工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書工程訓(xùn)練中心工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)室2005年10月TOC\o"1-5"\h\z第一部分材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)3\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)一低碳鋼和鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)二低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)10\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)12第二部分應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)\o"CurrentDocument"電測法基礎(chǔ)14\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力測定21\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)五薄壁圓管彎扭組合變形應(yīng)變測定實(shí)驗(yàn)24\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)六材料彈性模量E和泊松比^測定實(shí)驗(yàn)28材料的力學(xué)性能試驗(yàn)材料的力學(xué)性能試驗(yàn)是工程中廣泛應(yīng)用的一種試驗(yàn)，它為機(jī)械制造、土木工程、冶金及其它各種工業(yè)部門提供可靠的材料的力學(xué)性能參數(shù)，便于合理地使用材料，保證機(jī)器（結(jié)構(gòu)）及其零件（構(gòu)件）的安全工作。材料的力學(xué)性能試驗(yàn)必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)一低碳鋼和鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證胡克定律，測定低碳鋼的彈性常數(shù)：彈性模量E。測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力。和抗拉強(qiáng)度氣。測定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長率8和’斷面收縮率w:測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度氣。打印低碳鋼和灰鑄鐵的拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形式。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器CMT5305微機(jī)控制萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)CMT5205微機(jī)控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)游標(biāo)卡尺等三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB6397-86《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》，金屬拉伸試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A形截面試樣、矩形截面試樣、異形截面試樣和不經(jīng)機(jī)加工的全截面形狀試樣四種。其中最常用的是圓形截面試樣和矩形截面試樣。如圖1-1所示，圓形截面試樣和矩形截面試樣均由平行、過渡和夾持三部分組成。平行部分的試驗(yàn)段長度l稱為試樣的標(biāo)距，按試樣的標(biāo)距l(xiāng)與橫截面面積A之間的關(guān)系，分為比例試樣和定標(biāo)距試樣。。圓形截面比例試樣通常取l=10d或l=5d，矩形截面比例試樣通常取l=11.3京或l=5.65京，其中，前者稱為長比例試樣（簡稱長試樣），后者稱為短比例試樣（簡稱短試樣）。定標(biāo)距試樣的l與A之間無上述比例關(guān)系。過渡部分以圓弧與平行部分光滑地連接，以保證試樣斷裂時(shí)的斷口在平行部分。夾持部分稍大，其形狀和尺寸根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗(yàn)?zāi)康囊约叭f能試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB6397—860(a)（b）圖1-1拉伸試樣（a）圓形截面試樣；（b）矩形截面試樣四、實(shí)驗(yàn)原理測定低碳鋼的彈性常數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)上，再在試樣的中部裝上引伸儀，用于測量試樣中部匕長度（引伸儀兩刀刃間的距離）內(nèi)的微小變形。為了驗(yàn)證載荷與變形之間成正比的關(guān)系，彈性模量E可按下式算出E=AF-10A?Al0式中：竺為載荷增量；A為試樣的橫截面面積；I。為引伸儀的標(biāo)距（即引伸儀兩刀刃間的距離）；瓦為在載荷壇量AF下由引伸儀測出的試樣變形增量值。測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)彈性模量測定完后，取下引伸儀，繼續(xù)安程序加載直至試樣拉斷，以測出低碳鋼在拉伸時(shí)的力學(xué)性能。（1）強(qiáng)度性能指標(biāo)屈服應(yīng)力（屈服點(diǎn)）a——試樣在拉伸過程中載荷不增加而試樣仍能繼續(xù)產(chǎn)生變形時(shí)的載荷（即屈服載荷）F除以原始橫截面面積A所得的應(yīng)力值，即SF。=A抗拉強(qiáng)度ab——試樣在拉斷前所承受的最大載荷「除以原始橫截面面積A所得的應(yīng)力值，即a=FbbA低碳鋼是具有明顯屈服現(xiàn)象的塑性材料，在均勻緩慢的加載過程中，當(dāng)萬能試驗(yàn)機(jī)測力盤上的主動(dòng)指針發(fā)生回轉(zhuǎn)時(shí)所指示的最小載荷（下屈服載荷）即為屈服載荷。試樣超過屈服載荷后，再繼續(xù)緩慢加載直至試樣被拉斷，萬能試驗(yàn)機(jī)的從動(dòng)指針?biāo)甘镜淖畲筝d荷即為極限載荷。當(dāng)載荷達(dá)到最大載荷后，主動(dòng)指針將緩慢退回，此時(shí)可以看到，在試樣的某一部位局部變形加快，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，隨后試樣很快被拉斷。（2）塑性性能指標(biāo)伸長率5——拉斷后的試樣標(biāo)距部分所增加的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，即~l-15=一x100%l式中：l為試樣的原始標(biāo)距；〈為將拉斷的試樣對(duì)接起來后兩標(biāo)點(diǎn)之間的距離。試樣的塑性變形集中產(chǎn)生在頸縮處，并向兩邊逐漸減小。因此，斷口的位置不同，標(biāo)距l(xiāng)部分的塑性伸長也不同。若斷口在試樣的中部，發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段全部在標(biāo)距長度內(nèi)，標(biāo)距長度就有較大的塑性伸長量；若斷口距標(biāo)距端很近，則發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi)，另一部分在標(biāo)距長度外，在這種情況下，標(biāo)距長度的塑性伸長量就小。因此，斷口的位置對(duì)所測得的伸長率有影響。為了避免這種影響，國家標(biāo)準(zhǔn)GB228—87對(duì)I】的測定作了如下規(guī)定。試驗(yàn)前，將試樣的標(biāo)距分成十等分。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離大于l/3，則可直接測量標(biāo)距兩端點(diǎn)之間的距離作為/。