2021年電測實驗報告

1、 電測實驗報告電測實驗報告電測法就是將物理量、力學量、機械量等非電量通過敏感元件轉換成電量來進行測量的一種方法，是實驗應力分析的重要方法之一。電測法以測量精度高、傳感元件小和測量范圍廣等優(yōu)點，在民用建筑，醫(yī)學，道路，橋梁等工程實踐中得到廣泛應用。一、實驗目的了解電測法的基本原理；熟悉懸臂梁的結構及應變特性；學會用電測法測量。制作一電子秤，并確定其量程，計算線性度和靈敏度。二、實驗儀器、設備和工具等強度懸臂梁實驗儀，精密數(shù)字測量儀，砝碼，砝碼盤，數(shù)據(jù)線，游標卡尺，鋼板尺。三實驗原理主要儀器介紹以彎曲為主要變形的桿件稱為梁。一端固定，另一端自由的梁為懸臂梁。為了使懸臂梁各個截面的彎曲應力相同,隨著

2、彎矩的大小相應地改變截面尺寸,以保持相同強度，這樣的懸臂梁稱為等強度懸臂梁。等強度懸臂梁實驗儀由已粘貼好電阻應變片的等強度梁、支座、水平儀、調節(jié)螺釘和加載砝碼等組成，如圖1所示。本實驗用電測法測量等強度懸臂梁的應力、應變。電阻應變片是能將被測試件的應變轉換成電阻變化的敏感元件。它由敏感柵、基片、覆蓋層、引線四部分組成，如圖2所示。其中，敏感柵是用金屬絲制成的應變轉換元件，是構成電阻應變片的主要部分；引線作為測量敏感柵電阻值時與外部導線連接之用；基底的作用是保持敏感柵的幾何形狀和相對位置；覆蓋層是用來護敏感柵的；粘貼劑用來將敏感柵固結在覆蓋層和基底之間。精密數(shù)字測量儀是常用的應變傳感器測量儀。當

3、電阻應變片將電阻值的變化轉化為電壓的變化后，經(jīng)過精密數(shù)字測量儀放大器的放大處理，最后換算成輸出與應變成正比的模擬電信號再經(jīng)放大處理，經(jīng)A/D轉換，將模擬信號轉換成數(shù)字信號輸出。電測法基本原理電測法基本原理，是將金屬絲等制成的電阻應變片貼在構件待測應變處，當構件受力變形時，金屬絲亦隨之伸縮，因而其電阻也隨之改變。電阻改變量與金屬絲的線應變之間存在一定的關系。通過電阻應變儀將電阻改變量測出，進而可得到構件所測部位的應變。電阻改變量與構件應變之間存在如下關系RRK(1)式中，RR為電阻應變片電阻值的相對變化量；K為應變片的靈敏系數(shù)，對于本實驗K為常數(shù)；為構件應變。圖1等強度懸臂梁實驗儀圖2應變片的結

4、構測量等強度懸臂梁應力的電路由于懸臂梁產(chǎn)生的應變一般都很小,引起應變片的電阻變化也很小，要想把這種應變直接測量出來很困難。因此,需要有專用的測量電路來測量這種由應變變化而引起的電阻變化。一般情況下，將懸臂梁上的應變片連接成電橋進行測量，可將一枚、二枚或四枚應變片接入到橋臂中，分別稱作單橋、半橋和全橋電路，如圖3所示。接入應變片的橋臂稱為工作臂，在輸入端加電壓E,則在輸出端有輸出電壓U。本實驗采用全橋電路，四個橋臂均接有應變片，電阻值分別為R1，R2、R3和R4。在等強度懸臂梁的自由端掛有砝碼盤，不加砝碼時，電路為惠斯登電橋，則有UER1R3R2R4(R1R2)(R3R4)0所以R1R3R2R4

5、當在砝碼盤上加上砝碼時，梁發(fā)生彎曲變形。電阻應變片也產(chǎn)生相同的應變，阻值發(fā)生變化。電阻應變片在懸臂梁上的粘貼位置如圖4。R1、R3受到的是拉伸變形，R2、R4受到的擠壓變形，則R1、R3的電阻增加，R2、R4的電阻減少。假設各個應變片電阻的變化量為R1，R2、R3和厶R4，R1和厶R3的符號為正，R2和厶R4的符號為負。這時有U1R1R2R3R4(-)(2)E4R1R2R3R4若四個橋臂上應變片的靈敏系數(shù)均為K,由(1)式可知R1R1RRRK1，2K2，3K2，4K4R2R3R4則(2)式變?yōu)閁EK(1-23-4)4(3)本實驗中，電路中的應變片均是相同的，因此R1=R2=R3=R4=R,AR

