材料力学实验指导书08

1、目 录 第一章 材料的力学性能试验 1第一节 拉伸试验 1第二节 压缩试验 7第三节 扭转试验 9第二章 电测法应力分析实验 14第一节 矩形截面梁的纯弯曲与横力弯曲实验 14第二节 薄壁圆筒的弯扭组合实验 17第三节 力传感器原理实验 21附录A 电测法基础 23第一节 电阻应变片 23第二节 电阻应变片的测量电路 24第三节 静态电阻应变仪 27参考文献 29第一章 材料的力学性能试验材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验，它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数，便于合理地使用材料，保证机器（结构）及其零件（构件）的安全工作。材料的力学性能试验必须

2、按照国家标准进行。第一节 拉伸试验 一、实验目的1. 测定低碳钢拉伸时的强度及塑性性能指标：屈服应力、抗拉强度及伸长率、断面收缩率。2. 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度。3. 比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。二、实验设备和仪器1. 液压式万能试验机。2 电子式万能试验机。3. 游标卡尺。 三、实验试样按照国家标准GB639786金属拉伸试验试样，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。如图1-1-1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均

3、由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度称为试样的标距，按试样的标距与横截面面积之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取或，矩形截面比例试样通常取或，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB639786。（a）圆形截面试样（b）矩形截面试样图1-1-1 拉伸试样 四、实验原理与方法 1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标

4、（1）强度性能指标屈服应力（屈服点）试样在拉伸过程中载荷基本不变而试样仍能继续产生变形时的载荷（即屈服载荷）除以原始横截面面积所得的应力值，即抗拉强度试样在拉断前所承受的最大载荷除以原始横截面面积所得的应力值，即（2）塑性性能指标延伸率拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即式中：为试样的原始标距；为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。低碳钢是具有明显屈服现象的塑性材料，在局部变形阶段，可以看到，在试样的某一部位局部变形加快，出现颈缩现象，随后试样很快被拉断。试样的塑性变形集中产生在颈缩处，并向两边逐渐减小。因此，断口的位置不同，标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样的中

5、部，发生严重塑性变形的颈缩段全部在标距长度内，标距长度就有较大的塑性伸长量；若断口距标距端很近，则发生严重塑性变形的颈缩段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，在这种情况下，标距长度的塑性伸长量就小。因此，断口的位置对所测得的伸长率有影响。为了避免这种影响，国家标准GB22887对的测定作了如下规定。测量时，两段在断口处应紧密对接，尽量使两段的轴线在一条直线上。若在断口处形成缝隙，则此缝隙应计入内。如果断口在标距以外，或者虽在标距之内，但距标距端点的距离小于，则试验无效。断面收缩率拉断后的试样在断裂处的最小横截面面积的缩减量与原始横截面面积的百分比，即式中：为试样的原始横截面面积；为拉

6、断后的试样在断口处的最小横截面面积。2.测定灰铸铁拉伸时强度性能指标灰铸铁在拉伸过程中，当变形很小时就会断裂，万能试验机的指针所指示的最大载荷除以原始横截面面积所得的应力值即为抗拉强度，即 五、实验步骤1.低碳钢拉伸（1） 测量试样的尺寸。在试样标距范围内的中间以及两标距点的内侧附近，分别用游标卡尺在相互垂直方向上测取试样直径的平均值为试样在该处的直径，取三者中的最小值作为计算直径。（2） 试样安装。按操作规程使用电子万能试验机拉伸试样，观察屈服和颈缩现象，直至试样被拉断为止，并分别记录屈服载荷和最大载荷。并打印实验数据。（3） 取下拉断的试样，将断口吻合压紧，用游标卡尺量取断口处的最小直径和

7、两标点之间的距离。2.灰铸铁拉伸（1） 测量试样的尺寸。方法同上。（2） 试样安装。按操作规程使用液压万能试验机拉伸试样，观察现象，记录下从动指针所停留位置的最大载荷。 六、实验数据的记录与计算1.表1-1-1 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算试 样 尺 寸实 验 数 据 标 距 直 径 d1= d2= d3= d0= 标 距 最小直径 屈服载荷 最大载荷 屈服应力 抗拉强度 伸 长 率 断面收缩率 2.表1-1-2 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算试 样 尺 寸实 验 数 据实验前： 直 径 最大载荷 抗拉强度 3.计算精确度（1） 强度性能指标（屈

8、服应力和抗拉强度）的计算精度要求为，即：凡 的数值舍去，而的数值化为，的数值者则进为。（2） 塑性性能指标（伸长率和断面收缩率）的计算精度要求为，即：凡的数值舍去，而的数值化为，的数值则进为。 七、注意事项1. 实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程，严禁开“快速”档加载。加载时速度要均匀缓慢，防止冲击。开动万能试验机后，操作者不得离开工作岗位，实验中如发生故障应立即停机。 八、思考题1. 低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同？2. 测定材料的力学性能有何实用价值？3. 你认为产生试验结果误差的因素有哪些？应如何避免或减小其影响？第二节 压缩试验 一、实验目的1.

