《建筑力學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

《建筑力學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書基本實(shí)驗(yàn) 1低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟觳牧系膹椥?、屈服、?qiáng)化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象。測定該試樣所代表材料的、PbΔL等值。二、儀器設(shè)備和量具函數(shù)記錄儀，鋼板尺，游標(biāo)卡尺。三、低碳鋼的拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)1．低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)d。試件受拉伸過程中，觀察屈服（流動、強(qiáng)化，卸載規(guī)律、頸縮、斷裂等現(xiàn)象；繪制曲線如圖Ps的距離。依據(jù)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算低碳鋼材料的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強(qiáng)度指標(biāo)：

圖2—1 低碳鋼拉伸圖及壓縮圖P 2s s其中A屈服極限強(qiáng)度極限塑性指標(biāo)：

A 4Pb bbALL延伸率

110 L

100%斷面收縮率2

d2d2 1100%d2實(shí)驗(yàn)前，測量試件的直徑d和高度P—ΔLPs，從而計算出低碳鋼的屈服極限：Ps sPsA四、灰口鑄鐵的拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)灰口鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前測定試件的直徑d。試件在拉伸過程中注意觀察與低碳鋼拉伸試驗(yàn)中不同的現(xiàn)象（如變形小、無屈服、無頸縮、斷口平齊等；繪出——L曲線如圖）錄斷裂時的最大抗力極限：Pb bbA。

圖2—2 灰口鑄鐵拉伸圖及壓縮圖實(shí)驗(yàn)前測定試件的直徑d和高度尤其是斷口形狀；繪出計算灰口鑄鐵壓縮強(qiáng)度極限。即Pb bbA五、實(shí)驗(yàn)操作1．準(zhǔn)備工作（1）打開試驗(yàn)機(jī)總電源和負(fù)載測量單元、位移測量單元、x-y記錄儀的電源開關(guān)進(jìn)行預(yù)熱。L和直徑H和直徑作好原始數(shù)據(jù)的記錄。安裝試件和調(diào)整荷載單元（1）調(diào)整荷載測量單元。按下傳感器選擇鍵：“拉”。根據(jù)低碳鋼A3）10mm40kN50kN50kN（2）將試件夾持于材料試驗(yàn)機(jī)的上夾頭中，為了夾持方便可用速度100mm/min或250mm/min2mm/min（此時試件可能已受到了夾緊過程中少量的軸力，故不要再調(diào)整儀器荷載的零點(diǎn)。安裝位移計和夾式引伸計（力輸入信號線接入y座標(biāo)，伸長輸入信號線接入x座標(biāo)。函數(shù)記錄儀上畫筆接近零位時，打開磁性開關(guān)固定于柱上（平臺須基本水平。經(jīng)放大后把電壓信號輸入給4函數(shù)記錄儀將紙放到記錄儀的畫板上擺正，紙開關(guān)置于HOLD檢查或調(diào)整量程旋鈕或10mV/cmMEASPOSITION檢查或調(diào)整xx軸的輸入開關(guān)置于節(jié)POSITION旋鈕使筆架移到圖紙左邊某零點(diǎn)位置。最后將筆開關(guān)置于DOWN5．加載試驗(yàn)檢查速度選擇鍵應(yīng)置于2mm/mi（在～10mm/min速度范圍內(nèi)可任意選擇記錄儀的筆已在左下角放下。按橫梁下降開關(guān)，即開始加載實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)中注意彈性范圍和屈服現(xiàn)象，記下屈服時的荷載。屈服段之后，可提高加載速度，按下5mm/min鍵或按下10mm/min。注意觀察材料的強(qiáng)化和頸縮現(xiàn)象，記錄荷載極限值。儀器復(fù)原記錄儀的筆開關(guān)置于或x輸入開關(guān)置于ZERO鑄鐵拉伸試驗(yàn)操作步驟與低碳鋼試驗(yàn)基本相同，不同之處有：2mm/min8．低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)其操作步驟與拉伸時基本相同，不同之處有：調(diào)好荷載單元，用壓力傳感器，量程為100kN。2mm/min（荷載單元可顯2～3kN然后安裝位移傳感器芯軸支持平臺。2mm/min5mm/min。荷載值。鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)操作步驟與低碳鋼壓縮相同，不同的是試件破斷后停機(jī)。10．其它兩根拉伸試件的曲線繪在一張圖紙上。因?yàn)樗鼈兊淖鴺?biāo)相同好作比較。六、預(yù)習(xí)思考題試比較低碳鋼和鑄鐵在拉伸時的力學(xué)性能。壓縮時為什么必須將試件對準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)壓頭的中心位置說明鑄鐵和低碳鋼斷口的特點(diǎn)。低碳鋼和鑄鐵在拉伸、壓縮中，各要測得哪些數(shù)據(jù)？觀察哪些現(xiàn)象？基本實(shí)驗(yàn) 2低碳鋼拉伸時彈性模量E與泊桑比μ的測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑賹W(xué)習(xí)使用雙向引伸計測量材料的彈性模量E和泊桑比。②學(xué)習(xí)使用電阻應(yīng)變儀。③再次熟悉電子萬能試驗(yàn)機(jī)的使用。二、儀器設(shè)備電子萬能試驗(yàn)機(jī)、電阻應(yīng)變儀、雙向引伸計。三、雙向引伸計簡介雙向引伸計是用于測量材料拉伸試件變形的一種裝置2—3。由于雙向引伸D桿、主體和弓形曲板組成。圖中、C桿間和D圖2—3 雙向引伸計與試樣（尺寸單位：mm）C桿和D桿懸臂距離隨之變化，由于C桿和DA桿和B受力后的伸長量引起A桿和BAB、BB桿及D桿間的距離縮短，這時為一常值ΔP對應(yīng)的縱向應(yīng)變增量 縱和橫向應(yīng)變增量 橫。為了保證測量的可靠性，需重復(fù)做三次試驗(yàn)，選其中一次線性較好的數(shù)據(jù)計算平均應(yīng)變值縱平與 橫平。平均應(yīng)變增量必須乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)，才能得到試件的真實(shí)應(yīng)變增量，即1K 1縱 縱 縱平K 橫 2橫 橫平注意：式中的縱和K2橫，對于每一只雙向引伸計來說都不相同）料的彈性模量E值和泊桑比μ值：橫縱E 橫縱A縱四、實(shí)驗(yàn)操作步驟1．SY-Ⅲ型應(yīng)變儀調(diào)試把雙向引伸儀裝卡在試件上，并把試件夾于萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下拉伸夾頭中。把雙向引伸儀的引線、、D分別接于應(yīng)變儀背板上、、D柱上。1000。顯示值為零或±1均可。按下平衡鍵，用改錐調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使顯示值為零或±1均可。2．WD-10A負(fù)荷單元：按下“2”、調(diào)零、標(biāo)定。速度單元：按下“2mm/min”3．加載順序5kN——100mV或5kN——10mV10kN——200mV或10kN——20mV15kN——300mV或15kN——30mV20kN——400mV或20kN——40mV4．實(shí)驗(yàn)操作按鈕，分別在應(yīng)變儀上讀出縱向應(yīng)變值和橫向應(yīng)變值。重復(fù)的操作方法，繼續(xù)加載，讀取縱、橫向應(yīng)變值?！?”五、預(yù)習(xí)思考題試驗(yàn)時為什么要加初荷載？測定E值時，最大荷載如何確定？為什么應(yīng)力不能超過比例極限？“應(yīng)力”？一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

