《工程力學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.doc-機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心

1、第一章 概述工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)是工程力學(xué)課程教學(xué)中的一個(gè)重要組成部分。工程力學(xué)中的結(jié)論及定律，材料的機(jī)械性質(zhì)，都需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證或測(cè)定，因此，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)是工程技術(shù)人員和各類工程專業(yè)學(xué)生所必須掌握的技能之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)莒柟毯蜕羁汤斫夤こ塘W(xué)的基本理論，掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作技能和技巧，熟悉常用儀器設(shè)備和工作原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。此外，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，可以提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容分以下三點(diǎn)：1驗(yàn)證理論。工程力學(xué)中的一些公式都是在簡(jiǎn)化和假設(shè)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)的，但其是否 正確，理論公式能否在工程實(shí)際中應(yīng)用，都必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。如梁的正應(yīng)力

2、測(cè)定實(shí)驗(yàn)就屬于此類，目的是鞏固和理解課程原理論，并學(xué)會(huì)一般理論的驗(yàn)證方法。2測(cè)定材料的機(jī)械性能。在工程設(shè)計(jì)中，要合理地選擇材料，必須知道各種材料的機(jī)械性能（如彈性模量，強(qiáng)度極限等）只有依靠實(shí)驗(yàn)（如拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)）才能得到這些數(shù)據(jù)。3實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析。工程上很多實(shí)際構(gòu)件的形狀和受載情況較為復(fù)雜，所以構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力大小及分布情況，單純依靠計(jì)算不易得到滿意的結(jié)果，這就需用實(shí)驗(yàn)方法解決結(jié)構(gòu)分析的問(wèn)題。其中實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析應(yīng)用較廣，其內(nèi)容包括電測(cè)法，光測(cè)法和比擬法等。這些立法，目前已成為解決許多工程實(shí)際問(wèn)題的有力工具。本指導(dǎo)將著介紹電測(cè)法原有關(guān)基本原理與技術(shù)。 本指導(dǎo)書的特點(diǎn)是著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手以及分析

3、能力。教學(xué)對(duì)象為四年制本科。第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是現(xiàn)代微電子技術(shù)與先進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合的新型試驗(yàn)機(jī)，通過(guò)負(fù)荷傳感器、變形傳感器、光電位移編碼器以及數(shù)字控制技術(shù)，對(duì)載荷、變形和位移實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，有較高的精度和靈敏度。它不僅可準(zhǔn)確記錄載荷變形曲線，還可實(shí)現(xiàn)控制、檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化；并可進(jìn)行等速加載、等速變形、等速位移的自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，并有低周載荷循環(huán)、變形循環(huán)、位移循環(huán)的功能?？蓪?duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、運(yùn)算處理、實(shí)時(shí)顯示并打印結(jié)果報(bào)告。全部試驗(yàn)操作均由計(jì)算機(jī)控制。圖2-1所示是電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該試驗(yàn)機(jī)主要有加載控制系統(tǒng)、測(cè)試控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)。其

4、最大荷載為100 kN（10噸），適用于金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切以及應(yīng)力、應(yīng)變控制等各種試驗(yàn)?；?電機(jī)和齒輪箱下壓頭上壓頭荷載傳感器動(dòng)橫梁傳動(dòng)絲桿下拉伸夾頭磁力平臺(tái)位移傳感器夾緊手柄荷載傳感器上拉伸夾頭上橫梁壓縮區(qū)圖21電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)拉伸區(qū)一、加載系統(tǒng)主機(jī)主要有上橫梁、下橫梁（活動(dòng)橫梁）、工作臺(tái)等。拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，將試樣夾持在上、下橫梁的拉伸夾具內(nèi)。壓縮時(shí)，試樣放置在工作臺(tái)中央。根據(jù)實(shí)驗(yàn)控制指令，伺服電機(jī)、同步齒形帶及大小帶輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，使活動(dòng)橫梁向上或向下平穩(wěn)移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的加裁。將載荷、變形、位移等量形成反饋，組成閉環(huán)控制，以滿足各種實(shí)驗(yàn)要求。二、測(cè)試

5、控制系統(tǒng)主要有傳感器、數(shù)字控制器及功率放大器等組成。由負(fù)荷傳感器、位移傳感器和變形傳感器將其相應(yīng)的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾娦盘?hào)，經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換、接口器將載荷、位移和變形等量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。三、微機(jī)控制部分通過(guò)編制的軟件，實(shí)現(xiàn)各種試驗(yàn)功能及輸出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。程序具有采集數(shù)據(jù)、繪制曲線、曲線局部放大或縮小、曲線單顯或多條曲線疊加對(duì)比及人工有效修正等功能。四、操作規(guī)程及注意事項(xiàng)1.在計(jì)算機(jī)上設(shè)定實(shí)驗(yàn)類型、實(shí)驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)條件等內(nèi)容。2.測(cè)定彈性模量E時(shí)，先將試樣的一端裝入機(jī)器的上夾頭，移動(dòng)活動(dòng)橫梁，使下夾頭夾緊試樣的另一端，然后將變形傳感器小心地安裝上。變形傳感器插入標(biāo)距定位銷，安裝在試樣中部，使其兩

6、刀口中央與試樣表面垂直接觸，再將標(biāo)距定位銷撥出。單擊“開(kāi)始”按鈕，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，機(jī)器緩慢加載。觀察計(jì)算機(jī)屏幕的載荷變形曲線，是否符合胡克定律。超過(guò)比例極限后，小心取下引伸儀。將載荷卸掉，停機(jī)。3.做低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，安裝好試樣后，單擊“開(kāi)始”按鈕，機(jī)器緩慢加載。在屈服階段，載荷有很小波動(dòng)，變形卻不斷增加，試樣上有明顯的滑移線，繼續(xù)加載，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，當(dāng)載荷達(dá)到某一值時(shí)，可將載荷卸掉，然后再加載荷，可觀察冷作硬化現(xiàn)象。在超過(guò)極限載荷Fb后，試樣出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至試樣拉斷，自動(dòng)停機(jī)?？蓽y(cè)得試樣屈服載荷Fs和最大載荷Fb。將拉斷后試樣的標(biāo)距l(xiāng)1和斷口頸縮處的最小直徑d1輸入計(jì)算機(jī)。做鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，

