力学实验指导书.doc

实验一 金属材料的拉伸和压缩实验一、实验目的1、测定低碳钢材料拉伸时的屈服极限s、强度极限b、断后伸长率、断面收缩率。2、测定铸铁材料拉伸和压缩时的强度极限bt和bc。3、观察比较低碳钢和铸铁的破坏过程和破坏特征。4、熟悉微控电子万能材料试验机和游标卡尺的使用。二、实验设备和试样1、设备：微控电子万能材料试验机，游标卡尺2、试样：拉伸试样：采用圆形长比例试样 标距 L=100mm，直径d=10mm压缩试样：采用圆柱形试样 高度h=30mm，直径d=15mm三、实验步骤拉伸实验1、试样准备在试样标距段的两端及中间截面处沿两相互垂直方向测量直径各一次，并对每个截面求直径的算术平均值。选用三个截面中平均直径的最小值计算截面面积。将标距段长度用划线机做出标记，并沿标距长度每隔10mm划标记线，以便于观察断口的位置和测量变形。2、实验机准备估计载荷，确定载荷在试验机量程范围之内。 打开试验机钥匙开关；打开计算机主机及显示屏。打开控制主程序，联机。3、装夹试样将试样轻夹于上、下夹头，使试样沿轴向方向。松开上夹头，拧紧下夹头，在微机控制界面中选中试验力清零。拧紧上夹头，将试样夹好。4、录入试验参数单击“试样录入”，录入试样材料、形状、编号、参数及试验方法等，并保存；选择已录入的“试验编号”，选择（试验）曲线。单击参数设置，设置横梁移动速度、横梁移动方向、初始试验力、断裂百分比及计算结果选项。变形清零，位移清零。5、进行实验单击“实验开始”开启试验机，当试验力达到断裂百分比自动停止试验，并计算结果。6、结束实验试样断裂后，停车，取出试样，量测试样的断后标距和断后面积。量测时将试样断后的两段紧密对接在一起，尽量保持两段的轴线位于同一直线内，若断面形成缝隙，则此缝隙也应计入断后标距。断后标距的量测方法与断面的位置有关，若断面距最近标距端点的距离大于L0/3，则直接测量两标距端点间的距离作为断后标距L1。若断面距最近标距端点的距离小于或等于L0/3，则采用移位法测量断后标距L1。移位法如图所示，在长段上，自断面O取基本等于短段OA的格数（格数取为0.5的整数倍）得B点。若所余格数为偶数，则自B点取所余格数的一半得C点，断后标距长度若所余格数为奇数，则自B点取所余格数减1的一半得C点，再自B点取所余格数加1的一半，得C1点，断后标距长度 断后面积应在试样颈缩截面测量，在颈缩截面沿两相互垂直的方向测量直径各一次，取其算术平均值计算断后面积A1。压缩实验1、试样准备在试样中部截面测量两互相垂直方向的直径，并取其算术平均值计算横截面面积A0。2、实验机准备估计载荷，确定载荷在试验机量程范围之内。 打开试验机钥匙开关；打开计算机主机及显示屏。打开控制主程序，联机。3、装夹试样将试样准确的放置在实验机承压平台的中心位置。4、录入试样参数单击“试样录入”，录入试样材料、形状、编号、参数及试验方法等，并保存；选择已录入的“试验编号”，选择（试验）曲线。单击“参数设置”，设置横梁移动速度、横梁移动方向、初始试验力、断裂百分比及计算结果选项。变形清零，位移清零。5、进行实验单击实验开始开启试验机，当试验力达到断裂百分比自动停止试验，并计算结果。6、结束工作试验结束，取出试样。退出试验主程序，关闭计算机。断开试验机电源。四、数据处理1、原始数据材料试样原始直径d（mm）原始标距L（mm）截面（）截面（）截面（）低碳钢拉伸铸铁拉伸铸铁压缩2、实验结果（表1）材料试样屈服载荷Fs（kN）破坏载荷Fb（KN）断后直径d1（mm）断后标距L1（mm）低碳钢拉伸铸铁拉伸铸铁压缩 （表2） 材料试样屈服极限s（MPa）强度极限b（MPa）断后伸长率断面收缩率低碳钢拉伸铸铁拉伸铸铁压缩其中： 五、注意事项1、实验前，要仔细阅读实验机操作规程，实验时严格按操作规程进行操作。2、屈服前加载速度保持慢速。屈服过后适当加快横梁移动速度。3、实验中如果出现异常，应马上停机。实验二 金属材料的扭转实验一、实验目的1、测定低碳钢材料扭转时的屈服极限s、剪切强度极限b。2、测定铸铁材料扭转时的剪切强度极限b。3、观察和比较低碳钢和铸铁的破坏特征。