9、测定金属材料压缩时的强度性能指标：低碳钢-屈服应力；灰铸铁-抗压强度。2.绘制低碳钢和灰铸铁的压缩图，比较低碳钢与灰铸铁在压缩时的变形特点和破坏形式。 二、实验设备和仪器1.万能试验机。2.游标卡尺。 三、实验试样按照国家标准GB731487金属压缩试验方法，金属压缩试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆柱体试样、正方形柱体试样和板状试样三种。其中最常用的是圆柱体试样和正方形柱体试样，如图1-2-1所示。根据试验的目的，对试样的标距作如下规定：的试样仅适用于测定；（或）的试样适用于测定、和；（或）的试样适用于测定和。其中（或）。 （a）圆柱体试样 （b）正方形柱体试样图1-2

10、-1 压缩试样对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB639786。 四、实验原理与方法1.测定低碳钢压缩时的强度性能指标低碳钢在压缩过程中，当应力小于屈服应力时，其变形情况与拉伸时基本相同。当达到屈服应力后，试样产生塑性变形，随着压力的继续增加，试样的横截面面积不断变大直至被压扁。故只能测其屈服载荷，屈服应力为式中：为试样的原始横载面面积。2.测定灰铸铁压缩时的强度性能指标灰铸铁在压缩过程中，当试样的变形很小时即发生破坏，故只能测其破坏时的最大载荷，抗压强度为 五、实验步骤1. 检查试样两端面的光洁度和平行度，并涂上润滑油。用游标卡尺在试样的中间截面相互垂直的方向上各测量一次直径，

11、取其平均值作为计算直径。2. 估算试样的最大载荷，选择相应的测力盘，配置好相应的摆锤。调整测力指针，使之对准“0”，将从动指针与之靠拢，同时调整好自动绘图装置。3. 检查球形承垫与承垫是否符合要求。4. 将试样放进万能试验机的上、下承垫之间，并检查对中情况。5. 开动万能试验机，均匀缓慢加载，注意读取低碳钢的屈服载荷和灰铸铁的最大载荷，并注意观察试样的变形现象。六、实验数据的记录与计算表1-2-1 测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算材料试样直径实 验 数 据实验后的试样草图试样的压缩图低碳钢屈服载荷 屈服应力 灰铸铁最大载荷 抗压强度 七、思考题1. 比较低碳钢和灰铸铁

12、在拉伸与压缩时所测得的和的数值有何差别？2. 仔细观察灰铸铁的破坏形式并分析破坏原因。第三节 扭转试验 一、实验目的1. 测定金属材料扭转时的强度性能指标：低碳钢-扭转屈服应力和抗扭强度；灰铸铁-抗扭强度。2. 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、实验试样按照国家标准GB1012888金属室温扭转试验方法，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样和管形截面试样两种。其中最常用的是圆形截面试样，如图1-3-1所示。通常，圆形截面试样的直径，标距或，平行部分的长度为。若采用其它直

13、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GB1012888。1-3-1 圆形截面试样 四、实验原理与方法1.低碳钢扭转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，当达到某一值时，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，低碳钢的扭转屈服应力为 式中：为试样在标距内的抗扭截面系数。在测出屈服扭矩后，改用电动快速加载，直到

14、试样被扭断为止。这时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，低碳钢的抗扭强度为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图如图1-3-2所示。当达到图中点时，与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，如能测得此时相应的外力偶矩，如图1-3-3a所示，则扭转屈服应力为经过点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图1-3-3b所示。若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图1-7c所示的情况，对应的扭矩为图1-3-2 低碳钢的扭