7、安裝好試樣后，給試樣加載直至試樣拉斷，測(cè)得最大載荷Fb。4.做鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，將試樣放在機(jī)器的下壓板中心處。單擊“開(kāi)始”按鈕，緩慢給試樣加載（絕不允許快速加載），直至試樣破裂，測(cè)得最大載荷Fb。做低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，安裝好試樣后，單擊“開(kāi)始”按鈕，緩慢加載，試樣加載至屈服時(shí)，記錄下屈服載荷Fs，繼續(xù)加載，將試樣加載至試驗(yàn)機(jī)許可載荷前（觀察到該試樣明顯變形）某一數(shù)值時(shí)停止加載。 5.必須嚴(yán)格遵守試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)范操作機(jī)器。試樣安裝必須準(zhǔn)確，變形傳感器要輕拿輕放。做壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)試樣上端面接近上墊板時(shí)，一定要減慢活動(dòng)橫梁移動(dòng)速度，避免突然接觸引起沖擊。脆性材料壓壞時(shí)，防止有碎塊飛出，要注意安全。6開(kāi)機(jī)

8、工作時(shí)，操作者不得離開(kāi)工作崗位，實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生故障應(yīng)立即停機(jī)22液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定材料力學(xué)性能的主要設(shè)備是材料試驗(yàn)機(jī)，能兼作拉伸、壓縮、彎曲等多種實(shí)驗(yàn)的材料試驗(yàn)機(jī)稱為萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，它有液壓式、機(jī)械式、電子式等類型?，F(xiàn)以國(guó)產(chǎn)WE系列液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)為例，介紹其工作原理。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖22所示，該試驗(yàn)機(jī)主要有加載系統(tǒng)和測(cè)力系統(tǒng)。一、加載系統(tǒng)在底座1上由兩根固定立柱2和固定橫梁3組成承載框架。工作油缸4固定于框架上。在工作油缸的活塞5上，支承著由上橫梁6、活動(dòng)立柱7和活動(dòng)平臺(tái)8組成的活動(dòng)框架。當(dāng)油泵16開(kāi)動(dòng)時(shí)，油液通過(guò)送油閥17，經(jīng)送油管18進(jìn)入工作油缸，把活塞5連同活動(dòng)平臺(tái)8一同頂起。這樣

9、，如把試樣安裝于上夾頭9和下夾頭12之間，由于下夾頭固定，上夾頭隨工作平臺(tái)上升，試件將受到拉伸。若把試樣置放于兩個(gè)承壓墊板11之間，或?qū)⑹軓澰嚇又梅庞趦蓚€(gè)彎曲支座10上，則因固定橫梁不動(dòng)而活動(dòng)平臺(tái)上升，試樣將分別受到壓縮或彎曲。9上夾頭36下夾頭升降按鈕12下夾頭24拉桿13螺桿28齒桿27推桿31平衡鉈支點(diǎn)23測(cè)力活塞22測(cè)力油缸35油泵電機(jī)21測(cè)力油管15蝸輪蝸桿32滾筒滑輪(1)33拉繩26擺桿25擺錘滑輪(2)29示力指針30示力度盤37油箱19回油管34繪圖筆8活動(dòng)平臺(tái)10彎曲支座14下夾頭升降電機(jī)16油泵17送油閥18送油管20回油閥6上橫梁5工作活塞4工作油缸7活動(dòng)立柱3固定橫梁

10、11承壓墊板2立柱1底座圖22液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此外，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前如欲調(diào)整上、下夾頭之間的距離，則可開(kāi)動(dòng)電機(jī)14，驅(qū)動(dòng)螺桿13，便可使下夾頭12上升或下降。值得注意的是，電機(jī)14不能用來(lái)給試樣施加拉力。二、測(cè)力系統(tǒng) 加載時(shí)，開(kāi)動(dòng)油泵電機(jī)，打開(kāi)送油閥17，油泵把油液送入工作油缸4頂起工作活塞5給試件加載；同時(shí)，油液經(jīng)回油管19及測(cè)力油管21（這時(shí)回油閥20是關(guān)閉的，油液不能流回油箱37），進(jìn)入測(cè)力油缸22，壓迫測(cè)力活塞23，使它帶動(dòng)拉桿24向下移動(dòng)，從而迫使擺桿26和擺錘25聯(lián)同推桿27繞支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)。推桿偏轉(zhuǎn)時(shí)，推動(dòng)齒桿28作水平移動(dòng)，于是驅(qū)動(dòng)示力盤的指針齒輪，使示力指針29繞示力度盤30的

11、中心旋轉(zhuǎn)。示力指針旋轉(zhuǎn)的角度與測(cè)力油缸活塞上的總壓力（即拉桿24所受拉力）成正比。因?yàn)闇y(cè)力油缸和工作油缸中油壓壓強(qiáng)相同，兩個(gè)油缸活塞上的總壓力成正比（活塞面積之比）。這樣，示力指針的轉(zhuǎn)角便與工作油缸活塞上的總壓力，亦即試件所受載荷成正比。經(jīng)過(guò)標(biāo)定便可使指針在示力度盤上直接指示載荷的大小。 試驗(yàn)機(jī)配有重量不同的擺錘，可供選擇。對(duì)重量不同的擺錘，使示力指針轉(zhuǎn)同樣的轉(zhuǎn)角，所需油壓并不相同，即載荷并不相同。所以，示力度盤上由刻度表示的測(cè)力范圍應(yīng)與擺錘的重量相匹配。WE300型液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)配有A、B、C三種擺錘，擺錘A對(duì)應(yīng)的測(cè)力范圍為060KN，AB對(duì)應(yīng)的測(cè)力范圍為0150KN，ABC對(duì)應(yīng)的測(cè)力

