XL3418S材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)裝置電測實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書新

1、 XL3418S 多功能材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)電測實(shí)驗(yàn)報告書秦皇島市協(xié)力科技開發(fā)有限公司力學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)則及要求一、 作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作（1）按各次實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)要求，認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)復(fù)習(xí)有關(guān)理論知識，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，掌握?shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的步驟和方法。（2）對實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器、實(shí)驗(yàn)裝置等應(yīng)了解其工作原理，以及操作注意事項(xiàng)。（3）必須清楚地知道本次實(shí)驗(yàn)須記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)目及其數(shù)據(jù)處理的方法。二、 嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度（1）課程規(guī)定的時間準(zhǔn)時進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。保持實(shí)驗(yàn)室整潔、安靜。（2）未經(jīng)許可，不得隨意動用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的機(jī)器、儀器等一切設(shè)備。（3）作實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作機(jī)器、儀器，如發(fā)生故障，應(yīng)及時報告，不得擅自

2、處理。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將所用機(jī)器、儀器擦拭干凈，并恢復(fù)到正常狀態(tài)。三、 認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn) （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(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解。 （2）實(shí)驗(yàn)時，要嚴(yán)肅認(rèn)真、相互配合，仔細(xì)地按實(shí)驗(yàn)步驟、方法逐步進(jìn)行。 （3）實(shí)驗(yàn)過程中，要密切注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄好全部所需數(shù)據(jù)，并交指導(dǎo)老師審閱。四、 實(shí)驗(yàn)報告的一般要求實(shí)驗(yàn)報告是對所完成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成書面形式的綜合資料。通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，要求學(xué)習(xí)者在自己動手完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用自己的語言扼要地敘述實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、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(shí)驗(yàn)結(jié)果、問題討論

3、等內(nèi)容，獨(dú)立地寫出實(shí)驗(yàn)報告，并做到字跡端正、繪圖清晰、表格簡明。目 錄第一章 緒論.1§1-1實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容.1§1-2 試驗(yàn)方法和要求.1第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測試原理.2§2-1組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺.2§2-2 電測法的基本原理.4第三章 材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn).8實(shí)驗(yàn)一 純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律實(shí)驗(yàn).8實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定.11實(shí)驗(yàn)三 材料彈性模量E、泊松比µ 的測定.13實(shí)驗(yàn)四 偏心拉伸實(shí)驗(yàn).17實(shí)驗(yàn)五 薄壁圓筒在彎扭組合變形下主應(yīng)力測定.20實(shí)驗(yàn)六 等強(qiáng)度梁實(shí)驗(yàn).24實(shí)驗(yàn)七 懸臂梁實(shí)驗(yàn).33實(shí)驗(yàn)八 壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn).37增加實(shí)驗(yàn)

4、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)九 組合梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)40實(shí)驗(yàn)十 切變模量G測定實(shí)驗(yàn)44實(shí)驗(yàn)十一 純扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)46第一章 緒 論§1-1實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為材料力學(xué)課程的一個重要組成部分，對于提高學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計能力具有重要意義，電測實(shí)驗(yàn)具體包含以下兩個方面內(nèi)容：1、 驗(yàn)證理論材料力學(xué)常將實(shí)際問題抽象為理想模型，再由科學(xué)假設(shè)推導(dǎo)出一般公式，如純彎曲梁和純扭轉(zhuǎn)圓軸（或筒）等的分析都使用了平面假設(shè)。用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些理論的正確性和適用范圍，有助于加強(qiáng)學(xué)生對理論的理解和認(rèn)識。2、 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析工程上許多實(shí)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(qiáng)度問題，僅依靠理論計算，不易得到滿意的結(jié)果。近幾十年來出現(xiàn)了用

5、實(shí)驗(yàn)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)的基本規(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(jìn)行失效分析的一種重要手段。§1-2實(shí)驗(yàn)方法和要求材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時應(yīng)注意以下幾方面：（一） 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和?shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)的方法、擬訂加載方案，設(shè)計實(shí)驗(yàn)表格以備使用。實(shí)驗(yàn)小組成員，應(yīng)分工明確，分別有記錄、測變形和測力者。（二） 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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

