材料力学实验

1、材料力学实验材料力学实验 力学性能试验力学性能试验 一、拉伸试验一、拉伸试验 二、压缩试验二、压缩试验 三、剪切试验三、剪切试验 四、扭转试验四、扭转试验 应力分析实验应力分析实验 电测法基本原理电测法基本原理 五、矩形截面梁的纯五、矩形截面梁的纯 弯曲弯曲 六、薄壁圆筒的弯扭六、薄壁圆筒的弯扭 组合变形组合变形 一、试验目的一、试验目的 1测定低碳钢拉伸弹性模量测定低碳钢拉伸弹性模量E； 2测定低碳钢拉伸力学性能测定低碳钢拉伸力学性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) )； 3测定灰铸铁抗拉强度测定灰铸铁抗拉强度s sb。 二、试验仪器二、试验仪器 1万能材料试验机万能材料

2、试验机； 2引伸仪引伸仪； 3游标卡尺游标卡尺。 拉拉 伸伸 试试 验验 标点标点 l0 标距标距 d0 三、试样三、试样 1材料类型材料类型 低碳钢低碳钢： 灰铸铁灰铸铁： 2标准试样标准试样： 塑性材料的典型代表塑性材料的典型代表 脆性材料的典型代表脆性材料的典型代表 标距标距：等截面测试部分长度：等截面测试部分长度 尺寸符合国标的试样尺寸符合国标的试样 试验机读数表盘试验机读数表盘 主动指针：反映载荷瞬时大小主动指针：反映载荷瞬时大小； 被动指针：反映最大载荷被动指针：反映最大载荷； 拉拉 伸伸 试试 验验 拉拉 伸伸 试试 验验 1) )圆形截面圆形截面 2) )矩形截面矩形截面 l0

3、=10d0 l0= 5d0 l0 t b 00 3 .11Al 00 65. 5Al 或或 四、试验原理四、试验原理 1低碳钢拉伸弹性模量低碳钢拉伸弹性模量E O F D Dl EA Fl l D D l l A F E D D D DF l F D Dl 等量逐级加载法等量逐级加载法： D DF d d(D Dl)1 d d(D Dl)2 )( l l A F E D Dd d D D 拉拉 伸伸 试试 验验 2测定低碳钢拉伸机械性能测定低碳钢拉伸机械性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) ) O F D Dl Fe Fp Fs Fb 线弹性阶段线弹性阶段 屈服阶段屈服阶段

4、 强化阶段强化阶段 颈缩阶段颈缩阶段 屈服点屈服点： 0 s s A F s s 0 b b A F s s 抗拉强度抗拉强度： 冷作硬化冷作硬化 %100 0 01 l ll d d 伸长率伸长率： %100 0 10 A AA y y 断面断面 收缩率收缩率： 拉拉 伸伸 试试 验验 低碳钢拉伸试验现象低碳钢拉伸试验现象： 屈服：屈服： 颈缩：颈缩： 断裂：断裂： t tmax引起引起 拉拉 伸伸 试试 验验 3测定灰铸铁抗拉强度测定灰铸铁抗拉强度 s sb O F D Dl 0 b b A F s s 抗拉强度抗拉强度： Fb 拉拉 伸伸 试试 验验 一、试验目的一、试验目的 1测定低碳

5、钢压缩屈服点测定低碳钢压缩屈服点s ssc； 2测定灰铸铁抗压强度测定灰铸铁抗压强度s sbc。 二、试验仪器二、试验仪器 万能材料试验机万能材料试验机。 三、试样三、试样 标准试样标准试样： d0 h0 粗短圆柱体：粗短圆柱体： h0=13d0 压压 缩缩 试试 验验 四、试验原理四、试验原理 1测定低碳钢压缩屈服点测定低碳钢压缩屈服点s ssc O F D Dl Fsc 压缩屈服点压缩屈服点： 0 sc sc A F s s 拉伸试验拉伸试验 压压 缩缩 试试 验验 低碳钢压缩试验现象低碳钢压缩试验现象： 低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两 端摩擦力影响，形成

6、端摩擦力影响，形成“腰鼓形腰鼓形”。 压压 缩缩 试试 验验 2测定灰铸铁抗压强度测定灰铸铁抗压强度s sbc O F D Dl 0 bc bc A F s s 强度极限强度极限： 拉伸试验拉伸试验 Fbc 灰铸铁压缩灰铸铁压缩 试验现象试验现象： t tmax引起引起 压压 缩缩 试试 验验 一、试验目的一、试验目的 1测定低碳钢名义抗切强度测定低碳钢名义抗切强度t tb； 2测定灰铸铁名义抗切强度测定灰铸铁名义抗切强度t tb。 二、试验仪器二、试验仪器 1万能材料试验机万能材料试验机； 三、试样三、试样 试样试样： 剪剪 切切 试试 验验 2剪切器剪切器。 四、试验原理四、试验原理 名义

