材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) 力學(xué)性能試驗(yàn)力學(xué)性能試驗(yàn) 一、拉伸試驗(yàn)一、拉伸試驗(yàn) 二、壓縮試驗(yàn)二、壓縮試驗(yàn) 三、剪切試驗(yàn)三、剪切試驗(yàn) 四、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)四、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn) 電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理 五、矩形截面梁的純五、矩形截面梁的純彎曲彎曲 六、薄壁圓筒的彎扭六、薄壁圓筒的彎扭組合變形組合變形一、試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼拉伸彈性模量測(cè)定低碳鋼拉伸彈性模量E；2測(cè)定低碳鋼拉伸力學(xué)性能測(cè)定低碳鋼拉伸力學(xué)性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) )；3測(cè)定灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度s sb。二、試驗(yàn)儀器二、試驗(yàn)儀器1萬能材料試驗(yàn)機(jī)萬能材料試驗(yàn)機(jī)；2引伸儀

2、引伸儀；3游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺。拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)標(biāo)點(diǎn)標(biāo)點(diǎn) l0標(biāo)距標(biāo)距d0三、試樣三、試樣1材料類型材料類型 低碳鋼低碳鋼： 灰鑄鐵灰鑄鐵：2標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)準(zhǔn)試樣：塑性材料的典型代表塑性材料的典型代表脆性材料的典型代表脆性材料的典型代表標(biāo)距標(biāo)距：等截面測(cè)試部分長度：等截面測(cè)試部分長度尺寸符合國標(biāo)的試樣尺寸符合國標(biāo)的試樣試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)表盤試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)表盤主動(dòng)指針：反映載荷瞬時(shí)大小主動(dòng)指針：反映載荷瞬時(shí)大?。槐粍?dòng)指針：反映最大載荷被動(dòng)指針：反映最大載荷；拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)1) )圓形截面圓形截面2) )矩形截面矩形截面l0=10d0l0= 5d0l0tb003 .11Al 006

3、5. 5Al 或或四、試驗(yàn)原理四、試驗(yàn)原理1低碳鋼拉伸彈性模量低碳鋼拉伸彈性模量EOFD DlEAFll D DllAFED D D DF l F D Dl等量逐級(jí)加載法等量逐級(jí)加載法：D DFd d(D Dl)1d d(D Dl)2)( llAFED Dd dD D 拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)2測(cè)定低碳鋼拉伸機(jī)械性能測(cè)定低碳鋼拉伸機(jī)械性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) )O FD DlFeFpFsFb線彈性階段線彈性階段屈服階段屈服階段強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段頸縮階段頸縮階段屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)：0ssAF s s0bbAF s s抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：冷作硬化冷作硬化%100001 llld

4、 d伸長率伸長率：%100010 AAAy y斷面斷面收縮率收縮率：拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)低碳鋼拉伸試驗(yàn)現(xiàn)象低碳鋼拉伸試驗(yàn)現(xiàn)象：低碳鋼拉伸試驗(yàn)動(dòng)畫低碳鋼拉伸試驗(yàn)動(dòng)畫：屈服：屈服：頸縮：頸縮：斷裂：斷裂：t tmax引起引起拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)3測(cè)定灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度 s sbOFD Dl0bbAF s s抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度：Fb灰鑄鐵拉伸試驗(yàn)動(dòng)畫灰鑄鐵拉伸試驗(yàn)動(dòng)畫：拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康囊弧⒃囼?yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼壓縮屈服點(diǎn)測(cè)定低碳鋼壓縮屈服點(diǎn)s ssc；2測(cè)定灰鑄鐵抗壓強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵抗壓強(qiáng)度s sbc。二、試驗(yàn)儀器二、試驗(yàn)儀器 萬能材料試驗(yàn)機(jī)萬能材料試驗(yàn)機(jī)。三、試樣三、