6、力和應(yīng)變量是否調(diào)零；檢查無誤后即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程嚴(yán)格按照學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則來完成。（三） 書寫實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)報告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容1. 實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)者及同組成員2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募把b置3. 使用的儀器設(shè)備4. 實(shí)驗(yàn)原理及方法5. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理6. 計算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測試原理§2-1組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺是方便同學(xué)們自己動手作材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，一個實(shí)驗(yàn)臺可做多種電測實(shí)驗(yàn)，功能全面，操作簡單。一、 構(gòu)造及工作原理1、外形結(jié)構(gòu)XL3418S材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置采用鋼板底座，懸臂式加載機(jī)構(gòu)，可旋轉(zhuǎn)改換位置進(jìn)行材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)。表面經(jīng)過細(xì)致處

7、理并通過噴塑加工使產(chǎn)品外觀和牢固程度大大提高，結(jié)構(gòu)緊固耐用；其外形結(jié)構(gòu)如圖2-1。 12 1 11 210 398 47 5 6圖211.加載臂； 2.加載臂升降手輪； 3.懸臂梁、等強(qiáng)度梁安裝支座； 4.扭轉(zhuǎn)筒鎖緊手柄；5.扭轉(zhuǎn)筒；6.實(shí)驗(yàn)臺立柱；7.純彎曲梁；8.純彎曲梁連接件；9.拉伸、偏心拉伸試件；10.拉壓力傳感器； 11.加載臂鎖緊手柄；12.加載手輪2、加載原理加載機(jī)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(jìn)行施力加載，該設(shè)計采用了兩種省力機(jī)械機(jī)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(yùn)動，具有操作省力，加載穩(wěn)定等特點(diǎn)。3、工作機(jī)理實(shí)

8、驗(yàn)臺采用蝸桿和螺旋復(fù)合加載機(jī)構(gòu)，通過傳感器及過渡加載附件對試件進(jìn)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(jī)接口，所有數(shù)據(jù)可由計算機(jī)分析處理打印。二、 操作步驟1、將所作實(shí)驗(yàn)的試件通過有關(guān)附件連接到實(shí)驗(yàn)臺相應(yīng)位置，連接拉壓力傳感器和加載件到加載機(jī)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及傳感器沒有改變，可不必重新

9、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(jìn)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(jìn)行計算、分析和驗(yàn)證。如已與微機(jī)連接，則全部數(shù)據(jù)可由計算機(jī)進(jìn)行簡單的分析并打印。三、 注意事項(xiàng)1、每次實(shí)驗(yàn)最好先將試件擺放好，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(shí)驗(yàn)。2、各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)不得超過規(guī)定的終載的最大拉壓力。3、加載機(jī)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行完后，應(yīng)釋放加力機(jī)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(jī)構(gòu)每半年或定期加潤滑機(jī)油，避免干磨損，縮短使用

10、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)變應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種實(shí)驗(yàn)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，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)變值或者輸出與此應(yīng)變成正比的電壓（或電流）的信號，由記錄儀進(jìn)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。被測物體電 量欲 測 量物理量力學(xué)量機(jī)械量生物參數(shù)電 壓電 流數(shù)字量 敏 感 元 件 測 量 儀 器 光、電、機(jī)傳感器 數(shù)據(jù)采集與處理圖2-2 電測技術(shù)原理圖電測法的

11、優(yōu)點(diǎn)： 1測量靈敏度和精度高。其最小應(yīng)變?yōu)?（微應(yīng)變，1=10-6）。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±12×104;力或重力的測量范圍10-2105N等。 3頻率響應(yīng)好。可以測量從靜態(tài)到數(shù)105Hz動態(tài)應(yīng)變。4輕便靈活。在現(xiàn)場或野外等惡劣環(huán)境下均可進(jìn)行測試。5能在高、低溫或高壓環(huán)境等特殊條件下進(jìn)行測量。6便于與計算機(jī)聯(lián)結(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，易于實(shí)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

12、應(yīng)變片感受到的電阻變化率R/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23。設(shè)電橋各橋臂電阻分別為R1、R2、R3、R4，其中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半個電橋來看，A、C間的電壓為E，流經(jīng)R1的電流為R1BR2ACR3R4UBDDE R1兩端的電壓降為 同理，R3兩端的電壓降為 圖23 因此可得到電橋輸出電壓為 由上式可知，當(dāng) 或 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)件變形時，其電阻值的變化分別為：R1