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離小于或等于l/3，則應(yīng)采用移1位法（亦稱為補(bǔ)償法或斷口移中法）測定：在長段上從斷口0點(diǎn)起，取長度基本上等于短段格數(shù)的一段，得到B點(diǎn)，再由B點(diǎn)起，取等于長段剩余格數(shù)（偶數(shù)）的一半得到C點(diǎn)（見圖1-2（a））；或取剩余格數(shù)（奇數(shù)）減1與加1的一半分別得到C點(diǎn)與q點(diǎn)（見圖1-2（b））。移位后的l分別為：l=A0+0B+2~BC或l=A0+0B+BC+BC。測量時(shí)，兩段在斷口處應(yīng)緊密對(duì)接，盡量使兩段的軸線在一條直線上。若在斷口處形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入〈內(nèi)。如果斷口在標(biāo)距以外，或者雖在標(biāo)距之內(nèi)，但距標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于2d，則試驗(yàn)無效。（b）圖1-2測％的移位法斷面收縮率V——拉斷后的試樣在斷裂處的最小橫截面面積的縮減量與原始橫截面面積的百分比，即V=A—A1X100%A式中：A為試樣的原始橫截面面積；A1為拉斷后的試樣在斷口處的最小橫截面面積。測定灰鑄鐵拉伸時(shí)強(qiáng)度性能指標(biāo)灰鑄鐵在拉伸過程中，當(dāng)變形很小時(shí)就會(huì)斷裂，萬能試驗(yàn)機(jī)的控制軟件所指示的最大載荷「除以原始橫截面面積A所得的應(yīng)力值即為抗拉強(qiáng)度氣，即bFbb=—b-

bA五、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)置你做的每一個(gè)試驗(yàn)必須先生成試驗(yàn)方案，當(dāng)你設(shè)置好試驗(yàn)方案后，試驗(yàn)員可以根據(jù)你設(shè)置的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)將按您設(shè)置的速度、步驟等進(jìn)行試驗(yàn)，軟件將按您設(shè)定的方案進(jìn)行結(jié)果計(jì)算。以下舉例說明試驗(yàn)方案的使用：如我想做一個(gè)金屬拉伸試驗(yàn)，試樣是棒材，我希望彈性段用3mm/min的速度，屈服段用4mm/min的速度，屈服后用20的速度直到試樣斷裂。我想求彈性模量、抗拉強(qiáng)度和上下屈服強(qiáng)度。我該怎樣設(shè)置呢？1、【選項(xiàng)卡】選擇試驗(yàn)方案，在【試驗(yàn)方案名】欄中填上“金屬拉伸試驗(yàn)_引伸計(jì)_棒材”，為這個(gè)試驗(yàn)起了個(gè)名字；（如您想修改已保存的試驗(yàn)方案，可在【試驗(yàn)方案名】欄的下拉菜單中選擇欲修改的試驗(yàn)方案名，原試驗(yàn)方案的參數(shù)被程序自動(dòng)調(diào)出，做相應(yīng)修改即可。）注意：試驗(yàn)方案名是一個(gè)試驗(yàn)方案的唯一標(biāo)識(shí)，請(qǐng)您取名時(shí)注意根據(jù)不同試驗(yàn)的不同要求來命名，如金屬拉伸試驗(yàn)，您用引伸計(jì)做，試樣是棒材，您可以命名試驗(yàn)方案為“金屬拉伸_引伸計(jì)_棒材”，從而以示與用位移做及其它試樣形狀的區(qū)別。注意：試驗(yàn)方案命名請(qǐng)遵循微軟Windows文件命名規(guī)范。建議使用全角方式的字符，半角方式的特殊字符最好不要使用。2、在【試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)】下拉菜單中選擇已有的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，我選擇“GB/T228-2002”，選好后，程序自動(dòng)在【試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)名稱】中調(diào)出了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的名稱“金屬室溫拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)？3、【試驗(yàn)方向】選擇拉向；4、我要求彈性模量，所以在【變形傳感器選擇】時(shí)，我選擇了用引伸計(jì)，這種材料屈服段結(jié)束時(shí)的變形大概2mm，于是我在【引伸計(jì)切換點(diǎn)】中填上了2mm；（【變形傳感器選擇】有三種選擇：引伸計(jì)、位移、大變形，當(dāng)需要準(zhǔn)確的求取試樣標(biāo)距內(nèi)的變形，并需要測量的試樣變形不超過5mm的話，我們選擇用引伸計(jì)，如金屬拉伸試驗(yàn)；當(dāng)試樣變形大于20mm，并需要測量斷裂伸長率時(shí)，我們選用大變形，如橡膠拉伸試驗(yàn)；當(dāng)對(duì)試樣變形要求不嚴(yán)的情況下，或者是壓向的試驗(yàn)，我們選擇位移，即橫梁移動(dòng)距離。當(dāng)然變形傳感器的選擇跟您機(jī)器的配置有關(guān)，如您沒配引伸計(jì)或大變形，就只能用位移做試驗(yàn)了。【引伸計(jì)切換點(diǎn)】只有在選擇了引伸計(jì)做變形傳感器時(shí)才有效，選其它變形傳感器【引伸計(jì)切換點(diǎn)】為灰，不可選。設(shè)置引伸計(jì)切換點(diǎn)是因?yàn)槿绻煊?jì)在試樣斷裂時(shí)不取下來，試樣斷裂時(shí)的瞬時(shí)能量釋放會(huì)對(duì)引伸計(jì)造成很大的損害，所以必須在屈服段結(jié)束后把引伸計(jì)取下來，當(dāng)引伸計(jì)取下后，試驗(yàn)采取的是位移值。）5、【試樣形狀】當(dāng)然選擇棒材；（這里有六種形狀供選擇：①棒材，試驗(yàn)尺寸輸入試樣直徑；②板材，試樣尺寸輸入試樣寬度和試樣厚度；③管材，試樣尺寸輸入試樣外徑和試樣壁厚；④線材，抗拉強(qiáng)度的結(jié)果計(jì)算跟原始橫截面積無關(guān)，需輸入線密度；⑤異型，試樣尺寸直接輸入原始橫截面積；⑥忽略，所有結(jié)果值與試驗(yàn)原始橫截面積無關(guān)）6、【試驗(yàn)入口力】填10N；（試驗(yàn)入口力用于去除試樣拉緊或壓緊前的曲線，一般設(shè)置為當(dāng)前力傳感器滿量程的5/10000）7、【去除點(diǎn)數(shù)】填4；（試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，由于機(jī)器采樣速度很快，把一些試樣斷裂時(shí)的無用的數(shù)據(jù)也采到了，故在此去除一定點(diǎn)數(shù)，以免影響斷裂力的求取。一般4個(gè)點(diǎn)就可以了。）8、【試驗(yàn)結(jié)束方式】我選擇了定力衰減率，數(shù)值填了40,為了安全起見，我又選擇了定力，數(shù)值填了80kN。（【試驗(yàn)結(jié)束方式】有四種方式可以隨意組合：一定力，即試驗(yàn)力達(dá)到多少值時(shí)停止試驗(yàn)；二定變形，即試驗(yàn)變形達(dá)到多少值時(shí)停止試驗(yàn);三定位移，即試驗(yàn)位移達(dá)到多少值時(shí)停止試驗(yàn)；四定力衰減率，即試樣斷裂停止試驗(yàn)，因?yàn)樵囼?yàn)機(jī)不能像人一樣看得到試樣斷裂，試驗(yàn)機(jī)是通過判斷試驗(yàn)力的衰減速度來判斷試樣斷裂的，我們定力衰減率的概念就是試樣每秒鐘衰減最大力的百分之多少。剝離、撕裂兩種試驗(yàn)最好不要定力衰減率停機(jī)，因?yàn)閯冸x撕裂兩種試驗(yàn)在試驗(yàn)過程中，力的波動(dòng)比較大，設(shè)力衰減率停機(jī)不適合，應(yīng)采取定一個(gè)試驗(yàn)達(dá)不到的位移結(jié)束試驗(yàn)，當(dāng)剝離撕裂完成后，手動(dòng)停止試驗(yàn)。四種結(jié)束條件可只選一個(gè)，也可同時(shí)選多個(gè)。）9、【返車】不選；（返車就是試驗(yàn)結(jié)束后橫梁按您設(shè)置的返車速度自動(dòng)返回到試驗(yàn)前最后一次位移清零點(diǎn)。★做硬試樣的拉伸試驗(yàn)，嚴(yán)禁設(shè)置返車，如設(shè)置了將對(duì)設(shè)備造成損害。一般是橡膠拉伸等軟試樣的拉伸試驗(yàn)或壓向的試驗(yàn)可設(shè)置返車。）10、單擊【選項(xiàng)卡】控制方式選卡，選擇試驗(yàn)控制的方式，試驗(yàn)方式有三種方式，1、位移控制；2、程序控制；3、快捷金屬拉伸。