基本實(shí)驗(yàn) 3矩形梁純彎曲時正應(yīng)力分布電測實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)使用電阻應(yīng)變儀，掌握測試技能。二、儀器設(shè)備彎扭試驗(yàn)臺、電阻應(yīng)變儀。三、彎扭試驗(yàn)臺

圖2—8 純彎曲試驗(yàn)裝置2—8，試樣簡支于B兩點(diǎn)。在對稱的、D使螺旋下移加載，總荷載的大小用荷載傳感器來測量。試件的受力如圖。四、純彎曲梁電測實(shí)驗(yàn)原理

圖2—9 試件的受力圖已知試件受純彎時的正應(yīng)力公式為：

MyIz式中，M為橫截面上的彎矩，Iz為梁橫截面對中性軸z的慣性矩，y為由中性軸到欲求應(yīng)力點(diǎn)的距離。本實(shí)驗(yàn)在施加初荷載后，采用逐級等量加載的方法，每次增加等量的荷載為ΔP， ，求出各點(diǎn)應(yīng)力增 。測定各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變增量一次，分別取應(yīng)變增量的平均值實(shí)平 實(shí)E理 E理實(shí) 實(shí)平

MyIz把實(shí)與理論公式算出的應(yīng)力增量理加以比較，從而可驗(yàn)證公式的正確性，上述理論公式的ΔM按下式求出：五、電阻應(yīng)變片的粘貼位置

