材料力學試驗報告1

1、實驗- 目 錄金屬材料的拉伸與壓縮實驗實驗二金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗 實驗三金屬材料的彈性模量E和波桑系數(shù)R測定 實驗四橋路變換 實驗五純彎梁的正應(yīng)力測定 實驗六空心箭壁圓桶的主應(yīng)力測定 實驗七偏心拉伸 實驗一金屬材料的拉伸與壓縮試驗一、一、實驗目的1. 了解液壓式材料試驗機的工作原理，初步掌握試驗機的操作規(guī)程。2.測定低碳鋼的屈服（流動）極限（7S,強度極限（7 b,延伸率6和截面 收縮率V。觀察試件在拉伸過程中的各種現(xiàn)象（彈性、屈服、強化、頸縮） 。3.測定鑄鐵材料的拉伸和壓縮強度極限crbo4. 比較低碳鋼和鑄鐵的機械性質(zhì)及破壞時的斷口形式。二、實驗原理及計算測定金屬材料的機械性質(zhì)需要將試件制

2、成符合國家標準的形狀和尺寸。一般規(guī)定，圓形截面的拉伸試件其標距 L0與直徑D0的關(guān)系為L0=10D0；壓縮試件的高度H0與直徑D0的關(guān)系為。見圖1.圖1-1圖1 2為低碳鋼和鑄鐵試件的P A L圖圖1-2低碳鋼試件在拉伸過程中，可分為四個階段：1.彈性階段：載荷與變形成正比，P-AL圖中表現(xiàn)為OA直線段。2.屈服階段：P-AL圖中的BC段，為一水平鋸齒形曲線，此時材料暫時失去了 抵抗變形的能力，表現(xiàn)為載荷在很小的范圍內(nèi)波動， 而變形量則比較明顯。此時 可觀察到試驗機 測力盤上的主動針在某一刻度值范圍內(nèi)波動，取主動針回擺的最小讀數(shù)值，即BC段中的下極限彳為屈服載荷PS并記錄下來，屈服極限r(nóng)S可按

3、下式計算：MN/m23.強化階段。P-AL圖中的CE階段，在此階段材料又恢復了抵抗變 形的能力，要使它繼續(xù)變形則必須增加載荷。在此階段（例如 D點）卸載，則 按圖12所示的DD斜直線回到D短時間內(nèi)若再加載，則 P-AL圖大致仍按 DD斜直回到D點，然后又回沿DE曲線變化。DD OA。4.頸縮階段PAL圖中的E點處，試件所承受的載荷為極限載荷 Pb, 強度極限（7 b可按下式計算：MN/m2過E點后，試件局部某處的橫截面積急劇變小，形成頸縮現(xiàn)象，使試件繼續(xù)變形所需的載荷也相應(yīng)減小，所以曲線下降，直至 F點試件在頸縮處被拉斷。將拉斷的試件緊密吻合后測得標距為 Li ,則延伸率按下式計算：測得斷口處

4、的最小直徑Di,則截面收縮率為:由于鑄鐵是一種典型的脆性材料，不論是拉伸還是壓縮，它均只有一個強度 指標而且無塑性指標6和甲，鑄鐵的唯一強度指標為強度極限（7b,但是鑄鐵的 抗拉和抗壓能力是大不相同的。三、實驗設(shè)備及實驗步驟實驗所用設(shè)備為液壓式材料試驗機，具結(jié)構(gòu)原理及操作步驟見附錄Ao實驗步驟：1.用游標卡尺測量試件的原始尺寸。2.根據(jù)材料的強度極限bb和橫截面積A0,估算試件的最大載荷（P0= bbA0）選擇相應(yīng)的測力盤，并配置對應(yīng)的擺桿重錘。3.開啟油泵馬達鈕，使工作油缸上升 2cm左右，然后將主動針對準零 位，被動針與主動針靠攏；調(diào)整好自動繪圖器。4.安裝試件。5.開始實驗，加載應(yīng)勻速緩

5、慢。對低碳鋼拉伸試件，當主動針開始波動 時，說明材料開始進入屈服階段，應(yīng)注意觀察主動針回擺的范圍，取最小值作為 屈服載荷PSo6.實驗結(jié)束，取下試件。測量低碳鋼試件斷裂后的標距Li和頸縮處的最小直徑Di.7.清理實驗場地，試驗機一切機構(gòu)復原。8.根據(jù)實驗記錄進行有關(guān)計算四、四、注意事項1.實驗前應(yīng)認真預習。2.試件夾緊后嚴禁使用電動機升降活動臺。3.實驗數(shù)據(jù)和計算經(jīng)指導教師審閱后方能離開實驗室。五、 五、實驗報告及問題思考1.實驗設(shè)備（規(guī)格、型號）2.拉伸實驗前試件尺寸材料標距Lo(mm)直徑 D0 (mm)最小Ao(mm2)截卸1截回2截回3(1)(2)平 均(1)平 均(1)平 均低 碳

