù)施加載荷，試樣會越壓越扁，但始終測不到四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測量試樣直徑 在試樣中部位置上，沿兩個(gè)相互垂直的方向，測量試樣直徑，以其平均值計(jì)算 其橫截面面積A 0。2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備 根據(jù)試樣尺寸和材料，估計(jì)最大載荷，選擇相適應(yīng)的示力度盤和擺錘重量，需要 自動繪圖時(shí)，事先應(yīng)將滾筒上的紙和筆裝妥。先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動油泵電機(jī)，待油泵工作正常 后，開啟送油閥將活動平臺上升約1cm,以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，調(diào)

12、零。3、安裝試樣 直接將壓縮試樣放于工作臺上，上升工作臺，使試樣與上、下墊板幾乎接觸為止。4、加載 緩慢開啟送油閥，給試件平穩(wěn)加載。應(yīng)避免油閥開啟過大，進(jìn)油太快。試驗(yàn)進(jìn)行中，注意 不要觸動擺桿和擺錘。5、試驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。 應(yīng)先開回油閥回油、卸載，才能取下試樣。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 參照拉伸實(shí)驗(yàn)六、問題討論1、鑄鐵壓縮時(shí)沿 450550 斜面斷裂，表明導(dǎo)致破壞的原因是什么？2、低碳鋼壓縮時(shí)能否得到強(qiáng)度極限 Z b?實(shí)驗(yàn)三 低碳鋼彈性模量 E 的測定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟練掌握萬能材料試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程及使用方法。2、驗(yàn)證胡克定律，測定低碳鋼的彈性模量E。3、熟悉球鉸式引伸儀的

13、使用方法。、設(shè)備及試樣1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、球鉸式引伸儀3、游標(biāo)卡尺4、低碳鋼拉伸試樣（10倍試樣）三、實(shí)驗(yàn)原理及方法彈性模量是應(yīng)力低于比例極限時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的 比值，即PLoE =-名 AoL（2.7）可見，在比例極限內(nèi)，對試樣施加拉伸載荷P,并 測出標(biāo)距L o的相應(yīng)伸長AL,即可求得彈性模量 E。在彈性變形階段內(nèi)試樣的變形很小，測量變形 需用放大倍數(shù)為 2000倍（分度值為1/2000mm ）的 球鉸式引伸儀。0 ALn圖 2.13為檢查載荷與變形的關(guān)系是否符合胡克定律， 減少測量誤差，試驗(yàn)一般采用等增量法加載，即把 載荷分成若干相等的加載等級（圖2.13）,然后逐級石加載。為保證應(yīng)力不超出

14、比例極限，加載前先估算"出試樣的屈服載荷，以屈服載荷的7 0%80%作為測定彈性模量的最高載荷Pn。此外，為使試驗(yàn)機(jī)消除引伸儀和試驗(yàn)機(jī)機(jī)構(gòu)的間隙，以及開始P 0,可取為P n的10%。從P 0到P n夾緊試樣, 階段引伸儀刀刃在試樣上的可能滑動，對試樣應(yīng)施加一個(gè)初載荷 將載荷分成n級，且不小于5,于是 P= Pn - “（n>5）n例如，若低碳鋼的屈服極限 Z s=235MPa，試樣直徑do=10mm,則Pn= 1 n do2X Z sX 80%=14800N （取為 15KN ）4P0=PnX 10%=1.5KN實(shí)驗(yàn)時(shí)，從P。到Pn逐級加載，載荷的每級增量為P。對應(yīng)著每個(gè)載荷

15、Pi （1=1,2,3, , n）,記錄下相應(yīng)的伸長 Li, Li+1與厶Li的差值即為變形增量 S （ L）i,它是 P引起的伸長增量。在逐級加載中，若得到的 各級S （ L）i基本相等，就表明 L與P成線性關(guān)系，符合胡克定律.完成一次加載過程，將得到Pi和 Li 的一組數(shù)據(jù)，按線性擬合法求得 2 2(2.8)(HR)2 -冒 2o_ iPiL Li - nR . Li Ao上式的推導(dǎo)詳見附錄I ,這里不再復(fù)述。除用線性擬合法確定E外,還可用下述彈性模量平均法對應(yīng)于每一個(gè)S （ L）i,由公式可以求得相應(yīng)的E為EiR L0 , i =1,2, ,n （2.9）Ao心（乩辦n個(gè)E的算術(shù)平均值1