15、转图 （a） （b） （c）图1-3-3 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布由于，因此，由上式可以得到无论从测矩盘上指针前进的情况，还是从自动绘图装置所绘出的曲线来看，点的位置不易精确判定，而点的位置则较为明显。因此，一般均根据由点测定的来求扭转切应力。当然这种计算方法也有缺陷，只有当实际的应力分布与图1-7c完全相符合时才是正确的，对塑性较小的材料差异是比较大的。从图1-6可以看出，当外力偶矩超过后，扭转角增加很快，而外力偶矩增加很小，近似于一条直线。因此，可认为横截面上的切应力分布如图1-7c所示，只是切应力值比大。根据测定的试样在断裂时的外力偶矩，可求得抗扭强度为2.测定灰铸铁扭

16、转时的强度性能指标对于灰铸铁试样，只需测出其承受的最大外力偶矩（方法同2），抗扭强度为由上述扭转破坏的试样可以看出：低碳钢试样的断口与轴线垂直，表明破坏是由切应力引起的；而灰铸铁试样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成角，表明破坏是由拉应力引起的。 五、实验步骤l 测量试样尺寸 在标距的两端和中间三个位置上，沿互相垂直的方向，测量试样的直径，以计算试样的平均直径。l 安装试样 在试验机上正确安装试样，做好试验准备l 加载 均匀缓慢加载,对于低碳钢在加载过程中要注意屈服现象和屈服点的观察。若指针停止转动，则表明整个材料发生屈服，记录下此时的外力偶矩。l 改用电动快速加载，直至试样被扭断为止，关闭扭转试

17、验机，由从动指针读取最大外力偶矩。 六、实验数据记录与计算1.测定低碳钢和灰铸铁扭转时的强度性能指标表1-3-1 测定低碳钢和灰铸铁扭转时的强度性能指标试验的数据记录与计算材料低 碳 钢灰 铸 铁试样尺寸直 径 直 径 实验后的试样草图实验数据屈 服 扭 矩 最 大 扭 矩 扭转屈服应力 抗 扭 强 度 最大扭矩 抗扭强度 六、思考题l 比较低碳钢与灰铸铁试样的扭转破坏断口，并分析它们的破坏原因。第二章 电测法应力分析实验电测法是实验应力分析中应用最广泛和最有效的方法之一，广泛应用于机械、土木、水利、材料、航空航天等工程技术领域，是验证理论、检验工程质量和科学研究的有力手段。第一节 矩形截面梁

18、的弯曲正应力实验 一、实验目的1. 熟悉电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法。2. 测量矩形截面梁在纯弯曲和横力弯曲时横截面上的正应力分布。 二、实验设备和仪器1. WYS-1型材料力学实验台。2. 程控静态电阻应变仪。3. 十字起 三、实验原理及方法实验装置如图2-1所示，矩形截面梁采用低碳钢制成。在梁发生纯弯曲和横力弯曲变形段的侧面上，分别沿与轴线平行的不同高度的线段上各粘贴五个应变片作为工作片，另外在与梁同材料钢片上粘贴两个应变片作为温度补偿片。将工作片和温度补偿片的引线以半桥形式分别接入电阻应变仪面板上的通道中，组成1/4电桥（其中工作片的引线接在每个电桥的和端，温度补偿片接在面

19、板专用补偿端口上）。当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，工作片的电阻值将随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变值。根据胡克定律，可计算出相应的应力值 式中，为梁材料的弹性模量。梁在弯曲变形时，横截面上的正应力理论计算公式为 式中：为梁的横截面对中性轴的惯性矩； 为中性轴到欲求应力点的距离。 M纯=P*a/2；M横=P*(a-c)/2， 四、实验步骤与仪器使用实验中每个实验台配两台电阻应变仪和一块温度补偿片，分别接纯弯曲和横力弯曲，同时测试。1、 打开电阻应变仪电源，预热30min。2、 边预热边接线。按应变仪图示的1/4 桥接法连接应变片。 图2-1 3、 应变仪参数

20、设置。1) 按R：设内部电阻，按应变片的电阻值设定。（一般R=120）；2) 按K：设置灵敏系数，等于应变片的灵敏系数；3) 按BRID：设置桥路形式，1-1/4桥，2-半桥， 4-全桥 ； 4、 各点平衡。按BAL键，再依次按数字键选择相应测点，即可对该点自动平衡。此时仪器会显示相应点的初始不平衡量，并贮存于仪器内。若显示的数值为稳定值，表示接线良好，加入下一步。5、按MEAS键；若平衡，各点的显示值基本为0，否则检查接线，重复第-步。、 数据测量。摇动手轮缓慢加载，采用等量逐级加载（取，Pmax=5KN），每增加一级载荷，分别记录各点的应变值。（注意正负号）、 实验完毕。关电源，缓慢卸载，