5、試樣標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)準(zhǔn)試樣：d0h0粗短圓柱體：粗短圓柱體：h0=13d0壓壓 縮縮 試試 驗(yàn)驗(yàn)四、試驗(yàn)原理四、試驗(yàn)原理1測(cè)定低碳鋼壓縮屈服點(diǎn)測(cè)定低碳鋼壓縮屈服點(diǎn)s sscO FD DlFsc壓縮屈服點(diǎn)壓縮屈服點(diǎn)：0scscAF s s拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)壓壓 縮縮 試試 驗(yàn)驗(yàn)低碳鋼壓縮試驗(yàn)現(xiàn)象低碳鋼壓縮試驗(yàn)現(xiàn)象：低碳鋼壓縮變扁，不會(huì)斷裂，由于兩低碳鋼壓縮變扁，不會(huì)斷裂，由于兩端摩擦力影響，形成端摩擦力影響，形成“腰鼓形腰鼓形”。壓壓 縮縮 試試 驗(yàn)驗(yàn)2測(cè)定灰鑄鐵抗壓強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵抗壓強(qiáng)度s sbcOFD Dl0bcbcAF s s強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限：拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)Fbc灰鑄鐵壓縮灰鑄鐵壓縮試驗(yàn)現(xiàn)象試驗(yàn)

6、現(xiàn)象：t tmax引起引起壓壓 縮縮 試試 驗(yàn)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼名義抗切強(qiáng)度測(cè)定低碳鋼名義抗切強(qiáng)度t tb；2測(cè)定灰鑄鐵名義抗切強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵名義抗切強(qiáng)度t tb。二、試驗(yàn)儀器二、試驗(yàn)儀器 1萬能材料試驗(yàn)機(jī)萬能材料試驗(yàn)機(jī)；三、試樣三、試樣試樣試樣：剪剪 切切 試試 驗(yàn)驗(yàn) 2剪切器剪切器。四、試驗(yàn)原理四、試驗(yàn)原理名義抗切強(qiáng)度名義抗切強(qiáng)度：0bb2AF t t雙剪雙剪： 試件有兩個(gè)剪切面試件有兩個(gè)剪切面Fb剪剪 切切 試試 驗(yàn)驗(yàn)低碳鋼剪切試驗(yàn)現(xiàn)象低碳鋼剪切試驗(yàn)現(xiàn)象：灰鑄鐵剪切試驗(yàn)現(xiàn)象灰鑄鐵剪切試驗(yàn)現(xiàn)象：剪切、擠壓、剪切、擠壓、彎曲彎曲引起引起彎曲拉應(yīng)力彎曲拉應(yīng)力引起引起剪剪 切

7、切 試試 驗(yàn)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼切變模量測(cè)定低碳鋼切變模量G；2測(cè)定低碳鋼屈服切應(yīng)力測(cè)定低碳鋼屈服切應(yīng)力t ts、抗切強(qiáng)度抗切強(qiáng)度t tb；3測(cè)定灰鑄鐵抗切強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵抗切強(qiáng)度t tb；二、試驗(yàn)儀器二、試驗(yàn)儀器1扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)；2扭角儀扭角儀。4分析比較低碳鋼和灰鑄鐵兩種材料的破分析比較低碳鋼和灰鑄鐵兩種材料的破 壞情況壞情況。扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗(yàn)驗(yàn)三、試樣三、試樣1測(cè)測(cè)低碳鋼低碳鋼G采用自制試樣：采用自制試樣：dl2測(cè)測(cè)低碳鋼低碳鋼t ts、t tb、灰鑄鐵灰鑄鐵t tb采用標(biāo)準(zhǔn)試樣：采用標(biāo)準(zhǔn)試樣：d0扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗(yàn)驗(yàn)四、試驗(yàn)原理四、試驗(yàn)原理1低碳鋼低碳鋼切變