13、+R1 、R2+R2、R3+R3 、R4+R4 ，此時電橋的輸出電壓為經(jīng)整理、簡化并略去高階小量，可得當(dāng)四個橋臂電阻值均相等時即:R1R2R3R4R，且它們的靈敏系數(shù)均相同，則將關(guān)系式 R/RK帶入上式，則有電橋輸出電壓為 公式（21）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d直接顯示的。電阻應(yīng)變儀有一個靈敏系數(shù)K0，在測量應(yīng)變時，只需將電阻應(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d =,即應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變d 值不需進(jìn)行修正，否則，需按下式進(jìn)行修正 公式（22）則其輸出電壓為 由此可得電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)?公式（23）式中1 、2、3、4 分別為R1、

14、R2、R3、R4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瑝簯?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(bǔ)償溫度影響。2、 溫度補(bǔ)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(shí)際應(yīng)變，因此在測量中必須

15、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(bǔ)償。在常溫應(yīng)變測量中溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ遣捎脴蚵费a(bǔ)償法。它是利用電橋特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)?。?）補(bǔ)償塊補(bǔ)償法把粘貼在構(gòu)件被測點(diǎn)處的應(yīng)變片稱為工作片，接入電橋的AB橋臂；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(bǔ)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)部固定無感標(biāo)準(zhǔn)電阻，組成等臂電橋。有電橋特性可知，只要將補(bǔ)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(bǔ)償法這種方法不需要補(bǔ)償片和補(bǔ)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

16、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，利用電橋的基本特性，可用各種不同的接線方法以達(dá)到溫度補(bǔ)償；從復(fù)雜的變形中測出所需要的應(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24a)：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(bǔ)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（23）可得到應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)?由于R1 和R2溫度條件完全相同，因此，所以電橋的輸出電壓只與工作片引起的電阻

17、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24b）：電橋的兩個橋臂AB和BC上均接工作應(yīng)變片，CD和DA兩個橋臂接應(yīng)變儀內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電阻。因?yàn)閮晒ぷ鲬?yīng)變片處在相同溫度條件下，所以應(yīng)變儀的讀數(shù)為由橋路的基本特性，自動消除了溫度的影響，無需另接溫度補(bǔ)償片。BB R1 R R1 R2 dUDBdUDB AC AC R3 R4 R3 R4 D D E E(a)半橋單臂測量 (b)半橋雙臂測量 圖24 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(bǔ)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

18、響。應(yīng)變儀的讀數(shù)為全橋測量（圖24d）：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BB R1 R2 R1 R2dUDBdUDB AC A C R3 R4 R3 R4 D DEE(d)相對橋臂測量 (e)全橋測量 圖24 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)d 也不相同。定義測量出的應(yīng)變儀的讀數(shù)d 與待測應(yīng)變之比為橋臂系數(shù)，因此橋臂系數(shù)B為 第三章 材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力大小和分布規(guī)律2、驗(yàn)證純彎曲梁的正應(yīng)力計算公式

19、二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具1、組合實(shí)驗(yàn)臺中純彎曲梁實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)的正應(yīng)力，計算公式為 式中M為彎矩，Iz為橫截面對中性軸的慣性矩；y為所求應(yīng)力點(diǎn)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3-1）。2#3#1#5#4#aaLhb P/2 P/2圖 3-1 應(yīng)變片在梁中的位置實(shí)驗(yàn)可采用半橋單臂、公共補(bǔ)償、多點(diǎn)測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載荷P，測出各點(diǎn)的應(yīng)變增量，然后

20、分別取各點(diǎn)應(yīng)變增量的平均值實(shí)i，依次求出各點(diǎn)的應(yīng)變增量 將實(shí)測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計好本實(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yi。見附表13、擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0 =10Pmax左右），估算Pmax（該實(shí)驗(yàn)載荷范圍Pmax4000N），分46級加載。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。5、按實(shí)驗(yàn)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P0，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

21、載荷，依次記錄各點(diǎn)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值i，直到最終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次。見附表2 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。附表1 （試件相關(guān)參考數(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)Y120寬 度 b = 20 mmY210高 度 h = 40 mmY30跨 度 L = 440 mmY410載荷距離 a = 120 mmY520彈性模量 E = 206 GPa 泊 松 比 = 0.26慣性矩Iz=bh3/12=1.067×10-7m4 附表2 （實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）載荷NP500100015002000