21、拆除连线，整理仪器归位，结束实验。 五、注意事项1. 加载时要缓慢，防止冲击。2. 读取应变值时，应注意保持载荷稳定。3. 各引线的接线柱必须拧紧，测量过程中不要触动引线，以免引起测量误差。六、实验数据的记录与计算表2-1-1 矩形截面梁纯弯曲实验的数据记录与计算材料常数： GPa梁的尺寸： mm， mm，c= mm， l= mm， mm，k= mm4，测点应变(me)载荷(kN)1点y1=2点y 2=3点y 3=4点y 4=5点y 5=6点y 6=7点y 7=8点y 8=读数读数读数读数读数读数读数读数读数12345 误差（%）表2-1-2 矩形截面梁横力弯曲实验的数据记录与计算材料常数：

22、GPa梁的尺寸： mm， mm，c= mm， l= mm， mm，k= mm4，测点应变(me)载荷(kN)1点y1=2点y 2=3点y 3=4点y 4=5点y 5=6点y 6=7点y7=8点y 8=读数读数读数读数读数读数读数读数读数12345 误差（%）第二节 薄壁圆筒的弯扭组合实验 一、实验目的1、测定圆筒在弯扭组合变形下一点处的弯矩、扭矩及主应力。2、进一步熟悉电测法和静态电阻应变仪的使用方法。 二、实验设备和仪器1.弯扭组合变形实验装置。2.程控静态电阻应变仪。 三、实验原理及方法（一）弯扭圆筒实验装置及布片：如图2-2-1所示：(a)实验装置示意图 （b）m点的应力状态（c）m，m

23、贴片图 （d）T引起45°方向主应力和主应变图2-2-2 弯扭圆筒实验装置1、 主应力测定：在组合变形条件下，测定测点任意三个方向应变即可计算主应变，主方向及主应力，如图2-2-2（C）m点的三个应变为、。则主应变 （1） 主方向 （2）主应力 （3）2、 弯距M测定：（见图（C）在图（C）贴片情况下，由弯距引起X方向的应变为及，故利用1/4桥接法可得加载时应变仪读数。 =E*（-）/2故实测弯距 =W* E*（-）/2， 3、 扭距T测定：（见图（C）,（d）根据图（d）的应力状态分析 ，；同理 。由1/4桥接法可得： 、， 同时 因而可得 ， 四、实验步骤1、以砝码盘加力杆自重作

24、为初载荷0 F ，试验分五级加载，每次加一块（1Kgf）砝码，至少重复加载二次，记录每次载荷下的应变，以观察应变是否按线性变化，最后用最大应变值计算、M、T。并和、相比较。五、实验数据的记录与计算表2-2-1 试样尺寸及相关常数实验设备编号外径D/mm内径d/mm弯矩力臂L/mm扭矩力臂a/mm弹性模量E/GPa泊松比u应变计KNO. 表2-2-2 测试数据（一次加载参考表格）载荷kN应变（）1Kgf2 Kgf3 Kgf4 Kgf5 Kgf表2-2-3 计算（取最大载荷下的应变计算）计算项目（度）实测值理论值误差（） 六、注意事项1. 加载时，最大载荷不得超过。2. 应变片接入电阻应变仪的位置

25、应正确，接线应可靠。3. 注意半桥和全桥接法的不同。4. 选择通道接好电桥后，加载前应将各点逐一平衡，使电阻应变仪显示表显示为零。第三节 力传感器原理实验 根据传感器的工作原理制作等强度梁力学传感器。要求分析等强度梁受力特点，自行贴应变片、连接应变仪、测试、分析、处理，并提交实验报告或小论文。一、 实验目的1. 进一步熟悉电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法，训练电阻应变测量技术中的组桥技巧。2. 学习应变片贴片技术。3. 测定等强度梁上粘贴应变片处的应变，验证等强度梁各横截面上应变（应力）相等。4. 用电测法测量待测重物的重量P。二、 实验装置、仪器与提供的条件1. 等强度悬臂梁实验装

26、置(图5-1)。2. 静态电阻应变仪。3. 游标卡尺和卷尺。4. 砝码和待测重物。5. 划线尺三、 实验内容与要求1. 根据实验目的，思考并拟定实验方案。2. 独立完成实验，包括测量梁的几何尺寸(、和)、应变片粘贴、接线、加载、读取和记录实验原始数据、计算实验结果等。3. 现场计算出悬臂梁所用材料的弹性模量E和待测重物的重量P的测量结果，经教师审核认可后，结束实验，使实验装置和仪器复原。图2-3-1 等强度梁实验装置 图2-3-2 等强度梁的尺寸四、实验报告要求 画出用电测法测量待测重物的重量P的应变片组桥接线图，待测重量P的表达式。整理实验数据，求出待测重量P。五、提示如图2-3-3所示，即