16、 E= Ei（2.10）n即為材料的彈性模量。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 測量試樣尺寸在標(biāo)距為Lo的兩端及中部三個(gè)位置上，沿兩個(gè)相互垂直的方向，測量試樣直徑，以其平均值計(jì)算每個(gè)橫截面面積，取三者中的最小值計(jì)算公式中的Ao。2、 試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備根據(jù)估計(jì)的最大載荷，選擇合適的示力度盤和相應(yīng)的擺錘，并按試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程 進(jìn)行操作。3、安裝試樣及引伸儀。4、 進(jìn)行預(yù)拉為檢查機(jī)器和儀表是否處于正常狀態(tài)，先把載荷預(yù)加到測定E的最高載荷Pn,然后卸載到0Po之間。5、 加載加載按等增量法進(jìn)行，應(yīng)保持加載的均勻、緩慢，并隨時(shí)檢查是否符合胡克定律。載荷 增加到Pn后卸載。測定E的試驗(yàn)應(yīng)重復(fù)三次。6、實(shí)驗(yàn)完畢，卸載取下引伸儀。

17、五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、 用直線擬合法測定 E在測定彈性模量所得的幾組數(shù)據(jù)中，選取線性相關(guān)性較好的一組數(shù)據(jù)R、 Li，擬合為直線。按附錄的公式（I .6 ）和（I .7 ）計(jì)算相關(guān)系數(shù)丫，并按公式（2.8 ）計(jì)算彈性模量E。2、 用彈性模量平均法測定E利用上述數(shù)據(jù)組，按公式（2. 9 ）求出E,然后由公式（2.10 ）計(jì)算E。3、彈性模量一般取三位有效數(shù)。六、思考題1、測定E時(shí)，為何要加初載荷 Po?并限制最高載荷 Pn?2、使用增量法加載的目的是什么？實(shí)驗(yàn)四扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)工程實(shí)際中，有很多構(gòu)件，如各種機(jī)器的軸類零件、彈簧、鉆桿等都承受扭轉(zhuǎn)變形。材料在扭轉(zhuǎn)變形 下的力學(xué)性能，如切變模量 G、剪切屈服極限

18、n s和剪切強(qiáng)度極限n b等，都是進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度計(jì)算的 重要依據(jù)。此外，由扭轉(zhuǎn)變形得到的純切應(yīng)力狀態(tài)，是拉伸以外的又一重要應(yīng)力狀態(tài)，對研究材料的強(qiáng)度 有著重要意義。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握其 正確使用方法。2、測定低碳鋼的剪切屈服極限 n s,低碳鋼和 鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限 n b圖2.18 扭轉(zhuǎn)試樣3、比較低碳鋼和鑄鐵受扭時(shí)的變形規(guī)律及其破壞 特征。、設(shè)備及試樣1、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺3、試樣2.18）。L為平行長度。在低碳鋼試樣表面上畫上兩條縱向線和兩圈扭轉(zhuǎn)試樣一般為圓截面試樣（圖 圓周線，以便觀察扭轉(zhuǎn)變形。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法1、低碳測定鋼剪切屈服極限 n

19、 s和剪切強(qiáng)度極限n b在比例極限內(nèi)，T與0成線性關(guān)系。橫截面上切應(yīng)力沿半徑線性分布如圖2.19a所示。隨著T的增大，橫截面邊緣處的切應(yīng)力首先到達(dá)剪切屈服極限n s,而且塑性區(qū)逐漸向圓心擴(kuò)展，形成環(huán)形塑性區(qū)（圖 2.19b）。但中心部分仍然是彈性的，所以T仍可增加，T和u的關(guān)系成為曲線。 直到整個(gè)截面幾乎都是塑性區(qū)（圖2.19 c ），在T- u上出現(xiàn)屈服平臺（圖2 .2 0 ），示力度盤的指針基本不動或輕微擺動，相應(yīng)的扭矩為Ts。如認(rèn)為這時(shí)整個(gè)圓截面皆為塑性區(qū)，則Ts與n s的關(guān)系為式中Wt二d3164Ts J* 飛為抗扭截面系數(shù)。3T4Wt(2.11)過屈服階段后，材料的強(qiáng)化使扭矩又有緩慢