12、范圍為0300KN。開(kāi)動(dòng)油泵電機(jī)，送油閥開(kāi)啟的大小可以調(diào)節(jié)油液進(jìn)入工作油缸的快慢，因而可用以控制增加載荷的速度。開(kāi)啟回油閥20，可使工作油缸中的油液經(jīng)回油管19泄回油箱37，從而卸減試樣所受載荷。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，為消除活動(dòng)框架等的自重影響，應(yīng)開(kāi)動(dòng)油泵送油，將活動(dòng)平臺(tái)略微升高。然后調(diào)節(jié)測(cè)力部分的平衡鉈31，使擺桿26保持垂直位置，并使示力指針指在零點(diǎn)。試驗(yàn)機(jī)上還有自動(dòng)繪圖裝置，它的工作原理是，活動(dòng)平臺(tái)上升時(shí)，由繞過(guò)滑輪（1）和（2）的拉繩33帶動(dòng)滾筒32繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒圓柱面上構(gòu)成沿周線表示位移的坐標(biāo)；同時(shí)，齒桿28的移動(dòng)構(gòu)成沿滾筒軸線表示載荷的坐標(biāo)。這樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)繪圖筆34在滾筒上就可自動(dòng)繪出載荷

13、位移曲線。當(dāng)然，這只是一條定性曲線，不是很準(zhǔn)確的。三、操作規(guī)程及注意事項(xiàng)1根據(jù)試樣的尺寸和材料，估計(jì)最大載荷，選定相應(yīng)的示力度盤和擺錘重量。需要自動(dòng)繪圖時(shí)，事先應(yīng)將滾筒上的紙和筆裝好。2先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開(kāi)動(dòng)油泵電機(jī)。待油泵工作正常后，開(kāi)啟送油閥將活動(dòng)平臺(tái)升高約1，以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，調(diào)整示力度盤指針使它指在零點(diǎn)。3安裝拉伸試樣時(shí)，可開(kāi)動(dòng)下夾頭升降電機(jī)以調(diào)整下夾頭位置，但不能用下夾頭升降電機(jī)給試樣加載，即拉伸試樣夾緊后，嚴(yán)禁調(diào)節(jié)下夾頭高低位置，否則會(huì)損壞機(jī)器。緩慢開(kāi)啟送油閥，給試樣平穩(wěn)加載，避免油閥開(kāi)啟過(guò)大進(jìn)油太快快速加載（進(jìn)油閥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)不能大于半圈）。4.做鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，

14、將試樣放在機(jī)器的下墊板中心處。緩慢開(kāi)啟送油閥（進(jìn)油閥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)不能大于半圈）。給試樣緩慢平穩(wěn)加載（絕不允許快速加載），直至試樣破裂，測(cè)得最大載荷。鑄鐵壓壞時(shí)，防止有碎塊飛出，實(shí)驗(yàn)者要注意安全，離開(kāi)機(jī)器一米以外觀看。做低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，安裝好試樣后，給試樣緩慢平穩(wěn)加載（進(jìn)油閥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)不能大于半圈），記錄下屈服載荷，將試樣加載至明顯變形,停止加載。5必須嚴(yán)格遵守試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)范操作機(jī)器。開(kāi)機(jī)工作時(shí)，操作者不得離開(kāi)工作崗位，不得走動(dòng)到機(jī)器的側(cè)面和背面，不要觸動(dòng)擺桿或擺錘。6實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先取下試樣，再緩緩打開(kāi)回油閥將油液放回油箱。壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先緩緩打開(kāi)回油閥將

15、油液放回油箱，才能取下試樣。7實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生故障應(yīng)立即停機(jī)。23扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)定金屬或非金屬試樣受扭時(shí)的力學(xué)性能。圖23所示是NJ100B型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)外形簡(jiǎn)圖。該試驗(yàn)機(jī)能給試樣正、反兩個(gè)方向施加扭矩；采用電子平衡測(cè)力系統(tǒng)，精度較高；用可控硅無(wú)級(jí)調(diào)速控制加載，可使加載平穩(wěn)，試驗(yàn)速度寬廣。最大扭矩為1000Nm，分四級(jí)度盤，它們分別是0100Nm、0200Nm、0500Nm、01000Nm。一、加載系統(tǒng)安裝于溜板3上的加載機(jī)構(gòu)（圖23）用滾珠軸承支承于導(dǎo)軌2上，可自由滑動(dòng)。直流電機(jī)4通過(guò)減速箱5的兩級(jí)減速帶動(dòng)夾頭6轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)安裝于夾頭6和8間的試樣7施加扭矩。操作面板9放大為圖24，面

16、板上按鈕12控制試驗(yàn)機(jī)的正、反加載和停機(jī)。加載速度分036min和0360min兩檔，由轉(zhuǎn)速選擇開(kāi)關(guān)13選擇，多圈電位器14調(diào)節(jié)。1機(jī)座3溜板2導(dǎo)軌5減速箱4直流電機(jī)7試樣9操作面板35量程選擇旋鈕34示力度盤8夾頭6夾頭41記錄器39微調(diào)輪圖23 NJ100B扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)19復(fù)位開(kāi) 關(guān)反 停 正記錄器10電源18指示燈12按鈕14電位器11指示燈16電流表13轉(zhuǎn)速選擇開(kāi)關(guān)15加載速度表17記錄開(kāi)關(guān) 圖24操作面板二、測(cè)力系統(tǒng)測(cè)力機(jī)構(gòu)為杠桿電子自動(dòng)平衡系統(tǒng)，示意圖如圖25所示。由夾頭8傳遞來(lái)的扭矩T轉(zhuǎn)動(dòng)杠桿20（或反向杠桿21），帶動(dòng)變支點(diǎn)杠桿22，使拉桿23以載荷F作用于桿平衡杠24上，平衡杠