6、鋼/鑄 鐵材料標距L1斷裂處直徑 D材料標距L1斷裂處直徑 D1（mm）屈服載荷極限載荷材料 標距L1斷裂處直徑D1（mm）屈服載荷極限載荷(mm)(1)平均Ps (KN)Pb (KN )低碳鋼鑄鐵一14.壓縮實驗尺寸及數(shù)據(jù)材料高度H0 (mm)直徑Do(mm)屈服載荷Ps (KN )極限載荷Pb (KN )(1)平均低碳鋼鑄鐵1)根據(jù)實驗結(jié)果，繪制低碳鋼和鑄鐵的曲線，敘述并標明低碳鋼在拉伸過程中的四個變形階段。2)比較低碳鋼和鑄鐵拉伸時的機械性質(zhì)及破壞形式。3)比較鑄鐵在拉伸和壓縮時的強度極限(7 b。4)為何鑄鐵試件在壓縮時的破壞斷面與軸線大致成實驗二扭轉(zhuǎn)試驗一、實驗目的1.觀察并比較低碳

7、鋼和鑄鐵材料扭轉(zhuǎn)變形現(xiàn)象及破壞形式。2.測定低碳鋼的剪切屈極限 T s和剪切強度極限 T bo3.測定鑄鐵的剪切強度極限 T b。二、實驗原理及計算圓形截面試件承受扭轉(zhuǎn)時，材料處于純剪應(yīng)力狀態(tài)。因此常用扭轉(zhuǎn)試驗來 分析研究不同材料在純剪應(yīng)力作用下的機械性質(zhì)。圖2-1所示為低碳鋼試件的扭矩 Mn與扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線。當扭矩Mn小 于Mp時，材料處于彈性狀態(tài)，Mn 曲線的OA段為直線段，此時材料遵守 剪切虎克定律。扭矩Mn超過Mp后，試件橫截面上的剪應(yīng)力分布不再是線形的， 首先，在圓形橫截面的外部處材料產(chǎn)生屈服并逐漸向內(nèi)擴展形成環(huán)形塑性區(qū)，見圖2-2,同時Mn 圖變成曲線，見圖2-1。此后，隨著試件

8、繼續(xù)扭轉(zhuǎn)變形，塑 性區(qū)不斷向圓心擴展，Mn曲線稍微上升，直至B點趨于平坦，扭轉(zhuǎn)試驗機 度盤上指針幾乎不動或擺動，指針擺動的最小值既是試件全部屈服所對應(yīng)的扭矩 Ms,這時塑性區(qū)占據(jù)了幾乎全部截面，見圖 2-2.圖2-1圖2-2根據(jù)塑性理論T S,可按下列近似公式計算:式中為圓形截面的抗扭截面模量式中為圓形截面的抗扭截面模量繼續(xù)對試件加載，則試件再繼續(xù)變形，材料進一步強化，到達 Mn-小曲線 上的C點，試件發(fā)生斷裂破壞。由扭轉(zhuǎn)試驗機度盤上讀出最大扭矩 Mb。與ps 相似，Pb可按近似公式計算：鑄鐵的Mn曲線如圖2-3所示。從開始受扭，直到破壞，近似為一直線 故近似地按彈性應(yīng)力公式計算：試件受扭，材

9、料處于純剪應(yīng)力狀態(tài)，見圖 2-4。在與試件軸線成角士 450的螺旋而上，分別受到主應(yīng)力r1 = T （拉應(yīng)力）和。3= _T （壓應(yīng)力）的作用。由于低碳鋼的抗拉能力大于抗剪能力，故從橫截面剪斷；而鑄鐵的抗拉能力較抗剪能力弱，故沿著與 。1方向呈正交的方向拉斷。圖2-3圖2-4三、實驗設(shè)備及實驗步驟實驗所用設(shè)備為K-50型扭轉(zhuǎn)試驗機或NJ100B型扭轉(zhuǎn)試驗機，具結(jié)構(gòu)原 理及操作步驟見附錄Bo實驗步驟：1.試件準備。用游標卡尺在試件的中央和兩端共三處按兩個相互垂直的 方向測量試件直徑，取最小處的平均值 D計算Wn。2.試驗機準備。根據(jù)試件的剪切強度極限pb估算Mb,選擇合適的測扭 矩度盤。調(diào)整度盤

10、使指針對零，檢查自動繪圖器，安裝試件。3.進行試驗。對低碳鋼試件，先用粉筆在試件上沿軸線方向作一標記線， 以便觀察試件的扭轉(zhuǎn)變形，用手動方式緩緩而勻速地加載，到達材料屈服時，記 錄Ms,然后卸掉手柄，用電動機加載直至試件破壞，停機，記錄Mb,注意觀察扭角指示器的讀數(shù)并記錄之。4.鑄鐵試件的實驗步驟與低碳鋼相同，可直接用手動的方式加載直至試 件破壞。四、四、注意事項參閱附錄B扭轉(zhuǎn)試驗機使用時的注意事項五、實驗報告及問題思考1.實驗設(shè)備(規(guī)格、型號)2.實驗前試件尺寸記錄材料試件直徑 D (mm)抗扭敝面模量Wn(mm3)截卸1截回2截回3(1)(2)平均(1)(2)平均(1)(2)平均低 碳 鋼