22、25003000P500500500500500 各 測點(diǎn)電阻應(yīng)變儀讀數(shù)µ1PP平均值2PP平均值3PP平均值4PP平均值5PP平均值五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理根據(jù)測得的各點(diǎn)應(yīng)變值i求出應(yīng)變增量平均值，代入胡克定律計算各點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力值，因1µ=10-6，所以各點(diǎn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力計算： 2、理論值計算載荷增量 P= N彎距增量 M=P·a/2= N·m各點(diǎn)理論值計算：3、繪出實(shí)驗(yàn)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(diǎn)的應(yīng)力i實(shí)和i理，以縱坐標(biāo)軸表示各測點(diǎn)距梁中性層位置yi，選用合適的比例繪出應(yīng)力分布圖。4、實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較測 點(diǎn)理論值i理 （MPa）實(shí)際值i

23、實(shí) （MPa）相對誤差12345實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步了解電阻應(yīng)變片相對電阻變化與所受應(yīng)變之間的關(guān)系。2、掌握電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1、等強(qiáng)度梁實(shí)驗(yàn)裝置2、三點(diǎn)撓度計及千分表。3、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀4、卡尺5、砝碼（2N/個）三、實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變片粘貼在試件上受應(yīng)變時，其電阻產(chǎn)生的相對變化與間有下列關(guān)系： 由此可分別測量 及的值求得應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)如圖32所示，采用等強(qiáng)度梁裝置、撓度計和電阻應(yīng)變儀測定電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。三點(diǎn)撓度儀 千分表 應(yīng)變片標(biāo)定梁Pa/2 a/2 圖3-2等強(qiáng)度梁靈敏系數(shù)標(biāo)定安裝圖等強(qiáng)度梁上下表面的軸向應(yīng)變

24、（即所粘貼應(yīng)變片承受的應(yīng)變）可用撓度計上千分表在測量時所得讀數(shù)而由下式計算求得：其中f為千分表讀數(shù)，h為等強(qiáng)度梁厚度，a為撓度計跨度，此公式由材料力學(xué)推得。電阻應(yīng)變片的相對電阻變化由電阻應(yīng)變儀測出指標(biāo)應(yīng)變儀和應(yīng)變儀所設(shè)定的靈敏度系數(shù)值k儀，用下式計算可得： 綜合起來下式可求出應(yīng)變片的靈敏系數(shù)： 四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量等強(qiáng)度梁的有關(guān)尺寸，確定試件有關(guān)參數(shù)。見附表13、擬訂加載方案。估算最大載荷Pmax(該實(shí)驗(yàn)載荷范圍8N)，分4級砝碼加載（每級砝碼2N）。4、實(shí)驗(yàn)采用多點(diǎn)測量中半橋單臂公共補(bǔ)償接線法。將等強(qiáng)度梁上選取的測點(diǎn)應(yīng)變片按序號接到電阻應(yīng)變儀測試通道上，溫

25、度補(bǔ)償片接電阻應(yīng)變儀公共補(bǔ)償端。5、按實(shí)驗(yàn)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、實(shí)驗(yàn)加載。加砝碼前。電阻應(yīng)變儀進(jìn)行平衡，然后逐級加載，每增加一級載荷，依次記錄各點(diǎn)應(yīng)變儀的讀數(shù)，直至終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)三次。見附表27、作完實(shí)驗(yàn)后，卸掉砝碼，關(guān)閉儀器電源，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。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)三點(diǎn)撓度儀的跨度a= 200mm梁的厚度h =3.5 mm電阻應(yīng)變儀靈敏系數(shù)k儀 = 2.00彈性模量E = 206GPa泊松比= 0.26表2 （實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）載荷（N）P2468 P222

26、應(yīng)變儀讀數(shù)R111 平均值R222平均值撓度值ff平均值五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1、取應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變增量的平均值，計算每個應(yīng)變片的靈敏系數(shù)Ki。 （i=1，2）2、計算應(yīng)變片的平均靈敏系數(shù) K （i=1，2）3、 計算應(yīng)變片靈敏系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差S i= 1，2 實(shí)驗(yàn)三 材料彈性模量E和泊松比µ的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定常用金屬材料的彈性模量E和泊松比µ。2、驗(yàn)證胡克（Hooke）定律。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具1、組合實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理和方法試件采用矩形截面試件，電阻應(yīng)變片布片方式如圖33。在試件中央截面上，沿前后兩面的