17、桿繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，右端上翹熱推動(dòng)差動(dòng)變壓器25，變壓器鐵芯因位移發(fā)出的信號(hào)經(jīng)放大器26使伺服電機(jī)27轉(zhuǎn)動(dòng)，拖動(dòng)鋼絲29拉著游鉈30移動(dòng)。直到游鉈的重力G對(duì)支點(diǎn)的力矩GsFr時(shí)，平衡杠桿恢復(fù)為水平平衡位置，差動(dòng)變壓器鐵芯回到初始位置，無(wú)信號(hào)輸出，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢?jiàn)扭矩T的大小與通過(guò)杠桿傳遞的拉力載荷F成正比，而F又與游鉈的位移s成正比。游鉈的移動(dòng)經(jīng)鋼絲29帶動(dòng)繩輪32和指針33旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的角度自然正比于游鉈的位移s。經(jīng)過(guò)標(biāo)定，指針便可在示力度盤34上指示出扭矩T的數(shù)值。當(dāng)需要變換示力度盤時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)量程選擇旋鈕35，經(jīng)鏈條36和錐齒輪37帶動(dòng)凸輪軸38，使凸輪軸上的不同凸輪與杠桿22的不同支點(diǎn)接觸。

18、這樣便可改變杠桿22上力臂的比值，以改變測(cè)力范圍。主動(dòng)夾頭47伺服電機(jī)G32繩輪A8夾頭20杠桿4直流電機(jī)44記錄筒39微調(diào)輪25差動(dòng)變變壓器29鋼絲49電位器36鏈條50齒輪37錐齒輪22變支點(diǎn)杠桿45自整角發(fā)送機(jī)3凸輪軸21反向杠桿34示力度盤33指針平衡鉈50齒輪24平衡杠桿23拉桿放大器 27伺服電機(jī)42記錄筆28反饋電位器43鋼絲48自整角變壓器35量程選擇旋鈕31調(diào)整板限位開(kāi)關(guān)30游鉈40彈簧46放大器5減速箱 圖25 測(cè)力機(jī)構(gòu)示意圖三、記錄裝置繩輪32旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)鋼絲43帶動(dòng)記錄筆42沿記錄筒44的軸線方向移動(dòng)，按比例地記錄扭矩T的數(shù)值。隨著主動(dòng)夾頭6的轉(zhuǎn)動(dòng)，裝于減速箱5上的自整

19、角發(fā)送機(jī)45不斷發(fā)出信號(hào)，經(jīng)放大器46驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)47帶動(dòng)自整角變壓器48轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪50使記錄筒旋轉(zhuǎn)。這樣，記錄筆沿記錄筒圓周方向的移動(dòng)，按比例地記錄了試件的扭轉(zhuǎn)角。于是得到表示T和的關(guān)系的曲線。四、操作規(guī)程及注意事項(xiàng)1估計(jì)實(shí)驗(yàn)所需最大扭矩。轉(zhuǎn)動(dòng)量程選擇旋鈕選擇合適的示力度盤。一般使示力度盤的量程比實(shí)驗(yàn)所需最大扭矩約大20%。2根據(jù)試樣的頭部形狀，在夾頭上安裝合適的鉗口。先把試件夾緊于固定夾頭8中，再移動(dòng)活動(dòng)夾頭6把試樣夾緊。3把轉(zhuǎn)速選擇開(kāi)關(guān)13（圖24）置于所需的速度檔上。將調(diào)速電位器14左旋到底，接通電源，檢查指針33（圖25）是否指零。如偏離較多，打開(kāi)機(jī)器背面箱門，移動(dòng)調(diào)整板31使指

20、針大致指零，再用微調(diào)輪39（圖23）使指針對(duì)零。如指針在調(diào)整中不靈敏或有振蕩現(xiàn)象，應(yīng)調(diào)整伺服電機(jī)27旁邊的反饋電位器28使恢復(fù)正常。4需自動(dòng)繪制T圖時(shí)，裝好記錄筆和記錄紙，并借助齒輪50選擇合適的記錄速度，打開(kāi)記錄開(kāi)關(guān)17。檢查記錄筆在記錄紙上的位置是否適宜，如需調(diào)整可拉動(dòng)鋼絲43。如記錄筆有振蕩現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)伺服電機(jī)47旁的電位器49使其停止振蕩。5加載時(shí)按下開(kāi)關(guān)12的正（或反）按鈕，以順時(shí)針向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速電位器14，使直流電機(jī)按要求的速度對(duì)試件加載。最大加載電流不應(yīng)超過(guò)10安培。加載開(kāi)始后不能再轉(zhuǎn)動(dòng)量程選擇旋鈕。6實(shí)驗(yàn)完畢立即按下停止開(kāi)關(guān)。破壞性實(shí)驗(yàn)可立即切斷電源取下試件；非破壞性實(shí)驗(yàn)經(jīng)反向

21、卸載后取下試件。7開(kāi)機(jī)前應(yīng)檢查調(diào)整電位器是否指在零位（左旋到底），以防啟動(dòng)加載開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生沖擊力矩。由夾頭8傳遞來(lái)的扭矩T轉(zhuǎn)動(dòng)杠桿20（或反向杠桿21），帶動(dòng)變支點(diǎn)杠桿22，使拉桿23以載荷P作用于桿平衡杠24上，桿平衡杠繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，右端上翹熱推動(dòng)差動(dòng)變壓器25，變壓器鐵芯因位移發(fā)出的信號(hào)經(jīng)放大器26使伺服電機(jī)27轉(zhuǎn)動(dòng)，拖動(dòng)鋼絲29拉著游鉈30移動(dòng)。直到游鉈的重力G對(duì)支點(diǎn)的力矩GsPr時(shí)，平衡杠桿恢復(fù)為水平平衡位置，差動(dòng)變壓器鐵芯回到初始位置，無(wú)信號(hào)輸出，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。可見(jiàn)扭矩T的大小與通過(guò)杠桿傳遞的拉力載荷P成正比，而P又與游鉈的位移s成正比。游鉈的移動(dòng)經(jīng)鋼絲29帶動(dòng)繩輪32和指針33旋轉(zhuǎn)