11、鑄 鐵3.實驗記錄及計算結(jié)果材料Ms(kg m)Mb(kg m)t S (kg/cm2)t b (kg/cm2)低碳鋼鑄 鐵一一4,問題思考(1),比較兩種材料破壞后的斷口形式，并解釋其破壞原因。(2),根據(jù)拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)三種試驗結(jié)果，綜合分析低碳鋼和鑄鐵材料的機械性質(zhì)實驗三橋路聯(lián)接變換實驗一、實驗目的1.了解電阻應(yīng)變儀的測量原理，練習用電阻應(yīng)變儀進行單點半橋接法，單點全橋接法測量應(yīng)變。2.熟練測量電橋的應(yīng)用，了解溫度補償?shù)奶攸c，掌握單點半橋、全橋的接線方法。3.比較不同橋路接線方式的特點和測量精度。二、實驗設(shè)備電阻應(yīng)變儀、等強度梁實驗裝置、百分表撓度儀、溫度補償塊、游標卡尺、鋼尺。三實驗原

12、理應(yīng)變測量電橋如圖3-1,若四個橋臂分別接入規(guī)格相同的電阻應(yīng)變Ri、R2、R3、R4。當構(gòu)件變形時，貼在構(gòu)件表面的應(yīng)變片則應(yīng)有 相應(yīng)的應(yīng)變 1, 2, 3, 84。根據(jù)應(yīng)變儀的工作原理，應(yīng)變儀測得的讀數(shù)應(yīng)變?yōu)橛缮鲜娇芍捎貌煌牟计?，接橋方案，將得到不同精度的測量結(jié)果。若利用測量電橋“對臂同號相加，異號相減；鄰臂同號相減，異號相加”這一特性，合理布片，接橋，則可以消除溫度效應(yīng)，還可以提高電橋的放大系數(shù)，增大讀數(shù)應(yīng)變。本實驗所采用的是等強度梁裝置 （圖3.2）。在梁的上下表面沿縱向分別粘貼應(yīng)變片R1、R2、R3、R4 ,在補償塊上粘貼補償片 Rt。在實驗中采用三種不同的接橋方式，其具體形式見表3

13、-1。對半橋外補償接法，對半橋自補償接法，對全橋自補償接法,圖3-2表3-1接橋方式補償方式應(yīng)變儀讀數(shù)電橋放大系數(shù)半外補1橋自補2全橋自補4四、四、實驗步驟半橋外補償聯(lián)接。采用單點半橋接線法。操作步驟參見靜態(tài)電阻儀的使用說明書，預調(diào)平衡后 先加初載，使得百分表讀數(shù)為0.1mm。然后逐級加載。按百分表讀數(shù)增量為0.2mm,自0.0mm力口至I 1.0mm,記錄相應(yīng)的讀數(shù)應(yīng)變。半橋自補償聯(lián)接。采用單點半橋接線法：操作和加載步驟與半橋外補償聯(lián)接實驗相同。全橋自補償聯(lián)接。采用單點全橋接線法。操作步驟參見靜態(tài)應(yīng)變儀的使用說明書，加載方案與 半橋聯(lián)接實驗相同。五、 五、注意事項參見附錄C中YJX2型電阻應(yīng)

14、變儀操作步驟中(三、注意事項)。六、六、實驗報告及問題思考a) a) 梁的幾何尺寸長度L (mm)厚度h (mm)12平均12平均b) b)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果由公式，式中f為梁端撓度，h為梁的厚度，L為梁的長度，求出應(yīng)變增量理論值。自由端撓度(mm)半橋外補償半橋自補償全橋自補償fAf平均應(yīng)變增量理論應(yīng)變增量c),根據(jù)測試結(jié)果，試比較三種接橋方法的優(yōu)缺點。實驗四金屬材料彈性模量E和泊松比的測定實驗目的1.在金屬材料的彈性范圍內(nèi)驗證虎克定律。2.測定材料的彈性模量E和泊松比以。3.掌握電阻應(yīng)變儀的操作方法和半橋聯(lián)接。實驗原理及計算本實驗采用電測法測定E和小。電測原理見附錄Co金屬材料在彈性范圍內(nèi)服從虎

15、克定律：仃=E 8寫成式中P 載荷；A試件截面積；縱向應(yīng)變；由電測法測得。同樣，橫向應(yīng)變也可由電測法測得，故可計算泊松比為此，沿試件的軸線和垂直于軸線的方向各貼一片電阻應(yīng)變片作為工作片Ri (R2),在與試件相同材料的外補償塊上貼一片電阻應(yīng)變片作為溫度補償片Rt,采用半橋外補償按圖4-1將Ri (R2)、Rt與電阻應(yīng)變儀聯(lián)接，即可進行測量。為保證實驗的精確性，本實驗采用“增量法”加載，即每增加一級載荷，可在電阻應(yīng) 變儀上讀得一個應(yīng)變值，最后取應(yīng)變值讀數(shù)差的平均值A(chǔ) 代入公式計算出材料的彈性模量E和泊松比叱,即三、實驗設(shè)備及實驗步驟(靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的結(jié)構(gòu)原實驗所用設(shè)備為多用試驗臺，靜態(tài)電阻應(yīng)變儀