8、模量切變模量GOTj jdbalFFD Dd dpGITl j jj jj jppIFalITlG 等量逐級(jí)加載法：等量逐級(jí)加載法：j jD DD D pIFalGbd dj jD D D D扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗(yàn)驗(yàn)2測(cè)定低碳鋼屈服切應(yīng)力測(cè)定低碳鋼屈服切應(yīng)力t ts、抗切強(qiáng)度抗切強(qiáng)度t tbO Tj jTbTsT Tsr rdr rT= Ts屈服切屈服切應(yīng)力：應(yīng)力：pss43WM t t抗切抗切強(qiáng)度：強(qiáng)度：pbb43WM t tT= Tbt tst tst tbt tb扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗(yàn)驗(yàn)低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)現(xiàn)象低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)現(xiàn)象：低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)動(dòng)畫低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)動(dòng)畫：屈服：屈服：t tmax引起引

9、起斷裂：斷裂：扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗(yàn)驗(yàn)3測(cè)定灰鑄鐵抗切強(qiáng)度測(cè)定灰鑄鐵抗切強(qiáng)度t tb抗切抗切強(qiáng)度：強(qiáng)度：pbbWT t tO Tj jTb灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)現(xiàn)象灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)現(xiàn)象：斷裂：斷裂：灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)動(dòng)畫灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)動(dòng)畫：拉應(yīng)力拉應(yīng)力引起引起扭扭 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 試試 驗(yàn)驗(yàn)一、電阻應(yīng)變片一、電阻應(yīng)變片引出線引出線電阻絲電阻絲( (絲柵絲柵) )基底基底由試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：l應(yīng)變片應(yīng)變片F(xiàn)Fl+D DlllKRRD D D D K K電阻應(yīng)變片的電阻應(yīng)變片的 靈敏度系數(shù)靈敏度系數(shù)應(yīng)變片應(yīng)變片：將力學(xué)量：將力學(xué)量( (應(yīng)變應(yīng)變) )轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為 電量電量( (電阻電阻) )的傳感器的傳感器電阻應(yīng)變片種

10、類：電阻應(yīng)變片種類：絲式絲式( (繞線式繞線式) )、箔式、半導(dǎo)體式、箔式、半導(dǎo)體式電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理二、電阻應(yīng)變儀二、電阻應(yīng)變儀應(yīng)變測(cè)量原理應(yīng)變測(cè)量原理： 利用電橋平衡測(cè)量電阻改變，利用電橋平衡測(cè)量電阻改變，從而進(jìn)一步得到應(yīng)變。從而進(jìn)一步得到應(yīng)變。BADCER1R2R3R4電橋平衡電橋平衡( (UBD=0) )：4231RRRR 若若R1R4為四個(gè)為四個(gè)阻值相同阻值相同應(yīng)變片，應(yīng)變片，受力后，受力后，BD間電壓改變?yōu)椋洪g電壓改變?yōu)椋?(444332211RRRRRRRREUBDD D D D D D D D )(44321 KE電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理兩種接法中的應(yīng)變片型號(hào)、阻

11、值盡可能相同兩種接法中的應(yīng)變片型號(hào)、阻值盡可能相同或接近，固定電阻與應(yīng)變片阻值也應(yīng)接近?；蚪咏潭娮枧c應(yīng)變片阻值也應(yīng)接近。1電橋接法電橋接法：由于溫度對(duì)電阻值變化影響很由于溫度對(duì)電阻值變化影響很大，利用電橋特性，可以采用大，利用電橋特性，可以采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ@種影響。適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ@種影響。三、電橋接法及溫度補(bǔ)償三、電橋接法及溫度補(bǔ)償2溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償：全橋接法全橋接法( (四個(gè)電阻均為應(yīng)變片四個(gè)電阻均為應(yīng)變片) )；半橋接法半橋接法( (R1、R2為應(yīng)變片，為應(yīng)變片， R3、R4為固定電阻為固定電阻) )電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理BADCER1R2R3R4工作片工作片溫度補(bǔ)償片溫度補(bǔ)