22、，旋轉(zhuǎn)的角度自然正比于游鉈的位移s。經(jīng)過(guò)標(biāo)定，指針便可在示力度盤34上指示出扭矩T的數(shù)值。當(dāng)需要變換示力度盤時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)量程選擇旋鈕35，經(jīng)鏈條36和錐齒輪37帶動(dòng)凸輪軸38，使凸輪軸上的不同凸輪與杠桿22的不同支點(diǎn)接觸。這樣便可改變杠桿22上力臂的比值，以改變測(cè)力范圍。24球鉸式引伸儀材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，除了測(cè)定試樣或構(gòu)件的承載能力外，還經(jīng)常測(cè)定它們的變形，試樣的變形往往很小，必須采用高精度、高放大倍數(shù)的儀器才能測(cè)定，這類儀器即為變形儀，QY100型球鉸式引伸儀是變形儀的一種。一、千分表及百分表千分表利用齒輪放大原理制成，如圖26所示，它主要用于測(cè)量位移，工作時(shí)將細(xì)軸的觸頭緊靠在被測(cè)量的物體上，物體

23、的變形將引起觸頭的上下移動(dòng)，細(xì)軸上的平齒便推動(dòng)小齒輪以及和它同軸的大齒輪共同轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪帶動(dòng)觸頭細(xì)軸量程指針齒條指針齒輪大指針刻度盤細(xì)軸螺帽大齒輪小齒輪圖26 指針齒輪，于是大指針相隨轉(zhuǎn)動(dòng)。如大指針在刻度盤上每轉(zhuǎn)動(dòng)一格，表示觸頭的位移為1/1000，則放大倍數(shù)為1000，稱為千分表。若大指針每轉(zhuǎn)動(dòng)一格表示觸頭的位移為1/100，則稱為百分表。大指針轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)可由量程指針予以記憶。百分表的量程一般為510，而千分表的量程一般為3左右。安裝千分表時(shí)，應(yīng)使細(xì)軸的方向（即觸頭位移方向）與被測(cè)點(diǎn)的位移方向一致，對(duì)細(xì)軸應(yīng)選取適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量。測(cè)量前可轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤使指針對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)。二、球鉸式引伸儀構(gòu)造原理圖27(

24、a)和(b)是QY100型球鉸式引伸儀的結(jié)構(gòu)和安裝示意圖。上、下標(biāo)距叉由球鉸桿和表座板（也是標(biāo)距板）連接起來(lái)，并用彈簧拉緊，組成變形傳遞架。裝于表座板上的千分表的觸頭與下標(biāo)距叉的接觸螺釘接觸。旋緊固定頂尖和活動(dòng)頂尖便可把引伸儀安裝于試件上。試件變形時(shí)，上標(biāo)距叉基本不動(dòng)，但試件變形帶動(dòng)頂尖螺釘位移，從而使下標(biāo)距叉繞球鉸中心輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，下標(biāo)距叉形成一個(gè)以球鉸為支點(diǎn)的杠桿。按照?qǐng)D37(a)所示尺寸，千分表觸頭的位移是活動(dòng)頂尖位移（即試件變形）的兩倍。換句話說(shuō)，在千分表的量程內(nèi)，其指針轉(zhuǎn)動(dòng)Ci格，表示觸頭的位移為，而試件的變形，式中K2000即為QY2型球鉸式引伸儀的放大倍數(shù)。千分表的刻度盤上有兩

25、種刻度，黑色數(shù)字是順時(shí)針?lè)较颍t色數(shù)字則是反時(shí)針?lè)较?。因在試件變形時(shí)，下標(biāo)距叉的接觸螺釘向下移動(dòng)，千分表的大指針將反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，所以，讀數(shù)時(shí)應(yīng)讀紅色讀數(shù)。試樣活動(dòng)頂尖固定頂尖定位塊下標(biāo)距叉接觸螺母試樣彈簧千分表上標(biāo)距叉定位塊球鉸球鉸桿小軸千分表鎖緊螺母(a) (b) 圖27三、儀器的安裝及注意事項(xiàng)1根據(jù)試件的尺寸調(diào)整定位塊和頂尖，使小軸的尾部向上，限制上、下標(biāo)距叉相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，把引伸儀套在試件上，使定位塊與試件緊靠，施緊活動(dòng)頂尖，使頂尖嵌入試件約為0.050.1。2調(diào)整接觸螺釘，使千分表的量程指針指在量程的一半左右，用鎖緊螺母鎖緊接觸螺釘，把千分表大指針調(diào)整到零位，把小軸尾部旋轉(zhuǎn)向下。3在正式實(shí)

26、驗(yàn)前，可對(duì)試件試加小量載荷，如果千分表指針均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，則可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。4引伸儀屬精密儀器，使用時(shí)要小心謹(jǐn)慎，注意輕放，實(shí)驗(yàn)完成后應(yīng)妥善地放入儀器盒里。25靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靜態(tài)電阻應(yīng)變儀是專供測(cè)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、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理接觸螺釘靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的種類很多，在此以XL 2101C型程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀（儀器面板如圖28所示）為例，介紹其工作原理。電源XL2101C程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀系數(shù)設(shè)定自動(dòng)平衡通道切換圖28接線端子通 道 切 換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口選配件

27、粘貼在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)變片高精度數(shù)據(jù)放大器有源濾波器高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器MCU鍵盤顯示應(yīng)變聯(lián)計(jì)算機(jī)圖29 工作原理示意圖1/4橋接線方法半橋接線方法全橋接線方法圖2-10橋路接線圖1/4橋全橋半橋CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8CH9CH10CH11CH12橋路選擇補(bǔ)償圖2-11：XL2101C應(yīng)變測(cè)試接線端子示意圖XL 2101C型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理框圖如圖2-9所示，可進(jìn)行橋、半橋或全橋測(cè)量。在測(cè)量應(yīng)變時(shí)，按圖210 所示(選擇一種接線方法)，把粘貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片，接入電橋。該靜態(tài)電阻應(yīng)變儀可同時(shí)測(cè)量十個(gè)點(diǎn)的應(yīng)變，它還可以通過(guò)接口與計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。（

