材料力学实验电测实验
材料力学电测实验中扭转组合变形现象解析
材料弹性常数E、μ的测定——电测法测定弹性模量E和泊松比μ
北京航空航天大学、材料力学、实验报告实验名称：材料弹性常数E 、μ的测定——电测法测定弹性模量E 和泊松比μ学号姓名实验时间：2010年11月17日 试件编号试验机编号 计算机编号 应变仪编号百分表编号成绩实验地点：主楼南翼116室12 11 11 11 11教师年 月 日一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2. 验证单向受力虎克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。
二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。
三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (30⨯7.5)mm 2。
材料的屈服极限MPa s 360=σ。
四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE = （1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。
由以上关系，可以得到：PE A σεε== （2）材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。
本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。
于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0 （4） ii i εεμ∆'∆= （5）根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。
上式中n 为加载级数。
2、实验方法2.1电测法电测法基本原理：电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。
试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。
当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形。
材力力学实验—直梁弯曲实验
实验五
直梁弯曲实验
Page1
材料力学实验
➢ 实验目的
电测法测定纯弯梁横截面上的正应变分布，并与理论值进行
比较；
电测法测量三点弯梁某一横截面上的正应变分布与最大切
应变，并与理论值进行比较；
学习电测法的多点测量方法
➢ 实验设备与仪器
微机控制电子万能试验机 静态应变仪 游标卡尺
Page2
用平均值法进行数据处理（对多次实验结果取平均值）
Page9
思考题
材料力学实验
1. 设计本实验的夹具应考虑哪些因素？
2．安装试件时应当注意什么问题？
3. 如果在试件纯弯段的上表面和下表面，沿纵线方向分别再贴 上2’和8’两个应变片，如何用全桥接线法测最大弯曲正 应变？试画出桥路图。
Page10
Page8
➢ 实验结果处理
材料力学实验
1. 在坐标纸上，y——ε坐标系下描出实验点，然后拟合
成直线，与理论曲线进行比较，并计算同一y坐标所对应
的 理和论 之间实验的相对误差；
2. 计算上下表面的横向应变增量与纵向应变增量之比的
绝对值。
3. 对比纯弯状态与三点弯状态的实验结果，并分析横截面上 剪力的对应力分布的影响．
实心梁：纯弯：P0=2KN, Pmax=10KN, ΔP=8KN, ３遍 三点弯： P0=2KN, Pmax=10KN, ΔP=8KN, ３遍
空心梁：纯弯：P0=1KN, Pmax=5KN, ΔP=4KN, ３遍 三点弯： P0=1KN, Pmax=5KN, ΔP=4KN, ３遍
2、草拟实验所需各类数据表格 3、测量试件及结构尺寸 4、试验机准备、试件安装和仪器调整 5、确定组桥方式、接线和设置应变仪参数 6、检查及试车 7、进行试验 8、整理各种仪器设备，结束试验
电测法测泊松比
电测法测定材料的弹性模量和泊松比 弹性模量E 和泊松比µ是各种材料的基本力学参数，测试工作十分重要，测试方法也很多，如杠杆引伸仪法、电测法、自动检测法，本次实验用的是电测法。
一、 实验目的在比例极限内，验证虎克定律，用应变电测法测定材料的弹性模量E 和泊松比µ。
二、 实验仪器设备和试样a) 多功能组合实验台b) 静态电阻应变仪c) 游标卡尺d) 矩形长方体扁试件三、 预习要求a) 预习本节实验内容和材料力学书上的相关内容。
b) 阅读并熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用操作。