12、償片固定電阻固定電阻相同應(yīng)變片相同應(yīng)變片R1、R2，R1貼貼在構(gòu)件受力處，在構(gòu)件受力處，R2貼在附貼在附近不受力處，環(huán)境溫度對(duì)近不受力處，環(huán)境溫度對(duì)R1、R2引起的阻值變化相引起的阻值變化相同，為同，為D DRT，則則)(4211RRRRREUTTBDD D D D D D 114)(4 KEKETT 電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理FF1單向應(yīng)力狀態(tài)單向應(yīng)力狀態(tài)四、幾種常見應(yīng)力狀態(tài)下的布片方式及應(yīng)力計(jì)算四、幾種常見應(yīng)力狀態(tài)下的布片方式及應(yīng)力計(jì)算軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣軸向拉壓、純彎曲、橫力彎曲上下緣FFR1R211 s sE R1R2溫度自補(bǔ)償，測(cè)量溫度自補(bǔ)償，測(cè)量電壓得到有效放大：電壓

13、得到有效放大：)(421TTBDKEU 1)1(4 KE電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理2已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)已知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)扭轉(zhuǎn)、橫力彎曲的中性軸、均勻內(nèi)壓的薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)、橫力彎曲的中性軸、均勻內(nèi)壓的薄壁圓筒R1R245o45o 13111s ss s s sE沿已知主應(yīng)力方向沿已知主應(yīng)力方向貼片，采用溫度自貼片，采用溫度自補(bǔ)償?shù)陌霕蚪臃ㄑa(bǔ)償?shù)陌霕蚪臃姕y(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理)(421TTBDKEU 12 KE 3不知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)不知主應(yīng)力方向的二向應(yīng)力狀態(tài)45o3應(yīng)變花：應(yīng)變花：29045245090031)()()1(2)()1(2 s ss s EE)(

14、)()()(2tan450904545090450 90o0o45o電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理120o0o60o60o3應(yīng)變花：應(yīng)變花：20120212060260012060031)()()()1(32)()1(3 s ss s EE)()()()(32tan600120060012000 電測(cè)法基本原理電測(cè)法基本原理2YJ28AP1OR型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定純彎曲下矩形截面梁橫截面上正應(yīng)力的測(cè)定純彎曲下矩形截面梁橫截面上正應(yīng)力的 分布規(guī)律，并與理論值比較分布規(guī)律，并與理論值比較；2熟悉電測(cè)法基本原理和電阻應(yīng)變儀的使用熟悉電測(cè)法基本原理和電

15、阻應(yīng)變儀的使用。二、實(shí)驗(yàn)儀器二、實(shí)驗(yàn)儀器1純彎曲試驗(yàn)裝置純彎曲試驗(yàn)裝置；矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲三、試驗(yàn)原理三、試驗(yàn)原理1結(jié)構(gòu)示意圖及理論值計(jì)算結(jié)構(gòu)示意圖及理論值計(jì)算hbFF/2F/2aa+ FQF/2F/2MFa/2+mmmm截面：截面： )(0Q常數(shù)常數(shù)CMF純彎曲純彎曲zIyM 理理s szy矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲2布片示意圖及試驗(yàn)值布片示意圖及試驗(yàn)值0011112222溫度補(bǔ)償片溫度補(bǔ)償片D DF s sE 實(shí)實(shí)3等量逐級(jí)加載法等量逐級(jí)加載法： D D D D s ss sEIyMz實(shí)實(shí)理理矩形截面梁的純彎曲矩形截面梁的純彎曲一、試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?用電測(cè)法