如選擇位移控制，程序?qū)茨O(shè)定的位移速度拉伸試樣。程序控制：將試驗(yàn)分為n段，設(shè)置個(gè)性化的試驗(yàn)方案。快捷金屬拉伸：選擇此控制方式，程序?qū)⑼耆凑铡禛B/T228-2002金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，您只需設(shè)置三段控制的速度即可。下面舉例將按程序控制方式進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)置。11、點(diǎn)擊【控制方式】區(qū)的程序控制單選按鈕；12、單擊【添加】按鈕，添加一試驗(yàn)步驟；13、【始控制方式】選擇位移控制（如試驗(yàn)機(jī)沒有配備三閉環(huán)控制系統(tǒng)，則只能選擇位移控制）；【速度】欄填上3mm/min；【終控制方式】選擇力控制（終控制方式有很多種，如力控制、引伸計(jì)控制、應(yīng)力控制；它的意思是這一試驗(yàn)步驟到哪種值結(jié)束，是到多少力還是到多少變形，下一個(gè)試驗(yàn)步驟開始）；【終點(diǎn)值】填寫40kN，因?yàn)槲翌A(yù)計(jì)我這種材料將在40kN時(shí)屈服；（【終點(diǎn)值】的單位是【終控制方式】決定的，【終控制方式】是力，【終點(diǎn)值】的單位就是力值單位，【終控制方式】是位移，【終點(diǎn)值】的單位就是長度單位。）14、單擊【更新】按鈕，保存這一步驟。您可以看到【步驟列表】中已自動(dòng)添加上了這一步驟；15、單擊【添加】按鈕，添加第二步驟；16、【始控制方式】選擇位移控制，【速度】欄填上4mm/min；【終控制方式】選擇變形控制；【終點(diǎn)值】填寫2mm；17、單擊【更新】按鈕，保存這一步驟。18、單擊【添加】按鈕，添加第三步驟；19、【始控制方式】選擇位移控制，【速度】欄填上20mm/min；【終控制方式】選擇位移控制；【終點(diǎn)值】填寫200mm；（設(shè)置一個(gè)不可能達(dá)到的值，意思是這一步直到試驗(yàn)結(jié)束）20、三步試驗(yàn)步驟設(shè)置好了。在這里您可以根據(jù)您的需要把您的試驗(yàn)分解成任意多個(gè)步驟。（如發(fā)現(xiàn)哪一步設(shè)置有誤，在【步驟列表】中點(diǎn)中需修改的步驟，單擊【編輯】按鈕，進(jìn)行相應(yīng)的修改，單擊【更新】按鈕，保存修改結(jié)果。如發(fā)現(xiàn)某個(gè)步驟多余了，在【步驟列表】中點(diǎn)中需刪除的步驟，單擊【刪除】按鈕即可）21、單擊【選項(xiàng)卡】用戶參數(shù)選卡，設(shè)置用戶參數(shù)；（用戶參數(shù)項(xiàng)是在試驗(yàn)前必須輸入的試樣相關(guān)參數(shù)）22、單擊【添加】按鈕，添加一個(gè)新用戶參數(shù)；23、在【參數(shù)名稱】下拉菜單中選擇試樣直徑，選擇【單位】為nm，選擇【允許默認(rèn)】為是，在【默認(rèn)值】中填入直徑默認(rèn)值10。24、單擊【確定】按鈕，保存這個(gè)用戶參數(shù)。程序自動(dòng)將此參數(shù)添加到【用戶參數(shù)列表】中。25、單擊【添加】按鈕，添加一個(gè)新用戶參數(shù)；26、在【參數(shù)名稱】中輸入委托單位，選擇【單位】為無，選擇【允許默認(rèn)】為否。27、單擊【確定】按鈕，保存這個(gè)用戶參數(shù)。28、如發(fā)現(xiàn)某個(gè)用戶參數(shù)沒設(shè)置好，可以在【用戶參數(shù)列表】中選中您想修改的用戶參數(shù)項(xiàng)，單擊【修改】按鈕，即可做相應(yīng)的修改。如發(fā)現(xiàn)某個(gè)參數(shù)多設(shè)了，可以在【用戶參數(shù)列表】中選中您想刪除的用戶參數(shù)項(xiàng)，單擊【刪除】按鈕，即可刪除相應(yīng)的用戶參數(shù)項(xiàng)。在【用戶參數(shù)列表】中選中您想移動(dòng)位置的用戶參數(shù)項(xiàng)，單擊【上移】或【下移】按鈕，可以調(diào)整用戶參數(shù)在試驗(yàn)前用戶參數(shù)輸入窗口的位置。29、單擊【選項(xiàng)卡】結(jié)果參數(shù)選卡，設(shè)置結(jié)果參數(shù)；（結(jié)果參數(shù)項(xiàng)是在試驗(yàn)結(jié)束后程序自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果參數(shù)）30、單擊【添加】按鈕，添加一個(gè)新結(jié)果參數(shù)；31、在【參數(shù)名】下拉菜單中選擇彈性模量;（【參數(shù)名】下拉菜單中可選擇的項(xiàng)是在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展公式中添加的）選擇【判斷是否合格】為否，選擇【單位】為MPa；32、單擊【確定】按鈕，保存這個(gè)結(jié)果參數(shù)。程序自動(dòng)將此參數(shù)添加到【結(jié)果參數(shù)列表】中。33、單擊【添加】按鈕，添加一個(gè)新結(jié)果參數(shù)；34、在【參數(shù)名】下拉菜單中選擇抗拉強(qiáng)度，選擇【判斷是否合格】為是，選擇【單位】為MPa，【上限值】輸入800，【上限值】輸入600；（當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后，程序?qū)⒏鶕?jù)設(shè)置的上下限值判斷改結(jié)果是否合格，如結(jié)果值不在此范圍內(nèi)，程序?qū)⒂眉t色將此結(jié)果與其它結(jié)果區(qū)分）35、單擊【確定】按鈕，保存這個(gè)結(jié)果參數(shù)。36、單擊【添加】按鈕，添加一個(gè)新結(jié)果參數(shù)；37、在【參數(shù)名】下拉菜單中選擇上屈服強(qiáng)度；選擇【判斷是否合格】為否，選擇【單位】為MPa；38、單擊【確定】按鈕，保存這個(gè)結(jié)果參數(shù)。39、單擊【添加】按鈕，添加一個(gè)新結(jié)果參數(shù)；40、在【參數(shù)名】下拉菜單中選擇下屈服強(qiáng)度；選擇【判斷是否合格】為否，選擇【單位】為MPa；41、單擊【確定】按鈕，保存這個(gè)結(jié)果參數(shù)。42、如發(fā)現(xiàn)某個(gè)結(jié)果參數(shù)沒設(shè)置好，可以在【結(jié)果參數(shù)列表】中選中您想修改的結(jié)果參數(shù)項(xiàng)，單擊【修改】按鈕，即可做相應(yīng)的修改。如發(fā)現(xiàn)某個(gè)參數(shù)多設(shè)了，可以在【結(jié)果參數(shù)列表】中選中您想刪除的結(jié)果參數(shù)項(xiàng)，單擊【刪除】按鈕，即可刪除相應(yīng)的結(jié)果參數(shù)項(xiàng)。在【結(jié)果參數(shù)列表】中選中您想移動(dòng)位置的結(jié)果參數(shù)項(xiàng)，單擊【上移】或【下移】按鈕，可以調(diào)整用戶參數(shù)在試驗(yàn)后試驗(yàn)窗口的結(jié)果欄內(nèi)的位置順序。43、單擊【保存】按鈕，保存試驗(yàn)方案。44、單擊【保存并退出】按鈕，保存試驗(yàn)方案并退出。六、實(shí)驗(yàn)步驟例一：金屬拉伸試驗(yàn)（引伸計(jì)）1、按軟件啟動(dòng)方式進(jìn)入軟件。2、在輸入用戶參數(shù)窗口選擇欲做試驗(yàn)方案。3、選擇存盤文件名。4、測量試樣尺寸。5、輸入試樣尺寸、試樣標(biāo)距及相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，可以一次輸一根試樣的尺寸，也可以一次輸入所有試樣尺寸。6、把試驗(yàn)夾持到近力傳感器端的夾具上，遠(yuǎn)端不夾。7、試驗(yàn)力清零。8、通過小鍵盤調(diào)節(jié)橫梁位置，把遠(yuǎn)力傳感器端也夾好。9、點(diǎn)擊主機(jī)小鍵盤上的試樣保護(hù)鍵，消除夾持力。10、裝夾引伸計(jì)，引伸計(jì)裝夾角度最好與試驗(yàn)機(jī)身平面成45度角。11、位移清零。12、引伸計(jì)清零。13、運(yùn)行試驗(yàn)。軟件自動(dòng)切換到試驗(yàn)界面。14、觀察試驗(yàn)過程。15、當(dāng)變形達(dá)到試驗(yàn)方案設(shè)置的引伸計(jì)切換點(diǎn)時(shí)，程序有提示窗口，試驗(yàn)進(jìn)入力保持狀態(tài)，卸引伸計(jì)，然后關(guān)掉提示窗口，試驗(yàn)繼續(xù)運(yùn)行。