28、一）、準(zhǔn)備工作：1.據(jù)測(cè)試要求，使用1/4橋（1/4橋測(cè)量時(shí)，測(cè)量片與補(bǔ)償片阻值、靈敏系數(shù)應(yīng)相同）半橋或全橋測(cè)量方式，請(qǐng)參見(jiàn)圖210。2.盡可能采用半橋或全橋測(cè)量，以提高測(cè)試靈敏度及實(shí)現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)之間的溫度補(bǔ)償。3.接線，打開(kāi)儀器上面板，會(huì)看到接線部分，請(qǐng)參見(jiàn)圖211。接線時(shí)請(qǐng)旋緊螺絲，同時(shí)測(cè)量過(guò)程中不得移動(dòng)測(cè)量導(dǎo)線。（二）、測(cè)試步驟：接通電源，將儀器預(yù)熱20分鐘，同時(shí)應(yīng)變測(cè)量系數(shù)K設(shè)定確認(rèn)無(wú)誤后，即可進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)量狀態(tài)下功能按鍵定義（從左右)如下：1.系數(shù)設(shè)定鍵：按該鍵后進(jìn)入應(yīng)變片靈敏系數(shù)修正狀態(tài)。靈敏系數(shù)設(shè)置完畢后自動(dòng)保持，下次開(kāi)機(jī)時(shí)仍生效。2.自動(dòng)平衡鍵：對(duì)本機(jī)全部測(cè)點(diǎn)自動(dòng)掃描從第01號(hào)測(cè)

29、點(diǎn)到12號(hào)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全部測(cè)點(diǎn)的橋路自動(dòng)平衡（預(yù)讀數(shù)法）。平衡完畢后返回手動(dòng)測(cè)量狀態(tài)。3.道切換鍵：在測(cè)量狀態(tài)，按鍵一次，當(dāng)前應(yīng)變測(cè)量模塊按照次序翻屏，并顯示對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值4.預(yù)調(diào)平衡：按下“自動(dòng)平衡”鍵，應(yīng)變測(cè)量各測(cè)點(diǎn)顯示約2秒種。在顯示期間，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)CH01CH12全部測(cè)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)讀數(shù)法自動(dòng)平衡。平衡完畢后返回測(cè)量狀態(tài)。 期間只需要使用者通過(guò)“通道切換”操作根據(jù)所連接應(yīng)變片的測(cè)點(diǎn)選擇觀測(cè)屏幕即可。即：CH01CH06、CH07CH012。二、YJ31P10R型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀操作說(shuō)明1.半橋測(cè)量時(shí)，將D1、D、D2接線柱用連接片起來(lái)連接并旋緊。2.將標(biāo)準(zhǔn)電阻分別與A、B、C接線柱相連。（單色線

30、接在B上）。3.接通電源開(kāi)關(guān)。4.按下“基零”鍵，輸出顯示“0000”或“0000”（儀表內(nèi)部已調(diào)好）5.按下“測(cè)量”鍵，顯示測(cè)量值，將測(cè)量值調(diào)到“0000”或“0000”.6.按下“標(biāo)定”鍵，將輸出顯示調(diào)到20000/K（K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)）。7.將“本機(jī)、切換”開(kāi)關(guān)置“切換”狀態(tài)。8.進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)變片分別與對(duì)應(yīng)點(diǎn)的A、B、C接線柱相連，而主機(jī)的A、BC接線柱上的標(biāo)準(zhǔn)電阻去掉。9.多點(diǎn)測(cè)量：切換測(cè)點(diǎn)開(kāi)關(guān)的位置,按次序所有點(diǎn)的平衡都調(diào)節(jié)在0000或0000值上，如個(gè)別點(diǎn)調(diào)不到零，就記錄下初讀數(shù)值。10.測(cè)量值記錄：采用逐點(diǎn)測(cè)量逐點(diǎn)記錄方式，即測(cè)點(diǎn)旋鈕指向哪一點(diǎn)就讀出哪一點(diǎn)的讀數(shù)，并記錄

31、下來(lái)。第三章 電測(cè)法基礎(chǔ)電阻應(yīng)變測(cè)量方法是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的方法，簡(jiǎn)稱電測(cè)法。電測(cè)法的基本原理是：將電阻應(yīng)變片（簡(jiǎn)稱應(yīng)變片）粘貼在被測(cè)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(guò)電阻應(yīng)變測(cè)量?jī)x器（簡(jiǎn)稱電阻應(yīng)變儀），可測(cè)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(lái)，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(guò)程如下所示：應(yīng)變電阻變化電壓（或電流）變化放大記錄數(shù)據(jù)處理電測(cè)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(cè)量

32、過(guò)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(cè)量及無(wú)線遙測(cè)。31 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(jiǎn)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(cè)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3-1）、短接線式應(yīng)變片和箔式應(yīng)變片（圖3-2）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(cè)量沿柵軸方向的應(yīng)變。

33、如圖3-3所示，在同一基底上按一定角度布置了幾個(gè)敏感柵，可測(cè)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(cè)量平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的主應(yīng)變和主方向。圖3-1 應(yīng)變片的構(gòu)造 圖3-2 箔式應(yīng)變片（a） （b） （c）圖3-3 應(yīng)變花（a）應(yīng)變花；（b）應(yīng)變花；（c）應(yīng)變花二、電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)在用應(yīng)變片進(jìn)行應(yīng)變測(cè)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(guò)大，產(chǎn)生發(fā)熱和熔斷等現(xiàn)象，要求金屬絲有一定的長(zhǎng)度，以獲得較大的初始電阻值。但在測(cè)量構(gòu)件的應(yīng)變時(shí)，又要求盡可能縮短應(yīng)變片的長(zhǎng)度，以測(cè)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3-1所

34、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與敏感柵柵軸方向的應(yīng)變成正比，即式中：為應(yīng)變片的原始電阻值；為應(yīng)變片電阻值的改變量；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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)量準(zhǔn)備工作中最重要的一個(gè)

35、環(huán)節(jié)。在測(cè)量中，構(gòu)件表面的變形通過(guò)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(cè)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(cè)量絕緣電阻。6.引出導(dǎo)線。實(shí)際測(cè)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(shù)脂等對(duì)應(yīng)變片的表面進(jìn)行涂覆保護(hù)。32電阻應(yīng)變片的測(cè)量電路在使用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變時(shí)，必須用適當(dāng)?shù)霓k法測(cè)量其電阻值的微小變化。為此，一般