二、实验设备和试样1、设备：微控扭转材料试验机2、试样： L=100mm，d=10mm 的圆形标准试样 三、实验步骤1、试样准备在试样标距段的两端及中间截面处，沿两相互垂直方向测量直径各一次，并计算各截面直径的算术平均值。选用三个截面中平均直径的最小值计算试样截面的扭转截面系数。2、实验机准备估计载荷，确定载荷在试验机量程范围之内。 打开试验机开关；打开计算机主机及显示屏。打开控制主程序，联机。3、装夹试样将试样轻夹于两夹头上。松开主动夹头，拧紧被动夹头。在控制程序的试验界面中选“扭矩清零”。拧紧两夹头，将试样夹好。4、录入试验参数选择“参数录入”，单击“增加”，录入试验组编号、形状、日期等数据后保存。选中相应试验编号的文件夹，单击“增加”，录入试样序号、尺寸后保存。选择试验曲线和试验方向。5、进行实验单击实验开始开启试验机，当试验力达到断裂百分比自动停止试验，并计算结果。6、结束工作试验结束后，取出试样。退出试验主程序，关闭计算机。断开试验机电源。四、数据处理 1、原始数据材料试样原始直径d（mm）截面（）截面（）截面（）低碳钢铸铁2、实验结果试样屈服扭矩Ms（kNm）破坏扭矩Mb（kNm）真实剪切屈服极限ts(MPa)剪切强度极限b(MPa)真实剪切强度极限tb(MPa)低碳钢铸铁其中，对铸铁材料只需计算剪切强度极限 对低碳钢应计算真实剪切屈服极限和真实剪切强度极限，表达式可近似写为五、注意事项1、实验前，要仔细阅读实验机操作规程，实验时严格按操作规程进行操作。2、屈服前加载速度保持慢速。屈服过后适当加快试验速度。3、实验中如果出现异常，应马上停机。实验三 金属材料E、的测定R2 (R4)R1 (R3)hb一、实验目的1、测定低碳钢材料的弹性模量E和泊松比。2、熟悉应变力综合测试仪的使用。3、熟悉液压式万能材料试验机的操作方法。二、实验设备和试样1、设备：液压式万能材料实验机，应变力综合测试仪2、试样：贴有应变计的矩形截面试样 A=604mm2三、实验原理和方案测定弹性模量和泊松比通常采用线弹性范围内的拉伸实验，此时实验采用矩形试样，在试样表面（正、反两面）各贴一枚直角应变花，如图所示。将四枚应变计接入应变力综合测试仪，接线方式为单臂工作半桥连接、共用温度补偿计，当试样受到轴向载荷时，利用这四枚应变计可以测出试样上的轴向应变el和横向应变et。实验采用分级加载，载荷增量为5kN，初载荷取为满量程的15%，共加8级载荷。为避免可能的弯曲变形的影响，取正、反两面的应变计读数的平均值作为计算弹性模量和泊松比的依据，数据处理采用拟合法。弹性模量 只有当拟合直线的斜率变度系数V2%时，所得弹性模量E有效。其中泊松比 当该拟合直线的斜率变度系数V2%时，所得泊松比有效。变度系数的表达式可仿照前式得到。四、实验步骤1、打开应变仪电源，预热40分钟。2、打开实验机电源。根据最大载荷的大小选择合适的测力度盘和摆锤。3、消除液压式万能材料实验机平台的自重试样加在上夹头，打开油泵，开送油阀使工作平台上升一段距离（1-2cm）；调整摆杆处于铅垂位置；调整示力度盘指针对零。4、调整实验机下夹头至合适的位置，将试样夹好。5、按单臂工作半桥方式将应变计导线与应变仪连接。6、修正应变仪灵敏系数在测量界面下，按功能换挡键“SHIFT”，再按“K（S）/测量”键；按数字键（或增减键）对当前K值进行修改；按“K（A）/巡检”键，仪器所有测点的K值被修改为与当前测点相同。按“K（S）/测量”键返回测量界面7、调整应变仪各工作通道调平衡按“SHIFT”键，再按“总清/清零”键，则各通道自动调零。8、请教师检查上述步骤的完成情况。然后开动实验机逐级加载至终值，并逐级记录各应变计的读数。9、卸载为零，关闭实验机和应变仪，将实验机和应变仪恢复原样。五、数据处理 应变载荷 1(me)3(me)li(me)2(me)4(me)ti(me)i(MPa)F0F1F2F3F4F5F6F7F8均值结果六、注意事项1、本实验是在线弹性范围内加载，切忌载荷超过比例极限。加载速度要慢，尤其在最初加载时要控制加载速度，避免突然加载的情况发生。