27、贴应变片等强度梁力传感器原理。梁厚为h，梁长为l，固定端宽为b0，自由端宽为b。梁的截面成等腰三角形，集中力作用在三角形顶点，梁内各横截面产生的应力是相等的，表面上任意位置的应变也相等，因此称为等强度梁。梁的各点由于应变相等，故粘贴应变片的位置要求不严格。其表面应变为 图2-3-3附录A 万能试验机介绍 1 ） 机械液压式万能试验机 测定材料的力学性能的主要设备是材料试验机。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等。能兼作拉伸、压缩、弯曲等多种实验的试验机称为万能材料试验机，或简称为万能机。供静力实验用的万能材料试验机有液压式、机械式、电子机械式等类型。

28、图 1现以国产WE系列为例介绍液压式万能材料试验机。图1-1-3为这一系列中最常见的WE100A、300、600试验机，其结构简图如图1-1-3、1-1-4所示。现分别介绍其加载系统和测力系统。图 1-1-3加载系统 在底座1上由两根固定立柱2和固定横梁3组成承载框架。工作油缸4固定于框架上。在工作油缸的活塞5上，支承着由上横梁6、活动立柱7和活动平台8组成的活动框架。当油泵16开动时，油液通过送油阀17，经送油管18进人工作油缸，把活塞5连同活动平台8一同顶起。这样，如把试样安装于上夹头9和下夹头12之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试样将受到拉伸。若把试样置放于两个承压垫板11之

29、间，或将受弯试样置放于两个弯曲支座10上，则因固定横梁不动而活动平台上升，试样将分别受到压缩或弯曲。此外，实验开始前如欲调整上、下夹头之间的图1-1-4距离，则可开动电机14，驱动螺杆13，便可使下夹头12上升或下降。但电机14不能用来给试样施加拉力。测力系统 加载时，开动油泵电机，打开送油阀17，油泵把油液送人工作油缸4顶起工作活塞5给试样加载；同时，油液经回油管19及测力油管21(这时回油阀20是关闭的，油液不能流回油箱37)，进入测力油缸22，压迫测力活塞23，使它带动拉杆24向下移动，从而迫使摆杆26和摆锤25联同推杆27绕支点偏转。推杆偏转时，推动齿杆28作水平移动，于是驱动示力盘的

30、指针齿轮，使示力指针29绕示力度盘30的中心旋转。示力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力(即拉杆24所受拉力)成正比。因为测力油缸和工作油缸中油压压强相同，两个油缸活塞上的总压力成正比(活塞面积之比)。这样，示力指针的转角便与工作油缸活塞上的总压力，亦即试样所受载荷成正比。经过标定便可使指针在示力度盘上直接指示载荷的大小。 试验机一般配有重量不同的摆锤，可供选择。对重量不同的摆锤，使示力指针转同样的转角，所需油压并不相同，即载荷并不相同。所以，示力度盘上由刻度表示的测力范围应与摆锤的重量相匹配。以WE300试验机为例，它配有A、B、C三种摆锤。摆锤A对应的测力范围为060kN，A十B对应0

31、150kN，A十B+C对应0300kN。 开动油泵电机，送油阀开启的大小可以调节油液进人工作油缸的快慢，因而可用以控制增加载荷的速度。开启回油阀20，可使工作油缸中的油液经回油管19泄回油箱37，从而卸减试样所受载荷。 实验开始前，为消除活动框架等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台略微升高。然后调节测力部分的平衡铊31，使摆杆26保持垂直位置，并使示力指针指在零点。 试验机上一般还有自动绘图装置。它的工作原理是，活动平台上升时，由绕过滑轮(1)和(2)的拉绳33带动滚筒32绕轴线转动，在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标；同时，齿杆26的移动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，实验时绘图

32、笔34在滚筒上就可自动绘出载荷位移曲线。当然，这只是一条定性曲线，不是很准确的。操作规程及注意事项l 首先检查夹头式样是否匹配，配重盘是否合适；确定：阀门开关关闭，电机开关关闭，回油缓冲器回到零位。l 开电源，再开动油泵电机。约5分钟，待油泵工作正常后，缓慢开启送油阀，将活动平台升高约lcm，以消除其自重。然后关闭送油阀，通过螺杆调整示力度盘指针使它指在零点，将从动指针与之靠拢。l 安装拉伸试样，开动下夹头升降电机以调整下夹头位置，下移足够空间。式样先安装于上夹头，然后开动升降电机，上移下夹头至合适位置，关电机按钮。然后夹紧下夹头。（下夹头升降电机不能受力，否则会烧毁电机。）l 缓慢开启送油阀