6、1=-AR2=AR3=-R4=AR,s1=-2=3=-4=o則(3)式變?yōu)閁EK(4)式中UES，為傳感器的輸出靈敏度，單位為mV/V，所以SK(5)實驗中，S的值可由精密數(shù)字測量儀直接讀出，K作為已知的常數(shù)給出。(a)單橋(b)臨臂半橋(c)對臂半橋(d)全橋圖3電阻應變片的連接方式實驗內容等強度懸臂梁所受的正應力與應變之間有如下的關系式E(6)式中s等強度懸臂梁所受的應變；O等強度懸臂梁所受的應力；E彈性模量。又因為MW(7)式中M被測點的力矩,M=P(L-x),P為對懸臂梁所施加的力，既載荷，P=mg。L為力的作用點到固定點的距離。x為力的作用點到待測點的距離。W抗彎截面系數(shù)，W=bh2

7、/6,b為梁的寬度，h為梁的厚度。所以(7)式變?yōu)?mg(Lbh22x)由(5)(6)(8)式得mES讀bh6Ks(Lx)g或S6mKs(Lx)gEbh2(9)實驗中，在砝碼盤上逐級加砝碼，在測量儀上讀出每一級時傳感器的靈敏度S,多組實驗取平均值。LRlPR3hR2R4b圖4等強度懸臂梁以及應變片的粘貼位置四、實驗步驟（一）實驗準備按規(guī)定位置粘貼電阻應變片，焊線、防護（己預先準備好）。制定加載方案，四級加載0.2Kg、0.4Kg、0.6Kg、0.8Kg。將精密數(shù)字測量儀與等強度懸臂梁實驗儀的數(shù)據(jù)線連接起來，開啟測量儀，預熱10分鐘。測量并記錄等強度懸臂梁外形尺寸，見附表1。（二）進行實驗加砝碼

8、之前按下“清零”鍵，清除由于砝碼盤重量帶來的S值的變化。逐級增加砝碼，每增加一次砝碼，記錄測量儀的輸出數(shù)值S（mV/V）（見附表2）,重復三次。注意加載緩慢，勿超載。卸掉載荷，儀器復原。五、實驗數(shù)據(jù)處理確定其量程由6mg（Lx）bh2知，令x=0，max150MPa,5，可求得最大量程為mmax26kg計算線性度和靈敏度見下附表3,（數(shù)據(jù)利用了excel軟件處理）附表1等強度懸臂梁尺寸和有關參數(shù)計算長度L=250mm梁的寬度bmax=300mm梁的厚度h=4mms150MPa彈性模量E=70GPa電阻應變片靈敏系數(shù)K=06安全系數(shù)5載荷P級別OKg（置零）0.2Kg0.4Kg0.6Kg0.8K

9、g附表2測量儀輸出數(shù)據(jù)（mV/V）測量次數(shù)1230（置零）0（置零）0（置零）733668696144314381387224121582204266527733038平均值06991426672201*823載荷-應變關系40003000y=3620.3x+1133擬合直線應變201*1000000.20.40.6載荷（kg）0.81載荷-應變擴展閱讀材料力學電測實驗報告書-201*材料力學實驗報告書班級學號姓名江西理工大學（南昌）力學實驗規(guī)則及要求一、作好實驗前的準備工作（1）按各次實驗的預習要求，認真閱讀實驗指導復習有關理論知識，明確實驗目的，掌握實驗原理，了解實驗的步驟和方法。（2）對

10、實驗中所使用的儀器、實驗裝置等應了解其工作原理，以及操作注意事項。（3）必須清楚地知道本次實驗須記錄的數(shù)據(jù)項目及其數(shù)據(jù)處理的方法。二、嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度（1）課程規(guī)定的時間準時進入實驗室。保持實驗室整潔、安靜。（2）未經(jīng)許可，不得隨意動用實驗室內的機器、儀器等一切設備。（3）作實驗時，應嚴格按操作規(guī)程操作機器、儀器，如發(fā)生故障，應及時報告，不得擅自處理。（4）實驗結束后，應將所用機器、儀器擦拭干凈，并恢復到正常狀態(tài)。三、認真做好實驗（1）接受教師對預習情況的抽查、質疑，仔細聽教師對實驗內容的講解。（2）實驗時，要嚴肅認真、相互配合，仔細地按實驗步驟、方法逐步進行。（3）實驗過程中，要密切

