工程力学与材料实验指导书

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工程力学与材料实验指导书

蒋兰芦娜

北京邮电大学机电工程实验教学中心

2005.9

目录

第一章仪器设备简介

1-1 实验机简介

一,液压式万能实验机

二,杠杆摆式万能实验机

三,扭转实验机

1-2变形仪简介

一,杠杆变形仪

二,电阻变形仪

第二章实验内容

实验一材料的拉,压实验

实验二材料的扭转实验

实验三弯曲正应力实验

实验四弯曲变形实验

实验五材料的冲击

实验六硬度实验

实验七金相图观察

第一章仪器设备简介

§1—1试验机简介

在材料力学实验中,给试件加载并示出荷载大小的设备为材料试验机。试验机种类很多,有拉力机、压力机、万能试验机、扭转试验机、组合变形万能试验机、冲击试验机、硬度试验机、疲劳试验机等等。本节只介绍实验室的万能试验机和扭转试验机。

一液压式万能试验机

试验机有主机和测力计两部分组成。

1 主机

主机由机座(内装工作油缸及活塞)、试台、上横梁、下横梁及钳口等部分组成。上横梁和下横梁之间为拉伸试验空间,下横梁和试台之间为压缩和弯曲试验空间(图1)。

2.测力计(见图1-1)

测力计为动摆测力计。由测力机构、试验力指示机构、等速加试验力指示装置、自动描绘装置、高压泵及控制面板等组成。

(1) 测力机构

测力油缸与主机工作油缸用油管连通。根据“帕斯卡”原理,两活塞受到的工作油的压力相同。因此,在工作油的作用下,工作活塞与测力活塞上所产生的力成正比例。测力活塞受力下移,使摆铊扬起。此时,册立活塞产生的力矩与摆铊产生的力矩平衡。随着摆铊的扬起,推板推动线轮架移动,使线轮带动主动针同步旋转,主动针即指示出试验力数值。(2) 试验力指示机构

试验力指示机构包括度盘、字盘、主动针、从动针等。施加试验力时主动针带动从动针从顺时针方向转动。卸试验力时主动针按逆时针方向回转,而从动针则停留在原处,指示着最大试验力的数值。旋钮1用于选择测量范围(字盘)和调零。旋钮2用于选择变形放大比,旋钮3用于选择试验力速度,旋钮4用于从动针调零(图1-1)。

(3) 描绘装置

描绘笔装置在度盘下方,有记录笔、描绘简及放大器等组成。记录纸(宽210mm)卷在描绘筒上,可绘制力—变形曲线。变形放大倍数5、10、25、50(见图1-2)。

图1-2 自动描绘装置

(4) 控制面板(见图1-3)

7是电源开关。电源开时,电源指示灯4亮。

5、6是下横梁升降按钮,用来调整下横梁位置,使上、下横梁间的空间适合安装拉伸试件或使下横梁与试台间的空间适合安装压缩和弯曲试件,一旦试件装好后,不允许再按这两个按键。

3、2是启动和停止油泵的按键,加力期间油泵应处于启动状态。

1为加力控制旋钮,自0点顺时针转动为加力,旋转角度越大,加力速度越大。自0点逆时针旋转为卸力,转角越大卸力速度越快。

3 使用与操作

(1) 选择测量范围

试验前根据试验所需的最大试验力,选择合适的测量范围。如一试验所需最大试验力约为40kN,就应选用0~50kN的测量范围。按下并转动旋钮1,使度盘正上方的孔中露出数字50(图1)。

(2) 悬挂摆铊

根据所选用的测量范围按表1挂上相应的摆铊(摆铊A已固定在摆杆上)。

表1

测量范围(KN) A A+B A+B+C

50 0-10 0-20 0-50

100 0-20 0-50 0-100

300 0-60 0-150 0-300

(3) 选择并安装夹头块(钳口)

根据试验种类(拉伸、压缩、弯曲)选择夹头或附件。例如:拉伸试验,试验夹持部位

直径为10毫米,即选6~14的毫米夹头。不用14~22型夹头块或平夹头块。

(4) 装夹试样

拉伸试验为例,装卡之前应开动油泵,旋转控制板上的旋钮1使工作活塞升起约10毫

米左右再将式样上端夹紧在上钳口中。转动图1中的旋钮1使主动针对零,最后再将下端夹

紧。

(5) 选择描绘曲线放大倍数(见图1)

选择放大倍数时应通过更换齿轮盒中的齿轮和调整旋钮2进行(见表2)。

表2

齿轮齿数

放大倍数

60 60 20 100

旋钮位置

5/25 5 25

10/50 10 50

根据实验需要选择不同的放大倍数。一般原则是:延伸率大的材料可选择较小的放大倍

数(5或10倍),连伸率小的材料可选用较大的放大倍数(25或30)倍,当图1中的旋钮2处

于“0”为时可以转动一下描绘建议确定绘制曲线的起点位置。然后再将旋钮2转到所需位

置上,放下描绘笔。

二杠杆摆式万能试验机

这类试验机采用电动机械加力,杠杆测力,其构造、原理图示于图1-4.

(一)加载部分

图1-4

这种试验机上,拉伸、压缩、弯曲等实验都在同一区间(上下夹头间)进行,只不过针对不同的试验换上相应的配件而已。其加载方法,电动、手动均可。用电动机加载时,先将离合器手柄19调到加力位置(手柄19有三个不同位置,即“速动”、“加力”、“手动”三个位置),再开动电动机23,通过无级变速箱22带动底座中的蜗杆、蜗轮转动。这样便使丝杆2和下夹头17沿导轨16向上或向下移动。向下移动时作拉伸试验,向上移动时,作压缩、弯曲试验。如需调节加载速度,可转动调速手轮20。由于采用了无级变速机构,所以一定要在电动机23转动时才能调节调速手轮20。调好后应旋紧轮上手柄将轮锁紧,以免位置变动。需要慢速加载时,就先将离合器手柄19调到“手动”位置,再摇动手柄21使下夹头17缓慢移动。应该注意,欲更换加载方法时,必须停止电动机23后,方可调动离合器19。

如果试件长度与试验空间不合时,在未装试键前,可开动电动机23予以调整。空间距离相差过多时,可以快速调距。即先把离合手柄19调到“速动”位置,然后再开动电机,这时除电动机23转动外,小电机18也同时启动,它带动下夹头中的丝杆2,使其快速转动,加快下夹头运动速度。注意,小电机18功率很小,只能调距用,千万不要加载。同时它的

速度很快,要注意及时停车,防止因惯性冲坏夹头。

(二) 测力部分

试件变形时,作用于上夹头14的力,通过AB和CD两级杠杆13的传递,带动摆锤7绕支点转动而抬起。AB杠杆有两个支点,试件受拉时,以A为支点,B点脱开;试件受压时,便自动地改变为以B作支点,而A脱开。这样无论拉伸或压缩总使摆锤向外摆动。摆杆11推动水平齿杆8和指针10转动,指针旋转的角度与试件所受力成正比,这样在测力度盘上便可读出试件受载大小。

如果增加或减少摆锤的重量,虽然指针旋转同一角度,但所指示的力并不相同.本试验机可以更换三种摆锤,测力盘上对应三种刻度,即:20KN, 50KN, 100KN. 实验时根据试件所需的载荷,选择合适的测力范围,并在摆杆上放置相应的摆锤.