2、实验开始后，应避免挪动应变仪和触碰测量导线，以免应变读数发生变化。实验四 金属材料的弯曲实验一、实验目的1、测量弯曲变形时的正应力分布，并与理论值比较以验证弯曲正应力公式。2、熟悉应变力综合测试仪的使用。二、实验设备1、材料力学综合实验架2、应变力综合测试仪三、实验原理和方案620320F/2F/2123452040本实验采用承受对称载荷的低碳钢矩形截面梁（如图）。梁的中段为纯弯曲，在中间截面上等距粘贴五枚应变计。将五枚应变计接入静态电阻应变仪，接线方式为单臂工作半桥连接、共用温度补偿计。当梁承受载荷时，可测得各应变计的读数，然后根据胡克定律计算出各点的应力。实验采用增量法，载荷F的增量为1kN，共加4级载荷。数据处理采用增量法四、实验步骤1、打开仪器电源；预热40分钟。2、将测力传感器与应变力综合测试仪连接。3、选择测力输出单位按“测力标定”键，表头显示L；用数字1(t)、2(kN)、3(kg)、4(N)选择单位，相应指示灯亮；按“NEXT”键保存设置。按“K（S）/测量”键，回到测量界面。4、测力输出初始清零按“SHIFT”，再按“测力标定”键，对传感器初始值清零。5、按单臂工作半桥方式将应变计导线与应变仪连接。6、修正应变仪灵敏系数在测量界面下，按功能换挡键“SHIFT”，再按“K（S）/测量”键；按数字键（或增减键）对当前K值进行修改；按“K（A）/巡检”键，仪器所有测点的K值被修改为与当前测点相同；按“K（S）/测量”键返回测量界面。7、调整应变仪各工作通道调平衡按“SHIFT”键，再按“总清/清零”键，则各通道自动调零。8、请教师检查上述步骤的完成情况。然后逐级加载至终值，并逐级记录各应变计的读数。9、试验结束后，卸载，拆除应变计测量导线，将仪器恢复原样。五、数据处理应变(me)载荷测点1测点2测点3测点4测点5112233445501kN2kN3kN4kN实验值si(MPa)理论值si(MPa)相对误差e六、注意事项实验开始后，应避免挪动应变仪和触碰测量导线，以免应变读数发生变化。 实验五 弯扭组合变形的主应力测定一、实验目的1、测定平面应力状态下一点的主应力大小和主方向。2、学习电阻应变花的应用。3、熟悉应变力综合测试仪的使用。二、实验设备1、材料力学综合实验架2、应变力综合测试仪三、实验原理和方案平面应力状态可以用两个主应力和一个主方向描述，利用三栅应变花可测得三个方向的线应变，再由平面应变分析和广义胡克定律即可确定测点的主应力和主方向。本实验采用承受弯扭组合变形的薄壁圆轴试样（如图），试样的上表面贴有45应变花。根据平面应变分析和广义胡克定律可得250300R90R0R45D=40，d=34，E=71GPa，n=0.32则主应力和主方向其中，0表示正应力0方向转向主应力1方向的夹角，逆时针为正。实验采用增量法，载荷增量为100N，共加4级载荷。数据处理采用增量法。四、实验步骤1、打开仪器电源；预热40分钟。2、将测力传感器与应变力综合测试仪连接。3、选择测力输出单位按“测力标定”键，表头显示L；用数字1(t)、2(kN)、3(kg)、4(N)选择单位，相应指示灯亮；按“NEXT”键保存设置。4、测力输出初始清零按“SHIFT”+“测力标定”组合键，对传感器初始值清零。5、按单臂工作半桥方式将应变计导线与应变仪连接。6、修正应变仪灵敏系数在测量界面下，按功能换挡键“SHIFT”，再按“K（S）/测量”键；按数字键（或增减键）对当前K值进行修改；按“K（A）/巡检”键，仪器所有测点的K值被修改为与当前测点相同；按“K（S）/测量”键返回测量界面。7、调整应变仪各工作通道调平衡按“SHIFT”键，再按“总清/清零”键，则各通道自动调零。8、请教师检查上述步骤的完成情况。然后逐级加载至终值，并逐级记录各应变计的读数。9、试验结束后，卸载，拆除应变计测量导线，将仪器恢复原样。五、数据处理 应变载荷0应变计45应变计90应变计00454590900200N400N600N800N平均值实验值1=2=0=理论值1=2=0=相对误差e1=e2=e=六、注意事项实验开始后，应避免挪动应变仪和触碰测量导线，以免应变读数发生变化。