材料力學實驗壓桿穩(wěn)定實驗

材料力學實驗壓桿穩(wěn)定實驗第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六概述：測試壓桿穩(wěn)定的必要性粗短壓桿——強度破壞低碳鋼短柱：屈服破壞；鑄鐵短柱：斷裂破壞；細長壓桿——失穩(wěn)破壞

第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六哈爾濱工業(yè)大學力學實驗教學中心壓桿實例：

哈爾濱工業(yè)大學力學實驗教學中心第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六穩(wěn)定性：指構(gòu)件或體系保持其原有平衡狀態(tài)的能力。失穩(wěn)：指構(gòu)件或體系喪失原始平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性，由穩(wěn)定平衡狀態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。在工程實際中，為了保證構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物能夠安全可靠地工作，構(gòu)件除了滿足強度、剛度條件外，還必須滿足穩(wěn)定性的要求。第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六平衡的三種狀態(tài)：穩(wěn)定平衡狀態(tài)：體系受到微小干擾而稍微偏離其原有的平衡狀態(tài)，當干擾消除后，它能夠恢復原有的平衡狀態(tài)。不穩(wěn)定平衡狀態(tài)：當干擾消除后，它不能夠恢復到原有的平衡狀態(tài)，且趨向于遠離原有平衡狀態(tài)。隨遇平衡狀態(tài)：當干擾消除后，不能恢復到原有平衡狀態(tài)，但能在新的狀態(tài)維持平衡。第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六平衡的三種狀態(tài)第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六壓桿的穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六臨界平衡狀態(tài)：壓桿處于穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡之間的臨界狀態(tài)。兩重性——既可在直線狀態(tài)保持平衡，又可在微彎狀態(tài)維持平衡。臨界（壓）力：壓桿處于臨界平衡狀態(tài)時所受的軸向壓力；或使壓桿保持直線狀態(tài)平衡的最大軸向壓力；或使壓桿失穩(wěn)的最小軸向壓力。

第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六一、實驗目的1.通過各點應變變化，觀察細長桿受壓時的失穩(wěn)特性；2.討論不同桿端約束條件對臨界力的影響；3.計算臨界力，驗證歐拉公式，并分析產(chǎn)生誤差的原因。第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六二、實驗設備和儀器1.多功能力學實驗臺；2.多功能力學實驗加載裝置；3.靜態(tài)電阻應變儀；4.矩形截面薄桿試件：彈性模量E=210GPa，自己測量試件的厚度，寬度和長度。第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六三、實驗原理對于軸向受壓的理想細長桿件，按小變形理論，其臨界載荷可以按照歐拉公式計算：應該注意，壓桿的彎曲是在其彎曲剛度最小的平面內(nèi)發(fā)生，因此歐拉公式中的I因為截面的最小形心主慣性矩，即第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六實驗測定臨界載荷，可將兩組電阻應變片沿加工好的細長桿桿長方向兩側(cè)粘貼好，并將桿置于三種不同的約束條件下（兩端固定、兩端鉸支、一端固定一端鉸支），使桿件軸向受壓，測試各點應變。繪制應力——應變曲線，做應力——應變曲線的水平漸近線就得到臨界載荷Fcr。試件貼片位置示意圖

描點法繪出的F-ε曲線第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六四、壓桿穩(wěn)定實驗裝置的使用方法：

多功能力實驗加載裝置第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六數(shù)字測力儀：

顯示桿件所受壓力，單位KN。

傳感器：

拾取壓桿所受的載荷。加載手輪：

順時針轉(zhuǎn)動，通過機械傳動減速裝置的帶動，加力橫梁向上移動，試件加載；

逆時針轉(zhuǎn)動，加力橫梁向下移動，試件卸載。多功能力學實驗加載裝置第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六矩形截面薄桿試件不同桿端約束采用不同位置的應變片進行測試：