33、，平稳加载，直至拉断。（应避免油阀开启过大进油太快，注意不要触动摆杆或摆锤。）l 关送油阀，取试件。缓慢开回油阀，使活动平台与摆锤缓慢回落至lcm处，关油泵。（全班做完后，将活动平台回落到0点，关油泵，关总电源。）2) WDWE100电子万能试验机操作规程l 根据试样的形状、尺寸及试验目的更换传感器插头及合适的夹具。l 打开主机变压器、控制箱开关，进入预热状态。l 开启计算机，点击桌面”testsoft”图标，按空格键进入WDW界面。点击“脱机”点击“启动”点击“方案”：选择“低碳钢拉伸”、“常温拉伸”点击“试样信息”，进行“修改”与“添加”。l 点击“遥控盒”，即可通过手动遥控盒调节上夹头的

34、位置装夹试样选择“手动”点击“清零”，使界面各数据归零点击“试验开始”。l 材料屈服前可用25mm/min速度；材料进入强化阶段后可用1020mm/min速度加载。（对金属材料测E时用0.10.2mm/min速度，甚至0.05mm/min速度加载；）对于其它材料，按照相应的标准规定的速度执行。l 试样断裂后,试验机自动停机。在界面“数据库”中调出试验数据，在曲线图上找出屈服点和极限点（移动鼠标在曲线上点击即可），记录屈服载荷和强度载荷。选打印项即可打印出曲线图。l 试验结束。取下试样，测量参数。B 扭转试验机介绍扭转试验机用于测定金属或非金属试样受扭时的力学性能。现以NJ100B型扭转试验机为

35、例，说明扭转试验机的结构及工作原理。该试验机能在正、反两个方向施加扭矩；采用电子平衡测力系统，精度较高；用可控硅无级调速控制加载，可使加载平稳，试验速度宽广。最大扭矩为1 000N·m，分四级度盘，它们是0100N·m，0200N·m，0500N·m；01 000N·m。一、加载系统图 1-3-4 安装于溜板3上的加载机构(图1-3-4)由轴承支承于导轨2上，可自由滑动。直流电机4通过减速箱5的两级减速带动夹头6转动，从而对安装于夹头6和8间的试样7施加扭矩。面板上按钮12控制试验机的正、反加载和停车。加载速度分036()min和0360(*)

36、min两档，由转速选择开关13选择，多圈电位器14调节。二二、测力系统图 1-3-5 测力机构为杠杆电子自动平衡系统，示意图如图1-3-5示。由夹头8递来的扭矩T转动杠杆20(或反向杠杆21)，带动变支点杠杆22，使拉杆23以载荷P作用于平衡杠杆24上，平衡杠杆绕支点转动，右端上翘推动差动变压器25，变压器铁芯因位移发出的信号经放大器26使伺服电机27转动，拖动钢丝29拉着游铊30移动。直到游铊的重力G对支点的力矩CsPr时，平衡杠杆恢复为水平平衡位置，差动变压器铁芯回到初始位置，无信号输出，伺服电机停止转动。可见扭矩T的大小与通过杠杆传递的拉力载荷P成正比，而P又与游铊的位移s成正比。游铊的

37、移动经钢丝29带动绳轮32和指针33旋转，旋转的角度自然正比于游铊的位移s。经过标定，指针便可在示力度盘34上指示出T的数值。 当需要变换示力度盘时，转动量程选择旋钮35，经链条36和锥齿轮37带动凸轮轴38，使凸轮轴上的不同凸轮与杠杆22上的不同支点接触。这样便可改变杠杆22上力臂的比值，以改变测力范围。三、记录装置绳轮32旋转时，通过钢丝43带动记录笔42沿记录筒44的轴线方向移动，按比例地记录扭矩T的数值。随着主动夹头6的转动，装于减速箱5上的自整角发送机45不断发出信号，经放大器46驱动伺服电机47带动自整角变压器48转动，通过齿轮50使记录筒旋转。这样，记录笔沿记录筒圆周方向的移动，