1P17（Nmm)2電阻應(yīng)變片及電阻應(yīng)變儀的有關(guān)說明請參看指導(dǎo)書的第一部分2—10六、SY-Ⅲ型數(shù)字應(yīng)變儀及DSP-10型平衡箱操作使用方法應(yīng)變儀的使用方法見第一章有關(guān)內(nèi)容。七、試驗(yàn)結(jié)果的整理1．以各測點(diǎn)位置為縱座標(biāo)，以應(yīng)變增量為橫坐標(biāo)，畫出應(yīng)變隨試件高度變化曲線。根據(jù)各測點(diǎn)應(yīng)變增量的平均值，可計算出測量的應(yīng)力值。載作用下，各測點(diǎn)理論應(yīng)力值。理實(shí)100%理理可能剛好貼到中性層上。所以只要實(shí)測的應(yīng)變是一個很小的數(shù)值，就認(rèn)為測試是可靠的。八、預(yù)習(xí)思考題1．在中性層上理論計算應(yīng)變值理實(shí)0，這是為什么？基本實(shí)驗(yàn) 4彎扭組合作用下的電測試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．在彎扭組合作用下，用電測分離法單獨(dú)測量彎矩和扭矩。二、儀器設(shè)備彎扭試驗(yàn)臺，電阻應(yīng)變儀。三、彎扭試驗(yàn)裝置2—11。彎扭試樣的一端固定于機(jī)架上，另一端在垂直于軸線的方向上彎扭試樣選用薄壁圓管截面，管狀試樣的受力如圖2—12。圖2—11 彎扭試驗(yàn)裝置圖四、彎扭組合作用時主應(yīng)力的測量1．應(yīng)變片布置2—13C點(diǎn)單元體都承受由M產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力σwMt產(chǎn)生的剪應(yīng)力τB點(diǎn)單元體處于純剪切狀態(tài)，其剪應(yīng)力由扭矩Mt和剪力Q生。這些應(yīng)力可根據(jù)下列公式計算。圖2—12 試樣受力圖（尺寸單位：mm） Mw W Mt W

zW D3z 32

(14)pW 3P 16

(14)QSzmax

2QbIz AA點(diǎn)、BC2—14，就可以測出各點(diǎn)的應(yīng)變值，并進(jìn)行主應(yīng)力的計算。圖2—13 單元體圖 圖2—14 應(yīng)變片的布置2．實(shí)驗(yàn)主應(yīng)力的計算電阻應(yīng)變片的應(yīng)變測量只能沿應(yīng)變片軸線方向的線應(yīng)變。按圖2—15的應(yīng)變片和坐標(biāo)，、、能測得x方向y方向和45°方向的三個線應(yīng)變x y 45為了計算主應(yīng)力還要利用平面應(yīng)力狀態(tài)下的虎克定律和主應(yīng)力計算公式，即圖2—15 應(yīng)變片和坐標(biāo) E x 12 x u y 12

)y)x E 1 )x 1

45 2

yy xy x2y2x2tg(2a) xx y計算中應(yīng)注意應(yīng)變片貼片的實(shí)際方向，靈活運(yùn)用此公式。3．實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)中加載過程和應(yīng)變讀取方法與純彎曲實(shí)驗(yàn)相同，請參閱前面有關(guān)內(nèi)容。五、截面內(nèi)力的分離測量作應(yīng)變的敏感元件用于各種測力傳感器中彎矩的測量在彎扭組合的構(gòu)件上，只想測量構(gòu)件所受彎矩的大小，可利用應(yīng)變片接橋方法的改變就可實(shí)現(xiàn)。圖2—16 測量彎矩的接橋方式利用圖216A點(diǎn)沿軸線方向的應(yīng)變片接入電橋的測量橋臂選用C點(diǎn)沿軸線方向的應(yīng)變片接入電橋的溫度補(bǔ)償臂2—16。扭轉(zhuǎn)力矩的測量圖2—17 扭轉(zhuǎn)力矩的測量2—17BB45°2—17。B應(yīng)變片a受到伸長變形接于橋臂＇b受到壓縮變形接于橋臂＇相鄰橋臂既自身溫度補(bǔ)償，又使應(yīng)變讀數(shù)增加一倍。此處彎曲剪應(yīng)力較小而未加考慮。 11 2讀數(shù)

3再根據(jù)廣義虎克定律求得1和3。由于在純剪切狀態(tài)下1，則可進(jìn)一步計算出內(nèi)力——扭轉(zhuǎn)力矩。除了以上接橋之外，利用AC力矩，現(xiàn)以A點(diǎn)沿軸線呈±45°的方向上的伸長是相等ab操作與結(jié)果計算實(shí)驗(yàn)方法與純彎曲電測應(yīng)力相同，只是應(yīng)按現(xiàn)在目的將應(yīng)變片接入預(yù)調(diào)箱。計算內(nèi)力時應(yīng)寫出計算的各步驟，不能只寫出答案。10%以內(nèi)都是正常的。六、預(yù)習(xí)思考題1．2．電測實(shí)驗(yàn)中，采用半橋測量時，為什要溫度補(bǔ)償片？全橋測量時，為什么不要溫度補(bǔ)償？基本實(shí)驗(yàn) 5壓桿穩(wěn)定實(shí)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察并用電測法確定兩端鉸支撐條件下細(xì)長壓桿的臨界力P。lj理論計算兩端鉸支撐條件下細(xì)長壓桿的臨界力Plj