实验六 偏心拉伸实验FR1R2R3R4Fhb一、实验目的1、测定低碳钢材料的弹性模量E、泊松比和载荷偏心距e。2、熟悉静态应变测量的方法。3、掌握应变力综合测试仪的使用。4、掌握液压式万能材料试验机的使用方法。二、实验设备和试样1、设备：液压式万能材料实验机，应变力综合测试仪2、试样：贴有应变计的矩形截面试样（如图） b=12.5mm，h=40mm三、实验原理和方案实验采用线弹性范围内的偏心拉伸，此时试样上任意点均处于单向应力状态，弹性模量和泊松比分别为在矩形试样的侧面（左、右两面）各粘贴一枚直角应变花，如图所示。当试样承受偏心载荷时，试样变形为轴向拉伸和弯曲的组合，若设轴向拉伸引起的测点轴向线应变为l，弯曲引起的测点轴向线应变为w，则各应变计感应的线应变分别为由于偏心拉伸时的偏心距是未知的，因此，用于求解弹性模量的表达式中的正应力只能是轴向拉伸引起的正应力，相应的应变也只能是轴向拉伸引起的线应变。在没有补偿片的情况下，可采用如下测量桥路分别测定出轴向拉伸所引起的轴向线应变l和弯曲所引起的轴向线应变w、横向线应变w，最终确定弹性模量、泊松比和偏心矩。ABCDR1R2R3R4ABCDR1R3R内R内ABCDR4R2R内R内根据静态电阻应变测量的原理，可得各桥路的读数分别为弹性模量泊松比偏心距 实验采用增量法，载荷增量为5kN，共加四级，初载荷取为满量程的15%。四、实验步骤1、打开应变仪电源，预热40分钟。2、打开实验机电源。根据最大载荷的大小选择合适的测力度盘和摆锤。3、消除液压式万能材料实验机平台的自重试样加在上夹头，打开油泵，开送油阀使工作平台上升一段距离（1-2cm）；调整摆杆处于铅垂位置；调整示力度盘指针对零。4、调整实验机下夹头至合适的位置，将试样夹好。5、按单臂工作半桥方式将应变计导线与应变仪连接。6、修正应变仪灵敏系数在测量界面下，按功能换挡键“SHIFT”，再按“K（S）/测量”键；按数字键（或增减键）对当前K值进行修改；按“K（A）/巡检”键，仪器所有测点的K值被修改为与当前测点相同。按“K（S）/测量”键返回测量界面7、调整应变仪各工作通道调平衡按“SHIFT”键，再按“总清/清零”键，则各通道自动调零。8、请教师检查上述步骤的完成情况。然后开动实验机逐级加载至终值，并逐级记录各应变计的读数。9、卸载为零，关闭实验机和应变仪，将实验机和应变仪恢复原样。五、数据处理 应变(me)载荷全桥半桥d1d1d2d2d3d3F0F1F2F3F4均值结果E=e=六、注意事项1、本实验是在线弹性范围内加载，切忌载荷超过比例极限。加载速度要慢，尤其在最初加载时要控制加载速度，避免突然加载的情况发生。2、实验开始后，应避免挪动应变仪和触碰测量导线，以免应变读数发生变化。实验七 不等边角钢中性轴测试实验一、实验目的1测定不等边角钢在偏心荷载作用下，横截面的中性轴位置；2. 若C为截面形心，CA为截面的形心主轴，测定CA间的距离。二、实验设备和试样1、综合试验台2、静态电阻应变仪3、测力传感器4、不等边角钢试件薄壁不等边角钢边长40mm50mm，壁厚为0.9mm的，为了方便加载，在其两端焊接两块对称的连接板，板上分布4个螺孔可以作为加载点，可对试样施加轴向（或偏心）荷载。其中C点位于该角钢的形心位置（可能存在制造误差），不等边角钢上已粘贴8枚应变计，其中R1、R2、R3、R4如图所示。R1R2R3R4R5R6R7R8ABCD10101010R1R2R3R45040三、实验原理1、中性轴为横截面与中性层的交点，其上各点的正应力为零。如果在某一截面上取4点测量其正应力，则可以找到该截面上的两个零应力点，两个零应力点的连线即为中性轴的位置。因此，分别利用R1、R2、R3、R4及补偿应变计连接单臂工作半桥，测出四点的应变，则可确定中性轴。2、由于截面的几何尺寸已知，故形心主轴可以通过理论计算得到。外力作用在A点，试样变形形式为轴向拉伸和平面弯曲的组合，各点由于轴向拉伸所产生的正应力相等。