38、按比例地记录了试样的扭转角。于是得到表示T与的关系的曲线。四扭转试验机操作规程l 根据试验所需的扭矩，更换合适的摆锤，确定示力度盘。(一般使示力度盘的量程比试验所需最大扭矩约大20。)l 把扭转试样一端先夹紧在固定夹头中（有摆锤的一端）。用手移动主动夹头，靠近试样另一端，打开电机开关，使主动夹头转动，待试样头部刚好与主动夹头匹配时，关掉电源，移动主动夹头套入试样并夹紧。l 安装夹紧试样时，因两端夹具的微小错位很容易使度盘指针偏离零位，这时用手轮转动主动夹头，使度盘指针指零。l 在记录T曲线的滚筒上卷上记录纸，装上记录笔，拔动滚筒调整起始记录位置。l 把转速选择开关13(图3)置于所需的速度挡上

39、。将调速电位器14左旋到底，接通电源，检查指针33(图4)是否指零。如偏离较多，打开机器背面箱门，移动调整板31使指针大致指零，再用微调轮l 39(图3)使指针对零。如指针在调整中不灵敏或有振荡现象，应调整伺服电机27旁边的反馈电位器28使恢复正常。l 加载时按下开关12的正(或反)按钮，以顺时针向缓慢转动调速电位器14，使直流电机按要求的速度对试样加载。最大加载电流不应超过10安培。加载开始后不能再转动量程选择旋钮。试样屈服时，记下屈服扭矩；试样破坏时停机，记下破坏扭矩及扭转角度。l 实验完毕立即按下停止开关。破坏性实验可立即切断电源，取下试样；非破坏性实验经反向卸载后取下试样。注意事项：开

40、机前应检查调速电位器是否指在零位(左旋到底)，以防启动加载开关时产生冲击力矩。C 电测法基础电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。电测法的基本原理是：将电阻应变片（简称应变片）粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形，应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变测量仪器（简称电阻应变仪），可测量出应变片中电阻值的变化，并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。其工作过程如下所示：应变电阻变化电压（或电流）变化放大记录数据处理电测法具有灵敏度高的特

41、点，应变片重量轻、体积小且可在高（低）温、高压等特殊环境下使用，测量过程中的输出量为电信号，便于实现自动化和数字化，并能进行远距离测量及无线遥测。第一节 电阻应变片 一、电阻应变片的构造和类型电阻应变片的构造很简单，把一根很细的具有高电阻率的金属丝在制片机上按图A-1所示的那样排绕后，用胶水粘结在两片薄纸之间，再焊上较粗的引出线，成为早期常用的丝绕式应变片。应变片一般由敏感栅（即金属丝）、粘结剂、基底、引出线和覆盖层五部分组成。若将应变片粘贴在被测构件的表面，当金属丝随构件一起变形时，其电阻值也随之变化。常用的应变片有：丝绕式应变片（图A-1）、短接线式应变片和箔式应变片（图A-2）等。它们均

42、属于单轴式应变片，即一个基底上只有一个敏感栅，用于测量沿栅轴方向的应变。如图A-3所示，在同一基底上按一定角度布置了几个敏感柵，可测量同一点沿几个敏感栅栅轴方向的应变，因而称为多轴应变片，俗称应变花。应变花主要用于测量平面应力状态下一点的主应变和主方向。图A-1 应变片的构造 图A-2 箔式应变片（a）应变花 （b）应变花 （c）应变花图A-3 应变花 二、电阻应变片的灵敏系数在用应变片进行应变测量时，需要对应变片中的金属丝加上一定的电压。为了防止电流过大，产生发热和熔断等现象，要求金属丝有一定的长度，以获得较大的初始电阻值。但在测量构件的应变时，又要求尽可能缩短应变片的长度，以测得“一点”的

43、真实应变。因此，应变片中的金属丝一般做成如图A-1所示的栅状，称为敏感栅。粘贴在构件上的应变片，其金属丝的电阻值随着构件的变形而发生变化的现象，称为电阻应变现象。在一定的变形范围内，金属丝的电阻变化率与应变成线性关系。当将应变片安装在处于单向应力状态的试件表面，并使敏感栅的栅轴方向与应力方向一致时，应变片电阻值的变化率与敏感栅栅轴方向的应变成正比，即式中：为应变片的原始电阻值；为应变片电阻值的改变量；称为应变片的灵敏系数。应变片的灵敏系数一般由制造厂家通过实验测定，这一步骤称为应变片的标定。在实际应用时，可根据需要选用不同灵敏系数的应变片。 三、电阻应变片的粘贴和防护常温应变片通常采用粘结剂粘