您可以通過觀察曲線，在設(shè)定的引伸計(jì)切換點(diǎn)到前，手動(dòng)切換引伸計(jì)。手動(dòng)切換引伸計(jì)后，設(shè)定的切換點(diǎn)不再作用。16、試驗(yàn)結(jié)束，在圖十二中的試驗(yàn)結(jié)果欄中，程序?qū)⒆詣?dòng)計(jì)算出的結(jié)果顯示在其中。如您想清楚點(diǎn)觀看結(jié)果，可雙擊試驗(yàn)結(jié)果區(qū)，試驗(yàn)結(jié)果區(qū)將放大到半屏，方便您觀看結(jié)果數(shù)據(jù)，再次雙擊，試驗(yàn)結(jié)果區(qū)大小復(fù)原。如您想分析曲線，雙擊曲線區(qū)，曲線區(qū)將放大到半屏，方便您分析曲線，再次雙擊，曲線區(qū)大小復(fù)原。曲線分析方法見下章。17、如還有試樣，如已輸入試樣尺寸，請(qǐng)重復(fù)6—17步，如還未輸入試樣尺寸，請(qǐng)重復(fù)5-17步。18、輸入斷后標(biāo)距，斷后面積（或斷后直徑、斷后au、bu等）。19、打印試驗(yàn)報(bào)告。20、做完試驗(yàn)，關(guān)閉軟件。例二：金屬拉伸試驗(yàn)（位移）1、按軟件啟動(dòng)方式進(jìn)入軟件。2、在輸入用戶參數(shù)窗口選擇欲做試驗(yàn)方案。3、選擇存盤文件名。4、測量試樣尺寸。5、輸入試樣尺寸及相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，可以一次輸一根試樣的尺寸，也可以一次輸入所有試樣尺寸。6、把試驗(yàn)夾持到近力傳感器端的夾具上，遠(yuǎn)端不夾。7、試驗(yàn)力清零。8、通過小鍵盤調(diào)節(jié)橫梁位置，把遠(yuǎn)力傳感器端也夾好。9、點(diǎn)擊主機(jī)小鍵盤上的試樣保護(hù)鍵，消除夾持力。（試樣保護(hù)鍵位置及具體功能見《設(shè)備使用手冊》）10、位移清零。11、運(yùn)行試驗(yàn)。軟件自動(dòng)切換到試驗(yàn)界面。12、觀察試驗(yàn)過程。13、試驗(yàn)結(jié)束，在試驗(yàn)結(jié)果欄中，程序?qū)⒆詣?dòng)計(jì)算出的結(jié)果顯示在其中。如您想清楚點(diǎn)觀看結(jié)果，可雙擊試驗(yàn)結(jié)果區(qū)，試驗(yàn)結(jié)果區(qū)將放大到半屏，方便您觀看結(jié)果數(shù)據(jù)，再次雙擊，試驗(yàn)結(jié)果區(qū)大小復(fù)原。如您想分析曲線，雙擊曲線區(qū)，曲線區(qū)將放大到半屏，方便您分析曲線，再次雙擊，曲線區(qū)大小復(fù)原。曲線分析方法見下章。14、如還有試樣，如已輸入試樣尺寸，請(qǐng)重復(fù)6—14步，如還未輸入試樣尺寸，請(qǐng)重復(fù)5—14步。15、打印試驗(yàn)報(bào)告。16、做完試驗(yàn)，關(guān)閉軟件。七、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的各項(xiàng)操作規(guī)程，嚴(yán)禁開“快速”檔加載。開動(dòng)萬能試驗(yàn)機(jī)后，操作者不得離開工作崗位，實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生故障應(yīng)立即停機(jī)。引伸儀系精密儀器，使用時(shí)須謹(jǐn)慎小心，不要用手觸動(dòng)指針和杠桿。安裝時(shí)不能卡得太松，以防實(shí)驗(yàn)中脫落摔壞；也不能卡得太緊，以防刀刃損傷造成測量誤差。加載時(shí)速度要均勻緩慢，防止沖擊。八、思考題低碳鋼和灰鑄鐵在常溫靜載拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形式有何異同？測定材料的力學(xué)性能有何實(shí)用價(jià)值？你認(rèn)為產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果誤差的因素有哪些？應(yīng)如何避免或減小其影響？實(shí)驗(yàn)二低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）比較低碳鋼和鑄鐵壓縮變形和破壞現(xiàn)象。（2）測定低碳鋼的屈服極限O和鑄鐵的強(qiáng)度極限Ob。（3）比較鑄鐵在拉伸和壓縮兩種中受力形式下的機(jī)械性能、分析其破壞原因。（4）熟悉壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備（1）CMT5305微機(jī)控制萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)（2）CMT5205微機(jī)控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)（3）游標(biāo)卡尺等三、試件介紹根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形試件。低碳鋼壓縮試件的高度和直徑的比例為3：2，鑄鐵壓縮試件的高度和直徑的比例為2：1。試件均為圓柱體。四、實(shí)驗(yàn)原理及方法壓縮實(shí)驗(yàn)是研究材料性能常用的實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)鑄鐵、鑄造合金、建筑材料等脆性材料尤為合適。通過壓縮實(shí)驗(yàn)觀察材料的變形過程、破壞形式，并與拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，可以分析不同應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料強(qiáng)度、塑性的影響，從而對(duì)材料的機(jī)械性能有比較全面的認(rèn)識(shí)。壓縮試驗(yàn)在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。當(dāng)試件受壓時(shí)，其上下兩端面與試驗(yàn)機(jī)支撐之間產(chǎn)生很大的摩擦力，使試件兩端的橫向變形受到阻礙，故壓縮后試件呈鼓形。摩擦力的存在會(huì)影響試件的抗壓能力甚至破壞形式。為了盡量減少摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)試件兩端必須保證平行，并與軸線垂直，使試件受軸向壓力。另外。端面加工應(yīng)有較高的光潔度。低碳鋼壓縮時(shí)也會(huì)發(fā)生屈服，但并不象拉伸那樣有明顯的屈服階段。因此，在測定Ps時(shí)要特別注意觀察。在緩慢均勻加載下，測力指針等速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)材料發(fā)生屈服時(shí)，測力指針轉(zhuǎn)動(dòng)將減慢，甚至倒退。這時(shí)對(duì)應(yīng)的載荷即為屈服載荷Ps。屈服之后加載到試件產(chǎn)生明顯變形即停止加載。這是因?yàn)榈吞间撌軌簳r(shí)變形較大而不破裂，因此愈壓愈扁。橫截面增大時(shí)，其實(shí)際應(yīng)力不隨外載荷增加而增加，故不可能得到最大載荷P&因此也得不到強(qiáng)度極限b，所以在實(shí)驗(yàn)中是以變形來控制加載的。鑄鐵試件壓縮時(shí)，在達(dá)到最大載荷Pb前出現(xiàn)較明顯的變形然后破裂，此時(shí)在萬能試驗(yàn)機(jī)的控制軟件上，力值顯示為0，峰值顯示即為最大載荷Pb值，鑄鐵試件最后略呈故形，斷裂面與試件軸線大約呈450。五、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)置實(shí)驗(yàn)方案的編輯與實(shí)驗(yàn)一同。在編輯用戶參數(shù)時(shí)，作如下設(shè)置：（1）計(jì)算低碳鋼的屈服極限。SPb=f（2.1）sA0（2）計(jì)算鑄鐵的強(qiáng)度極限bbPTOC\o"1-5"\h\zb=?（2.2）bA0,1,其中A=/兀d2，d為試件實(shí)驗(yàn)前最小直徑。0400六、實(shí)驗(yàn)步驟1、按軟件啟動(dòng)方式進(jìn)入軟件。2、在輸入用戶參數(shù)窗口選擇欲做試驗(yàn)方案。3、選擇存盤方式。4、測量試樣尺寸。5、輸入試樣尺寸及相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，可以一次輸一根試樣的尺寸，也可以一次輸入所有試樣尺寸。