四、实验原理和方法材料在比例极限范围内，应力和应变呈线性关系，即：εσE =比例系数E 称为材料的弹性模量，可由下式计算，即：εσ=E （2－1） 设试件的初始横截面面积为o A ，在轴向拉力F 作用下，横截面上的正应力为： o A F =σ 把上式代入式（2－1）中可得：εo A F E = （2－2） 只要测得试件所受的荷载F 和与之对应的应变ε，就可由式（2－2）算出弹性模量E 。
受拉试件轴向伸长，必然引起横向收缩。
设轴向应变为ε，横向应变为ε′。
试验表明，在弹性范围内，两者之比为一常数。
该常数称为横向变形系数或泊松比，用µ表示，即：εεµ′=轴向应变ε和横向应变ε′的测试方法如下图所示。
在板试件中央前后的两面沿着试件轴线方向粘贴应变片1R 和′1R ，沿着试件横向粘贴应变片2R 和′2R 。
为了消除试件初曲率和加载可能存在偏心引起的弯曲影响，采用全桥接线法。
分别是测量轴向应变ε和横向应变ε′的测量电桥。
根据应变电测法原理基础，试件的轴向应变和横向应变是每台应变仪应变值读数的一半，即： r εε21= ′=′r εε21 实验时，为了验证胡克定律，采用等量逐级加载法，分别测量在相同荷载增量F ∆作用下的轴向应变增量ε∆和横向应变增量ε′∆。
若各级应变增量相同，就验证胡克定律。
五、 实验步骤（1）测量试件。
实验四：弯曲正应力电测实验
实验四：弯曲正应力电测实验一、实验目的和要求1．学习使用应变片和电阻应变仪测定静态应力的基本原理和方法。
2．用电测法测定纯弯曲钢梁横截面不同位置的正应力。
3．绘制正应力沿其横截面高度的的分布图，观察正应变（正应力）分布规律，验证纯弯曲梁的正应力计算公式。
二、实验设备、仪器和试件1.CLDS-2000型材料力学多功能实验台。
2.YJZ —8型智能数字静态电阻应变仪。
3.LY —5型拉力传感器。
4.直尺和游标卡尺。
三、实验原理和方法（1）理论公式：本实验的测试对象为低碳钢制矩形截面简支梁，实验台如图4-1所示，加载方式如图4-2所示。
图4-1 图4-2由材料力学可知，钢梁中段将产生纯弯曲，其弯矩大小为c PM 2∆=（1） 横截面上弯曲正应力公式为ZI My=σ （2） 式中y 为被测点到中性轴z 的距离，I z 为梁截面对z 轴的惯性矩。
123bh I Z =（3）横截面上各点正应力沿截面高度按线性规律变化，沿截面宽度均匀分布，中性轴上各点的正应力为零。
截面的上、下边缘上各点正应力为最大，最大值为WM =max σ。
（2）实测公式：实验采用螺旋推进和机械加载方法，可以连续加载，荷载大小可由电子测力仪读出。
当增加压力P ∆时，梁的四个点受力分别增加作用力2/P ∆，如图4-2所示。
为了测量梁纯弯曲时横截面上应变分布规律，在梁的纯弯曲段侧面布置了5片应变片，如4-2所示，各应变片的粘贴高度见梁上各点标注。
此外，在梁的上表面沿横向粘贴了第6片应变片，用以测定材料的泊松比μ；在梁的端部上表面零应力处粘贴了第7片温度补偿应变片，可对以上各应变片进行温度补偿。
在弹性范围内，如果测得纯弯曲梁在纯弯曲时沿横截面高度上的轴向应变，则由单向应力状态的胡克定律，即：σε=E （4） 由上式可求出各点处的应力实验值。
将应力实验值σε=E 与理论值ZI My=σ进行比较，以验证弯曲正应力公式。
如果测得应变片4和6的应变满足μεε=46/则证明梁弯曲时近似为单向应力状态，即梁的纵向纤维间无挤压的假设成立。
拉伸试验
拉 伸 试 验
3、扭转：即在一对 大小相等、转向相 反、作用平面与杆 轴垂直的力偶作用 下，杆的任意两截 面发生绕轴线的相 对转动。
拉 伸 试 验
4、平面弯曲：由于 垂直于杆件轴线的横 向力作用，或作用于 与轴线平行的某平面 内的力偶引起的，表 现为杆件的轴线由直 线变为平面曲线。
拉 伸 试 验
拉 伸 试 验
真实应变
dl l t ln ln 1 0 l l0 l0
真实应力
l
P st A
式中，l、A为加载过程中任意一时刻标距内的真实 长度和横截面的真实面积。εt、σt也只适用于试 件发生严重的局部变形。
拉 伸 试 验
四、试验原理 1．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 sb 、 d、 y )
拉 伸 试 验
三、光测法 光测法是利用光波在某些透明介质材料制成的受 力模型中所产生的暂时双折射光波干涉条纹图或光波 反射产生的干涉条纹图来分析、确定各测量点的应力。 现在光测法有光弹性测量、激光全息干涉法、散 斑干涉法、云纹法等。 光测法的优点是能够测量整个应力场的应力分布。 它不仅能测量构件表面的应力，而且也能采用冻结、 切片技术测定试件内部测量点的应力。
拉 伸 试 验
杆件变形的基本形式
在不同形式的外力作用下，杆件变形的基本 形式有以下几种：