加载前,测力指针应指在“零”位上,否则可稍移动摆杆上端的平衡铊12,使摆杆11保持铅直,便可使指针指到“零”点。通常并不需经常调整。

(三) 自动绘图部分

当活动台3带着下夹头上下移动时,传动杆4则带动小轮24转动,绕在小轮24上的传动线5则带动自动绘图器6中的纸筒转动,从而沿纸转动的方向记下试件的变形的大小;同时水平齿杆8带动绘图铅笔沿水平方向移动,从而沿纸的水平方向记下了力的大小,这样便绘出了力—位移图。

须注意,作拉、压试验时,小轮24绕线的方向应不同,以便使记录纸永远是加载时向下运动。

(四) 操作步骤

1 检查准备工作是否做好,机器是否都在正常位置;

2.根据试件截面尺寸及强度估算所需最大载荷,选择测力度盘并配置好相应的摆锤;

3.调好上下夹头距离;

4.安装试件;

5.调整好自动绘图装置将笔接触记录纸上;

6.离合器拨到“加力”位置,起动电机加载,或将离合器拨到“手动”位置,手摇加载;

7.试验完毕停车,反向开动电机卸载(“慢动”“速动”均可)。

(五)注意事项

1.调节离合器手柄19时,不要开动电机。如扳向“手动”位置时,要同时转动手轮柄21,以便离合器啮合好;

2.用调速手轮20调速前,必须先启动电动机23,然后才能调速。要使下夹头改变运动方向,必须先停车,然后再开电动机;

3.小电机18,只能用于调速,不得用于加载;

4.试验时人不要离开;不得接触摆锤。

三扭转试验机

这是一种专供扭转试验用的设备。其构造原理图示于图1-5。

图1-5

(一) 加载部分

加载分为慢速和快速两种。慢速加载时先将变速杆10放在“手摇”位置上,然后摇动手柄8,带动变速箱12中的传动系统,使水平传动主轴16、活动夹头1以及试件3旋转。同时,试件另一端便带动与其相连的摆锤5使其抬起,试件即承受扭矩作用。因为摆锤力矩和试件扭矩随时保持平衡状态,所以,试件所承受的扭矩即等于摆锤的力矩。快速加载时采用电动机加载;先将变速杆10放在“0.3转/分”或“1转/分”标记处,然后再开动电动机13。通过变速箱12中的传动系统,对试件快速加载。注意在电动加载时,一定先取下手柄8。

(二) 测力部分

由摆锤5、摆杆6、测力度盘及指针14组成。摆锤在抬起时,摆杆6的上端便推动与测力度盘14相连的齿杆,使齿杆和指针转动,于是指针便在测力盘14上指出试件所受扭矩的大小。

(三)测扭转角装置

本原理图上未给出,请看机器。测角度盘装在转动主轴16的右端,测角指标杆在盘上所指的读数为试件两端的相对扭转角。

(四)自动绘图部分

它是由可转动的滚筒与沿滚筒母线的滑动笔所组成。转动主轴16通过蜗轮蜗杆带动滚筒转动;同时摆杆推动齿杆带动绘图笔沿齿杆方向移动,于是便在记录纸上画出力矩—扭角

图,沿滚筒母线方向是力矩,沿滚筒周向是扭角。 (五)注意事项

1.试验时不得触动摆锤;

2.试件要夹紧,防止打滑,装卸试件时不要将夹头松动过多,以免脱出;

3.电动加载时,要先取下手摇柄8,如需变换加载速度时,必须在停车后进行。

§1—2变形仪简介

测量试件变形的仪器称为变形仪。在材料力学实验中,由于试件的变形很小,需要采用精密度高,放大倍数大的仪器来测量变形。

变形仪的种类很多,常见的由杠杆式的(如杠杆变形仪)、表式的(如千分表)以及电子式的(电阻应变仪)等等。但其构造基本上由三部分组成:(1)感受变形部分,即直接与试件表面接触,用以感受试件变形的机构或元件;(2)传递和放大部分,即把所感受到的变形加以放大的机构;(3)指示部分,即指示或记录变形大小的机构。

变形仪有三个主要参数,即标矩、放大倍数和量程。

标矩:变形仪感受变形的长度。如,杠杆变形仪两刀刃之间的长度或电阻片标矩等。一般0.5-3.0mm 为小标矩,3.0-25mm 为中标矩,25mm 以上为大标矩。对于不均匀的变形,则采用小标矩感受器。

放大倍数:变形仪将实际变形所能放大的倍数。仪器的标尺(或度盘)上所指示的数值,是变形放大以后的数值。一般仪器的放大倍数在30-2000之间。

量程:仪器所能测量变形的最大范围。杠杆变形仪量程小些,电阻应变仪量程大些。 变形仪是精密仪器,使用时必须严格遵守操作规程,按试件变形情况合理的选用标矩、放大倍数和量程,以免把仪器毁坏。 一、杠杆变形仪(杠杆引申仪)

这是一种机械式的应用杠杆放大原理制作的变形仪。其标矩为10或20mm,放大倍数为900-1300,量程为0.10-0.25mm。本室的杠杆变形仪的构造原理图示于图1-6。 (一)放大原理

固定刀刃2与主体1固结在一起,固定刀刃2与活动刀刃3的距离l 是仪器的标矩。使用时把2、3两刀刃接触到试件上。当试件变形时即带动刀刃3绕其上端支点V 形槽转动。刀刃3与杠杆7连为一整体,他们一起转动,同时又带动T 型杆9并推动指针5绕其支承思8转动。若活动刀刃3移动 ,则杠杆7的上端移动 ,指针与T 型杆相连点也移动 ,经过这一系列杠杆放大,指针便在标尺4上示出读数A

1A 2ΔΑ=Α?1=

由杠杆7在试件变形前后所组成的三角形关系得(见图1-6)

21l h h δΔ=

由指针5在试件变形前后所构成的三角形关系得

34h A h δ

从上两式得

hh A l A hh m ΔΔ=

=Δ=

式中的m 为放大倍数,其值为2413h h m h h =

当一起做好时,

1234

h h h h ,,, 尺寸就定,仪器的放大倍数和量程,检查仪器指针是否

在正常位置,所以仪器制成后都要逐个校验,当然在每个仪器上都表明该仪器所具有的m 值。

图1-6

(二)操作步骤(参见图1-7)

1首先了解所选用的仪器的性能参数-标距、放大倍数和量程,检查仪器指针是否在正常位置,即大指针在标尺之间,小指针在两各个量程标志点中间。装好卡具,卡局上的定见要和

仪器的两个刀刃在、同一平面内。

图1-7

2将仪器安装在试件上。安装时应先将固定刀刃与试件接触,然后再使活动刀刃接触,最后卡紧。要避免活动刀刃有过多的偏转。两刀刃应位于将测变形的方向上,并保持适当的卡紧力。

3.检验仪器是否是安转正确。首先检查刀刃是否与时件全面接触,然后打开锁杆,此时大指针应指在标尺刻度范围内,否则,应调回到标尺刻度度范围内。然后远所测的变形方向轻轻推动一下标尺板,若指针颤动后又回到原来位置并无蠕动现象,便表明安装稳妥。否则须关好锁杆后卸下重新安装。安装情况对测量结果影响很大,应特别注意。

4调指针。转动调节钮,图6中的支轴8便在其捣鬼上移动,但个仪器装好后,将调大指针的位置,则可转动调节钮。测量身长辨析功能时,可将大指针调到始点;测量缩短变形时,则调到末点。须注意,当转动调节钮时,小指针随同移动,当小指针接近量程标志点时,说明仪器可调范围用尽,不得再调,否则,会使T型杆损坏或脱落。

5加载读变形值。读值时应注意视线的方向,当看到指针和它在标尺镜子中的象重合时,才可以读数。否则会发生视差。

6实验完毕,卸去荷载后取下仪器。先用调节扭把小针调到标志中央,关住销杆,再将指针调到标尺中央。

(三)注意事项

1变形仪要注意轻拿轻放,并且只能拿取仪器的结实部分。刀刃,弹簧,杠杆和指针等不要用手触摸。以防损坏,生锈影响精度。

2安装时,不要使活动刀刃偏转过多或与试件表面刮磨。卡紧力要适当。调节测量范围时不

允许小指针达到量程标志点。所要测量的变形大小不得超过仪器的量程。

3安装后,为防止仪器偶然脱落,应用细绳将它和实验机上相对不动的部位系在一起。

4用完后一定要把仪器回复到原状并锁住,放入仪器盒内。

二.电阻应变仪

这是一种将将应变改变量转变成电阻改变量,然后采用电参量放大原理制成的测量变形的仪器。

在静应变量测量时,由两部分组成:(1)应变片(感受部分),(2)静态电阻应变仪或静动态电阻应变仪(放大、指示两部分)。在动应变测量时,由三部分组成:(1)应变片(感受部分),(2)动态电阻应变仪(放大部分)。(3)示波器或记录器(指示部分)该类仪器的标距由应变片决定,放大倍数和量程由应变仪决定,使用时注意查阅仪器说明书即可。