16、。 理及操作步驟見附錄C)。(靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的結(jié)構(gòu)原實驗步驟：1.測量試件尺寸，將試件安裝在多用試驗臺上。2.參照圖4-1將電阻應(yīng)變片以半橋外補償法與應(yīng)變儀聯(lián)接。3.根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)變儀靈敏系數(shù)撥鈕，使其相對應(yīng)（一般已調(diào) 節(jié)完畢）。4.參照附錄C中的電阻應(yīng)變儀操作步驟將電阻應(yīng)變儀調(diào)節(jié)到正常工作狀態(tài)。5.逐級緩慢加載，并記錄測點的應(yīng)變值。6.重復實驗2次，以獲得理想的實驗數(shù)據(jù)。7.實驗結(jié)束，清理場地，應(yīng)變儀電源關(guān)閉，一切機構(gòu)復原。8.根據(jù)實驗記錄進行有關(guān)計算。四、注意事項1.實驗前應(yīng)認真預習。2.嚴格注意儀器的操作規(guī)程（附錄 C中的操作步驟）。3.不得任意撥動靈敏系數(shù)撥鈕。4.加載

17、、卸載時整碼要輕取輕放。5.實驗數(shù)據(jù)和計算經(jīng)指導教師審閱后方能離開實驗室。五、實驗報告及問題思考1.實驗設(shè)備（規(guī)格、型號）；2.試件幾何尺寸：寬: cm； 厚： cm； 截面積： cm2。3.應(yīng)變片電阻值：Q;靈敏系數(shù) K4. 4.實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果次 序載荷（Kg）縱向應(yīng)變（）橫向應(yīng)變（）PAP%L、次第二次湊L次第二次A A A A 12345每次平均應(yīng)變二次平均應(yīng)變彈性模量E泊松比5,問題思考1）、根據(jù)實驗記錄，作（7-6曲線驗證虎克定律。2）試分析影響實驗結(jié)果準確性的因素。實驗五彎曲正應(yīng)力實驗實驗目的1.測定梁承受純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力分布。2.將實驗結(jié)果與理論結(jié)果比較，驗證彎曲正應(yīng)

18、力理論計算公式。3.掌握電阻應(yīng)變儀的操作方法和半橋外補償聯(lián)接。實驗原理及計算本實驗采用電測法測定各測定點的正應(yīng)力（To電測原理見附錄C純彎曲實驗裝置及測點位置見圖 5-1。圖5-1根據(jù)理論假設(shè)，梁受彎曲時縱向纖維之間不互相擠壓且為單向應(yīng)力狀態(tài)，在小變形情 況下，應(yīng)力 與應(yīng)變e成線形關(guān)系，即服從虎克定律式中E為材料的彈性模量，為已知參數(shù)，故只要測出各點的應(yīng)變就可以求得相應(yīng)的應(yīng)力o-?，F(xiàn)在梁的中性層上和中性層的上下對稱地各貼二片電阻應(yīng)變片（見圖5-1）,編號為R1、R2R5 ,并將此電阻應(yīng)變片 Ri作為工作片，在與試件相同材料的補償塊上貼一電阻應(yīng) 變片作為溫度補償片 Rt,采用半橋外補償法將各電阻

19、應(yīng)變片與應(yīng)變儀聯(lián)接，即可逐點進行 測量。為保證實驗的準確性，本實驗采用“增量法”加載，即每增加一級載荷，可在應(yīng)變儀 上逐點讀出五個相應(yīng)的應(yīng)變值，最后各點的應(yīng)變值讀數(shù)差的平均值A(chǔ) 代入公式進行計算，即，根據(jù)材料力學所得純彎曲時梁的正應(yīng)力公式式中：；Y為中性層到欲求點的距離可計算出各點的理論應(yīng)力值三、實驗設(shè)備及實驗步驟實驗所用設(shè)備為多用試驗臺，靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。（靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的結(jié)構(gòu)原理及操作步驟見附錄C）。實驗步驟：1.1.測量試件橫截面尺寸；按圖 5-1將試件安裝在多用試驗臺上。為保證 梁受純彎曲，要十分細致測量、調(diào)整尺寸 a,使其兩邊的a相等。參照圖5-1將電阻應(yīng)變片以半橋外補償法逐點與應(yīng)變儀

20、聯(lián)接。根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)撥鈕，使其相對應(yīng) （一般已調(diào)節(jié)完畢）。c） 參照附錄C中的電阻應(yīng)變儀操作步驟將電阻應(yīng)變儀調(diào)節(jié)至正常工作 狀態(tài)。d） 各測點預調(diào)平衡反復3次，使其穩(wěn)定。e）逐級緩慢加載，逐點記錄各測點的應(yīng)變值（記錄在草稿紙上）。f）重復實驗23次，取一組較理想的實驗數(shù)據(jù)作為實驗計算數(shù)據(jù)，抄寫在實驗報告表格內(nèi)。g）實驗結(jié)束，清理場地，關(guān)閉電源，一切機構(gòu)復原。h）根據(jù)實驗記錄進行有關(guān)實驗值、理論值計算。四、 四、注意事項實驗前應(yīng)認真預習。2.2.嚴格注意儀器的操作規(guī)程（附錄 C中的操作步驟）。3.3.不得任意撥動靈敏系數(shù)撥鈕。4.4.電阻應(yīng)變片引線不得晃動，以免影響