1、轴向拉伸和压缩： 即在一对大小相等、 方向相反、作用线与 轴线重合的外力的作 用下，杆件的长度发 生伸长或缩短。
拉 伸 试 验
2、剪切：即在一对 作用线垂直杆轴且 相距很近、大小相 等、方向相反的外 力作用下，杆件的 横截面沿外力的作 用方向发生错动。
拉 伸 试 验
2．测定灰铸铁抗拉强度 sb
F
材料力学实验资料——电测法
实验三 扭转实验一、实验目的1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s τ和抗扭强度b τ。
2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度b τ。
3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。
二、实验设备和仪器1.扭转试验机2.游标卡尺三、实验试样按冶金部标准采用圆形截面试件，两端成扁圆形。
如图1所示。
ldr图1 扭转试件图圆形截面试样的直径mm 10=d ，标距d l 5=或d l 10=，平行部分的长度为mm 20+l 。
若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。
试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。
由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。
对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。
四、实验原理与方法1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。
随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为1lpess 43W M =τ （１）式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩s T 后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。
测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为pebb 43W M =τ （２） 对上述两公式的来源说明如下：低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的ϕ-e M 图如图12所示。
当达到图中A 点时，e M 与ϕ成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩ep M ，如图13a 所示，则扭转屈服应力为pep s W M =τ （３）经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图2b 所示。
弯曲电测实验结论
弯曲电测实验结论
弯曲电测实验结论
引言
弯曲电测实验是一种常见的材料力学测试方法，它可以用来研究材料在受力下的弯曲性能。
本文将介绍弯曲电测实验的基本原理、实验步骤及其结果分析。
一、弯曲电测实验原理
弯曲电测实验是基于电阻应变效应原理进行的，当材料发生弯曲时，其内部会产生应变，而应变会导致材料内部电阻发生变化。
因此，通过对材料内部电阻的监测，就可以得到材料在受力下的弯曲性能。
二、实验步骤
1. 准备工作：选取合适的试件和传感器，并进行校准。
2. 实验装置搭建：将试件固定在支架上，并将传感器连接到数据采集系统上。
3. 施加载荷：通过调节载荷施加装置，使试件产生一定程度的弯曲。
4. 数据采集：记录传感器输出的信号并进行处理。
5. 数据分析：根据数据分析得出相应结论。
三、结果分析
1. 强度与模量：通过对载荷-位移曲线的分析，可以得到材料的弯曲强度和弯曲模量。
弯曲强度是指材料在受力下发生破坏的最大载荷，而弯曲模量则是指材料在受力下产生应变时所表现出的刚度。
2. 材料性能：通过对载荷-位移曲线的形态进行分析，可以得到材料的韧性、脆性等性能。
3. 材料失效机理：通过对试件破坏部位进行观察和分析，可以得到材料失效的机理。
结论
通过对弯曲电测实验结果进行分析，我们可以得出相应结论。
例如，我们可以了解到材料在受力下的弯曲性能、韧性、脆性等特征，并进一步探究其失效机理。
这些结论对于我们进一步了解材料力学特性具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相应测读一次各点的应变值直至加到预计的最终载荷为止，然后全部卸载； 5、实验结束，卸载；关闭试验机、应变仪，清理现场。
五、电测法基本原理:
由于温度变化对电阻值影响很大，利用电桥特性即可以消除