27、軸線方向分別對稱的貼一對軸向應(yīng)變片R1、R1和一對橫向應(yīng)變片R2、R2，以測量軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變。P P R1 R1 R1 R R R2 R2 R2 b h 補(bǔ)償塊P P 圖 33 拉伸試件及布片圖1、 彈性模量E的測定由于實(shí)驗(yàn)裝置和安裝初始狀態(tài)的不穩(wěn)定性，拉伸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(shí)驗(yàn)宜從一初載荷P0（P00）開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量P作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變增量，并求出的平均值。設(shè)試件初始橫截面面積為A0，又因，則有 上式即為增量法測E的計算公式。式中 A0 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

28、地提高測試靈敏度和實(shí)驗(yàn)效率。下面討論幾種常見的組橋方式。a) 單臂測量（圖34a） B R1 R 工作片 Uab AC 補(bǔ)償片 R3 R4 機(jī)內(nèi)電阻 DE(a)BB R1 R R1 R2 R1 R R1 R2UabUab ACAC R3 R4 R3 R4 D DEE(b) (c)BB R1 R R1 R2UabUab AC A C R R1 R2 R1 D DEE (d) (e) 圖34 幾種不同的組橋方式實(shí)驗(yàn)時，在一定載荷條件下，分別對前、后兩枚軸向應(yīng)變片進(jìn)行單片測量，并取其平均值。顯然代表載荷作用下試件的實(shí)際應(yīng)變量。而且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34

29、b）為消除偏心彎曲引起的影響，可將前后兩軸向應(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(bǔ)償片。受拉時兩枚軸向應(yīng)變片的電阻變化分別為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 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p =d，很顯然這種測量方法沒有提高測量靈敏度。（3）串聯(lián)后的半橋測量（圖34c）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(bǔ)償。根據(jù)橋路原理 其中；，p代表軸向應(yīng)變，為材料的泊松比。由于3、4 為零，故電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)為

30、 有 如果材料的泊松比已知，這種組橋方式使測量靈敏度提高（1）倍。（4）相對橋臂測量（圖34d）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(bǔ)償片接在相對橋臂（BC、DA），偏心彎曲的影響可自動消除。根據(jù)橋路原理 測量靈敏度提高2倍。（5）全橋測量按圖34（e）的方式組橋進(jìn)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）倍，即： 2、 泊松比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(shí)驗(yàn)宜從一初載荷P0（P00）開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量P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

31、便可求得泊松比。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計好本實(shí)驗(yàn)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A0。見附表1(3、 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Pmax（該實(shí)驗(yàn)載荷范圍Pmax5000N），分46級加載。4、 根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。5、按實(shí)驗(yàn)要求接好線（為提高測試精度建議采用圖35d所示相對橋臂測量方法，縱向應(yīng)變d2p，橫向應(yīng)變d2p），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P0，記下各點(diǎn)應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增

32、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。見附表2，相對橋臂測量數(shù)據(jù)表格，其他組橋方式實(shí)驗(yàn)表格可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計。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。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）試件厚度h（mm）寬度b（mm）橫截面面積A0=bh（mm2）截面4.830截面4.830截面4.830平均4.830彈性模量 E = 206 GPa泊松比 = 0.26附表2 （實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）載荷（N）P10002000300040005000P1000100010001000軸向應(yīng)變讀數(shù)

33、ddpd平均值p橫向應(yīng)變讀數(shù)ddd平均值p五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1、彈性模量計算 2、 泊松比計算 實(shí)驗(yàn)四 偏心拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定偏心拉伸時最大正應(yīng)力，驗(yàn)證迭加原理的正確性。2、分別測定偏心拉伸時由拉力和彎矩所產(chǎn)生的應(yīng)力。3、測定偏心距。4、測定彈性模量E。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與工具1、組合實(shí)驗(yàn)臺拉伸部件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(shí)驗(yàn)原理和方法偏心拉伸試件，在外載荷作用下，其軸力N=P，彎矩M=P·e，其中e為偏心距。根據(jù)迭加原理，得橫截面上的應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)，其理論計算公式為拉伸應(yīng)力和彎矩正應(yīng)力的代數(shù)和。即 偏心拉伸試件及應(yīng)變片的布置方法如圖