6、試驗(yàn)力清零。7、把試樣放在壓盤中間，通過小鍵盤調(diào)節(jié)橫梁位置，通過肉眼觀察，到上壓盤離試樣上平面還有一定縫隙時(shí)停止?！镒⒁猓赫?qǐng)盡量將試樣放在壓盤的中心，如放偏的話對(duì)試驗(yàn)結(jié)果甚至是試驗(yàn)機(jī)都有影響?！镒⒁猓赫?qǐng)小心調(diào)節(jié)橫梁，當(dāng)橫梁接近時(shí)請(qǐng)用小鍵盤慢上慢下鍵調(diào)節(jié)，以免速度過快，不小心頂壞力傳感器。特別小心手不要放在壓盤中間，以免造成事故。8、位移清零。9、運(yùn)行試驗(yàn)。軟件自動(dòng)切換到試驗(yàn)界面。10、觀察試驗(yàn)過程。11、試驗(yàn)結(jié)束，在試驗(yàn)結(jié)果欄中，程序?qū)⒆詣?dòng)計(jì)算出的結(jié)果顯示在其中。如您想清楚點(diǎn)觀看結(jié)果，可雙擊試驗(yàn)結(jié)果區(qū)，試驗(yàn)結(jié)果區(qū)將放大到半屏，方便您觀看結(jié)果數(shù)據(jù)，再次雙擊，試驗(yàn)結(jié)果區(qū)大小復(fù)原。如您想分析曲線，雙擊曲線區(qū)，曲線區(qū)將放大到半屏，方便您分析曲線，再次雙擊，曲線區(qū)大小復(fù)原。曲線分析方法見下章。12、如還有試樣，如已輸入試樣尺寸，請(qǐng)重復(fù)6—12步，如還未輸入試樣尺寸，請(qǐng)重復(fù)5-12步。13、打印試驗(yàn)報(bào)告。

14、做完試驗(yàn)，關(guān)閉軟件。七、思考題（1）為何低碳鋼壓縮測不出破壞載荷，而鑄鐵壓縮測不出屈服載荷？（2）根據(jù)鑄鐵試件的壓縮破壞形式分析其破壞原因，并與拉伸作比較？（3）通過拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)，比較低碳鋼的屈服極限在拉伸和壓縮時(shí)的差別?（4）通過拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)，比較鑄鐵的強(qiáng)度極限在拉伸和壓縮時(shí)的差別？實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察和比較低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的受扭過程及其破壞現(xiàn)象，并測定低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服極限Ts、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限Tb鑄鐵的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限Tb。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.NJ-100B扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)游標(biāo)卡尺三、實(shí)驗(yàn)概述扭轉(zhuǎn)試件為圓截面，兩端部銑成六方形以便夾持。當(dāng)把扭轉(zhuǎn)試件裝在扭力機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，機(jī)器能自動(dòng)繪出扭曲圖如圖7所示。低碳鋼在開始的扭轉(zhuǎn)階段，T和u成線性關(guān)系，其橫截面上的剪應(yīng)力按線性分布。扭轉(zhuǎn)圖直線部分A端所對(duì)應(yīng)的扭矩為Tp，這時(shí)橫截面上扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力等于比例極限Tb。扭矩超過T后，試件橫截面上的剪應(yīng)力分布發(fā)生變化，在靠近邊緣處，材料由于屈服p而形成塑性區(qū)，同時(shí)扭轉(zhuǎn)圖變成曲線，此后隨著變形的增加，試件的塑性區(qū)也不斷向內(nèi)擴(kuò)展，扭轉(zhuǎn)圖到達(dá)B點(diǎn)時(shí)趨于平坦此時(shí)塑性區(qū)占據(jù)了幾乎全部截面。根據(jù)B點(diǎn)的扭矩Ts，可以近似地算出扭轉(zhuǎn)屈服極限扭轉(zhuǎn)圖到達(dá)B點(diǎn)時(shí)趨于平坦s（1）式中S圖（1）式中S圖3-1扭轉(zhuǎn)圖兀d3方，d為圓截面直徑。而后，試件繼續(xù)變形，材料進(jìn)一步強(qiáng)化，扭轉(zhuǎn)曲線緩慢上升，直至c點(diǎn)時(shí)試件沿橫截面被扭斷。根據(jù)c點(diǎn)的扭矩可以近似地算出扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限T:b3T4xWr⑵t鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線近似一根直線，如圖7（b），所以可以按線彈性應(yīng)力公式算出扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限T。T=W（3）bbWt試件受扭，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，橫截面和縱截面受剪應(yīng)力作用，在與桿軸線成±45。角的面上，分別受到主應(yīng)力。1=T，o3=-t的作用，低碳鋼的抗剪能力比抗拉能力弱，故從橫截面剪斷；而鑄鐵的抗拉能力較抗剪能力弱，故沿與軸線成45°方向被拉斷，斷口呈螺旋面。（圖8）四、實(shí)驗(yàn)步驟測量試件直徑，其方法與拉伸實(shí)驗(yàn)中類似。在試件表面沿軸線方向劃一條母線，以便觀察試件表面的變形情況。選擇測力盤并相應(yīng)調(diào)整度盤，調(diào)整機(jī)器的零點(diǎn)與機(jī)器的轉(zhuǎn)速。安裝試樣，調(diào)整自動(dòng)繪圖裝置。開動(dòng)馬達(dá)，加載，注意觀察試樣的變形情況，并記下Ts和孔。低碳鋼試樣加載到Ts以后可改為快速。試樣扭斷后，立即關(guān)閉馬達(dá)，取下斷裂的試樣（試件），繪制斷口破壞草圖2。五、思考題:1、計(jì)算低碳鋼的TS、Tb公式中為什么有3/4的系數(shù)？而計(jì)算鑄鐵Tb則無此系數(shù)?2、試描述你在實(shí)驗(yàn)過程中所觀察的兩種材料受扭時(shí)的扭轉(zhuǎn)圖及變形破壞特征。

3、鑄鐵受扭時(shí)，為什么沿45°螺旋面破壞？而低碳鋼受扭則沿橫截面扭斷?記錄表格形式:直徑d(mm)截面1截面2截面3三處平均直徑的最小值（mm）①平均w(mm)3試件破壞單圖低碳鋼鑄鐵電測法基礎(chǔ)電阻應(yīng)變測量方法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測量的方法，簡稱電測法。電測法的基本原理是：將電阻應(yīng)變片（簡稱應(yīng)變片）粘貼在被測構(gòu)件的表面，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片隨著構(gòu)件一起變形，應(yīng)變片的電阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，通過電阻應(yīng)變測量儀器（簡稱電阻應(yīng)變儀），可測量出應(yīng)變片中電阻值的變化，并換算成應(yīng)變值，或輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號(hào)（電壓或電流），用記錄儀記錄下來，也可用計(jì)算機(jī)按預(yù)定的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到所需要的應(yīng)變或應(yīng)力值。其工作過程如下所示：應(yīng)變一一電阻變化一一電壓（或電流）變化一一放大一一記錄一一數(shù)據(jù)處理電測法具有靈敏度高的特點(diǎn)，應(yīng)變片重量輕、體積小且可在高（低）溫、高壓等特殊環(huán)境下使用，測量過程中的輸出量為電信號(hào)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化，并能進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量及無線遙測。第一節(jié)電阻應(yīng)變片一、電阻應(yīng)變片的構(gòu)造和類型電阻應(yīng)變片的構(gòu)造很簡單，把一根很細(xì)的具有高電阻率的金屬絲在制片機(jī)上按圖A-1所示的那樣排繞后，用膠水粘結(jié)在兩片薄紙之間，再焊上較粗的引出線，成為早期常用的絲繞式應(yīng)變片。