这种仪器具有灵敏度高,应变片占用面积小,便于远距离测量等优点,对于验证设计理论,检验工程质量,以及决定正确的着机方案是比较方便可靠的。因此它被广泛地应用于各类工程的应力分析实验中。

(一)应变片简介:

图1-8

应变片一般由康铜制成。(见图1-8)它很小,用特制的胶水粘在欲测应变力的位置上,它是将应变改变量转化为电阻改变两的转换器。其种类很多, 通用的有丝式(图1-8a ),箔式9(图1-8b )两种。其类型也很多,有测线应变的普通片;有应力分析用的应变花;也有专门测扭转剪应变的,专门测流体压强的,直接测应力的,专门测疲劳寿命的各种专用片。

其标距大小不等,在20~30之间,也有长达100mm 的。其阻值一般在60~300 之间。实验是要致意根据具体情况选择合适的应变片。

(二)电阻应变仪的种类和用途

电阻应变仪主要是将应变引起的电讯号加以放大的电子仪器。(有的仪器兼有指示器)根据用途的不同,目前制造了四中不同类型的应变仪。

1.静态电阻应变仪,用于测量僵直或匀速用动运动构件的应变。 目前国产仪器型号,有YJ-5型,YJS-8型等等。

2.静动态电阻应变仪,用于测量静止的,做缓慢动作的构件或承受缓慢变化荷载的构件的应变。测动应变时,应边的变化频率在200~300周/秒。目前过程仪器型号,有YJD-1型,YJD-7型等等。注意测动应变时要配用示波器或记录器。YJD-1型要配用SC1型光线示波器。

3.动态电阻应变仪,用于测高速运动的构件或承受高速变化荷载的构件的应变。应变的变化频率大约在1000~2000周/秒范围内。目前国产仪器的型号,有Y 6D-2型,Y 6DB-5型,Y 6D-3型等等。注意要配用光线示波器或磁带记录器。Y 6D-3要配用SC16型光线示波器。

4.超动态应变仪,用于测瞬变构件或受撞击构件的应变。应变的变化频率大约在5000~20000周秒范围内。目前国产仪器型号,有Y 6C-9型。也要配用记录器。

本室目前有YJ-5型,YJD-1型,Y 6D-3型和YD-15型四种型号应变仪。 (三)应变电测原理 1.电阻应变效应

当金属导线由于受拉或受压或受压发生变形的时候,其电阻将发生变化。由实验知,导线的线应变ε与其电阻变化率ΔR/R 有如下关系:

R

k R Δ=ε (1)

其中:k 称为金属导线的灵敏系数,它是由实验测得的一个常数。

当k 已知时,若我们能测得ΔR/R 的大小,则可由(1)式计算出ε值。 2.电桥测量原理

ΔR/R 是一个非常小的量,通常用惠斯登电桥测量。如图1-9所示。

图1-9

下面我们推导一下输出电压V 与输入电压E 和四个桥臂电阻之间的关系式。 先看做半桥adc, d 点对a 点压降为为:

4

34ad ER V R R =

+

再看右半桥abc, d 点对a 点压降为

112ab ER V R R =

+

d a ad V V V =? b a ab V V V =?

14

1234d b ab ad ER ER V V V V V R R R R =?=?=

?

++

13241234()()()E RR RR V R R R R ?=++ (2)

由(2)可见,电桥平衡(即没有输出)的条件为:

13240R R R R ?= (3)

当四个桥臂的电阻值发生变化时(记作ΔR),则输出电压必随之改变(记作ΔV)。对已平衡的电桥来说,ΔV 与ΔR 之间将有如下关系:

13312413241234

()

()()ER R R R R R

V R R R R R R R R ΔΔΔΔΔ=

?+?++

注意此时输出电压V 就是ΔV 并且在应变测量中,四个桥臂的电阻通常是相等的,即R1=R2=R3=R4,则上式可化简为:

31241

234(4R R R R E V R R R R ΔΔΔΔ=

?+?

(4) 由(4)式可见,1、3桥臂的电阻阻值增加时,输出电压V 将增加,而2、4桥臂的电阻阻值增加时,输出电压V 将减小。

若只在桥臂1上接一应变片,其它桥臂为固定电阻,则(4)式变为

1

14R E V R Δ=

(2340R R R Δ=Δ=Δ=) (5)

将(1)式带入(5)式

14E V k =

ε (6)

(6)式中k、E 均为已知,若测得,则ε1便可知了。 (四)YJD-1型静动态电阻应变仪工作原理

下面以YJD-1型静动态电阻应变仪为例,简述应变工作原理,参见图1-10。 该仪器采用双电桥结构。一个电桥叫“测量桥“,另一个叫”读数桥“。测量桥中有两个电阻(120 标准电阻)已装在仪器内,作为两个桥臂;另两个桥臂接应变片,一个桥臂接工作片,(即贴在欲测应变的构件上的应变片)另一个桥臂接补偿片。(补偿片要贴在与被测构件同样材料的不受力的金属块上,放在与被测构件同样的环境中。主要是为了消除温度对电阻变化的影响)。读数桥是由许多可变电阻构成的,都装在仪器内。(即仪器中的微调、中调,粗调电阻)二电桥均由震荡器供给200周/秒的低频电压。测量前两电桥均处于平衡状态。当工作应变片发生任一应变信号时,测量桥便失去平衡,输出一调幅载波信号,通过输入变压器T 1,传给放大器将这一微弱信号放大几千倍甚至几十万倍以后,通过输出变压器T,传给相敏检波器,经相敏检波器将放大的调幅波变成放大的应变信号,然后送给检流计,或经过滤波器送给示波器(或记录器)。从而,测得应变值。

测量应变值通常有两中方法,一种叫零读法,另一种叫直读法。YJD-1型静动态电阻应变仪在测静态应变时采用的是零读法,在测动态应变时采用的是直读法。

所谓零读法就是使检流计读数为零,读数应变值的方法。其原理可参看图1-11。当工作应变片发生应变后,则测量桥失去平衡,a,b 两端将产生电压V ba ,检流计指针向左偏转,这时,如果我们调节d 处电阻,使读数桥亦失去平衡,产生一反向电压V dc ,则检流计指针必向右转动,当

dc ba V V = 时,指针就回到零位.