20、上升（如圖2.20 ），但變形非常顯著，試樣的縱向畫線變成螺旋線。直到扭矩到達(dá)極限值Tb,試樣被扭斷。與 Tb相應(yīng)的剪切強(qiáng)度極限 t b仍約定由公式（2.11 ）計(jì)算，即即4W；(p圖2.20低碳鋼扭轉(zhuǎn)T©曲線2、鑄鐵剪切強(qiáng)度極限 t b的測定 2.21所示。如把它作為直線，鑄鐵試樣受扭時(shí)，變形很小即突然斷裂。其T- 0圖接近直線如圖T b可按線彈性公式計(jì)算，即圖2.21鑄鐵扭轉(zhuǎn)T©曲線四、問題討論比較低碳鋼和鑄鐵兩種試樣受扭時(shí)的破壞斷口，并分析其導(dǎo)致破壞的原因。實(shí)驗(yàn)五彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、測定梁承受純彎曲時(shí)的正應(yīng)力分布，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公

21、式。2、初步掌握電測方法和多點(diǎn)應(yīng)變測量技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺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、原理及方法：在載荷P作用下的矩形截面鋼梁如圖（3.22a）所示。受力及貼片位置圖圖 3.22a1 _在梁的中部為純彎曲， 彎矩為M =Pa。在純彎曲部分2的側(cè)面上，沿梁的橫截面高度，每隔h/4貼上平行于軸線的應(yīng)變片（共5片）。溫補(bǔ)償片要放置在鋼梁附近。對每一待測應(yīng)變片聯(lián)同溫度補(bǔ)償片按半橋接線,如圖（3.22b）所示。測出載荷作用下各待測點(diǎn)的應(yīng)變£，由胡克定律四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、按照§ 3.4介紹的電阻應(yīng)變儀使

22、用方法,根據(jù)應(yīng)變片靈敏系數(shù)k,設(shè)定儀器靈敏系數(shù)k儀，使k儀=k。若無法使之相等，則按前面講的方法操作。B3.225測星拼2、按半橋接法接線，公共補(bǔ)償。預(yù)調(diào)平衡后，由Po至Pmax按增量 P逐級加載。測出每一 Pi對應(yīng)的意應(yīng)變是否按比例增長。每一測點(diǎn)加載到Pmax然后卸載，重復(fù)5個(gè)測點(diǎn)全部至三次。重復(fù)加載中出現(xiàn)偏差的大小，表明測量的可靠程度。測完一點(diǎn)再換另一點(diǎn)，直至 測完為止。3、加載要均勻緩慢；測量中不允許挪動導(dǎo)線；小心操作，不要因超載壓壞鋼梁五、數(shù)據(jù)處理：1、對每一測點(diǎn)，求出應(yīng)變增量的平均值，根據(jù)胡克定律得實(shí)測應(yīng)力為二測二 El -i2、由彎曲正應(yīng)力公式求出各測點(diǎn)應(yīng)力的理論值為MyI1式中，

23、I= bh3123、對每一測點(diǎn)求出Z測對Z理的相對誤差理-c測一 - 100%石理在梁的中性層內(nèi)，因Z理=0，故只需計(jì)算絕對誤差。表3- 5（實(shí)驗(yàn)有關(guān)參數(shù)）應(yīng)變片至中性層距離（mm梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)Y20寬度b = 20mmY210高度h = 40mmY30跨度L = 600 mmY410載何離支座距離a = 125 mmY520彈性模量E = 210 GPa泊松比卩=0.26六、問題討論:1、對本實(shí)驗(yàn)而言，彎曲正應(yīng)力的大小是否受材料彈性模量E的影響?實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形的主應(yīng)力的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、測定圓管在扭彎組合變形下一點(diǎn)處的主應(yīng)力大小及方向。2、自行設(shè)計(jì)加載方案。3、進(jìn)一步掌握電測方法