21、實驗數(shù)據(jù)。5.5.加載、卸載時整碼要輕取輕放，整碼桿不得晃動和與多用試驗臺相碰。6.6.實驗數(shù)據(jù)和計算經(jīng)指導教師審閱后方能離開實驗室。五、 五、實驗報告及問題思考1.1.實驗設(shè)備（規(guī)格、型號）。2.2.試件及電阻應(yīng)變片原始數(shù)據(jù)試 件應(yīng)變片hbaIzE電 阻靈敏 系數(shù)至中性層距離cmcmcmcm1/2kg/cmQKYiY2Y3Y4Y53. 3.實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果載荷(Kg)電阻應(yīng)變儀讀數(shù)e ( p e )PA P正應(yīng)力(Kg/cm2)實驗值理論值(T4.4.問題思考1)1)根據(jù)實驗結(jié)果，畫出梁橫截面上的正應(yīng)力分布2)2)試分析影響實驗結(jié)果準確性的因素。2)2)試分析影響實驗結(jié)果準確性的因素。實驗

22、六空心圓筒主應(yīng)力的測定一、 實驗目的1.用實驗的方法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力的大小及方向。2. 學習電阻應(yīng)變花的應(yīng)用。二、 實驗原理及計算圖6-1為一空心圓筒，一端固定，另一端裝一固定橫桿，圓筒與橫桿的軸線相互垂直且 在同一平面內(nèi)。當在橫桿的自由端加載時，圓筒即產(chǎn)生彎一扭組合變形。圖6-1現(xiàn)取圓筒的上表面 A點為單元體分析其應(yīng)力狀態(tài)如圖6-2所示，可知其為平面應(yīng)力狀態(tài)。由應(yīng)力狀態(tài)理論可知其主應(yīng)力和主方向的理論計算公式分別為式中為彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力，為扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力。圖6-2用實驗的方法來測定受力情況為平面應(yīng)力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)件時，通常采用應(yīng)變花來測定主應(yīng)力的大小和方向。應(yīng)變花又稱多軸應(yīng)變片，見圖6-

23、3,它是在同一基底上，按一定角度排列著幾個敏感柵，可以同時測出同一點幾個方向的應(yīng)變。本實驗采用直角應(yīng)變花，使其中間一片應(yīng)變片與圓筒母線一致，另外兩片應(yīng)變片則分別與母線成土45。這樣，用電阻應(yīng)變儀測量出來的三個應(yīng)變值分別為& +40, & o, e -45。（以X軸為基軸，逆時針為“ 十 ” ，順時針為“一”），根據(jù)應(yīng)變分析中導出的基本關(guān)系式，得出主應(yīng)變?yōu)橹鞣较驗閷⒅鲬?yīng)變 1, e 3,代入廣義虎克定律即可得 主應(yīng)力的實驗值因6-3三、 三、實驗設(shè)備及實驗步驟實驗所用設(shè)備為多用試驗臺，靜態(tài)應(yīng)變儀等。實驗步驟：1.測量試件尺寸；將試件安裝在多用試驗臺上。2.按半橋外補償?shù)姆椒▽㈦娮钁?yīng)變片與應(yīng)變儀聯(lián)

24、接。3.根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)撥鈕，使其相對應(yīng)（一般已調(diào)節(jié)完畢）。4. 參照附錄C中的電阻應(yīng)變儀操作步驟將電阻應(yīng)變儀調(diào)節(jié)至正常工作狀態(tài)。5.逐級加載，并記錄各測點的應(yīng)變值。6. 重復實驗2次，以獲得理想的實驗數(shù)據(jù)。7.實驗結(jié)束，清理場地，關(guān)閉應(yīng)變儀電源，一切機構(gòu)復原。四、 四、注意事項1.實驗前應(yīng)認真預習。2. 嚴格注意儀器的操作規(guī)程（附錄C中的操作步驟）3.不得任意撥動靈敏系數(shù)撥鈕。4.實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果經(jīng)指導教師審閱后方能離開實驗室。實驗報告及問題思考1. 1.實驗設(shè)備(規(guī)格、型號)。2. 2.試件及電阻應(yīng)變片原始數(shù)據(jù)外徑D (cm)內(nèi)徑d (cm)彎曲力臂I (cm

25、)扭轉(zhuǎn)力臂L (cm)抗彎模量3、W (cm )抗扭模量3、Wn (cm )彈性模量2、E (kg/cm )泊松比3. 3.實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果載荷P每次平均二次平均(kg)AP應(yīng)變差應(yīng)變差%L、次應(yīng)第二次變湊L次讀第二次粒姒(科&)%L、次第二次主應(yīng)變土方向主應(yīng)力/ ,，2、(kg/cm )/ ,，2、(kg/cm )實驗值理論值誤差4. 問題思考(1) 試分析影響實驗結(jié)果準確性的因素。(2) 根據(jù)實驗結(jié)果畫出圓筒上表面 A點處的主單元體(標明主應(yīng)力方向，主應(yīng)力值的大小)。實驗七偏心拉伸實驗實驗目的1.采用電測方法測量偏心拉伸時矩形截面桿的正應(yīng)力，驗證拉一一彎組合變形的正應(yīng)力分布規(guī)律。2.測量