應(yīng)變片一般由敏感柵（即金屬絲）、粘結(jié)劑、基底、引出線和覆蓋層五部分組成。若將應(yīng)變片粘貼在被測構(gòu)件的表面，當(dāng)金屬絲隨構(gòu)件一起變形時(shí)，其電阻值也隨之變化。常用的應(yīng)變片有：絲繞式應(yīng)變片（圖A-1）、短接線式應(yīng)變片和箔式應(yīng)變片（圖A-2）等。它們均屬于單軸式應(yīng)變片，即一個(gè)基底上只有一個(gè)敏感柵，用于測量沿柵軸方向的應(yīng)變。如圖A-3所示，在同一基底上按一定角度布置了幾個(gè)敏感柵，可測量同一點(diǎn)沿幾個(gè)敏感柵柵軸方向的應(yīng)變，因而稱為多軸應(yīng)變片，俗稱應(yīng)變花。應(yīng)變花主要用于測量平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的主應(yīng)變和主方向。粘結(jié)劑，蓋層引線圖A-2箔式應(yīng)變片圖A-1應(yīng)變片的構(gòu)造（a）90。應(yīng)變花;（b）45粘結(jié)劑，蓋層引線圖A-2箔式應(yīng)變片圖A-1應(yīng)變片的構(gòu)造（a）90。應(yīng)變花;（b）45。應(yīng)變花;（c）120。應(yīng)變花在用應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變測量時(shí)，需要對(duì)應(yīng)變片中的金屬絲加上一定的電壓。為了防止電流過大，產(chǎn)生發(fā)熱和熔斷等現(xiàn)象，要求金屬絲有一定的長度，以獲得較大的初始電阻值。但在測量構(gòu)件的應(yīng)變時(shí)，又要求盡可能縮短應(yīng)變片的長度，以測得“一點(diǎn)”的真實(shí)應(yīng)變。因此，應(yīng)變片中的金屬絲一般做成如圖A-1所示的柵狀，稱為敏感柵。粘貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片，其金屬絲的電阻值隨著構(gòu)件的變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為電阻應(yīng)變現(xiàn)象。在一定的變形范圍內(nèi)，金屬絲的電阻變化率與應(yīng)變成線性關(guān)系。當(dāng)將應(yīng)變片安裝在處于單向應(yīng)力狀態(tài)的試件表面，并使敏感柵的柵軸方向與應(yīng)力方向一致時(shí)，應(yīng)變片電阻值的變化率△R/R與敏感柵柵軸方向的應(yīng)變￡成正比，即—K￡R式中：R為應(yīng)變片的原始電阻值；AR為應(yīng)變片電阻值的改變量；K稱為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般由制造廠家通過實(shí)驗(yàn)測定，這一步驟稱為應(yīng)變片的標(biāo)定。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)需要選用不同靈敏系數(shù)的應(yīng)變片。三、電阻應(yīng)變片的粘貼和防護(hù)常溫應(yīng)變片通常采用粘結(jié)劑粘貼在構(gòu)件的表面。粘貼應(yīng)變片是測量準(zhǔn)備工作中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在測量中，構(gòu)件表面的變形通過粘結(jié)層傳遞給應(yīng)變片。顯然，只有粘結(jié)層均勻、牢固、不產(chǎn)生蠕滑，才能保證應(yīng)變片如實(shí)地再現(xiàn)構(gòu)件表面的變形。應(yīng)變片的粘貼由手工操作，一般按如下步驟進(jìn)行：（1）檢查、分選應(yīng)變片。（2）處理構(gòu)件的測點(diǎn)表面。（3）粘貼應(yīng)變片。（4）加熱烘干、固化。（5）檢查應(yīng)變片的電阻值，測量絕緣電阻。（6）引出導(dǎo)線。實(shí)際測量中，應(yīng)變片可能處于多種環(huán)境中，有時(shí)需要對(duì)粘貼好的應(yīng)變片采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以保證其安全可靠。一般在應(yīng)變片粘貼完成后，根據(jù)需要可用石臘、純凡士林、環(huán)氧樹脂等對(duì)應(yīng)變片的表面進(jìn)行涂覆保護(hù)。第二節(jié)電阻應(yīng)變片的測量電路在使用應(yīng)變片測量應(yīng)變時(shí)，必須用適當(dāng)?shù)霓k法測量其電阻值的微小變化。為此，一般是把應(yīng)變片接入某種電路，讓其電阻值的變化對(duì)電路進(jìn)行某種控制，使電路輸出一個(gè)能模擬該電阻值變化的信號(hào)，然后，只要對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理就行了。常規(guī)電測法使用的電阻應(yīng)變儀的輸入回路叫做應(yīng)變電橋，它是以應(yīng)變片作為其部分或全部橋臂的四臂電橋。它能把應(yīng)變片電阻值的微小變化轉(zhuǎn)化成輸出電壓的變化。在此，僅以直流電壓電橋?yàn)槔右哉f明。一、電橋的輸出電壓電阻應(yīng)變儀中的電橋線路如圖A-4所示，它是以應(yīng)變片或電阻元件作為電橋橋臂?？?/p>

TOC\o"1-5"\h\z取R為應(yīng)變片、R和R為應(yīng)變片或R?R均為應(yīng)變片等幾種形式。A、C和B、D分別11214為電橋的輸入端和輸出端。根據(jù)電工學(xué)原理，可導(dǎo)出當(dāng)輸入端加有電壓U時(shí)，電橋的輸出電壓為U=—o{R+RU=—o{R+R1當(dāng)U=0時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。因此，電橋的平衡條件為RR=RR。當(dāng)處于平衡的電橋中各橋臂的電阻值分別有AR1、AR2、AR和AR的變化時(shí)，「可近似地求得電橋的輸出電壓為12)U1U(AU(AR竺+竺一竺］（RRRR）'12347由此可見，應(yīng)變電橋有一個(gè)重要的性質(zhì)：應(yīng)變電橋的輸出電壓與相鄰兩橋臂的電阻變化率之差、相對(duì)兩橋臂電阻變化率之和成正比。對(duì)于平衡電橋，如果相鄰兩橋臂的電阻變化率大小相等、符號(hào)相同，或相對(duì)兩橋臂的電阻變化率大小相等、符號(hào)相反，則電橋?qū)⒉粫?huì)改變其平衡狀態(tài)，即保持U°=0。如果電橋的四個(gè)橋臂均接入相同的應(yīng)變片，則有U=KUI（E-￡+￡-￡）O41234式中，七?￡4分別為接入電橋四個(gè)橋臂的應(yīng)變片的應(yīng)變值。I圖A-4電橋原理I圖A-4電橋原理I圖A-5半橋單臂溫度補(bǔ)償接法二、溫度效應(yīng)的補(bǔ)償貼有應(yīng)變片的構(gòu)件總是處在某一溫度場中。若敏感柵材料的線膨脹系數(shù)與構(gòu)件材料的線膨脹系數(shù)不相等，則當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，由于敏感柵與構(gòu)件的伸長（或縮短）量不相等，在敏感柵上就會(huì)受到附加的拉伸（或壓縮），從而會(huì)引起敏感柵電阻值的變化，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。敏感柵電阻值隨溫度的變化率可近似地看作與溫度成正比。溫度的變化對(duì)電橋的輸出電壓影響很大，嚴(yán)重時(shí)，每升溫1C，電阻應(yīng)變片中可產(chǎn)生幾十微應(yīng)變。顯然，這是非被測（虛假）的應(yīng)變，必須設(shè)法排除。排除溫度效應(yīng)的措施，稱為溫度補(bǔ)償。根據(jù)電橋的性質(zhì)，溫度補(bǔ)償并不困難。只要用一個(gè)應(yīng)變片作為溫度補(bǔ)償片，將它粘貼在一塊與被測構(gòu)件材料相同但不受力的試件上。將此試件和被測構(gòu)件放在一起，使它們處于同一溫度場中。粘貼在被測構(gòu)件上的應(yīng)變片稱為工作片。在連接電橋時(shí)，使工作片與溫度補(bǔ)償片處于相鄰的橋臂，如圖A-5所示。因?yàn)楣ぷ髌蜏囟妊a(bǔ)償片的溫度始終相同，所以它們因溫度變化所引起的電阻值的變化也相同，又因?yàn)樗鼈兲幱陔姌蛳噜彽膬杀?，所以并不產(chǎn)生電橋的輸出電壓，從而使得溫度效應(yīng)的影響被消除。必須注意，工作片和溫度補(bǔ)償片的電阻值、靈敏系數(shù)以及電阻溫度系數(shù)應(yīng)相同，分別粘貼在構(gòu)件上和不受力的試件上，以保證它們因溫度變化所引起的應(yīng)變片電阻值的變化相同。