16、測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)主應(yīng)力的用電測(cè)法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)主應(yīng)力的 大小及方向大小及方向；2測(cè)定薄壁圓管在彎扭組合變形作用下，分別測(cè)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)力由彎矩、剪力和扭矩所引起的應(yīng)力。二、試驗(yàn)儀器二、試驗(yàn)儀器1彎扭組合試驗(yàn)裝置彎扭組合試驗(yàn)裝置；2YJ28AP1OR型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀型靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀。薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形三、試驗(yàn)原理三、試驗(yàn)原理1結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖alFIII- -I截面截面dD 220dDtdDR FFFlMFaTQI- -I截面截面內(nèi)力：內(nèi)力：薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形2布片示

17、意圖布片示意圖ABCDA、B、C、D四點(diǎn)四點(diǎn)各貼各貼 45o、0o、45o應(yīng)變花應(yīng)變花DR12R11R10CR9R8R7BR6R5R4AR3R2R1約定約定藍(lán)藍(lán)線應(yīng)變片線應(yīng)變片為為 45o ，白白線為線為0o ，綠綠線為線為45o薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形)()(21)(211245020454545231 s ss s E主應(yīng)力大?。褐鲬?yīng)力大?。褐鲬?yīng)力方向：主應(yīng)力方向：)()(2tan0454504545 是主應(yīng)力與圓管是主應(yīng)力與圓管軸線的夾角軸線的夾角3等量逐級(jí)加載法等量逐級(jí)加載法4指定點(diǎn)指定點(diǎn)( (B、D) )的主應(yīng)力大小及方向的主應(yīng)力大小及方向共用溫度補(bǔ)償片的半橋接法

18、，一個(gè)載荷水共用溫度補(bǔ)償片的半橋接法，一個(gè)載荷水平下分別測(cè)平下分別測(cè)B、D兩點(diǎn)兩點(diǎn)6個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值1) )實(shí)驗(yàn)值：實(shí)驗(yàn)值：薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形2) )理論值理論值( (以以B點(diǎn)為例點(diǎn)為例) )：Bs ss st tt t pWTWMBzBt ts s FaTFlMBB內(nèi)力內(nèi)力應(yīng)力應(yīng)力按平面應(yīng)力狀態(tài)分析得到：按平面應(yīng)力狀態(tài)分析得到：s s1、 s s2、 s s3、 0分分別與試驗(yàn)值比較別與試驗(yàn)值比較薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形5彎矩、扭矩及剪力各自引起應(yīng)力的測(cè)量彎矩、扭矩及剪力各自引起應(yīng)力的測(cè)量1) )由于電橋特性均可以自補(bǔ)償，不需要溫

19、度補(bǔ)償片由于電橋特性均可以自補(bǔ)償，不需要溫度補(bǔ)償片2) )彎矩彎矩M對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力測(cè)量對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力測(cè)量BADCR5R11oB0oD0取圓筒上下取圓筒上下( (B、D) )兩點(diǎn)兩點(diǎn)0o應(yīng)應(yīng)變片接成半橋線路變片接成半橋線路)(115RRBDU MTMTM2)()( )(2MBDU 測(cè)量值：測(cè)量值：22MMM s s EE ，薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形TQt tt tt t 3) )扭矩扭矩T對(duì)應(yīng)的切應(yīng)變測(cè)量對(duì)應(yīng)的切應(yīng)變測(cè)量取圓筒前后取圓筒前后( (A、C) )兩點(diǎn)兩點(diǎn) 45o、 45o四個(gè)應(yīng)變片接成全橋線路四個(gè)應(yīng)變片接成全橋線路)(7913RRRRBDU TTQTQTQTQ4)()()()( BADCR3R1oA45 oA45R7R9oC45oC45 R3R1AR7R9CFQTt ts s 3t ts s 1TQt tt tt t t ts s 3t ts s 1AC薄壁圓筒的彎扭組合變形薄壁圓筒的彎扭組合變形)(4TBDU 測(cè)量值：測(cè)量值：)1(422TTTT t t EG，2)1(21)(11)(1)(1TTTTTT31T t t t t t tsss s E