11、注意觀察實驗現(xiàn)象，記錄好全部所需數(shù)據(jù)，并交指導老師審閱。四、實驗報告的一般要求實驗報告是對所完成的實驗結果整理成書面形式的綜合資料。通過實驗報告的書寫，培養(yǎng)學習者準確有效地用文字來表達實驗結果。因此，要求學習者在自己動手完成實驗的基礎上，用自己的語言扼要地敘述實驗目的、原理、步驟和方法，所使用的設備儀器的名稱與型號、數(shù)據(jù)計算、實驗結果、問題討論等內容，獨立地寫出實驗報告，并做到字跡端正、繪圖清晰、表格簡明。目錄實驗準備一、實驗的內容3二、試驗方法和要求3三、組合式材料力學多功能實驗臺4材料力學電測實驗實驗一、純彎曲梁的正應力實驗6實驗二、材料彈性模量E和泊松比的測定9實驗三、懸臂梁實驗12實驗

12、準備一、實驗的內容實驗教學作為材料力學課程的一個重要組成部分，對于提高學生實踐能力、設計能力具有重要意義，電測實驗具體包含以下兩個方面內容1、驗證理論材料力學常將實際問題抽象為理想模型，再由科學假設推導出一般公式，如純彎曲梁和純扭轉圓軸的分析都使用了平面假設。用實驗驗證這些理論的正確性和適用范圍，有助于加強學生對理論的理解和認識。2、實驗應力分析工程上許多實際構件的形狀和受載情況，都十分復雜。關于它們的強度問題，僅依靠理論計算，不易得到滿意的結果。近幾十年來出現(xiàn)了用實驗分析方法確定構件在受力情況下應力狀態(tài)的學科。它可用于研究固體力學的基本規(guī)律，為發(fā)展新理論提供論據(jù)，同時又是提高工程設計質量，進

13、行失效分析的一種重要手段。二、實驗方法和要求材料力學實驗過程中主要是測量作用在試件上的載荷和試件產(chǎn)生的變形，它們往往要同時測量，要求同組同學必須協(xié)同完成，因此，實驗時應注意以下幾方面（一）實驗前的準備工作要明確實驗目的、原理和實驗步驟，了解實驗的方法、擬訂加載方案，設計實驗表格以備使用。實驗小組成員，應分工明確，分別有記錄、測變形和測力者。（二）進行實驗未加載前，首先檢查儀器安放是否穩(wěn)定，按要求接好傳感器和試件；接通電源后，力應變綜合測試儀中拉壓力和應變量是否調零；檢查無誤后即可進行實驗實驗過程嚴格按照學生實驗守則來完成。（三）書寫實驗報告:實驗報告應當包括下列內容實驗名稱、實驗日期、實驗者及

14、同組成員實驗目的及裝置使用的儀器設備實驗原理及方法實驗數(shù)據(jù)及其處理計算和實驗結果分析三、組合式材料力學多功能實驗臺組合式材料力學多功能實驗臺是方便同學們自己動手作材料力學電測實驗的設備，一個實驗臺可做七個以上電測實驗，功能全面，操作簡單。（一）構造及工作原理外形結構實驗臺為框架式結構，分前后兩片架，其外形結構如圖2-1。前片架可做彎扭組合受力分析，材料彈性模量、泊松比測定，偏心拉伸實驗，壓桿穩(wěn)定實驗，懸臂梁實驗、等強度梁實驗后片架可做純彎曲梁正應力實驗，電阻應變片靈敏系數(shù)標定，組合疊梁實驗等。前面后面圖2-1組合式材料力學多功能實驗臺外形結構圖傳感器；彎曲梁附件；彎曲梁；三點撓度儀；千分表（用