三、應(yīng)變片的布置和在電橋中的接法應(yīng)變片感受的是構(gòu)件表面某點(diǎn)的拉應(yīng)變或壓應(yīng)變。在有些情況下，該應(yīng)變可能與多種內(nèi)力（比如軸力和彎矩）有關(guān)。有時(shí)，只需測量出與某種內(nèi)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，而要把與其它內(nèi)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變從總應(yīng)變中排除掉。顯然，應(yīng)變片本身不會(huì)分辨各種應(yīng)變成分，但是只要合理地選擇粘貼應(yīng)變片的位置和方向，并把應(yīng)變片合理地接入電橋，就能利用電橋的性質(zhì)，從比較復(fù)雜的組合應(yīng)變中測量出指定的應(yīng)變。半橋單臂接法如圖半橋單臂接法如圖A-5所示，將一個(gè)工作片和一個(gè)溫度補(bǔ)償片分別接入兩個(gè)另兩個(gè)橋臂接固定電阻。如果工作片的應(yīng)變?yōu)椤?，則電橋的輸出電壓為"KUu——4~t￡半橋雙臂接法如圖A-6所示，將兩個(gè)工作片接入電橋的兩個(gè)相鄰橋臂，另兩（1）(2)相鄰橋臂個(gè)橋臂接固定電阻，兩個(gè)工作片同時(shí)互為溫度補(bǔ)償片。如果工作片的應(yīng)變分別為七和￡2，則電橋的輸出電壓為口KU(u-—^+宅—￡若￡——￡—￡，則電橋的輸出電壓為1(2)1￡2即為半橋單臂接法的兩倍。I圖A-6半橋雙臂接法（3）全橋接法I圖A-6半橋雙臂接法（3）全橋接法如圖A-7所示圖A-7全橋接法電橋的四個(gè)橋臂全部接入工作片，如果工作片的應(yīng)變分別為￡、￡、￡和￡1234若￡——￡—￡——￡—￡4則電橋的輸出電壓為U=KUIG—￡+￡—￡）

O41234則電橋的輸出電壓為UO—KUI￡即為半橋單臂接法的四倍。必須注意，接入同一電橋各橋臂的應(yīng)變片（工作片或溫度補(bǔ)償片）的電阻值、靈敏系數(shù)和電阻溫度系數(shù)均應(yīng)相同。應(yīng)變片在構(gòu)件上的布置可根據(jù)具體情況靈活采取各種不同的方法。應(yīng)變片在構(gòu)件上的布置和在電橋中的接法可參見有關(guān)資料。第三節(jié)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靜態(tài)電阻應(yīng)變儀是專供測量不隨時(shí)間變化或變化極緩慢的電阻應(yīng)變儀器，其功能是將應(yīng)變電橋的輸出電壓放大，在顯示部分以刻度或數(shù)字形式顯示應(yīng)變的數(shù)值，或者向記錄儀輸入模擬應(yīng)變變化的電信號(hào)。一、YJ28A-P10R靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的種類很多，在此以YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀為例，介紹其工作原理。YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理框圖如圖A-8所示，可進(jìn)行半橋或全橋測量。在測量應(yīng)變時(shí)，把粘貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片接入電橋，將電橋予調(diào)平衡，當(dāng)構(gòu)件受力發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)變片隨之產(chǎn)生電阻值的變化，從而破壞了電橋的平衡，產(chǎn)生輸出電壓，由顯示表顯示出應(yīng)變的數(shù)值。該靜態(tài)電阻應(yīng)變儀可同時(shí)測量十個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變，如果要測量更多點(diǎn)的應(yīng)變，需另外配備平衡箱。它還可以通過接口與計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī)對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖A-8YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀原理圖二、YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用方法（1）將電阻應(yīng)變儀后面板上的電源開關(guān)置于關(guān)閉狀態(tài)，后面板上的標(biāo)定開關(guān)撥向下，測量點(diǎn)選擇開關(guān)置于“R0”檔。（2）如圖A-9所示，將電阻應(yīng)變儀前面板上的D、D和D三個(gè)接線柱用連接片連接，并旋緊各接線柱，把120Qx2標(biāo)準(zhǔn)電阻的三根引線中同色的兩根分別接到A和C接線柱，并旋緊，另一根接到B接線柱，并旋緊。（3）通入接地良好的220V50Hz交流電源，打開電源開關(guān)，前面板上的數(shù)碼管應(yīng)有數(shù)字顯示，預(yù)熱30分鐘后，調(diào)節(jié)前面板上的“R”電位器（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)顯示為“+'，反之則為“一”），使顯示表顯示為“00000”。（4）將電阻應(yīng)變儀后面板上的標(biāo)定開關(guān)撥向上，進(jìn)行電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)標(biāo)定。當(dāng)所用電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K=2.00時(shí)，調(diào)節(jié)靈敏度電位器，使顯示表顯示為“10000”，當(dāng)所用電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K尹2.00時(shí)，必須按表A-1進(jìn)行靈敏系數(shù)標(biāo)定。靈敏系數(shù)標(biāo)定好后即把標(biāo)定開關(guān)撥向下位置。表A-1YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靈敏系數(shù)標(biāo)定表（所用橋臂電阻為120Q）應(yīng)變片K值1.801.851.901.952.002.052.102.152.20應(yīng)變儀標(biāo)定值11111108111052610256100009756952493029091應(yīng)變片K值2.252.302.352.402.452.502.552.602.65應(yīng)變儀標(biāo)定值888986968511833381638000784376927547

多點(diǎn)測量時(shí)，在前面板用1?10通道開關(guān)選擇通道，相應(yīng)地接通后面板上所選通道的測量橋接線端A、B、C和D，調(diào)節(jié)所選擇的每個(gè)通道的電位器，分別使顯示表顯示為“00000”。應(yīng)變片在電橋中的連接方法可根據(jù)需要采取半橋或全橋。注意在全橋接法時(shí)，電阻應(yīng)變儀面板上的D、D和D2三個(gè)接線柱的連接片必須拆下，如圖A-10所示。說1W0說1W013R：2：,3...：.4.：；5電阻平衡電阻平衡.&,：7..：8巳,，10上海華利電子儀器儀表廠圖A-9YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀面板1初償片口工作片(a)DD1口工作片°工作片(b)DDD工作片1口工作片2為工作片工作片1初償片口工作片(a)DD1口工作片°工作片(b)DDD工作片1口工作片2為工作片工作片(c)圖A-10應(yīng)變片接法(a)半橋單臂接法(b)半橋雙臂接法(c)全橋接法(拆去連接片)三、電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)修正有時(shí)電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)無法調(diào)整到與電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一致，這時(shí)，可對(duì)電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)進(jìn)行如下修正，得到實(shí)際應(yīng)變￡K￡=—儀￡K儀式中：K為電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)；￡、為電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)；K為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。儀儀