7、抗切强度名义抗切强度： 0 b b 2A F t t 双剪双剪： 试件有两个剪切面试件有两个剪切面 Fb 剪剪 切切 试试 验验 低碳钢剪切试验现象低碳钢剪切试验现象： 灰铸铁剪切试验现象灰铸铁剪切试验现象： 剪切、挤压、剪切、挤压、 弯曲弯曲引起引起 弯曲拉应力弯曲拉应力引起引起 剪剪 切切 试试 验验 一、试验目的一、试验目的 1测定低碳钢切变模量测定低碳钢切变模量G； 2测定低碳钢屈服切应力测定低碳钢屈服切应力t ts、抗切强度抗切强度t tb； 3测定灰铸铁抗切强度测定灰铸铁抗切强度t tb； 二、试验仪器二、试验仪器 1扭转试验机扭转试验机； 2扭角仪扭角仪。 4分析比较低碳钢和灰铸

8、铁两种材料的破分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破 坏情况坏情况。 扭扭 转转 试试 验验 三、试样三、试样 1测测低碳钢低碳钢G采用自制试样：采用自制试样： d l 2测测低碳钢低碳钢t ts、t tb、灰铸铁灰铸铁t tb采用标准试样：采用标准试样： d0 扭扭 转转 试试 验验 四、试验原理四、试验原理 1低碳钢低碳钢切变模量切变模量G O T j j d b a l F F D Dd d p GI Tl j j j jj j pp I Fal I Tl G 等量逐级加载法：等量逐级加载法： j jD D D D p I Fal G b d d j j D D D D 扭扭 转转 试试 验

9、验 2测定低碳钢屈服切应力测定低碳钢屈服切应力t ts、抗切强度抗切强度t tb O T j j Tb Ts T Ts r r dr r T= Ts 屈服切屈服切 应力：应力： p s s 4 3 W M t t 抗切抗切 强度：强度： p b b 4 3 W M t t T= Tb t ts t ts t tb t tb 扭扭 转转 试试 验验 低碳钢扭转试验现象低碳钢扭转试验现象： 屈服：屈服： t tmax引起引起 断裂：断裂： 扭扭 转转 试试 验验 3测定灰铸铁抗切强度测定灰铸铁抗切强度t tb 抗切抗切 强度：强度： p b b W T t t O T j j Tb 灰铸铁扭转试验

10、现象灰铸铁扭转试验现象： 断裂：断裂：拉应力拉应力引起引起 扭扭 转转 试试 验验 一、电阻应变片一、电阻应变片 引出线引出线 电阻丝电阻丝( (丝栅丝栅) ) 基底基底 由试验发现：由试验发现： l 应变片应变片 FF l+D Dl l l K R RD D D D K K电阻应变片的电阻应变片的 灵敏度系数灵敏度系数 应变片应变片：将力学量：将力学量( (应变应变) )转换为转换为 电量电量( (电阻电阻) )的传感器的传感器 电阻应变片种类：电阻应变片种类： 丝式丝式( (绕线式绕线式) )、箔式、半导体式、箔式、半导体式 电测法基本原理电测法基本原理 二、电阻应变仪二、电阻应变仪 应变

11、测量原理应变测量原理： 利用电桥平衡测量电阻改变，利用电桥平衡测量电阻改变， 从而进一步得到应变。从而进一步得到应变。 B A D C E R1R2 R3 R4 电桥平衡电桥平衡( (UBD=0) )： 4231 RRRR 若若R1R4为四个为四个阻值相同阻值相同应变片，应变片， 受力后，受力后，BD间电压改变为：间电压改变为： )( 4 4 4 3 3 2 2 1 1 R R R R R R R R E U BD D D D D D D D D )( 4 4321 K E 电测法基本原理电测法基本原理 两种接法中的应变片型号、阻值尽可能相同两种接法中的应变片型号、阻值尽可能相同 或接近，固定

12、电阻与应变片阻值也应接近。或接近，固定电阻与应变片阻值也应接近。 1电桥接法电桥接法： 由于温度对电阻值变化影响很由于温度对电阻值变化影响很 大，利用电桥特性，可以采用大，利用电桥特性，可以采用 适当的方法消除这种影响。适当的方法消除这种影响。 三、电桥接法及温度补偿三、电桥接法及温度补偿 2温度补偿温度补偿： 全桥接法全桥接法( (四个电阻均为应变片四个电阻均为应变片) )； 半桥接法半桥接法( (R1、R2为应变片，为应变片， R3、R4为固定电阻为固定电阻) ) 电测法基本原理电测法基本原理 B A D C E R1R2 R3R4 工作片工作片 温度补偿片温度补偿片 固定电阻固定电阻 相

13、同应变片相同应变片R1、R2，R1贴贴 在构件受力处，在构件受力处，R2贴在附贴在附 近不受力处，环境温度对近不受力处，环境温度对 R1、R2引起的阻值变化相引起的阻值变化相 同，为同，为D DRT，则则 )( 4 21 1 R R R RR E U TT BD D D D D D D 1 1 4 )( 4 K E K E TT 电测法基本原理电测法基本原理 FF 1单向应力状态单向应力状态 四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算 轴向拉压、纯弯曲、横力弯曲上下缘轴向拉压、纯弯曲、横力弯曲上下缘 FF R1 R2 11 s sE R1R2 温度自补