图1-10

图1-11

由(三)中的(6)式可知,

1

4

dc

E

V k

(对测量桥而言)

由(5)式可知

2

4

ba

E R

V

R

Δ

=

(对读数桥而言)。当dc ba

V V

=

时,则有

12

44

E E R

k

R

Δ

ε=

从而 2

1E R E Rk ε=

Δ (7)

由(7)式可知,若将读数桥中的电阻改变量 R Δ 除以 2

1

E E Rk 所得的数值刻在记

录电阻改变量(△R )的刻度盘上,则该盘上的读书就是我们所测的 值。这就是用零读数法直接取工作应变片应变值的道理。

零读数法的优点是:只需要检流计灵敏,不需它精确,这就降低了造价。

所谓直接读法就是由检流计的指针所指的读数直接读出应变值,上面讲述基本原理时所述方法就是直接读数法。它多用于动态应变测量,因为在动态情况下,无法调读数桥使指针指零,也无法从检流计上读出数值,只能用示波器记下应变值,然后在整理结果。

YJ-5型静态应变仪与YJD-1型工作原理基本相同,此处不再重述。

在静态应变测量中,还要注意调节灵敏系数钮。这是因为应变片的灵敏系数k 不完全相同的缘故。如前所述,我们调节读数前电阻值的旋钮度盘上刻的是应变值。由(7)式

21Εε=

ΔΡ

ΕΡκ 可知,要使 △R 与度盘上标的 ε 值具有唯一的对应关系,必须使2

1

E E Rk 永远为一固定的常数。但由于各应变片的灵敏系数k 不完全一样,所以2

1

E E Rk 的值也必

然是变化的。为了保证2

1

E E Rk 永远是一固定常数,仪器中采用了改变供桥电压的方法

与k 的变化相适应。调整 2E 的钮(即图1-11中的 k R )就是灵敏系数钮。对于不同

应变片的k 值,调整了 2E 以后,就可保证仪器上度盘的值永远代表唯一的应变值了。

(五)应变片的布片方法和接桥方法

所谓“布片法”是指应变片在被测构件上按什么原则去贴。如,沿轴线方向,还是沿与轴线成45°方向;是采用单片,还是用应变花;究竟应变片如何布置合适。

所谓“接桥法”是指应变片接人测量桥时按什么原则。如,是半桥法(二桥臂接电阻片),还是全桥法(四个桥臂都由电阻片构成);在 一个 桥臂上是接一片,还是串两片。究竟怎么接桥测量精度更高。

指导布片的理论,主要是内力和应力在构件内的分布规律。书中已详细地讲过了,这里不再重述。

指导接桥地理论则是电桥测量原理。若测量桥的四个桥臂均接上应变片,将(三)中的(1)式带入(4)式有

()4Ek

V 1234=

ε?ε+ε?ε (8)

其中E 为供桥电压,k 为应变片灵敏系数,二者均为常数,1,2,3,4

εεεε 为四个桥臂

所接应变片的应变值。而V 则是电桥输出的信号,它是对应着我们仪器的读数 du ε 的电

压值,此时仪器的读数

du ε 应是各应变片应变值的代数和。即

du 1234ε=ε?ε+ε?ε (9)

由(9)式可知,1、3桥臂若发生正应变,则导致 du e 偏正;2、4桥臂发生正应变,

则导致

du e 偏向负.我们可以利用这一道理知道接桥,以便扩大测量 值或消除环境影响,

使测量更精确.

例如,要测一受弯构件的弯曲正应力值,可按图1-12-b 所示情况布片,接桥.此时(9)式变为

12

du e e e =-

由力学分析12

e e =-

所以

1

2du e e =

由上式可见,仪器上的读数du

e 是一个应变片测出应变值的2倍,这个2叫做桥璧

系数.求一片的应变值有

du

e /2

这就是图1-12中所列各公式的道理.

下面将常用的方法\接桥法及其对应的应变值计算示于图1-12,以备应用

图1-12

材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)

C 61`材料的拉伸压缩实验 一、实验目的 1.观察试件受力和变形之间的相互关系; 2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理 现象;观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3.测定拉伸时低碳钢的强度指标(s 、b )和塑性指标(、);测定压 缩时铸铁的强度极限b。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。 二、实验设备 1.微机控制电子万能试验机; 2.游标卡尺。 三、实验材料 拉伸实验所用试件(材料:低碳钢)如图1所示,压缩实验所用试件(材料:铸铁)如图2所示: d l l 图1 拉伸试件图2 压缩试件 四、实验原理 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中,通过力传感器和位移传感器进行数据采集,A/D转换和处理,并输入计算机,得到F-l曲线,即低碳钢拉伸曲线,见图3。 对于低碳钢材料,由图3曲线中发现OA直线,说明F正比于l,此阶段称为弹性阶段。屈服阶段(B-C)常呈锯齿形,表示载荷基本不变,变形增加很快,材料失去抵抗变形能力,这时产生两个屈服点。其中,B点为上屈服点,它受变形大小和试件等因素影响;

B 点为下屈服点。下屈服点比较稳定,所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs 时,必须缓慢而均匀地加载,并应用s =F s / A 0(A 0为试件变形前的横截面积)计算屈服极限。 图3 低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后,要使试件继续变形,就必须增加载荷,材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后,在试件的某一局部发生显著变形,载荷逐渐减小,直至试件断裂。应用公式b =F b /A 0计算强度极限(A 0为试件变形前的横截面积)。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积,计算出低碳钢的延伸率和端面收缩率 ,即 %100001?-= l l l δ,%1000 1 0?-=A A A ψ 式中,l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度,A 1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中,通过力传感器和位移传感器进行数据采集,A/D 转换和处理, 并输入计算机,得到F-l 曲线,即铸铁压缩曲线,见图4。 图4 铸铁压缩曲 线

工程力学实验指导书(建环)

工程力学实验指导书(建环、给排水、包装工程) 2016年 9月

目录 实验一金属材料的拉伸实验 (2) 实验二金属材料的压缩实验 (5) 实验三弯曲正应力电测实验 (8)

实验一金属材料的拉伸实验 一、实验目的和要求 1、 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ;强度极限b σ,伸长率δ和截面收缩率φ 3、测定铸铁的强度极限b σ。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验装置和原理 实验仪器设备: CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。 试件制备: 实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成,如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸和形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:d 0为试件直径,L 0为试件的标距,并且短比例试件要求L 0=5d 0。 图1-1 实验原理: 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌粗糙。抗拉强度σb 较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 。、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。

材料力学实验指导书

材料力学实验指导书 §5 梁弯曲正应力电测实验指导书 1、概述 梁是工程中常用的受弯构件。梁受弯时,产生弯曲变形,在结构设计和强度计算中经常要涉及到梁的弯曲正应力的计算,在工程检验中,也经常通过测量梁的主应力大小来判断构件是否安全,也可采用通过测量梁截面不同高度的应力来寻找梁的中性层。 2、实验目的 1、用应变电测法测定矩形截面简支梁纯弯曲时,横截面上的应力分布规律。 2、验证纯弯梁的弯曲正应力公式。 3、观察纯弯梁在双向交变加载下的应力变化特点。 3、实验原理 梁纯弯曲时,根据平面假设和纵向纤维之间无挤压的假设,得到纯弯曲正应力计算公式为: Z I My =σ 式中:M —弯矩 Z I —横截面对中性层的惯性矩 y —所求应力点的纵坐标(中性轴为坐标零点)。 由上式可知梁在纯弯曲时,沿横截面高度各点处的正应力按线性规律变化,根据纵向纤维之间无挤压的假设,纯弯梁中的单元体处于单纯受拉或受压状态,由单向应力状态的胡克定律E *εσ=可知,只要测得不同梁高处的ε,就可计算出该点的应力σ,然后与相应点的理论值进行比较,以验证弯曲正应力公式。 4、实验方案 4.1实验设备、测量工具及试件: YDD-1型多功能材料力学试验机(图1.8)、150mm 游标卡尺、四点弯曲梁试件(图5.1)。 YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成,主机部分由加载机构及相应的传感器组成,数据采集部分完成数据的采集、分析等。 图5.1实验中用到的纯弯梁,矩形截面,在梁的两端有支撑圆孔,梁的中间段有四个对称半圆形分配梁加载槽,加载测试时,两半圆型槽中间部分为纯弯段,在纯弯段中间不同梁高部位、在离开纯弯段中间一定距离的梁顶及梁底、在加工有长槽孔部位的梁顶及梁底均粘贴电阻应变片。 4.2 装夹、加载方案 安装好的试件如图5.2所示。试验时,四点弯曲梁通过销轴安装在支座的长槽孔内,形成滚动铰支座。梁向下弯曲时,荷载通过分配梁等量地分配到梁上部两半圆形加载槽,梁向上弯曲时,荷载通 过分配梁等量地分配到梁下部两半圆形加载槽,分配梁的两个加载支滚,一个为滚动铰支座,一个为 图5.1 四点弯曲梁试件