實(shí)驗(yàn)四梁彎曲正應(yīng)力測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定矩形截面直梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布，并與理論公式比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。進(jìn)一步熟悉電測方法及電阻應(yīng)變儀的使用。二、實(shí)驗(yàn)裝置及儀器矩形截面梁彎曲實(shí)驗(yàn)裝置電阻應(yīng)變儀YJ28-P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀三、實(shí)驗(yàn)概述直梁受純彎曲時(shí)橫截面上的正應(yīng)力公式為。=式中M為作用在橫截面的彎矩，Iz為梁的橫截面對(duì)中性軸Z的慣性矩，y為中性軸到欲求應(yīng)力點(diǎn)的距離，此公式在非純彎曲時(shí)于一定條件下也可應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)采用碳鋼制成的矩形截面梁，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。fa)(b)fa)(b)在梁跨度中點(diǎn)沿梁的高度h分別貼電阻應(yīng)變片，均勻分布共貼五片，貼片位置如圖所示，加載，即先加一初載荷，測取點(diǎn)的電阻應(yīng)變儀讀數(shù)，然后再依次加載，同樣測讀每點(diǎn)的讀數(shù)。每點(diǎn)相鄰兩次讀數(shù)差（相鄰的大載荷應(yīng)變讀數(shù)減去小載荷的應(yīng)變讀數(shù)的平均值）即為相應(yīng)載荷增量下此點(diǎn)的縱向應(yīng)變值。當(dāng)應(yīng)力在比例極限內(nèi)時(shí)，應(yīng)用虎克定律，b=E8，即可算出各點(diǎn)相應(yīng)的正應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)值。由前述公式可算出各點(diǎn)正應(yīng)力的理論值，于是可將實(shí)測值和理論值進(jìn)行比較。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)所選的應(yīng)變儀，調(diào)整好靈敏系數(shù)2、記錄有關(guān)純彎曲梁的有關(guān)參數(shù)L=60cm，a=20cm，b=18mm，h=40mmE=209GPa3、熟悉純彎曲梁各應(yīng)變片接點(diǎn)的位置和引線，同時(shí)把各導(dǎo)線引入應(yīng)變儀的橋路接線柱上，不能出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象4、開啟應(yīng)變儀電源，按照程序進(jìn)行設(shè)備預(yù)熱和預(yù)調(diào)平衡5、擬定加載級(jí)數(shù)n=5級(jí)，按照相應(yīng)的表格記錄每級(jí)載荷下的應(yīng)變增量值6、用相同的方法，測試2-3遍，取其中一組作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉計(jì)算機(jī)應(yīng)變儀電源，清理現(xiàn)場，檢查記錄數(shù)據(jù)是否齊全五、預(yù)習(xí)要求閱讀本講義，并復(fù)習(xí)電測法與電阻變應(yīng)儀介紹，弄清本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?zhǔn)備好有關(guān)記錄表格。若彎曲梁的l=100cm，a=40cm，b=12mm，h=20mm，材料的[a]=160MPa，試計(jì)算此梁允許最大載荷為多少？六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，所用設(shè)備（型號(hào)、編號(hào)、最小刻度）裝置簡圖，實(shí)驗(yàn)記錄與結(jié)果，按材力理論計(jì)算結(jié)果，并列表比較理論值與實(shí)驗(yàn)值。繪出應(yīng)力沿梁高度分布的理論圖線與實(shí)驗(yàn)圖線。最后對(duì)本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與誤差因素進(jìn)行分析與討論。七、基本計(jì)算公式：q理=性b測=EE其中I=12bh3Zb—b一._、,%=—測x100%中性層內(nèi)因b理=0，故只需計(jì)算絕對(duì)誤差。理實(shí)驗(yàn)采用增量法。估算最大載荷PMAX時(shí)，使它對(duì)應(yīng)的最大彎曲正應(yīng)力為屈bh2服極限氣的（0.7?0.8），即PMAX忍（0.7?0.8）—a'。選取初載荷P0QPMAX。

由P0至PMAX可分成五級(jí)加載，每級(jí)增量即為AP。實(shí)驗(yàn)記錄表格測點(diǎn)載荷1、52、63、74、8tAttAttAttAttAttAttAttAt1000N2000N3000N4000N5000N平均aT實(shí)測UAb=ExA￡理論At=半e=理測x100%bb理分別由彎矩、剪力和扭矩所引起的應(yīng)力。圖5-1圖5-2(a)圖5-5實(shí)驗(yàn)五薄壁圓管彎扭組合變形應(yīng)變測定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠秒姕y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。圖5-1圖5-2(a)圖5-5實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1.彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置；YJ-4501A/SZ靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。實(shí)驗(yàn)原理彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置如圖5-1所示。它由薄壁圓管1（已粘好應(yīng)變片），扇臂2,鋼索3,傳感器4,加載手輪5,座體6,數(shù)字測力儀7等組成。試驗(yàn)時(shí)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪，傳感器受力，將信號(hào)傳給數(shù)字測力儀，此時(shí)，數(shù)字測力儀顯示的數(shù)字即為作用在扇臂頂端的載荷值，扇臂頂端作用力傳遞至薄壁圓管上，薄壁圓管產(chǎn)生彎扭組合變形。薄壁圓管材料為鋁合金，其彈性模量E為70gN2,泊松比以為m20.33。薄壁圓管截面尺寸、受力簡圖如圖5-2所示，I-I截面為被測試截面，由材料力學(xué)可知，該截面上的內(nèi)力有彎矩、剪力和扭矩。取I-I截面的A、B、C、D四個(gè)被測點(diǎn)，其應(yīng)力狀態(tài)如圖5-3所示。每點(diǎn)處按-45、、0'、+45\方向粘貼一枚三軸45、應(yīng)變花，如圖5-4所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法指定點(diǎn)的主應(yīng)力大小和方向的測定受彎扭組合變形作用的薄壁圓管其表面各點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)，用應(yīng)變花測出三個(gè)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。由于本實(shí)驗(yàn)用的是45&應(yīng)變花，