44、贴在构件的表面。粘贴应变片是测量准备工作中最重要的一个环节。在测量中，构件表面的变形通过粘结层传递给应变片。显然，只有粘结层均匀、牢固、不产生蠕滑，才能保证应变片如实地再现构件表面的变形。应变片的粘贴由手工操作，一般按如下步骤进行：（1）检查、分选应变片。（2）处理构件的测点表面。（3）粘贴应变片。（4）加热烘干、固化。（5）检查应变片的电阻值，测量绝缘电阻。（6）引出导线。实际测量中，应变片可能处于多种环境中，有时需要对粘贴好的应变片采取相应的防护措施，以保证其安全可靠。一般在应变片粘贴完成后，根据需要可用石腊、纯凡士林、环氧树脂等对应变片的表面进行涂覆保护。第二节 电阻应变片的测量电路在使

45、用应变片测量应变时，必须用适当的办法测量其电阻值的微小变化。为此，一般是把应变片接入某种电路，让其电阻值的变化对电路进行某种控制，使电路输出一个能模拟该电阻值变化的信号，然后，只要对这个电信号进行相应的处理就行了。常规电测法使用的电阻应变仪的输入回路叫做应变电桥，它是以应变片作为其部分或全部桥臂的四臂电桥。它能把应变片电阻值的微小变化转化成输出电压的变化。在此，仅以直流电压电桥为例加以说明。 一、电桥的输出电压电阻应变仪中的电桥线路如图A-4所示，它是以应变片或电阻元件作为电桥桥臂。可取为应变片、和为应变片或均为应变片等几种形式。、和、分别为电桥的输入端和输出端。根据电工学原理，可导出当输入端

46、加有电压时，电桥的输出电压为当时，电桥处于平衡状态。因此，电桥的平衡条件为。当处于平衡的电桥中各桥臂的电阻值分别有、和的变化时，可近似地求得电桥的输出电压为由此可见，应变电桥有一个重要的性质：应变电桥的输出电压与相邻两桥臂的电阻变化率之差、相对两桥臂电阻变化率之和成正比。对于平衡电桥，如果相邻两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相同，或相对两桥臂的电阻变化率大小相等、符号相反，则电桥将不会改变其平衡状态，即保持。如果电桥的四个桥臂均接入相同的应变片，则有式中，分别为接入电桥四个桥臂的应变片的应变值。 图A-4 电桥原理 图A-5 半桥单臂温度补偿接法 二、温度效应的补偿贴有应变片的构件总是处在某一

47、温度场中。若敏感栅材料的线膨胀系数与构件材料的线膨胀系数不相等，则当温度发生变化时，由于敏感栅与构件的伸长（或缩短）量不相等，在敏感栅上就会受到附加的拉伸（或压缩），从而会引起敏感栅电阻值的变化，这种现象称为温度效应。敏感栅电阻值随温度的变化率可近似地看作与温度成正比。温度的变化对电桥的输出电压影响很大，严重时，每升温，电阻应变片中可产生几十微应变。显然，这是非被测（虚假）的应变，必须设法排除。排除温度效应的措施，称为温度补偿。根据电桥的性质，温度补偿并不困难。只要用一个应变片作为温度补偿片，将它粘贴在一块与被测构件材料相同但不受力的试件上。将此试件和被测构件放在一起，使它们处于同一温度场中。

48、粘贴在被测构件上的应变片称为工作片。在连接电桥时，使工作片与温度补偿片处于相邻的桥臂，如图A-5所示。因为工作片和温度补偿片的温度始终相同，所以它们因温度变化所引起的电阻值的变化也相同，又因为它们处于电桥相邻的两臂，所以并不产生电桥的输出电压，从而使得温度效应的影响被消除。必须注意，工作片和温度补偿片的电阻值、灵敏系数以及电阻温度系数应相同，分别粘贴在构件上和不受力的试件上，以保证它们因温度变化所引起的应变片电阻值的变化相同。 三、应变片的布置和在电桥中的接法应变片感受的是构件表面某点的拉应变或压应变。在有些情况下，该应变可能与多种内力（比如轴力和弯矩）有关。有时，只需测量出与某种内力所对应的应变，而要把与其它内力所对应的应变从总应变中排除掉。显然，应变片本身不会分辨各种应变成分，但是只要合理地选择粘贴应变片的位置和方向，并把应变片合理地接入电桥，就能利用电桥的性质，从比较复杂的组合应变中测量出指定的应变。应变片在电桥中的接法常