24、，獨(dú)立完成全橋或半橋的接線。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺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(shí)驗(yàn)原理：.Jp nn n imzn nn n(a)(b)圖3.23 小型圓管扭彎組合裝置彎扭組合下（如圖3.23a），圓管的m點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)（圖 3.23 b）。若在xy平面內(nèi)，沿x、y方向 的線應(yīng)變?yōu)?；x、，切應(yīng)變?yōu)?xy，根據(jù)應(yīng)變分析（劉鴻文主編，材料力學(xué)，第三版，§ 8.7，高教出版社，1992。）沿 與x軸成a角的方向n （從x到n反時(shí)針的a為正）線應(yīng)變?yōu)楸M一盡1*cos21 皿(3.9):隨a的變化而改變，在兩個(gè)互相垂直的

25、主方向上，：到達(dá)極值，稱為主應(yīng)變。主應(yīng)變由下式計(jì)算；x；y2兩個(gè)互相垂直的主方向a 0由下式確定tan2： 0 二xy(3.11)(3.10)對線彈性各向同性材料，主應(yīng)變£ 1、£ 2和主應(yīng)力Z 1、Z 2方向一致，并與下列廣義胡克定律相聯(lián)系，(3.12)二 2E2（J;i）1 - 12本實(shí)驗(yàn)裝置采用的是 45°直角應(yīng)變花，在mm， 點(diǎn)各貼一組應(yīng)變花（如圖3.24所示）,選定x軸如圖 所示，則a、b、c三枚應(yīng)變片的a角分別為一45°、0°、 450,代入式（3.9）得出沿這三個(gè)方向的線應(yīng)變分別圖3.24應(yīng)變花粘帖方向從以上三式中解出22：；xz

26、 + zYxyxy_ 2245°0°45°；yxy£ x= £ 0° , £ y= £ 45° + £ 45° £ 0° , 丫 xy= £ - 45° £ 45 °（ a）由于£ 0°、£ 45°和£ -45°可以直接測定，所以 £ x、£ y和丫 xy可由測量的結(jié)果求出。將它們代入公式（3.10）得00)2(；45。(3.13)tan2： 0把

27、 £ 1和£ 2代入胡克定律（3.12）,便可確定m點(diǎn)的主應(yīng)力。將式（a）代入式（3.11）,得(3.14)由上式解出相差n /2的兩個(gè)a 0,確定兩個(gè)相互垂直的主方向。 利用應(yīng)變圓可知，若£ x的代數(shù)值大于£ y, 則由x軸量起，絕對值較小的 a 0確定主應(yīng)變£ （對應(yīng)于（T 0的方向。反之，若 £ x< £ y則由x軸量 起，絕對值較小 a 0確定主應(yīng)變£ 2 （對應(yīng)于（T 2）的方向。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：1、設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、 測量試件尺寸、加力臂的長度和測點(diǎn)距力臂的距離，確定試件

28、有關(guān)參數(shù)。見表3 63、將薄壁圓筒上的應(yīng)變片按不同測試要求接到儀器上，組成不同的測量電橋。調(diào)整好儀器，檢查整個(gè)測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。4、 擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0 （一般取P0 =10 % Pmax左右），估算fax,分46級加載。5、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。6、 加載。均勻緩慢加載至初載荷 R,記下各點(diǎn)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(diǎn)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次。7 、作完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原, 實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。&實(shí)驗(yàn)裝置中，圓筒

29、的管壁很薄，為避免損壞裝置，注意切勿超載，不能用力扳動圓筒的自由端和 力臂。表3-6 （試件相關(guān)數(shù)據(jù)）圓筒的尺寸和有關(guān)參數(shù)計(jì)算長度L =240mm彈性模量 E = 210 GPa外徑D =40mm泊松比卩=0.26內(nèi)徑d =35.8mm扇臂長度a =250mm五、數(shù)據(jù)處理：1、主應(yīng)力及方向（1）m點(diǎn)實(shí)測值主應(yīng)力及方向計(jì)算 ；計(jì)算主應(yīng)變、主應(yīng)力、主方向時(shí)，代入的是應(yīng)變增量的平均值，三次測量中，重復(fù)性不好，或線性不 好的一組數(shù)據(jù)應(yīng)作為可疑數(shù)據(jù)，舍去或重做。（2）m點(diǎn)理論值主應(yīng)力及方向計(jì)算 ；2、實(shí)測值與理論值比較（要求以表格形式）。六、預(yù)習(xí)及思考題1、預(yù)習(xí)本節(jié)、電測理論知識和材料力學(xué)中有關(guān)應(yīng)力狀態(tài)

