材料彈性模量及泊松比測試實驗教案

1、材料彈性模量及泊松比測試實驗教學(xué)內(nèi)容：一、電測法原理1、應(yīng)變片測試原理2、惠斯登路橋應(yīng)用（1）1/4橋 溫度補償片(R2)（2）半橋（3）全橋二、應(yīng)變片的粘貼步驟1、選片2、測點表面的清潔處理3、貼片4、干燥處理5、接線6、防潮處理三、材料彈性模量和泊松比的測定包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗（設(shè)計）儀器設(shè)備和材料清單、實驗原理、實驗步驟及結(jié)果測試等。四、應(yīng)變儀的操作方法教學(xué)要求：理解電測法的原理、應(yīng)變片的粘貼步驟；掌握材料彈性模量和泊松比測定的原理及應(yīng)變儀的使用。重點：電測法原理，實驗原理，應(yīng)變儀的使用。一、電測法原理1、應(yīng)變片測試原理電測法是工程上常用的對實際構(gòu)件進行應(yīng)力分析實驗的方法之一。它

2、是通過貼在構(gòu)件被測點處的電阻應(yīng)變片(以下簡稱應(yīng)變片)，將被測點的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的電阻變化，再利用電阻應(yīng)變儀測出應(yīng)變片的電阻變量，并直接轉(zhuǎn)換輸出應(yīng)變值，然后依據(jù)虎克定律計算出構(gòu)件被測點的應(yīng)力值的大小。在電測法中，主要設(shè)備是電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀。其中，電阻應(yīng)變片是將應(yīng)變變化量轉(zhuǎn)變成電阻變化量的轉(zhuǎn)換組件。應(yīng)變電測發(fā)具有感受元件重量輕，體積小；量測系統(tǒng)信號傳遞迅速、靈敏度高、可遙感，便于與計算機連用及實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。它的工作原理很簡單，是依據(jù)金屬絲的電阻R 與其本身長度L 成正比，與其橫截面積A成反比這一物理學(xué)定律而得，用公式表示其電阻即為：當(dāng)電阻絲受到軸向拉伸或壓縮時，上式中的L、A、p均將

3、發(fā)生變化。若此時對上式兩端同取對數(shù)，即有：對其進行數(shù)學(xué)求導(dǎo)，有：因為金屬電阻線受軸向拉伸(或壓縮)作用時，式中：所以上式可寫成：并令式中：u-電阻絲材料的泊松比 K。單絲靈敏系數(shù)。則：對大多數(shù)電阻絲而言，K0為常量，對絲柵狀應(yīng)變片或箔式應(yīng)變片，考慮到已不是單根絲，故改用靈敏系數(shù)K代替代。可見，應(yīng)變片的電阻變化率與應(yīng)變值呈線性關(guān)系。當(dāng)把應(yīng)變片牢固粘貼于試件上，使之與試同步變形時，便可由式(中的電量非電量轉(zhuǎn)換關(guān)系調(diào)得試件的應(yīng)變。2、惠斯登路橋應(yīng)用圖1 惠斯登電橋（1）1/4橋 溫度補償片(R2)（2）半橋（3）全橋二、應(yīng)變片的粘貼步驟1、選片2、測點表面的清潔處理3、貼片4、干燥處理5、接線6、防

4、潮處理三、材料彈性模量和泊松比的測定1、實驗?zāi)康模?）用電阻應(yīng)變片測量材料彈性模量E和泊松比；（2）驗證虎克定律；（3）掌握電測方法的組橋原理與應(yīng)用。2、實驗內(nèi)容用應(yīng)變電測法測定鋼材的彈性模量E和泊松比。3、實驗（設(shè)計）儀器設(shè)備和材料清單（1）1。YE15002 多功能材料力學(xué)電測實驗臺。（2）YE2538A程控靜態(tài)應(yīng)變儀一臺。（3）試件一根（已粘貼好應(yīng)變片）。（4）游標(biāo)卡尺。4、實驗原理實驗裝置見圖1-1，它由手輪（施加力）、試件、支承框架、拉壓力傳感器等組成。材料在彈性階段服從虎克定律，其關(guān)系為，若已知載荷P及試件橫截面面積A，只要測得試件表面軸向應(yīng)變p就可得， 若同時測得試件表面橫向應(yīng)變