14、偿，测量温度自补偿，测量 电压得到有效放大：电压得到有效放大： )( 4 21TTBD K E U 1 )1( 4 K E 电测法基本原理电测法基本原理 2已知主应力方向的二向应力状态已知主应力方向的二向应力状态 扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒 R1 R2 45o 45o 13 11 1 ss s E 沿已知主应力方向沿已知主应力方向 贴片，采用温度自贴片，采用温度自 补偿的半桥接法补偿的半桥接法 电测法基本原理电测法基本原理 )( 4 21TTBD K E U 1 2 K E 3不知主应力方向的二向应力状态不知主应力方向的二向应力状态 4

15、5o3应变花：应变花： 2 9045 2 450900 3 1 )()( )1(2 )( )1(2 s s s s EE )()( )()( 2tan 4509045 4509045 0 90o 0o 45o 电测法基本原理电测法基本原理 120o 0o 60o 60o3应变花：应变花： 2 0120 2 12060 2 600 120600 3 1 )()()( )1(3 2 )( )1(3 s s s s E E )()( )()( 32tan 6001200 6001200 0 电测法基本原理电测法基本原理 2YJ28AP1OR型静态数字电阻应变仪型静态数字电阻应变仪。 一、实验目的一、

16、实验目的 1测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的 分布规律，并与理论值比较分布规律，并与理论值比较； 2熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用。 二、实验仪器二、实验仪器 1纯弯曲试验装置纯弯曲试验装置； 矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲 三、试验原理三、试验原理 1结构示意图及理论值计算结构示意图及理论值计算 h b F F/2F/2 aa + FQ F/2 F/2 M Fa/2 + m m mm截面：截面： )( 0 Q 常数常数CM F 纯弯曲纯弯曲 z I yM 理理 s s z y 矩形截面梁的纯弯曲矩形截

17、面梁的纯弯曲 2布片示意图及试验值布片示意图及试验值 00 11 11 22 22 温度补偿片温度补偿片 D DF s sE 实实 3等量逐级加载法等量逐级加载法： D D D D s s s s E I yM z 实实 理理 矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲 一、试验目的一、试验目的 1用电测法测定平面应力状态下一点主应力的用电测法测定平面应力状态下一点主应力的 大小及方向大小及方向； 2测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别 由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。 二、试验仪器二、试验仪器 1弯扭组合试验装置弯扭组合试验装置

18、； 2YJ28AP1OR型静态数字电阻应变仪型静态数字电阻应变仪。 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 三、试验原理三、试验原理 1结构示意图结构示意图 a l F I I I- -I截面截面 d D 2 2 0 dD t dD R FF FlM FaT Q I- -I截面截面 内力：内力： 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 2布片示意图布片示意图 A B C D A、B、C、D四点四点 各贴各贴 45o、0o、45o 应变花应变花 D R12 R11 R10 C R9 R8 R7 B R6 R5 R4 A R3 R2 R1 约定约定蓝蓝线应变片线应变片 为为 45o ，

19、白白线为线为 0o ，绿绿线为线为45o 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 )()( 2 1 )( 2 1 1 2 450 2 0454545 2 3 1 s s s s E 主应力大小：主应力大小： 主应力方向：主应力方向： )()( 2tan 045450 4545 是主应力与圆管是主应力与圆管 轴线的夹角轴线的夹角 3等量逐级加载法等量逐级加载法 4指定点指定点( (B、D) )的主应力大小及方向的主应力大小及方向 共用温度补偿片的半桥接法，一个载荷水共用温度补偿片的半桥接法，一个载荷水 平下分别测平下分别测B、D两点两点6个应变片的应变值个应变片的应变值 1) )实验值：实

20、验值： 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 2) )理论值理论值( (以以B点为例点为例) )： B s ss s t t t t p W T W M B z B t t s s FaT FlM B B 内力内力 应力应力 按平面应力状态分析得到：按平面应力状态分析得到： s s1、 s s2、 s s3、 0分分 别与试验值比较别与试验值比较 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 5弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量 1) )由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片 2) )弯矩弯矩M对应的正应力

21、测量对应的正应力测量 B A D C R5R11 oB0oD0取圆筒上下取圆筒上下( (B、D) )两点两点0o应应 变片接成半桥线路变片接成半桥线路 )( 115 RRBD U MTMTM 2)()( )(2 MBD U 测量值：测量值： 22 MMM s s E E ， 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 TQ t tt tt t 3) )扭矩扭矩T对应的切应变测量对应的切应变测量 取圆筒前后取圆筒前后( (A、C) )两点两点 45o、 45o四个应变片接成全桥线路四个应变片接成全桥线路 )( 7913 RRRRBD U TTQTQ TQTQ 4)()( )()( B A D C R3R1 oA 45 oA45 R7R9 oC45oC 45 R3 R1 A R7 R9 C FQ T t ts s 3 t ts s 1 TQ t tt tt t t ts s 3 t ts s 1 AC 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 )(4 TBD U 测量值：测量值： )1(42 2 TTTT t t E G， 2)1(2 1 )( 11 )( 1 )( 1 T T TT TT31T t t t t t tsss s E E G EE EE 由胡克定律得由胡