兰大网院工程力学测试题及答案

1.梁横截面上的内力,通常()。 ?只有剪力FS ?只有弯矩M ?既有剪力FS,又有弯矩M ?只有轴力FN 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??既有剪力FS,又有弯矩M? 2.下列正确的说法是。() ?工程力学中,将物体抽象为刚体 ?工程力学中,将物体抽象为变形体 ?工程力学中,研究外效应时,将物体抽象为刚体,而研究内效应时,则抽象为变形体 ?以上说法都不正确。 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??以上说法都不正确。? 3.单元体各个面上共有9个应力分量。其中,独立的应力分量有()个。 ?9 ?3 ?6 ?4 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??6? 4.静不定系统中,未知力的数目达4个,所能列出的静力方程有3个,则系统静不定次数是()。?1次 ?3次 ?4次 ?12次 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??1次? 5.任意图形,若对某一对正交坐标轴的惯性积为零,则这一对坐标轴一定是该图形的()。 ?形心轴 ?主惯性轴

本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??主惯性轴? 6.空间力系作用下的止推轴承共有()约束力。 ?二个 ?三个 ?四个 ?六个 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??三个? 7.若在强度计算和稳定性计算中取相同的安全系数,则在下列说法中,()是正确的。?满足强度条件的压杆一定满足稳定性条件 ?满足稳定性条件的压杆一定满足强度条件 ?满足稳定性条件的压杆不一定满足强度条件 ?不满足稳定性条件的压杆不一定满足强度条件 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??满足稳定性条件的压杆一定满足强度条件? 8.有集中力偶作用的梁,集中力偶作用处()。 ?剪力发生突变 ?弯矩发生突变 ?剪力、弯矩不受影响 ?都不对 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??弯矩发生突变? 9.下列说法正确的是() ?工程力学中我们把所有的物体都抽象化为变形体 ?在工程力学中我们把所有的物体都抽象化为刚体 ?稳定性是指结构或构件保持原有平衡状态 ?工程力学是在塑性范围内,大变形情况下研究其承截能力。 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??稳定性是指结构或构件保持原有平衡状态?

工程力学实验指导书.

第一章绪论 §1.1 工程力学实验的内容 实验是进行科学研究的重要方法,科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的,许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此,实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化,实际构件典型化,公式推导假设化基础之上的,它的结论是否正确以及能否在工程中应用,都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度,刚度等问题时,首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂,构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据,这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此,材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容: 1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下,材料在变形、强 度等方面表现出的一些特性,如弹性极限、屈服极限(屈服强度)、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据,而它们一般要通过实验来测定。此外,材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展,各种新型合金材料、合成材料不断涌现,力学性能的测定,是研究每一中新型材料的重要任务。 2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的,例如杆件 的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围,有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式,用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。 3.实验应力分析某些情况下,例如因构件几何形状不规则,受力复杂或精确的边 界条件难以确定等,应力分析计算难于获得准确结果。这时,用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力,便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算,其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。§1.2 材料力学试验的标准、方法和要求 材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等,虽是材料的固有属性,但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境(温度、介质)等有关。为使实验结果能相互比较,国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。

材料力学实验指导书

《材料力学》实验指导书(土木工程) 铜陵学院土木建筑系实验中心 王明芳编 2012-2-22

力学实验规则及要求 一、作好实验前的准备工作 (1)按各次实验的预习要求,认真阅读实验指导复习有关理论知识,明确实验目的,掌握实验原理,了解实验的步骤和方法。 (2)对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理,以及操作注意事项。 (3)必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。 二、严格遵守实验室的规章制度 (1)课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。 (2)未经许可,不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。 (3)作实验时,应严格按操作规程操作机器、仪器,如发生故障,应及时报告,不得擅自处理。 (4)实验结束后,应将所用机器、仪器擦拭干净,并恢复到正常状态。 三、认真做好实验 (1)接受教师对预习情况的抽查、质疑,仔细听教师对实验内容的讲解。 (2)实验时,要严肃认真、相互配合,仔细地按实验步骤、方法逐步进行。 (3)实验过程中,要密切注意观察实验现象,记录好全部所需数据,并交指导老师审阅。 四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写,培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此,要求学习者在自己动手完成实验的基础上,用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法,所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容,独立地写出实验报告,并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。

目录 实验一纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验 (4) 实验二材料弹性模量E、泊松比μ的测定 (7) 实验三偏心拉伸实验 (12) 实验四等强度梁实验 (16) 实验五悬臂梁实验 (18) 实验六压杆稳定实验 (21) 实验七纯扭转实验 (25) 实验八电阻应变片灵敏系数测定实验实验 (28)

非常经典的工程力学实验指导书+题.

《工程力学》实验指导书 主编:2011年11月

目录 实验一拉伸和压缩实验 (3) 实验二梁弯曲正应力实验 (8) 实验三金属材料扭转实验 (12)

实验一 拉伸和压缩实验 拉伸实验 一、实验目的 1.观察与分析低碳钢、灰铸铁在拉伸过程中的力学现象并绘制拉伸图。 2.测定低碳钢的σs 、σb 、δ、ψ 和灰铸铁的σb 。 3.比较低碳钢与灰铸铁的机械性能。 二、实验内容 1.低碳钢拉伸实验 材料的机械性能指标σs 、σb 、δ 和ψ 由常温、静载下的轴向拉伸破坏试验测定。整个试验过程中,力与变形的关系可由拉伸图表示,被测材料试件的拉伸图由试验机自动记录显示。低碳钢的拉伸图比较典型,可分为四个阶段 : 直线阶段OA ——此阶段拉力与变形成正比,所以也称为线弹性变形阶段,A 点对应的载荷为比例极限载荷Fp ; 屈服阶段BC ——曲线常呈锯齿形,此阶段拉力的变化不大,但变形迅速增加,此段内曲线上的最高点称为上屈服点B ,,最低点称为下屈服点B ,因下屈服点B 比较稳定,工程上一般以B 点对应的力值作为屈服载荷Fs ; 强化阶段CD ——此阶段拉力增加变形也继续增加,但它们不再是线性关系,其最高点D 对应的力值为最大载荷Fb ; 颈缩阶段DE ——过了D 点,试件开始出现局部收缩(颈缩),直至试件被拉断。 图1-1为低碳钢拉伸图。 图1-1 图1-2 F

2.灰铸铁拉伸实验 对于灰铸铁,由于拉伸时的塑性变形极小,在变形很小时就达到最大载荷而突然断裂,没有明显的屈服和颈缩现象,其强度极限即为试件断裂时的名义应力。图1-2为铸铁拉伸图。 三、实验仪器、设备 1.600KN 微机屏显式液压万能试验机; 2.游标卡尺。 四、实验原理 1.根据低碳钢拉伸载荷F s 、F b 计算屈服极限σs 和强度极限σb 。 2.根据测得的灰铸铁拉伸最大载荷F b 计算强度极限σb 。 3.根据拉断前后的试件标距长度和横截面面积,计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。 %100001?-= L L L δ %1000 1 0?-=A A A ψ 五、实验步骤 (一)实验准备 1.打开计算机,双击计算机桌面上的TestExpert 图标,试验软件启动。 2.打开控制系统电源,系统进行自检后自动进入PC-CONTROL 状态。 3.软件联机并启动控制系统: (1)点击“联机”按钮.出现联机窗口,当此窗口消失证明联机成功。 (2)按下启动按钮,控制系统“ON ”灯亮后,软件操作按钮有效。 4.测量并记录试件的尺寸:在刻线长度内的两端和中部测量三个截面的直径d 0,取直径最小者为计算直径,并量取标距长度L 0。 5.调节横梁位置并安装试样。 (二)进行实验 1.设置试验条件。 2.开始试验: (1)按下“试验”按钮,试验机开始按试验程序对试件进行拉伸。仔细观 A F s s =σ0 A F b b =σ4 2 00d A ?= π