1.兩端鉸支、兩端固定：

采用桿件中部的一對應變片進行測試；

2.一端固定一端鉸支：

采用偏離桿件中部的一對應變片進行測試。第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六TS3862型靜態(tài)電阻應變儀第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六TS3862型靜態(tài)電阻應變儀的使用方法1.打開電源開關(guān)，儀器進入上電自檢過程。此時，8個顯示應變的數(shù)碼管依次顯示全8字樣。2.參數(shù)設置長按“功能設置鍵”2秒鐘后，進入功能設置狀態(tài)。每個通道均可單獨設置，在設置過某個參數(shù)后，若按“全設置”鍵，則所有通道的參數(shù)全部相同。(1)橋路狀態(tài)設置數(shù)字1與1／4橋?qū)瑪?shù)字2與半橋?qū)?，?shù)字3與全橋?qū)?。按?～9”鍵可改變橋路狀態(tài)，第1點橋路狀態(tài)設置完后，按“確認”鍵則進入第2點橋路狀態(tài)設置，在第1點的橋路狀態(tài)設置完后，按“全設置”則所有通道的橋路狀態(tài)相同。第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六(2)應變片電阻設置：120歐姆按“功能設置”鍵進入應變片“電阻”設置狀態(tài)，“電阻”指示燈亮。第１個窗口的數(shù)碼管閃爍顯示數(shù)字“120”或“240”或“350”字樣，按“0～9”鍵選擇。按“確認”鍵則進入第2點應變片電阻阻值設置，按“全設置”，則所有通道的應變片電阻阻值相同。(3)應變片靈敏度K設置：K=2.16按“功能設置”鍵則進入應變片靈敏度K設置狀態(tài)，“K值”指示燈亮。當?shù)?個窗口的數(shù)碼管數(shù)字閃爍時，按“0～9”鍵，和“移位”鍵配合使用，對三位數(shù)字進行設置。三位數(shù)都設置好之后，按“確認”鍵則進入第2通道應變片電阻K值設置，按“全設置”鍵，則所有通道的K值都與第1通道K值相同。第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六(4)傳感器靈敏度“mV/V”

和傳感器滿度值，按“功能設置”鍵，移位跳過即可，不需要特殊設置。3.測量在傳感器“滿度”值設置好之后，再按一次“功能設置”鍵,五個功能設置指示燈滅，儀器進入測量狀態(tài)。(1)接線準備根據(jù)測試要求，按下列接線圖接好應變片：第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六(2)測量開機后，長按“功能設置”鍵對各點參數(shù)進行設置，再按“功能設置”鍵進入測量狀態(tài)。儀器預熱20分鐘，長按“調(diào)零”鍵，則各點的讀數(shù)全部扣零。注意事項：保證線頭與接線柱的連接質(zhì)量,若接觸電阻或?qū)Ь€變形引起橋臂改變千分之一歐姆(1mΩ)將引起用5με的讀數(shù)變化。所以在測量時不要移動電纜。

第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六五、應變測量電路與測試技術(shù)

應變測量電路應變片的電阻變化由電阻應變儀進行測量，其測量電路是惠斯頓電橋。流經(jīng)電阻R1的電流為：R1兩端的電壓降為：R4兩端的電壓降為：B、D端輸出電壓為：

當

時，輸出電壓為零，稱為電橋平衡?；菟诡D電橋第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六幾種常用的組橋方式1.單臂測量若R1為測量片，則輸出橋壓為：

2.半橋測量若R1和R2為測量片，則輸出橋壓為：

3.全橋測量若四個應變片同時接入測量電橋，則電橋的輸出電壓為：

第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六溫度補償若測試過程中環(huán)境溫度變化明顯,則對測試結(jié)果影響很大。因為:1.溫度變化將引起應變片電阻值改變;2.溫度變化時,由于應變片敏感柵與被測構(gòu)件材料線膨脹系數(shù)不同而將產(chǎn)生附加應變。為此應采取溫度補償措施。若R1為測量片,則R2與R1相同的應變片,并把它粘貼在與被測構(gòu)件相同的材料上,放在與R1相同的環(huán)境中,但不受載荷。應變片R2稱之為溫度補償片。必須注意,工作片和溫度補償片的電阻值、靈敏系數(shù)以及電阻溫度系數(shù)應相同。第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六六、實驗步驟：1.安裝桿端約束（一端固定一端鉸支、兩端鉸支和兩端固定），為保證壓力作用線與試樣軸線重合，應使V形支座的V形槽底線對準試驗機支撐的中。2.把試樣上的應變片，按一定橋路方式接入靜態(tài)電阻應變儀，加載前將應變儀預調(diào)平衡。3.制定實驗方案：加載分成兩個階段，在初載荷F0到0.7Fcr的范圍內(nèi)，因曲線比較陡直，宜采用分級加載，進行載荷控制；載荷每增加一級ΔF，隨之測定各應變片相應的應變量。當載荷接近0.7Fcr時，載荷增量應取得小些，仔細觀察各點應變變化，當應變出現(xiàn)明顯變化時應立即停止加載。

為防止壓桿發(fā)生塑性變形，要密切注意應變儀讀數(shù)。在整個實驗過程中，加載要保持均勻、平穩(wěn)、緩慢。第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六具體實驗方案為：（1）一端固定一端鉸支：第一階段：ΔF=0.1KN,加載到F=0.80KN;第二階段：ΔF=0.05KN,Fmax=1.10KN;（2）兩端鉸支：第一階段：ΔF=0.05KN,加載到F=0.30KN;第二階段：ΔF=0.02KN,Fmax=0.50KN;（3）兩端固定：第一階段：ΔF=0.2KN,加載到F=1.20KN;第二階段：ΔF=0.08KN,Fmax=2.0KN;第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期六4.按實驗方案加載，記錄實驗數(shù)據(jù)。按實驗方案逐級加載，讀取載荷值和應變儀讀數(shù)。當任一點應變值出現(xiàn)明顯變化值，應立即停止