30、分析和應(yīng)變狀態(tài)分析的內(nèi)容。2、寫預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)，要求將實(shí)測與理論主應(yīng)力大小及方向的計(jì)算公式都推導(dǎo)出來。3、 將實(shí)測值與理論值進(jìn)行比較，如各點(diǎn)皆吻合較好（例如誤差均小于5%）,即可。若誤差較大，應(yīng) 分析產(chǎn)生誤差的原因。實(shí)驗(yàn)七 膠結(jié)復(fù)合梁彎曲正應(yīng)力電測實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定由兩種材料膠結(jié)而成的復(fù)合梁的正應(yīng)力分布規(guī)律;2、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果探索梁的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式；3、熟練掌握全橋、半橋的接線方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與工具1、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺2、XL2118C系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺4、鋼鋁膠結(jié)復(fù)合梁在如圖3.25 (a)所示的疊梁為鋼鋁復(fù)合梁，采用膠粘接形式，其相關(guān)參數(shù)

31、及尺寸見表3 7。在中間截面上，沿橫截面高度布置了8枚平行于梁軸線的應(yīng)變片，應(yīng)變片的間距如圖3.25(b)所示，應(yīng)變片的編號由上到下依次為1 8。圖3.25復(fù)合梁示意圖(b)三、實(shí)驗(yàn)步驟要求1、獨(dú)立制訂實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)到梁支點(diǎn)距離 a及各應(yīng)變片到中性層的距離 y 見表3 73、在尚未獲得理論計(jì)算公式之前，還難以估算保證梁在彈性階段工作的最大載荷。所以加載必須慎重，不允許產(chǎn)生塑性變形。4、所得數(shù)據(jù)應(yīng)該是準(zhǔn)確的和可靠的，應(yīng)采取什么辦法來檢驗(yàn)？四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求：1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：目的、裝置、實(shí)驗(yàn)方案和表格化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2

32、、作實(shí)測應(yīng)變、應(yīng)力的分布圖，討論其特征，并得出實(shí)測中性軸位置。3、根據(jù)應(yīng)變、應(yīng)力分布規(guī)律，構(gòu)想兩種梁的力學(xué)模型，導(dǎo)出正應(yīng)力計(jì)算公式。5%),則公式成立。若4、把按公式計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測值比較，如各點(diǎn)皆吻合較好(例如誤差均小于 誤差較大，應(yīng)討論其原因或?qū)竭M(jìn)行修正。附I膠結(jié)復(fù)合梁電測實(shí)驗(yàn)理論計(jì)算公式cEiLh/2I > I iir£f3Lh/2b=20; h=44; a=125; Ei=210GPa； E2=70 GPa根據(jù)變形幾何關(guān)系、物理關(guān)系、靜力學(xué)平衡關(guān)系，建立平衡方程，聯(lián)立方程解得:中性層離上邊緣的距離兩種梁上的正應(yīng)力分布:h(Ei 3E2)4(Ei E2)Ei：二 iiEiliE2l 2其中:iM二廠P " ； Yi各測點(diǎn)離公共中性層的距離；A面積lii2b (2)3A Yi2I2J 切32A2 * Y 22Yi 指Ei的中性層對公共中性層 的距離Y2指E2的中性層對公共中性層的距離預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求飛預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容（預(yù)習(xí)報(bào)告上課時(shí)交，原始數(shù)據(jù)記錄附在 實(shí)驗(yàn)報(bào)告后。）實(shí)驗(yàn)名稱： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)步驟：1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容實(shí)驗(yàn)名稱： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)設(shè)備：要求注明所用設(shè)備的具體名稱、型號、實(shí)驗(yàn)所選量O原始數(shù)據(jù)記錄：見附表表格數(shù)據(jù)處理：將原始數(shù)據(jù)帶入公式，得出計(jì)算結(jié)果。注意單位及 有效數(shù)字的保留。問題討論：實(shí)驗(yàn)時(shí)指導(dǎo)老師布置