工程力学实验考试思考题

金属拉伸试验时加载速度为什么必须缓慢均匀? 为了获得更加准确的试验精度.加载时如果动作过大,则在加载的瞬间其重量是有变化的,对精度有较大的影响. 加载速度超过一定值就称为“动载荷”,此时低碳钢的“屈服”阶段变得不明显,强度极限也有所提高。所以拉伸加载时速度应缓慢:静载荷 为了看金属的疲劳曲线,缓慢均匀才看得清楚 什么是卸载规律和冷作硬化现象? 当对材料加载,使其应力超过弹性极限,材料会出现弹性应变和塑性应变。此时卸载,其弹性变形会完全恢复,但是弹性变形是不可恢复的,这部分应变被称为残余应变。 对有残余应变的材料重新加载,则其应力应变曲线沿着卸载的直线上升,可以发现其弹性极限(应力)有提高,那么它的屈服极限(强度指标)自然有提高。这种在常温下,经过塑性变形后材料强度变高,塑性降低的现象称为冷作硬化 冷作硬化在实际运用的很多特别是钢材 望采纳 低碳钢与铸铁试样扭转破坏情况有何不同,为什么? 低碳钢试件受扭转时沿横截面破坏, 此破坏是由横截面上的切应力造成 的,说明低碳钢的抗剪强度较差; 铸铁试件受扭转时沿大约45度斜截面 破坏,断口粗糙,此破坏是由斜截面 上的拉应力造成的,说明铸铁的抗拉 强度较差。 低碳钢与铸铁的抗拉抗压抗剪能力 低碳钢的拉、压强度近似相等,抗扭强度要小(大概根号3倍)。铸铁就不同了铸铁的抗压强度最大,其它要小得多。 圆截面试样拉伸试验屈服点和扭转试验屈服点有什么区别和联系? 当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服极限时,占横截面绝大部分的内层切应力任低于弹性极限,因而此时试样人变现为弹性行为,没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使截面大部分区域的切应力达到剪切屈服极限时,试样会表现出屈服极限,此时的扭矩比真实的屈服扭矩要大一些,对于破坏扭矩也会有同样的情况。 剪切弹性模量G的物理意义

《材料力学实验指导书》解析

课程教案 课程名称: 任课教师: 所属院部:建筑工程与艺术学院 教学班级: 教学时间:2015—2016 学年第 1 学期湖南工学院

1 实验一 拉伸实验 一、本实验主要内容 低碳钢和铸铁的拉伸实验。 二、实验目的与要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象,绘出外力和变形间的关系曲线(F L -?曲线)。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 三、实验重点难点 1、拉伸时难以建立均匀的应力状态。 2、采集数据时,对数据的读取。 四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、启发、演示、辩论等;实验前对学生进行实验的理论指导和提醒学生实验过程的注意事项。 五、作业与习题布置 1、低碳钢拉伸图分为几阶段?每一阶段,力与变形有何关系?有什么现象? 2、低碳钢和铸铁在拉伸时可测得哪些力学性能指标?用什么方法测得?

1 实验一 拉伸实验 拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果,可以说明材料在静拉伸下的一些性能,诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能,这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。 一、实验目的要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象,绘出外力和变形间的关系曲线(F L -?曲线)。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 二、实验设备和仪器 万能材料试验机、游标卡尺、分规等。 三、拉伸试件 金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距,试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定,两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。 为了使实验测得的结果可以互相比较,试件必须按国家标准做成标准试件,即 5l d =或10l d =。 对于一般板的材料拉伸实验,也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积 和试件标距关系为l = l =A 为标距段内的截面积。 四、实验方法与步骤

《工程力学》实验指导书

工程力学实验指导书力学与机械学研究所编 天津理工大学机械工程学院

2005.7 学生实验守则 1.学生应按照课程教学计划,准时上实验课,不得迟到早退。 2.实验前认真阅读实验指导书,明确实验目的、步骤、原理,预习有关的理论知识,并接受实验教师的提问和检查。 3.进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹,不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。 4.做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程,爱护仪器设备,节约使用材料,服从实验教师指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。 5.实验中要细心观察,认真记录各种试验数据。不准敷衍,不准抄袭别组数据,不得擅自离开操作岗位。 6.实验时必须注意安全,防止人身和设备事故的发生。若出现事故,应立即切断电源,及时向指导教师报告,并保护现场,不得自行处理。 7.实验完毕,应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。 8.实验后要认真完成实验报告,包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。 9.在实验过程中,由于不慎造成仪器设备、工具损坏者,应写出损坏情况报告,并接受检查,由领导根据情况进行处理。 10.凡违反操作规程,擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的,肇事者必须写出书面检查,视情节轻重和认识程度,按章程预以赔偿。

目录 引言..................................................(4)实验一金属拉伸实验....................................(5)实验二金属压缩实验.....................................(8)实验三金属(园轴)扭转试验..............................(17)

材料力学实验

材料力学实验 文档编制序号:[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

实验一实验绪论 一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器: 100kN(10T)微机控制电子万能试验机;200kN(20T)微机控制电子万能试验机;WEW-300C微机屏显式液压万能试验机;WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器: 弯曲测试系统;静态数字应变仪 二、应变电桥的工作原理 三、材料力学实验与材料力学的关系 四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述,并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位

实验二轴向压缩实验 一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法 金属的压缩试样一般制成很短的圆柱,以免被压弯。圆柱高度约为直径的倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。 低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明:低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε,都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后,试样 越压越扁,横截面面积不断增大,试样抗压能力也继续增强,因而得不 到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样,记录数据 二、轴向压缩实验原始数据 指导老师签名:徐

三、轴向压缩数据处理 测试的压缩力学性能汇总 强度确定的计算过程: 实验三轴向拉伸实验 一、实验预习 1、实验目的 (1)、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E; (2)、测定低碳钢的屈服强度,抗拉强度。断后伸长率δ和断面收缩率; (3)、测定铸铁的抗拉强度,比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I.弹性模量E及强度指标的测定。(见图) 低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线 (1)测弹性模量用等增量加载方法:F o =(10%~20%)F s , F n =(70%~80%)F s 加载方案为:F 0=5,F 1 =8,F 2 =11,F 3 =14,F 4 =17 ,F 5 =20 (单位:kN) 数据处理方法: 平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ(1) 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( (2)

工程力学测试题(附答案)

1、如图1所示,已知重力G ,DC=CE=AC=CB=2l ;定滑轮半径为R ,动滑轮半径为r ,且R=2r=l, θ=45° 。试求:A ,E 支座的约束力及BD 杆所受的力。 1、解:选取整体研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 选取DEC 研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 2、图2示结构中,已知P=50KN ,斜杆AC 的横截面积A1=50mm2,斜杆BC 的横截面积A2=50mm2, AC 杆容许压应力[σ]=100MPa ,BC 杆容许应力[σ]=160MPa 试校核AC 、BC 杆的强度。 解:对C 点受力分析: 所以,; 对于AC 杆:, 所以强度不够; 对于BC 杆:, 所以强度不够。 3、图3传动轴上有三个齿轮,齿轮2为主动轮,齿轮1和齿轮3消耗的功率分别为和。若轴的转速为,材料为45钢,。根据强度确定轴的直径。 3、解: (1) 计算力偶距 (2) 根据强度条件计算直径 从扭矩图上可以看出,齿轮2与3 间的扭矩绝对值最大。 4、设图4示梁上的载荷q,和尺寸a 为已知,(1) 图;(3)判定最大剪力和最大弯矩。 剪力方程: 弯矩方程: AC :(). CB: () 5、图5示矩形截面简支梁,材料容许应力[σ]=10MPa ,已知b =12cm ,若采用截面高宽比为h/b =5/3,试求梁能承受的最大荷载。 解:对AB 梁受力分析 作AB 梁的弯矩图,可以看出,最大弯矩发生在梁的中点处,且 由强度条件,, 所以,。 1、解:选取整体研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 选取DEC 研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 2、 解:对C 点受力分析: 1 2 3 x T 155N.m