26、僅由彎矩獨自作用產(chǎn)生的應(yīng)力，掌握組合變形時測量其中單一內(nèi)力素的方法。3.進一步熟悉、掌握電橋聯(lián)接方法及電阻應(yīng)變儀操作。二、 二、實驗原理及計算本實驗采用矩形截面偏心拉伸試件，加載點和測點布置如圖7-1所示。由材料力學有關(guān)理論，試件m-m截面上任一點的正應(yīng)力為：其中:為僅由軸向拉伸產(chǎn)生的正應(yīng)力。其中:為僅由彎矩產(chǎn)生的正應(yīng)力。由此可知，截面上任一點的應(yīng)力是由拉伸正應(yīng)力bN和彎曲正應(yīng)力bM相疊加而得到的。當用實驗的方法測量這種組合變形時的任意一點的應(yīng)力時，可采用半橋外補償聯(lián)接方法，如圖7-2所示。此時由電阻應(yīng)變儀讀得的應(yīng)變數(shù) 6儀為由拉伸引起的線應(yīng)變 N和由彎曲引起的線應(yīng)變6 M的疊加的結(jié)果，即且實

27、際應(yīng)變即為儀器讀數(shù)應(yīng)變儀。當僅測量由彎矩獨自產(chǎn)生的應(yīng)變時，可采用圖7-3所示的半橋自補償法，此時實際的彎曲應(yīng)變?yōu)閮x器讀數(shù)應(yīng)變儀的二分之一，即由于在材料的彈性范圍內(nèi)進行測量，所以當已知材料的彈性模量E時，即可用虎克定律進行實驗應(yīng)力的計算，即圖7-2半橋外補償接橋圖圖7-2半橋外補償接橋圖7-3半橋自補償接橋?qū)嶒炘O(shè)備及實驗步驟實驗所用設(shè)備為多用試驗臺，靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。實驗步驟：測量試件橫截面尺寸；將試件安裝在多用試驗臺上。2.參照圖7-2和7-3將電阻應(yīng)變片與應(yīng)變儀聯(lián)接。3.根據(jù)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)撥鈕，使其相對應(yīng)（一般已調(diào)節(jié)完畢）。4.參照附錄C中的電阻應(yīng)變儀操作步驟將電阻應(yīng)

28、變儀調(diào)節(jié)至正常工作狀態(tài)。5.逐級緩慢加載，并記錄各測點的應(yīng)變值。6.重復實驗2次，以獲得理想的實驗數(shù)據(jù)。7.實驗結(jié)束，清理場地，關(guān)閉應(yīng)變儀電源，一切機構(gòu)復原。8.根據(jù)實驗記錄進行有關(guān)實驗值、理論值計算。四、 四、注意事項1.實驗前應(yīng)認真預習。2.嚴格注意儀器的操作規(guī)程（附錄 C中的操作步驟）。3.不得任意撥動靈敏系數(shù)撥鈕。4.實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果經(jīng)指導教師審閱后方能離開實驗室。實驗報告及問題思考實驗報告及問題思考1.1.實驗設(shè)備（規(guī)格、型號）2.2.試件及電阻應(yīng)變片的原始數(shù)據(jù)試件寬試件厚偏心距Y彈性模量E應(yīng)變片阻值靈敏系數(shù)Kb (mm)t (mm)e (mm)(mm)lx ,2Kg/cmQ3實驗

29、數(shù)據(jù)及計算結(jié)果1）1）拉-彎組合變形總的應(yīng)變及應(yīng)力載荷(Kg)電阻應(yīng)變儀讀數(shù) （仙e ）RiR2R3PA P應(yīng)力值(Kg/cm2)實驗值理論值誤差2)2)僅由彎曲引起的應(yīng)變及應(yīng)力載荷(Kg)應(yīng)變儀讀數(shù)( )應(yīng)力值(Kg/cm2)PAP實驗值理論值誤差問題思考1)根據(jù)實驗結(jié)果，試畫出橫截面上的正應(yīng)力分布。2)如果僅測由軸向力引起的應(yīng)變時， 可采用什么樣的接橋方式？3)僅測由彎曲引起的應(yīng)變時，軸向力引起的應(yīng)變是如何消除的？八 附錄附錄A液壓式材料試驗機.結(jié)構(gòu)原理常用的液壓式材料試驗機其結(jié)構(gòu)原理如圖8-1所示。圖8-11. 加載部分在機器底座1上，裝有兩個固定立柱 2,它支撐著固定橫頭 3,和工作油

30、缸4。開動油 泵電動機帶動油泵 5工作，將油液從油箱經(jīng)油管（1）和送油閥送入工作油缸，從而推動工 作活塞6,上橫頭7,活動立柱8和活動臺9上升。若將試件兩端裝夾在上下夾頭10和11中，因下夾頭固定不動， 當活動臺上升時試件就承受拉力。若把試件放在活動臺上、下墊板 12之間，當活動臺上升到試件與上墊板接觸時試件承受壓力。輸油管中的送油閥門用來控 制進入油缸中的油量，以調(diào)節(jié)對試件加載的速度。加載時回油閥置于關(guān)閉位置。回油閥打開時，則可將工作油缸中的油液泄回油箱，活動臺由于自重而下降，回到原始位置。裝夾試件時，可用下夾頭電動機（或人力）轉(zhuǎn)動底座中的渦輪，使螺柱13上下移動，調(diào)節(jié)下夾頭位置以適應(yīng)試件的