36、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(cè)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(shuō)明。一、電橋的輸出電壓電阻應(yīng)變儀中的電橋線路如圖3-4所示，它是以應(yīng)變片或電阻元件作為電橋橋臂?？扇閼?yīng)變片、和為應(yīng)變片或均為應(yīng)變片等幾種形式。、和、分別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)輸入端加有電壓時(shí)，電橋的輸出電壓為當(dāng)時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)。因此，電橋的平衡條件

37、為。當(dāng)處于平衡的電橋中各橋臂的電阻值分別有、和的變化時(shí)，可近似地求得電橋的輸出電壓為由此可見(jiàn)，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。如果電橋的四個(gè)橋臂均接入相同的應(yīng)變片，則有式中，分別為接入電橋四個(gè)橋臂的應(yīng)變片的應(yīng)變值。 圖3-4 電橋原理 圖3-5 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(chǎng)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)

38、生變化時(shí)，由于敏感柵與構(gòu)件的伸長(zhǎng)（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，電阻應(yīng)變片中可產(chǎn)生幾十微應(yīng)變。顯然，這是非被測(cè)（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(cè)構(gòu)件材料相同但不受力的試件上。將此試件和被測(cè)構(gòu)件放在一起，使它們處于同一溫度場(chǎng)中。粘貼在被測(cè)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

39、相鄰的橋臂，如圖3-5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(cè)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

40、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(cè)量出指定的應(yīng)變。應(yīng)變片在電橋中的接法常有以下三種形式：1.半橋單臂接法 如圖3-5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)相鄰橋臂，另兩個(gè)橋臂接固定電阻。如果工作片的應(yīng)變?yōu)?，則電橋的輸出電壓為2.半橋雙臂接法 如圖3-6所示，將兩個(gè)工作片接入電橋的兩個(gè)相鄰橋臂，另兩個(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)變分別為和，則電橋的輸出電壓為若，則電橋的輸出電壓為即為半橋單臂接法的兩倍。 圖3-6 半橋雙臂接法 圖3-7 全橋接法3.全橋接法 如圖3

41、-7所示，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，則電橋的輸出電壓為若，則電橋的輸出電壓為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四、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(wú)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)變式中：為電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)；為電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)；為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。第四章 基本實(shí)驗(yàn)41 實(shí)驗(yàn)一 拉伸時(shí)彈性模量E的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證虎克定律，測(cè)定低碳鋼的彈性模

42、量E。2練習(xí)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的操作二、實(shí)驗(yàn)的設(shè)備和儀器1萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)2外徑千分尺3球鉸式引伸儀三、實(shí)驗(yàn)試樣圓形截面試樣，如圖1-1所示對(duì)試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB639786。 圖1-1 四、實(shí)驗(yàn)步驟1試樣準(zhǔn)備在試件標(biāo)距范圍內(nèi)分別測(cè)量試件的兩端及中間三個(gè)位置的直徑。為保證精確度，每一截面取互相垂直的兩個(gè)方向各測(cè)量一次，并計(jì)算其平均值，取三處直徑的算術(shù)平均值作為計(jì)算直徑，以計(jì)算試樣的初始橫截面面積。2試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備（以液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為例）（1）根據(jù)試樣極限載荷的大小，選擇合適的測(cè)力量程，并配置相應(yīng)的擺錘。對(duì)于低碳鋼拉伸試驗(yàn)，通常選擇的量程。（2）調(diào)整測(cè)力指針，對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)。（3）在自動(dòng)繪

43、圖器上安裝繪圖紙與記錄筆。3空載練習(xí)試驗(yàn)機(jī)的操作，待熟悉機(jī)的操作規(guī)則后才可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。4安裝試樣及引伸儀首先安裝試樣，并使之拉緊（如測(cè)力盤指示1KN），再安裝球鉸式引伸儀。引伸儀裝好后要調(diào)整指針使之位于刻度零點(diǎn)。（引伸儀放大倍數(shù)m=2000）5開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)預(yù)加（慢速）小量載荷（如加至5KN），以檢查試驗(yàn)機(jī)工作是否正常，引伸儀上百分表指針是否轉(zhuǎn)動(dòng)，確認(rèn)正常后卸載（慢速）至1KN左右。6進(jìn)行試驗(yàn)（1）慢速加載，初載荷為6KN左右，緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形，注意測(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)繪圖的情況和相應(yīng)的試驗(yàn)現(xiàn)象。（2）從初載荷開(kāi)始，每増載2KN記錄一次引伸儀中千分表的讀數(shù)，并估算引伸儀先后兩次讀數(shù)差，以

44、判斷試驗(yàn)是否正常，直至加載到14KN左右為止。重復(fù)測(cè)試兩次。注意：最大載荷不能超過(guò)18KN。（3）卸下引伸儀。（4）卸去試樣上的載荷（卸到零為止）。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算 表1-1拉伸時(shí)彈性模量E的測(cè)定試 樣 尺 寸（mm）載 荷千分表讀數(shù)讀數(shù)差截面截面截面 標(biāo)距六、注意事項(xiàng)1.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，試件夾緊后，嚴(yán)禁調(diào)節(jié)下夾頭高低位置，否則會(huì)損壞機(jī)器。2.引伸儀安裝時(shí)必須旋緊在試樣上。3.加載時(shí)速度要均勻緩慢，防止沖擊。嚴(yán)禁開(kāi)大進(jìn)油閥（進(jìn)油閥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)不能大于半圈）快速加載。4.開(kāi)動(dòng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)后，操作者不得離開(kāi)工作崗位，不得走動(dòng)到機(jī)器的側(cè)面和背面，實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生故障應(yīng)

45、立即停機(jī)。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，必須先卸下引伸儀，再卸去試樣上的載荷。七、思考題1.實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么要加初載荷？2.為什么要用等量增載法進(jìn)行測(cè)E實(shí)驗(yàn)？42 實(shí)驗(yàn)二 拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)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。2.測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。3.測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度。4.繪制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1.萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。2.外徑千分卡、游標(biāo)卡尺。三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB639786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