并與實(shí)驗(yàn)值測試值進(jìn)行比較。二．實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1．2.矩形截面壓桿一根（已粘貼應(yīng)變片3．YJ-4501靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀一臺三．實(shí)驗(yàn)原理和方法圖1 圖211234，傳感器56等組成。通過手輪調(diào)節(jié)傳感器和活動橫梁中間的距離，將已粘貼好應(yīng)變片的矩形截面壓桿安裝在傳感器和活動橫梁的中間h=3m長度l=350m，見圖3（，材料為65M，彈性模量E=210GN/。對于兩端鉸支的中心受壓的細(xì)長桿，2EI其臨界壓力為 P lj

minl2l —壓桿長度Imin—壓桿截面的最小慣性矩圖3Pf為橫坐標(biāo)，按小撓度理論繪出P-fP在理論上保持直線形狀，桿件處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在P-fOCPP時，lj圖4P-fCD5，若令壓桿軸線為xxl處2橫截面上的內(nèi)力為

xl2

Pf， NP橫截面上的應(yīng)力為 PMyA Imin圖5xl處沿壓桿軸向已粘貼兩片應(yīng)變片，按圖3（b）半橋測量電路接至應(yīng)變儀上，2MdM引起應(yīng)變的兩倍，即 dM 2Mh Pf由此可得測點(diǎn)處彎曲正應(yīng)力 2

h2E EdImin

I M 2minxlf與應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變之間的關(guān)系式2fEI

minPh d由上式可見，在一定的力P作用下，應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變d

的大小反映了壓桿撓度f的大4f橫坐標(biāo)用讀數(shù)應(yīng)變d

P-d

PPlj時，隨力P增加應(yīng)變

也增加，但增加的極為緩慢OA段；而當(dāng)力P趨近于臨界力P時，d lj應(yīng)變d

急劇增加AB段，曲線AB是以直線CD為漸近線的，因此，可以根據(jù)漸近線CD的位置來確定臨界力P。lj四．實(shí)驗(yàn)步驟將壓桿安裝在兩端鉸支承中間；3（b）半橋測量電路將應(yīng)變片導(dǎo)線接至應(yīng)變儀上檢查應(yīng)變儀靈敏系數(shù)是否與應(yīng)變片一致，若不一致，重新設(shè)置在力PPd

PP段，lj分級可粗些，當(dāng)接近P時分級要細(xì)直至壓桿有明顯彎曲變形，應(yīng)變不超過1000 。lj五．實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格繪制P-

試驗(yàn)曲線，確定臨界力測試值Pd lj計算兩端鉸支的臨界力值Plj六．討論壓桿臨界力測定結(jié)果和理論計算結(jié)果之間的差異主要是由哪些因數(shù)引起的？記錄表序號序號載荷讀數(shù)應(yīng)變（με）PΔPεPdΔεPd1234567注：表格可根據(jù)需要添加建筑力學(xué)主要的試驗(yàn)設(shè)備1、數(shù)控電液伺服試驗(yàn)機(jī)該試驗(yàn)機(jī)為一臺特制設(shè)備，主要用于研究生教學(xué)和科研，可以對試件同時施加縱向、橫向和軸向載荷，即可。加靜載也可加動載，目前在該試驗(yàn)機(jī)上可以完成：1、模擬列車通過彎道時，在車輪隨機(jī)荷載作用下鋼軌的疲勞試驗(yàn)2、車輛彈簧和橡膠彈簧的疲勞試驗(yàn)3、拉壓桿件的疲勞試驗(yàn)4、拆下作動器，另加框架等可作多點(diǎn)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。主要技術(shù)指標(biāo)：1、最大動態(tài)試驗(yàn)力：＋500KN，試驗(yàn)力精度：＋1%,可以分為1、1/2、1/5三檔衰減。2、主作動器行程：S＝＋100mm，位移測量精度：＋1%，可以分為1、1/2、1/5三檔衰減。3、頻率范圍：0.1-18Hz4、整機(jī)按照頻率8Hz，振幅可以達(dá)到＋1mm的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計和油源配置。5到的隨機(jī)波（力信號和加速信號。6、試驗(yàn)空間：四立柱框架結(jié)構(gòu)，底板長度方向滿足2500mm軌枕構(gòu)件的試驗(yàn)及1200mm鋼軌的試驗(yàn)，高度方向有效2、NDW31000微機(jī)控制電子式扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)