31、長度。 注意：當試件已經(jīng)夾緊或受力時，不能再開動下夾頭電 動機，否則要造成用下夾頭對試件加載，以致?lián)p傷機件（下夾頭電動機超負載而燒毀 ）。2. 測力部分加載時，工作油缸中的油壓推動活塞6的力與試件所受的力成正比。工作油缸4與測力油缸14由油管（2）聯(lián)通，此油壓便推動測力活塞 15向下移動，使拉桿拉動擺錘16,使之 繞支點轉(zhuǎn)動而抬起，同時擺上的推桿便推動齒桿17,使齒輪和指針18旋轉(zhuǎn)。指針的旋轉(zhuǎn)角度與油壓成正比，亦與試件上所加載荷成正比，因此在測力度盤19上，便可讀出試件受力的大小。擺錘16配有三個錘重，從而在測力度盤上相應(yīng)表示三種測力范圍。例如 WE-30型材 料實驗機，當配有不同的錘重時，測

32、力范圍分別為060KN, 0150KN, 0300KN。加載時，應(yīng)調(diào)整測力指針 18對準零點。方法是開動油泵電動機送油，使活動臺9升起2cm左右，然后移動擺桿上的平衡旎20,使擺桿達到鉛垂位置。再旋轉(zhuǎn)度盤（或移動齒桿）使指針對準零點。這樣做是為了消除上橫頭 7.活動立柱8和活動臺9等部件的重量，因為這 部分重量不應(yīng)計入到試件所受的載荷中去。.二.操作步驟及注意事項1. 操作步驟1）檢查送油閥23和回油閥24,使之處于關(guān)閉狀態(tài)。2）根據(jù)實驗所需最大載荷，選擇測力度盤，并配以相應(yīng)的重錘。）3 ）安裝記錄紙，調(diào)整好自動繪圖裝置。4)開動油泵電動機，打開送油閥23,使工作油缸上升 2cm左右。5)調(diào)整

33、測力指針對準零位。6)安裝試件。7)實驗中，若加載則關(guān)閉回油閥，緩慢打開送油閥；若卸載則關(guān)閉送油閥，緩慢打開回油閥。注意測力指針應(yīng)緩慢勻速轉(zhuǎn)動。)8 )實驗結(jié)束，關(guān)閉送油閥，打開回油閥，將油液泄回油箱。取下試件，使一切結(jié)構(gòu)復原。2. 注意事項1) 試件夾緊后，嚴禁使用下夾頭電動機調(diào)整下夾頭位置(有些材料試驗機的電動機是用來調(diào)整上夾頭的位置的，試件裝夾后，也嚴禁使用電動機調(diào)整上夾頭 位置)。2)加載、卸載時，送油閥和回油閥的開啟均應(yīng)緩慢進行。)3)實驗中不得觸動擺錘。4 )機器開動時，操作者不得擅自離開。聽見異聲或發(fā)生任何故障應(yīng)立即停機。附錄B扭轉(zhuǎn)試驗機這種試驗機可以對試件使加扭矩，并能測出扭矩

34、的大小，是一種專供扭轉(zhuǎn)試驗用的設(shè)備。它的類型很多，構(gòu)造形式也各有不同， 但一般都是由加載和測力兩個基本部分組成。本節(jié)只介紹一種常用地類型。K-50型扭轉(zhuǎn)機這種試驗機采用機械傳動加載， 用擺錘式機構(gòu)測扭矩。 當擺錘重量不同時， 有三個測力 度盤，分別是 0-10 kg m、0-20 kg m、0-50 kg - m。它適用于直徑為 1025mm、長度為 100700mm的試件。試驗機的外形見圖 B-1,其傳動系統(tǒng)如圖 B-2所示。下面介紹它的操作步驟。關(guān)于 構(gòu)造原理，只結(jié)合著操作步驟做簡單說明。圖B-11. 操作步驟1)檢查試驗機夾頭1、2的形式與試件是否配合；測角度盤15和變速桿5應(yīng)調(diào)到正確的

35、位置；檢查自動繪圖器17工作是否正常。2)根據(jù)試件所需的最大扭矩，選擇適宜的測力度盤12,并配置相應(yīng)的擺錘13。3)擺桿自由鉛垂時，測力指針12應(yīng)對準零點。否則，要松開度盤的螺母，轉(zhuǎn)動度盤使指針對準零點，然后擰緊螺母。4)安裝試件，先將試件另一端放在固定夾頭之中，搖動調(diào)距手柄3,使活動夾頭1沿水平導軸移動，待試件另一端插入活動夾頭之中時，先夾緊固定夾頭，再夾緊 活動夾頭。5) 加載手搖加載：將變速桿 5放在“手搖”位置，擺動手搖柄6,帶動變速箱中的軸n等傳動系統(tǒng)，使傳動主軸 8、活動夾頭1以及試件發(fā)生旋轉(zhuǎn)。同時，試件另一端便帶動與之相連的 擺錘13,使它抬起，這樣，試件便承受扭矩作用產(chǎn)生扭矩變