15、戶需另配）；懸臂梁附件；懸臂梁；扭轉筒；扭轉附件；10.加載機構；1手輪；1拉伸附件；1拉伸試件；1可調節(jié)底盤加載原理加載機構為內置式，采用蝸輪蝸桿及螺旋傳動的原理，在不產(chǎn)生對輪齒破壞的情況下，對試件進行施力加載，該設計采用了兩種省力機械機構組合在一起，將手輪的轉動變成了螺旋千斤加載的直線運動，具有操作省力，加載穩(wěn)定等特點。工作機理實驗臺采用蝸桿和螺旋復合加載機構，通過傳感器及過渡加載附件對試件進行施力加載，加載力大小經(jīng)拉壓力傳感器由力應變綜合參數(shù)測試儀的測力部分測出所施加的力值；各試件的受力變形，通過力應變綜合參數(shù)測試儀的測試應變部分顯示出來，該測試設備備有微機接口，所有數(shù)據(jù)可由計算機分析處

16、理打印。（二）操作步驟將所作實驗的試件通過有關附件連接到架體相應位置，連接拉壓力傳感器和加載件到加載機構上去。連接傳感器電纜線到儀器傳感器輸入插座，連接應變片導線到儀器的各個通道接口上去。打開儀器電源，預熱約20分鐘左右，輸入傳感器量程及靈敏度和應變片靈敏系數(shù)（一般首次使用時已調好，如實驗項目及傳感器沒有改變，可不必重新設置），在不加載的情況下將測力量和應變量調至零。在初始值以上對各試件進行分級加載，轉動手輪速度要均勻，記下各級力值和試件產(chǎn)生的應變值進行計算、分析和驗證，如已與微機連接，則全部數(shù)據(jù)可由計算機進行簡單的分析并打印。（三）注意事項每次實驗最好先將試件擺放好，儀器接通電源，打開儀器預

17、熱約20分鐘左右，講完課再作實驗。各項實驗不得超過規(guī)定的終載的最大拉壓力。加載機構作用行程為50mm,手輪轉動快到行程末端時應緩慢轉動，以免撞壞有關定位件。所有實驗進行完后，應釋放加力機構，最好拆下試件，以免閑雜人員亂動損壞傳感器和有關試件。蝸桿加載機構每半年或定期加潤滑機油，避免干磨損，縮短使用壽命。材料力學電測實驗實驗一純彎曲梁的正應力實驗一、實驗目的測定梁在純彎曲時橫截面上正應力大小和分布規(guī)律驗證純彎曲梁的正應力計算公式二、實驗儀器設備和工具組合實驗臺中純彎曲梁實驗裝置力應變綜合參數(shù)測試儀游標卡尺、鋼板尺三、實驗原理及方法在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設和縱向纖維間無擠壓的假設，可得到梁橫截

18、面上任一點的正應力，計算公式為o=My/Iz式中M為彎矩，Iz為橫截面對中性軸的慣性矩；y為所求應力點至中性軸的距離。為了測量梁在純彎曲時橫截面上正應力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側面不同高度，平行于軸線貼有應變片（如圖3-1）。P/2AP/212h34aab5L#圖3-1應變片在梁中的位置實驗可采用半橋單臂、公共補償、多點測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載荷P,測出各點的應變增量“然后分別取各點應變增量的平均值實i,依次求出各點的應變增量o實i=EA實i將實測應力值與理論應力值進行比較，以驗證彎曲正應力公式。四、實驗步驟設計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。測量矩形截面梁的寬度b和高度h

19、、載荷作用點到梁支點距離a及各應變片到中性層的距離yi。見附表1擬訂加載方案。先選取適當?shù)某踺d荷P0（般取P0=10%Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax4000N）,分46級加載。根據(jù)加載方案，調整好實驗加載裝置。按實驗要求接好線，調整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。加載。均勻緩慢加載至初載荷P0,記下各點應變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應變片的應變值i,直到最終載荷。實驗至少重復兩次。見附表2作完實驗后，卸掉載荷，關閉電源，整理好所用儀器設備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設備復原，實驗資料交指導教師檢查簽字。附表1（試件相關數(shù)據(jù)

20、）應變片至中性層距離（mm）Y120Y210Y30Y410Y520附表2（實驗數(shù)據(jù)）載荷P500NAP500sPlsP各平均值測sP點2、sP電平均值阻sP應3sP變平均值儀sP讀4、sP數(shù)平均值ssP5、sP平均值梁的尺寸和有關參數(shù)寬度b=20mm高度h=40mm跨度L=600mm載荷距離a=125mm彈性模量E=210GPa泊松比p=0.26慣性矩Iz=bh3/12=067x10_7m410001500201*2500500500500730005五、實驗結果處理實驗值計算根據(jù)測得的各點應變值si求出應變增量平均值si,代入胡克定律計算各點的實驗應力值，因1s=10-6s,所以各點實驗應力