5、p ，則 。圖3 實驗裝置1.手輪（施加力）；2.試件；3. 支承框架；4.拉壓力傳感器E、u測定試件見圖1-2，是由鋁合金（或鋼等材料）加工成的板試件，在試件中間的兩個面上，沿試件的軸線方向和橫向共粘貼四片應(yīng)變片，分別為R1、R2、R1、R2，采用1/4橋接線法。由軸向應(yīng)變測量橋和橫向應(yīng)變測量橋可分別測得p 和p，也就可計算得到彈性模量E和泊松比u。圖1-2 試件、應(yīng)變片布置圖及橋路布置圖5、實驗步驟及結(jié)果測試（1）實驗步驟用游標(biāo)卡尺測量試件橫截面尺寸。接通測力儀電源， 將測力儀開關(guān)置開。按圖1-2將應(yīng)變片按1/4接線法接至應(yīng)變儀通道上（應(yīng)變儀操作可參考應(yīng)變儀使用說明書）。檢查應(yīng)變儀靈敏系數(shù)

6、是否與應(yīng)變片一致，若不一致，重新設(shè)置。實驗：a.本實驗取初始載荷P0=0.5kN（50N），Pmax=1.2kN（1200N），P=0.2kN（100N或150N或200N），共分6次加載；b.加初始載荷0.2kN（200N），通道置零；c.逐級加載，記錄各級載荷作用下的讀數(shù)應(yīng)變。實驗數(shù)據(jù)記錄可參考下面記錄表。試驗結(jié)束后，實驗機卸載，切斷應(yīng)變儀電源。取下試件。（2）實驗結(jié)果處理根據(jù)記錄表記錄的各項數(shù)據(jù)，每級相減，得到各級增加量的差值（從這些差值可看出力與應(yīng)變的線性關(guān)系），然后，計算這些差值的算術(shù)平均值P均、P均 、P均，可由下式計算出彈性模量E和泊松比u。 6、考核形式（1）考核的方式指導(dǎo)教師

7、對每一個實驗學(xué)生進行考核，并要求學(xué)生認真完成實驗報告，考核成績分為：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五等。（2）成績評定標(biāo)準A、認真、正確完成實驗，實驗報告寫的字跡秀美，條理闡述清楚、得當(dāng)，程序完善，順理成章。出勤率達90%以上，能夠熟練掌握各種測量儀器的應(yīng)用者，考核成績定為優(yōu)秀；B、認真、正確完成實驗，實驗報告寫的字跡工整，條理闡述清楚，程序完善。出勤率達80%以上，能夠比較熟練掌握各種測量儀器的應(yīng)用者，考核成績定為良好；C、較為認真地完成實驗，實驗報告寫的比較好，條理闡述比較清楚，符合程序規(guī)定。出勤率達70%以上，能較好的掌握各種測量儀器的應(yīng)用者，考核成績定為中等；D、較為認真地完成實驗，實驗報告寫的字跡比較潦草，但條理闡述還算清楚。出勤率達60%以上，會使用各種測量儀器者，考核成績定為及格；E、不認真做實驗或抄襲別人的實驗報告，出勤率不足60%，不能正確的使用各種測量儀器者，考核成績定為不及格。7、實驗報告要求試驗報告應(yīng)包括：試驗名稱、試驗?zāi)康?、儀器設(shè)備名稱、規(guī)格、量程，試驗記錄及結(jié)果等。8、思考題1試件尺寸、形狀對測定彈性模量E和泊松比u有無影響？為什么？2試件上應(yīng)變片粘貼時與試件