46、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2-1所示，圓形截面試樣和矩形截面試樣均由平行、過(guò)渡和夾持三部分組成。平行部分的試驗(yàn)段長(zhǎng)度稱為試樣的標(biāo)距，按試樣的標(biāo)距與橫截面面積之間的關(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或，矩形截面比例試樣通常取或，其中，前者稱為長(zhǎng)比例試樣（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)試樣），后者稱為短比例試樣（簡(jiǎn)稱短試樣）。定標(biāo)距試樣的與之間無(wú)上述比例關(guān)系。過(guò)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(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)

47、。對(duì)試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB639786。（a）（b）（a）圓形截面試樣；（b）矩形截面試樣圖2-1 拉伸試樣四、實(shí)驗(yàn)原理與方法1.測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)（以液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為例）（1）強(qiáng)度性能指標(biāo)屈服應(yīng)力（屈服點(diǎn)）試樣在拉伸過(guò)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）除以原始橫截面面積所得的應(yīng)力值，即抗拉強(qiáng)度試樣在拉斷前所承受的最大載荷除以原始橫截面面積所得的應(yīng)力值，即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(guò)程中，當(dāng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)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(guò)屈服載荷后，再繼續(xù)緩

48、慢加載直至試樣被拉斷，萬(wàn)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(zhǎng)率拉斷后的試樣標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，即式中：為試樣的原始標(biāo)距；為將拉斷的試樣對(duì)接起來(lái)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)距部分的塑性伸長(zhǎng)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(zhǎng)度內(nèi)，標(biāo)距長(zhǎng)度就有較大的塑性伸長(zhǎng)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(zhǎng)度內(nèi)，

49、另一部分在標(biāo)距長(zhǎng)度外，在這種情況下，標(biāo)距長(zhǎng)度的塑性伸長(zhǎng)量就小。因此，斷口的位置對(duì)所測(cè)得的伸長(zhǎng)率有影響。為了避免這種影響，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB22887對(duì)的測(cè)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，則可直接測(cè)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，則應(yīng)采用移位法（亦稱為補(bǔ)償法或斷口移中法）測(cè)定：在長(zhǎng)段上從斷口點(diǎn)起，取長(zhǎng)度基本上等于短段格數(shù)的一段，得到點(diǎn)，再由點(diǎn)起，取等于長(zhǎng)段剩余格數(shù)（偶數(shù)）的一半得到點(diǎn)（見(jiàn)圖2-2（a）；或取剩余格數(shù)（奇數(shù)）減1與加1的一半分別得到點(diǎn)與點(diǎn)（見(jiàn)圖2-2（b）。移位后的分別為：或。測(cè)量時(shí)，兩段在斷口處應(yīng)緊密對(duì)接，盡

50、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，則試驗(yàn)無(wú)效。（a）（b）圖2-2 測(cè)的移位法斷面收縮率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，即式中：為試樣的原始橫截面面積； 為拉斷后的試樣在斷口處的最小橫截面面積。2.測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)強(qiáng)度性能指標(biāo)灰鑄鐵在拉伸過(guò)程中，當(dāng)變形很小時(shí)就會(huì)斷裂，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的指針?biāo)甘镜淖畲筝d荷除以原始橫截面面積所得的應(yīng)力值即為抗拉強(qiáng)度，即五、實(shí)驗(yàn)步驟（以液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)加載為例）1.測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)（1）將試樣打上標(biāo)距點(diǎn)，并刻畫上間隔為分

51、格線。（2）在試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的中間以及兩標(biāo)距點(diǎn)的內(nèi)側(cè)附近，分別用千分卡尺在相互垂直方向上測(cè)取試樣直徑的平均值為試樣在該處的直徑，取三者中的最小值作為計(jì)算直徑。（3）把試樣安裝在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測(cè)力盤，配置好相應(yīng)的擺錘，調(diào)整測(cè)力指針，使之對(duì)準(zhǔn)“0”點(diǎn)，將從動(dòng)指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動(dòng)繪圖裝置。（4）開(kāi)動(dòng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，勻速緩慢加載，觀察試樣的屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，直至試樣被拉斷為止，并分別記錄下主動(dòng)指針回轉(zhuǎn)時(shí)的最小載荷和從動(dòng)指針?biāo)Ａ粑恢玫淖畲筝d荷。（5）取下拉斷后的試樣，將斷口吻合壓緊，量取斷口處的最小直徑和兩標(biāo)點(diǎn)之間的距離。2.測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能

52、指標(biāo)（1）測(cè)量試樣的尺寸。（2）把試樣安裝在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測(cè)力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測(cè)力指針，使之對(duì)準(zhǔn)“0”點(diǎn)，將從動(dòng)指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動(dòng)繪圖裝置。（3）開(kāi)動(dòng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，勻速緩慢加載直至試樣被拉斷為止，記錄下從動(dòng)指針?biāo)Ａ粑恢玫淖畲筝d荷。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算1.測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)表2-1 測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄試 樣 尺 寸實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前試樣直徑、標(biāo)距：截面 截面 截面 屈服載荷 最大載荷 實(shí)驗(yàn)后試樣斷口直徑：（左）截面 （右）截面 試樣斷后標(biāo)距： 拉斷后的試樣草圖試 樣 的 拉 伸 圖2.測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)表2-2 測(cè)定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄試 樣 尺 寸實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前試樣直徑：截面 截面 截面 最大載荷 拉斷后的試樣草圖試 樣 的 拉 伸 圖七、注意事項(xiàng)1.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，拉伸試樣夾緊后，嚴(yán)禁調(diào)節(jié)下夾頭高低位置，否則會(huì)損壞機(jī)器。2.加載時(shí)速度要均勻緩慢，防止沖擊。嚴(yán)禁開(kāi)大進(jìn)油閥（進(jìn)油閥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)不能大于半圈）快速加載。3.開(kāi)動(dòng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)后，操作者