21、計算O理論值計算載荷增量、P=500N彎距增量、M=、Pa/2=325Nm各點理論值計算oi理i實=Esi實=Exsix10-6=MyiIz繪出實驗應力值和理論應力值的分布圖分別以橫坐標軸表示各測點的應力oi實和oi理，以縱坐標軸表示各測點距梁中性層位置yi,選用合適的比例繪出應力分布圖。實驗值與理論值的比較測點12345六、思考題影響實驗結果準確性的主要因素是什么？彎曲正應力的大小是否受彈性模量E的影響？實驗時沒有考慮梁的自重,會引起誤差嗎？為什么？梁彎曲的正應力公式并未涉及材料的彈性模量E,而實測應力值的計算卻用上了彈性模量E,為什么？理論值oi理(MPa)實際值oi實(MPa)相對誤差實

22、驗二材料彈性模量E和泊松比的測定一、實驗目的測定常用金屬材料的彈性模量E和泊松比。驗證胡克(Hooke)定律。二、實驗儀器設備和工具組合實驗臺中拉伸裝置力應變綜合參數(shù)測試儀游標卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法試件采用矩形截面試件,電阻應變片布片方式如圖3-4。在試件中央截面上,沿前后兩面的軸線方向分別對稱的貼一對軸向應變片R1、R1和一對橫向應變片R2、R2,以測量軸向應變和橫向應變。PPR1R1R1RRR2R2R2bh補償塊PP圖3-4拉伸試件及布片圖彈性模量E的測定由于實驗裝置和安裝初始狀態(tài)的不穩(wěn)定性,拉伸曲線的初始階段往往是非線性的。為了盡可能減小測量誤差，實驗宜從一初載荷P0(P0M0)

23、開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量P作用下，產(chǎn)生的應變增量厶,并求出的平均值。設試件初始橫截面面積為A0,又因=1/1，則有E=PASA0上式即為增量法測E的計算公式。式中A0試件截面面積軸向應變增量的平均值泊松比p的測定利用試件上的橫向應變片和縱向應變片合理組橋，為了盡可能減小測量誤差，實驗宜從一初載荷P0（POMO）開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量P作用下，橫向應變增量和縱向應變增量厶。求出平均值，按定義=便可求得泊松比卩。四、實驗步驟設計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。測量試件尺寸。在試件標距范圍內，測量試件三個橫截面尺寸，取三處橫截面面積的平均值作為試

24、件的橫截面面積A0。見附表1擬訂加載方案。先選取適當?shù)某踺d荷P0（般取P0=10%Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax5000N），分46級加載。根據(jù)加載方案，調整好實驗加載裝置。按實驗要求接好線（為提高測試精度建議采用圖35d所示相對橋臂測量方法），調整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點應變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應變片的應變值，直到最終載荷。實驗至少重復兩次。見附表2，半橋單臂測量數(shù)據(jù)表格,其他組橋方式實驗表格可根據(jù)實際情況自行設計。作完實驗后，卸掉載荷，關閉電源，整理好所用儀器設備

25、，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設備復原，實驗資料交指導教師檢查簽字。附表1（試件相關數(shù)據(jù)）試件厚度h（mm）截面I截面口截面皿平均彈性模量E=210GPa泊松比p=0.26附表2（實驗數(shù)據(jù)）寬度b（mm）橫截面面積AO=bh（mm2）載荷（N）軸向應變讀數(shù)pPAP1】1平均值】1平均值1平均值1平均值平均值10001000201*30004000500010001000100010續(xù)附表2（實驗數(shù)據(jù)）橫向應2變讀數(shù)2卩厶2平均值24?2平均值2平均值2平均值平均值五、實驗結果處理彈性模量計算PE=AA0泊松比計算沖=六、思考題分析縱、橫向應變片粘貼不準，對測試結果的影響。根據(jù)實驗測得的E實、p實值與已知E理、p理值作對比，分析誤差原因。采用什么措施可消除偏心彎曲的影響？實驗三懸臂梁實驗一、實驗目的測定懸臂梁上下表面的