36、形。擺錘力矩和試件隨時均保 持平衡狀態(tài)，因此擺錘力矩就是試件所承受的扭矩的大小。電動加載：先將變速桿 5放在“0.3 r/min或1 r/min ”的標記處，這時軸I上的兩個 齒輪之一，便通過滑鍵與軸I聯(lián)在一起。開動電動機10帶動軸I和軸n等傳動系統(tǒng)，對試件進行加載。6)測扭轉(zhuǎn)角。彳動主軸 8除帶動活動夾頭轉(zhuǎn)動外，在它的一端還裝有一個測角度盤15。測角度盤上的測角指示桿16與試件的被動端聯(lián)動，因此指示桿在度盤上所指數(shù)值便是試件兩端的相對扭轉(zhuǎn)角。度盤最小刻度為1o,因此只適用于測量大變形。測角度盤上還附有一個計數(shù)裝置，可以指出試件扭轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)。如欲記錄試件直到 扭斷時的總?cè)?shù)，測在發(fā)生斷裂時應(yīng)立

37、即停車(有些試驗機附有自動停車電門)。7)自動繪圖。如果需要記錄試驗過程中扭矩和扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，應(yīng)在加載前調(diào)好自動繪圖器 17的傳動裝置、圖紙、筆夾和墨水。筆夾由推動測力指針的 齒桿帶動，而圖紙滾筒則與轉(zhuǎn)動主軸8聯(lián)動。這樣，隨著試驗過程的進行，筆尖便在圖紙上畫出Mn-。曲線。曲線上各點的縱坐標為扭矩，橫坐標則為試件傳動端的扭矩角。 但()是試件一端的絕對扭轉(zhuǎn)角。8) 實驗完畢后停車，將一切機構(gòu)復原，并清理機器。圖B-22. 注意事項1)機器運轉(zhuǎn)時，操作者不得擅自離開。聽見異聲或發(fā)生任何故障，應(yīng)立即停車。2)實驗過程中，不得觸動擺錘。3)試件要夾緊，以免開車后打滑。裝試件時，不要把夾頭中的夾板

38、座突出太多，以防脫落。4)電動機加載時，要先取下手搖柄。如需改變加載方法或加載速度，必須在停車后進行。附錄C電阻應(yīng)變儀及電測原理電阻應(yīng)變儀是一種廣泛使用的測量應(yīng)變的電子儀器。它的主要原理是通過電阻應(yīng)變片， 把應(yīng)變（機械量）轉(zhuǎn)化為電阻改變量， 再由測量電橋把電阻改變量轉(zhuǎn)變成電壓的變化量經(jīng)放 大轉(zhuǎn)換成應(yīng)變直接顯示出來。把電阻應(yīng)變片粘貼在試件被測點上，當試件受載后被測點產(chǎn)生應(yīng)變 = A L/L ,電阻應(yīng)變片隨之亦產(chǎn)生相應(yīng)的形變，表現(xiàn)為電阻值的相對變化 A R/R,這種應(yīng)變電阻效應(yīng)在一定的彈 性范圍內(nèi)呈線性關(guān)系式中K為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。這種關(guān)系為用電量變化測量應(yīng)變提供了可能。電阻應(yīng)變片的示意圖見圖

39、C-1。圖C-1圖C-2電阻應(yīng)變儀的測量電橋采用惠斯頓電橋電路（見圖C-2）,其四個橋臂的電阻分別為Ri、R2、R3、R4,電橋的輸入電壓為 UAC,輸出電壓為 UBD0由電工原理知，當接通電源其電流為輸出電壓為當電橋平衡時，Ubd = 0,于是有上式即為電橋平衡的充要條件。若原來處于平衡狀態(tài)的電橋，現(xiàn)各橋臂分別有微小增量A Ri、AR2、AR3、AR4,則這時輸出電壓為設(shè)Ri= R2= R3= R4= R,略去（Wj階微量，上式可寫成利用關(guān)系式,上式可寫成利用關(guān)系式直接示出，所以只要設(shè)電阻應(yīng)變儀可以將輸出的電壓信號經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成讀數(shù)應(yīng)變直接示出，所以只要設(shè)法使成立即可實現(xiàn)。這樣上式可寫成如果電橋的四個橋臂為粘貼在試件上的四片電阻應(yīng)變片組成，則稱之為全橋聯(lián)接；如果電橋的相鄰倆臂 Ri、R2為電阻應(yīng)變片，R3、R4利用電阻應(yīng)變儀內(nèi)部的精密無感電阻，則 稱之為半橋聯(lián)接，此時上式中因 3 4=0,故可寫成由公式或者可以看出應(yīng)變測量電橋具有“鄰臂相減，對臂相加”的特性，即：1.兩相鄰橋臂上的應(yīng)變片的應(yīng)變增量同號時，讀數(shù)應(yīng)變?yōu)閮蓱?yīng)變之差；異號時