工程力学实验指南

工程力学实验指导书 仲恺农业工程学院机电工程系 2008.1

前言 材料力学是研究工程材料力学性能和构件强度、刚度和稳定性计算理论的科学,主要任务是按照安全、适用与经济的原则,为设计各种构件(主要是杆件)提供必要的理论和计算方法以及实验研究方法。 要合理地使用材料,就必须了解材料的力学性能,各种工程材料固有的力学性质要通过相应的试验测得,这是材料力学实验的一个主要任务。 另外,材料力学的理论是以一定的简化和假设为基础。这些假设多来自实验研究,而所建立理论的正确性也必须通过实验的检验,这是材料力学实验的第二个任务。 材料力学实验的第三个任务是通过工程结构模型或直接在现场测定实际结构中的应力和变形,进行实验应力分析,为工程结构的设计和安全评估提供可靠的科学依据。 从以上所述各项任务中,不难看到材料力学实验的重要性,它与材料力学的理论部分共同构成了这门学科的两个缺一不可的环节。 学生在学习并进行材料力学实验时,应注意学习实验原理、试验方法和测试技术,逐步培养科学的工作习惯和独立分析、解决问题的能力,要善于提出问题,勤于思考,勇于创新。这样才能牢固地掌握材料力学课程的基本内容,为将来参加祖国社会主义现代化建设打下坚实的基础。 指导书中将实验内容分为“基本实验”和“选做实验”两个层次,这样既可保证实验教学的基本要求,又可根据不同的需求进行选择,以期在培养学生的综合分析能力和创新能力方面发挥重大作用。 本实验指导书中难免存在缺点和错误之处,请师生们指正,以便今后进一步修改和完善。

基本实验 1 低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1.试样在拉伸或压缩实验过程中,观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2.测定该试样所代表材料的P S、P b和ΔL等值。 3.对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较,对其强度指标和塑性指标进行比较。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具 电子万能试验机,引伸计、钢板尺,游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1.低碳钢的拉伸实验 在拉伸实验前,测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中,观察屈服(流动)、强化,卸载规律、颈缩、断裂等现象;绘制p——ΔL曲线如图2—1(a)所示;记录试件的屈服抗力P s和最大抗力P b。试件断裂后,测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据,计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。 7 图1—1 低碳钢拉伸图及压缩图 强度指标:

材料力学实验指导书

试验一岩石单轴抗压试验 一、试验的目的: 测定岩石的单轴抗压强度R c。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时,单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度,即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。 二、基本原理 岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时,单位面积上所承受的最大压应力: (MPa) 一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同,又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。 岩石的单轴抗压强度,常采用在压力机上直接压坏标准试样测得,也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行,或用其它方法间接求得。 三、主要仪器设备 1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。 2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。 3、压力机,应满足下列要求: (1)压力机应能连续加载且没有冲击,并具有足够的吨位,使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。 (2)压力机的承压板,必须具有足够的刚度,其中之一须具有球形座,板面须平整光滑。 (3)承压板的直径应不小于试样直径,且也不宜大于试样直径的两倍。如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时,需在试样上下两端加辅助承压板。辅助承压板的

刚度和平整度应满足压力机承压板的要求。 (4)压力机的校正与检验,应符合国家计量标准的规定。 三、操作步骤 1、试样制备 (1)样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块,在取样和试样制备过程中,不允许发生认为裂隙。 (2)试件规格:采用直径5厘米,高为10厘米的方柱体,各尺寸允许变化范围为:直径及边长为±0.2厘米,高为±0.5厘米。 (3)对于非均质的粗粒结构岩石,或取样尺寸小于标准尺寸者,允许采用非标准试样,但高径之比宜为2.0~2.5。 (4)试样制备的精度应満足如下要求: a沿试样高度,直径的误差不超过0.03cm; b试样两端面不平行度误差,最大不超过0.005cm; c端面应垂直于轴线,最大偏差不超过0.25°; d 方柱体试样的相邻两面应互相垂直,最大偏差不超过0.25°。 (4)试样含水状态处理 在进行试验前应按要求的含水状;制备试样时采用的冷却液,必须是洁净水,不许使用油液。 (5)对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石,应采用干法制样 2、试样描述 描述内容包括:岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等;加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题; 3、试样尺寸测量

工程力学实验考试复习

第二章 一、实验技术标准 实验标准:针对给定试验对试验对象、设备、条件、方法、技术等各个环节给予具体规定的文件。一般由标准化组织制定。 二、试验方案 1、试验目的、内容,依据的标准或协议。 2、试样的要求(设计图、加工质量、数量)。 3、仪器设备的选择和标定。 4、试验的具体方法和步骤,试验出现异常时的预备方案和安全措施。 5、规划试验人员的配备、组织和协调。 6、试验经费预算和进度安排。 三、力学量及其测量设备 载荷测力仪、材料试验机 长度量具(游标卡尺、千分尺、光学显微镜) 变形引伸计 应变电测设备(应变计+应变仪) 四、试样 实验分为材料试样实验和实物模型实验 材料试样实验主要用于了解材料的力学性能;取材方式应满足相应的国家标准。 实物模型试验主要用于大型结构的设计(大坝、桥梁、核反应堆)等。模型应满足相似理论。 五、数值修约规则 一、修约的表达方式 指定修约位数的表示方法如:保留三位有效数字。保留两位小数。 指定修约间隔的表示方法 如:修约间隔为0.02。其含义是保留到小数点后两位、且是0.02的整数倍。 四舍六入五考虑, 五后非零则进一, 五后皆零看奇偶, 五前为偶则舍去, 五前为奇则进一。 例1:将下列数据修约到三位有效数据例2:将数据12.75按0.5单位修约。 三、有效数字运算法则 原则:先修约后运算 1、加减法:修约时,应按各数中末位最高者修约。 例4:求21.01,7.341,0.786的和。解:应为21.01+7.34+0.79=29.14 2、乘除法:修约时,按各数中有效数字最少者修约。

例4:求21.01,7.34,0.786的积。解:应为 21.0×7.34×0.786=121 第三章 一、变形计的基本特征 标距:指测量所使用的长度。 灵敏度:指变形计对被测变形量的感应能力,是读数与被测量值的商 。(也称为放大倍数) 量程:指被测量值的上、下限之差。 精确度:指测量结果与真值的符合程度 。用示值误差、示值变动性和示值进回程差衡量。 二、应变及其测量 1、线应变定义 若线段Δx 的变形为Δu ,则线段Dx 的平均线应变 x u x ??=ε 一点的线应变 x u x x ??=ε→?0lim 三、电阻应变计的构造 基 底—将敏感栅定位并保证敏感栅与构件之间的绝缘电阻 敏感栅—将被测构件表面应变转换成电阻变化输出 覆盖层—保护敏感栅 粘结剂—将敏感栅固结在基底和覆盖层之间 引出线—连接敏感栅与测量导线 Ks ——称为金属丝的应变灵敏系数 )21(ν++ερρ=ε=d R dR K S 在一定范围内,对特定材料和加工方法,电阻变化率与其应变之间成线性关系(如康铜等)。 四、理想的敏感栅材料特性 1、灵敏系数Ks 大,且在较大范围内保持不变。 2、电阻率高。 3、电阻温度系数小且稳定。 4、弹性极限高于被测构件弹性极限。 5、易于加工成丝或箔。 五、按敏感栅材料分类 : 康铜(Ni45%Cu55%) ——KS 高且稳定,电阻率r 高,电阻温度系数小,弹性好,加工性能好。常用于中、常温 静载及大应变测量。 镍铬合金(Ni80%Cr20%) ——高,电阻温度系数也大,疲劳寿命高。适宜动态应变测量和制作小栅长应变计。 卡玛合金(Ni74%Cr20%Al3%Fe3%)

材料力学实验指导书

工程力学实验指导书 主讲:林植慧 机械与汽车工程学院 SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING

实验一, 二 低碳钢(Q235钢)、铸铁的轴向拉伸试验 一、实验目的与要求 1.观察低碳钢(Q235钢)和铸铁在拉伸试验中的各种现象。 2.测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F ―Δl 曲线)及应力―应变曲线(σ―ε曲线)。 3.测定低碳钢拉伸时的比例极限P σ,屈服极限s σ、强度极限b σ、伸长率δ、断面收缩率ψ和铸铁拉伸时的强度极限b σ。 4.测定低碳钢的弹性模量E 。 5.观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。 6.比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。 二、实验设备、仪器和试件 1.微机控制电子万能试验机。 2.电子式引伸计。 3.游标卡尺。 4.低碳钢、铸铁拉伸试件。 三、实验原理与方法 材料的力学性能主要是指材料在外力作用下,在强度和变形方面表现出来的性质,它是通过实验进行研究的。低碳钢和铸铁是工程中广泛使用的两种材料,而且它们的力学性质也较典型。 试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》) 制成,标距0l 与直径0d 之比为5100 0或=d l ,如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:0d 为试样直径,0l 为试样的标距。国家标准中还规定了其他形状截面的试样。 图 1-1 金属拉伸试验在微机控制电子万能试验机上进行,在实验过程中,与电子万能试验机联机的计算机显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―l ?曲线),如图1-2所示。低碳钢试样的拉伸曲线(图1-2a)分为弹性阶段,屈服阶段,强化阶段及局部变形阶段。如果在强化阶段

材料力学实验指导书(测量材料弹性模量E)

测量材料弹性模量E实验 一、实验名称 测定材料的弹性模量。 二、实验目的 1.掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法; 2.熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。 三、实验设备及仪器 1.CEG-4K型测E试验台 2.球铰式引伸仪 四、试样制备 1. 试样:Q235钢,如图所示,直径d=10mm,标距L=100mm。 2、载荷增重ΔF=1000N(砝码四级加载,每个砝码重25N,初载砝码一个,重16N,采用1:40杠杆比放大) 五、实验原理 实验时,从F0到F4逐级加载,载荷的每级增量为1000N。每次加载时,记录相应的长度变化量,即为ΔF引起的变形量。在逐级加载中,如果变形量ΔL 基本相等,则表明ΔF与ΔL为线性关系,符合胡克定律。完成一次加载过程,将得到ΔL的一组数据,实验结束后,求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平,代入胡克定律计算弹性模量。即

EA l F l ? ? = ? ?001 .0 备注:引伸仪每格代表0.001mm。 六、实验步骤及注意事项 1.调节吊杆螺母,使杠杆尾部上翘一些,使之与满载时关于水平位置大致对称。 2.把引伸仪装夹到试样上,必须使引伸仪不打滑。 注意:对于容易打滑的引伸仪,要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。引伸仪为精密仪器,装夹时要特别小心,以免使其受损。采用球铰式引伸仪时,引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°左右的角度。 3.挂上砝码托。 4.加上初载砝码,记下引伸仪的初读数。 5.分四次加等重砝码,每加一次记录一次引伸仪的读数。注意:加砝码时要缓慢放手,以使之为静载,防止砝码失落而砸伤人、物。 6.实验完毕,先卸下砝码,再卸下引伸仪。 七、数据处理 1. 记录相关数据 分级加载初载一次加载二次加载三次加载四次加载引伸仪读数L0= L1= L2= L3= L4= 2.计算 (1)各级形变量的计算 分级加载一次加载二次加载三次加载四次加载平均值形变量ΔL1= ΔL2= ΔL3= ΔL4= ΔL平=

工程力学实验指导书(五个)

工程力学实验指导书 (电测实验) 能源工程学院 二00九年三月

力学实验规则及要求 一、作好实验前的准备工作 (1)按各次实验的预习要求,认真阅读实验指导复习有关理论知识,明确实验目的,掌握实验原理,了解实验的步骤和方法。 (2)对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理,以及操作注意事项。 (3)必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。 二、严格遵守实验室的规章制度 (1)课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。 (2)未经许可,不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。 (3)作实验时,应严格按操作规程操作机器、仪器,如发生故障,应及时报告,不得擅自处理。 (4)实验结束后,应将所用机器、仪器擦拭干净,并恢复到正常状态。 三、认真做好实验 (1)接受教师对预习情况的抽查、质疑,仔细听教师对实验内容的讲解。 (2)实验时,要严肃认真、相互配合,仔细地按实验步骤、方法逐步进行。 (3)实验过程中,要密切注意观察实验现象,记录好全部所需数据,并交指导老师审阅。 四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写,培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此,要求学习者在自己动手完成实验的基础上,用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法,所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容,独立地写出实验报告,并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。

目录 第一章绪论 (1) §1-1实验的内容 (1) §1-2试验方法和要求 (1) 第二章实验设备及测试原理 (2) §2-1组合式材料力学多功能实验台 (2) §2-2电测法的基本原理 (3) 第三章材料力学电测实验 (8) 实验一材料弹性模量E的测定 (8) 实验二纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验......1 3 实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定..............1 5 实验四偏心拉伸实验 (20)

(完整版)工程力学试题库(学生用)

工程力学复习题 一、选择题 1、刚度指构件( )的能力。 A. 抵抗运动 B. 抵抗破坏 C. 抵抗变质 D. 抵抗变形 2、决定力对物体作用效果的三要素不包括( )。 A. 力的大小 B. 力的方向 C. 力的单位 D. 力的作用点 3、力矩是力的大小与( )的乘积。 A.距离 B.长度 C.力臂 D.力偶臂 4、题4图所示AB 杆的B 端受大小为F 的力作用,则杆内截面上的内力大小为( )。 A 、F B 、F/2 C 、0 D 、不能确定 5、如题5图所示,重物G 置于水平地面上,接触面间的静摩擦因数为f ,在物体上施加一力F 则最大静摩擦力最大的图是( B )。 (C) (B)(A) 题4图 题5图 6、材料破坏时的应力,称为( )。 A. 比例极限 B. 极限应力 C. 屈服极限 D. 强度极限 7、脆性材料拉伸时不会出现( )。 A. 伸长 B. 弹性变形 C. 断裂 D. 屈服现象 8、杆件被拉伸时,轴力的符号规定为正,称为( )。 A.切应力 B. 正应力 C. 拉力 D. 压力 9、下列不是应力单位的是( )。 A. Pa B. MPa C. N/m 2 D. N/m 3 10、构件承载能力的大小主要由( )方面来衡量。

A. 足够的强度 B. 足够的刚度 C. 足够的稳定性 D. 以上三项都是 11、关于力偶性质的下列说法中,表达有错误的是()。 A.力偶无合力 B.力偶对其作用面上任意点之矩均相等,与矩心位置无关 C.若力偶矩的大小和转动方向不变,可同时改变力的大小和力偶臂的长度,作用效果不变 D.改变力偶在其作用面内的位置,将改变它对物体的作用效果。 12、无论实际挤压面为何种形状,构件的计算挤压面皆应视为() A.圆柱面 B.原有形状 C.平面 D.圆平面 13、静力学中的作用与反作用公理在材料力学中()。 A.仍然适用 B.已不适用。 14、梁剪切弯曲时,其横截面上()。A A.只有正应力,无剪应力 B. 只有剪应力,无正应力 C. 既有正应力,又有剪应力 D. 既无正应力,也无剪应力 15、力的可传性原理只适用于()。 A.刚体 B. 变形体 C、刚体和变形体 16、力和物体的关系是()。 A、力不能脱离物体而独立存在 B、一般情况下力不能脱离物体而独立存在 C、力可以脱离物体 17、力矩不为零的条件是()。 A、作用力不为零 B、力的作用线不通过矩心 C、作用力和力臂均不为零 18、有A,B两杆,其材料、横截面积及所受的轴力相同,而L A=2 L B,则ΔL A和ΔL B 的关系是() A 、ΔL A=ΔL B B、ΔL A=2ΔL B C、ΔL A=(1/2)ΔL B 19、为使材料有一定的强度储备,安全系数的取值应()。 A 、=1 B、>1 C、<1 20、梁弯曲时的最大正应力在()。

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