将R1贴在构件受力处，R2 贴在附近不受力处，环境温度的变化对相同应变片R1、R2 所引起的电阻值变化同为△RT
R1 工作片
A
B
R2
温度补偿片
固定电阻
C
R4
R3
D
U
当温度变化时 F
R1
UBD =
U( 4
△R1 +△R T R1
-
△R T R2
)
= 4Uκ（ε1 +εT -εT）= 4Uκε1
力学基础教学实验中心
材料力学实验(三)
纯弯梁电测综合实验
祖正华 2013-10
一、概述：
工程上有许多构件的几何形状、所受外力非常复杂或者构件的边界条件不 清楚，在这样的情况下，用材料力学理论很难求解或者是根本没有解。因 此，就必须通过力学实验的方法来寻求解答——即实验应力分析。 电阻应变测量法（简称电测法）是实验应力分析中运用最为广泛的一种。
传感元件----电阻应变片
图一、大型拖车应力测试
图二、压缩机应力测试
图三、水坝钢闸门应力测试
前置放大器
传感器
测试仪
图四、电测在汽车衡中的应用
传感器
图五、电测在自动生产线上的应用
二、实验目的：
1、初步掌握电测法的基本原理和测试方法； 2、测定梁在纯弯曲时各测点的正应变、计算出正应力，
并与理论计算值比较以验证弯曲正应力公式； 3、绘出梁在纯弯曲时正应变沿梁高度的分布图。
（MPa）
1 (με)
应变值 增量
σ理-σ实 σ理 ×100%
2 (με)
应变值 增量
3 (με)
应变值 增量
4 (με)
应变值 增量
5 (με)
应变值 增量
十三、实验报告要求：
1、书写端正、整洁； 2、图表规范、可自行设计； 3、标注正确、全面； 4、实验原理既要有文字叙述，又要有图示； 5、仪器设备既要有文字叙述，又要有系统框图； 6、既要有结论，又要有误差分析； 7、根据实验结果绘出应变沿梁高度的分布图； 8、是否有好的建议和要求可以提出。
其中（ Ri L ）
Ri
L
构件
F
R2
E
九、单梁布片示意图：
a
F/2
d
F/2 a中性层5m Nhomakorabea4
3
2
1 Lm
每一枚应变片间距为:h/4
b h
等量逐级加载法： 理
M • Iz
y
实 E •
梁的尺寸 ：a 200 (mm) d 100 (mm) h 30(mm) b 25(mm)L 500 (mm)
三、实验设备、装置和仪器：
1、梁弯曲实验装置 ；
3、CMT5105电子万能材料试验机；
2、 DH3818静态数字电阻应变仪 ； 4、0.02mm 游标卡尺、钢卷尺；
四、实验步骤：
1、用游标卡尺和钢直尺测量梁的宽度b和高度h，载荷作用点到梁支点的距离a； 2、采用多点半桥公共补偿测量法，将应变片和公共温度补偿片分别接DH3818
电阻应变测量法（简称电测法）的基本原理是用电阻应变片作为传 感元件，将被测构件表面的物理量、力学量、机械量等非电量转换 成电量来进行测量的一种实验方法。
被
电阻应变片
电
测量仪器
预
测
构 件
光、电、机械
量
测 数据采集与处理 量
传感器
物
力
机
生
理
学
械
物
电
电
参
参
参
参
量
量
量
量
压
流
计
应
算
变
机
仪
六、电阻应变效应：
F
电阻丝
L R
L+△L R+△R
电阻丝(丝栅)
F
覆盖层
导线电阻的表达式：
R L
A
R L KL
A
R K L K
RL
基底
电阻应变片
引出线
由实验知：线应变与电阻变化 率之间存在线性关系。
K—电阻应变片的灵敏系数
七、应变测量原理：
利用电桥平衡原理测量电阻改变，从而进一步得到被测构件表面的应变
B R1
十、应变沿梁高度的分布图：
F/2 F/2 5
h 5
4
h
3
2
1
L
4
3
ε
2
1
应变沿梁高度的分布图
十一、接线示意图：
5 4点点
3点
温度补偿片
2点
1 点
工作片
DH3818静态应变仪
补偿
A
1/4 桥
B
C
半桥
D
短接片 1
通道号
导 线 接 线 住
234 5 应变量及设置修正系数
6 7 8 9 10 1234 5678 9 10 确认 退格
设置 平衡
十二、实验数据表：
梁的材料：弹簧钢
1
10 6；E
210 GPa ; IZ
bh3 12
;WZ
bh2 ; M 6
a
F 2
测点
载荷（N）
载荷值 增量
1000 1000
2000 3000 4000 5000
1000 1000 1000
应变增量平均值ε p
σ 实测应力 实
（MPa）
σ 理论应力 理
正
A
R2
负
C
负
R4
正
R3
D
U
电桥平衡条件：(U BD = 0) 即R1R3 = R 2 R4
UBD
构件受力后，BD 间的输出电压改变为：
U BD
=
U( 4
△R1 R1
-
△R 2 R2
+
△R3 R3
-
△R4 R4
）
应变片
U 4
(1
2
3
4)
其中（ Ri L ）
Ri
L
构件
F
R1
R2
R3 R4 F
八、电阻温度补偿：