34、35，R1和R2分別為試件兩側(cè)上的兩個對稱點(diǎn)。則 式中：P軸力引起的拉伸應(yīng)變 M彎矩引起的應(yīng)變根據(jù)橋路原理，采用不同的組橋方式，即可分別測出與軸向力及彎矩有關(guān)的應(yīng)變值。從而進(jìn)一步求得彈性模量E、偏心距e、最大正應(yīng)力和分別由軸力、彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力。可直接采用半橋單臂方式測出R1和R2受力產(chǎn)生的應(yīng)變值1和2，通過上述兩式算出軸力引起的拉伸應(yīng)變P和彎矩引起的應(yīng)變M；也可采用鄰臂橋路接法可直接測出彎矩引起的應(yīng)變M，（采用此接橋方式不需溫度補(bǔ)償片，接線如圖36（a）；采用對臂橋路接法可直接測出軸向力引起的應(yīng)變P，（采用此接橋方式需加溫度補(bǔ)償片，接線如圖36（b）。PPe R R補(bǔ)償塊 R2R1bh P P

35、圖35 偏心拉伸試件及布片圖 BB R1 R2 R1RUabUab ACAC R3 R4 R R2 D DEE （a） （b） 圖36 接線圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)計好本實(shí)驗(yàn)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A0。附表13、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Pmax（該實(shí)驗(yàn)載荷范圍Pmax4000N），分46級加載。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。5、按實(shí)驗(yàn)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P0，記下

36、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，依次記錄應(yīng)變值P和M，直到最終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次。附表2，半橋單臂測量數(shù)據(jù)表格,其他組橋方式實(shí)驗(yàn)表格可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計。5、 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。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）試件厚度h（mm）寬度b（mm）橫截面面積A0=bh（mm2）截面4.830截面4.830截面4.830平均4.830彈性模量 E =206 GPa泊松比 = 0.26 偏心距 e= 10 mm附表2 （實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）載荷（N）P1000200030004000P1000

37、10001000應(yīng) 變 儀 讀 數(shù) 11平均值22平均值五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1、求彈性模量E 2、求偏心距e 3、 應(yīng)力計算理論值 實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)五 薄壁圓筒在彎扭組合變形下主應(yīng)力測定一、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，并與理論值進(jìn)行比較。 2. 測定薄壁圓筒在彎扭組合變形作用下的彎矩和扭矩。3. 進(jìn)一步掌握電測法。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具1. 彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置2. 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)原理和方法1. 測定主應(yīng)力大小和方向薄壁圓筒受彎扭組合作用，使圓筒發(fā)生組合變形，圓筒的m點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)（圖3-7）。在m點(diǎn)單元體上作用有由彎矩引起的正應(yīng)力x,

38、由扭矩引起的剪應(yīng)力n，主應(yīng)力是一對拉應(yīng)力1和一對壓應(yīng)力3,單元體上的正應(yīng)力x和剪應(yīng)力n可按下式計算 式中 M 彎矩，M = P·L Mn 扭矩，Mn = P·a Wz 抗彎截面模量，對空心圓筒： WT 抗扭截面模量，對空心圓筒： 由二向應(yīng)力狀態(tài)分析可得到主應(yīng)力及其方向 1133 L m n A B m m n a P 圖3-7 圓筒m點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài) 本實(shí)驗(yàn)裝置采用的是450直角應(yīng)變花，在m、m點(diǎn)各貼一組應(yīng)變花（如圖3-8所示），應(yīng)變花上三個應(yīng)變片的角分別為-450、00、450，該點(diǎn)主應(yīng)變和主方向 主應(yīng)力和主方向 y45ºc(a)0º b(b)-45

39、6; a(c)xmm圖3-8 測點(diǎn)應(yīng)變花布置圖2. 測定彎矩薄壁圓筒雖為彎扭組合變形，但m和m兩點(diǎn)沿X方向只有因彎曲引起的拉伸和壓縮應(yīng)變，且兩應(yīng)變等值異號。因此將m和m兩點(diǎn)應(yīng)變片b和b，采用不同組橋方式測量，即可得到m、m兩點(diǎn)由彎矩引起的軸向應(yīng)變M，則截面m - m的彎矩實(shí)驗(yàn)值為3. 測定扭矩當(dāng)薄壁圓筒受純扭轉(zhuǎn)時，m和m兩點(diǎn)45°方向和-45°方向的應(yīng)變片都是沿主應(yīng)力方向。且主應(yīng)力1和3數(shù)值相等符號相反。因此，采用不同的組橋方式測量，可得到和兩點(diǎn)由扭矩引起的主應(yīng)變n。因扭轉(zhuǎn)時主應(yīng)力1和剪應(yīng)力相等。則可得到截面的扭矩實(shí)驗(yàn)值為四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 設(shè)計好本實(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，確定試件有關(guān)參數(shù)。見附表13. 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，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。（1）主應(yīng)力大