若将粘贴在距中性轴距离不同的两点上的应变计连接成半桥，即可测得该两点弯曲正应力的差值，由于该两点的位置坐标已知，则可确定AC的距离。测量时，取弯曲正应力差值最大的两点测量，测量精度最高。四、实验要求1、将加载点设在A点，测定中性轴的位置；2、利用半桥测定AC间的距离，测量精度尽量高；3、采用等增量加载，增量为500N，共加四级；4、试样只可施加拉伸荷载，不可受压。五、实验步骤1、打开仪器点源，预热40分钟；2、将测力传感器与应变&力综合测试仪连接，并设置力传感器的量程和灵敏系数； 3、测力输出初始清零；4、按设计桥路将应变计导线与应变仪连接；5、修正应变仪灵敏系数；6、应变仪各通道平衡调节；7、请教师检查上述步骤的完成情况，然后逐级加载至终值，并逐级记录各应变计的读数；8、实验结束后，卸载，拆除应变计测量导线，将仪器恢复原样。六、数据处理1、实测数据 应变/荷载/N桥路1桥路2桥路3桥路4桥路5d1d1d2d2d3d3d4d4d5d5500100015002000平均值xyycxcx0y0中性轴根据四点应变由图解法求得。2、形心主轴的理论计算2.17135 若CA为截面的形心主轴，则各测点距形心主轴y0的距离为坐标为： 七、思考题1、什么是形心主惯性轴，如何确定形心主惯性轴？2、等边角钢和不等边角钢确定形心主惯性轴时有何区别？实验八 叠合梁的弯曲实验一、实验目的1、了解叠合梁弯曲时的正应力分布规律。2、了解约束对叠合梁弯曲时的正应力分布规律的影响。3、熟悉应变力综合测试仪的使用。二、实验设备1、材料力学综合实验架2、应变力综合测试仪三、实验原理和方案本实验采用承受对称载荷的矩形截面自由叠合梁（如图a）及矩形截面螺栓约束叠合梁（如图b）。梁的中段为纯弯曲，在中间截面上粘贴八枚应变计。将八枚应变计接入静态电阻应变仪，接线方式为单臂工作半桥连接、共用温度补偿计。当梁承受载荷时，可测得各应变计的读数，然后根据胡克定律计算出各点的应力。实验采用增量法，初载荷F为10kN，增量为5kN，共加4级载荷，加至25kN。数据处理采用增量法380180F/2F/2120403572468（a）40380180F/2F/21203572468（b）4040四、实验步骤1、打开仪器电源；预热40分钟。2、将测力传感器与应变力综合测试仪连接。3、选择测力输出单位按“SHIFT”键，再按“测力标定”键，表头显示L；用数字1(t)、2(kN)、3(kg)、4(N)选择单位，相应指示灯亮；按“NEXT”键保存设置。按“K（S）/测量”键，回到测量界面。4、测力输出初始清零按“SHIFT”，再按“测力标定”键，对传感器初始值清零。5、按单臂工作半桥方式将应变计导线与应变仪连接。6、修正应变仪灵敏系数在测量界面下，按功能换挡键“SHIFT”，再按“K（S）/测量”键；按数字键（或增减键）对当前K值进行修改；按“K（A）/巡检”键，仪器所有测点的K值被修改为与当前测点相同；按“K（S）/测量”键返回测量界面。7、调整应变仪各工作通道调平衡按“SHIFT”键，再按“总清/清零”键，则各通道自动调零。8、请教师检查上述步骤的完成情况。然后逐级加载至终值，并逐级记录各应变计的读数。9、试验结束后，卸载，拆除应变计测量导线，将仪器恢复原样。五、数据处理表a：自由叠合梁实验数据应变(me)载荷测点1测点2测点3测点4测点5测点6测点7测点81111111111111111500N1000N1500N2000N2500N实验值si(MPa)理论值si(MPa)相对误差e表b：螺栓约束叠合梁实验数据应变(me)载荷测点1测点2测点3测点4测点5测点6测点7测点81111111111111111500N1000N1500N2000N2500N实验值si(MPa)理论值si(MPa)相对误差e六、注意事项实验开始后，应避免挪动应变仪和触碰测量导线，以免应变读数发生变化。 实验九 简谐振动频率的测量一、 实验目的1、 了解利萨如图形的规律和特点。2、 学习“利萨如图形法”测量简谐振动的频率。二、 实验仪器安装示意图将单相交流串激电机采用双夹块装夹在简支梁中央，并与交流调压器相连接，在其