HIT-实验力学-实验报告书

1、实验力学课 程实 验 报 告 书姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 年 月 日目 录实 验 须 知2实验一 电阻应变计静态应变测试3实验二 电阻应变式传感器测试6实验三 散斑法位移测量9实验四 光纤光栅传感器应变测试13实验五 白光光弹性试验16实 验 须 知1实验前必须了解本次实验的目的、要求及注意事项。2按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。3进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。4保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。5实验时应严格遵守操作步骤和注意事项，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，并及时检查、

2、排除故障后，方能继续实验。6实验过程中，同组同学要相互配合，认真测试和记录实验数据。7实验结束后，将仪器、工具清理摆正。不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。8实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。9实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。实验一 电阻应变计静态应变测试一、实验目的 1熟练掌握不同结构表面（主要为钢结构和混凝土结构表面）的电阻应变计的实用粘贴技术。2熟练掌握常用电阻应变计（可选用DH3818或类似电阻应变仪）的桥路连接方式以及仪器的基本操作方法。3用悬臂梁结构测试梁体应变，并与计算应变对比，熟练掌握实际结构应变测试的基本方法与技术。二、实验器

3、材静态电阻应变计、应变片、万用表、简支梁、端子、导线、电烙铁、焊料（焊丝、焊膏）、丙酮、502胶、脱脂棉、砂纸、胶带、工具箱（含剥线钳、剪刀等）、悬臂梁（带砝码）、游标卡尺、卷尺、铅笔等。三、实验方法和步骤1） 用万用表测量各应变片电阻值，选用电阻值差在±0.2的应变片2） 将试件粘贴位置用细砂纸打成45°交叉纹，并用丙酮蘸棉球将粘贴位置擦洗干净直到棉球洁白为止，按图示布片，用钢笔划线晾干后用棉球擦一下。3） 一手捏住应变片，一手拿502粘贴剂瓶，将瓶口向下在应变片基底底面上抹一薄层粘结剂，试件贴片基底底面上抹一薄层粘结剂，涂粘结剂后立即将应变片底面向下平放在试件贴片部位上

4、下班，并使应变片基准对准方向线，将一小片聚氯乙烯薄膜（0.050.1mm厚）盖在应变片上，用手指按应变片挤出多余粘结剂（注意按住时不要使应变片移动），手指保持不动约1分钟后再放开，轻轻掀开薄膜，检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴切。注意：胶粘剂要适量，过多，则胶层太厚影响应变片感知性能，过少则粘结不牢，甚至压坏应变片敏感栅。4） 待胶片风干后，用万用表检查应变片是否通路，如属敏感栅断开则需重贴，如属焊点与引出线脱开尚开补焊。将引出线与试件轻轻脱离。5） 将测量导线用胶布固定在简支梁试件上，使导线一端与应变片引出线靠近，并事先将导线塑料皮剥去的约3mm和涂上焊锡，然后用电烙铁将应变片引出

5、线与测量导线锡焊，焊点要求光滑小巧，防止虚焊，再用万用表检查应变片是否通路，然后用兆欧表检查各应变片（一根导线）与试件之间的绝缘电阻，（对用公线的各应变片只检查公线与试件之间的绝缘即可。）应大于200兆欧为好。将导线编号，画布片和编号图。导线应布置整齐。6）用烙铁熔化石蜡覆盖变片区域，作防潮层，再检查通路和绝缘。7） 将导线的另一端联接到静态电阻应变仪上，按照接线图连接仪器，把应变片接入仪器中调平衡；8） 在简支梁上分别把应变片用全桥和半桥接入应变仪对梁逐级加载，记录数据，计算其数据。四、注意事项1） 注意不要被502胶粘住手指或破肤，若被粘上可用丙酮浸泡洗掉。2） 每完成一步，都需要用万用表

6、测量电阻，保证应变片不错，且可测。3） 注意电烙铁置放地方，不要烫伤或烧坏其他实验器件。4） 不能带电工作。桥路检查后，才能通电。 5） 贴有应变片的构件总处在某一温度场中，当温度有变化时，会造成应变片每感栅电阻的变化，这种电阻温度效应，导体电阻随温度的变化率可近似看作与温度变化成正比，即。实验中应采取措施，进行温度补偿。补偿方法为用一片应变片作为补偿片，把它贴在一块与被测构件材料相同但不受力的试件上。在电桥的连接上，使用工作片与补偿片处于相邻的桥臂中，如图3所示。五、实验过程与实验数据基本过程：选取一个应变片，并用万用表测量其电阻值保证在120附近。选取试件粘贴位置并用细砂纸打磨干净，并用丙

7、酮蘸棉球擦洗，用铅笔划出方向线。用502胶将应变片对准方向线粘贴，同时粘贴焊头(在试件应变片前方处的用胶带缠绕一圈)，并再次用万用表测量其电阻值保证在120附近。将导线与应变片焊上，将导线的另一端联接到静态电阻应变仪上，按照四分之一桥线路连接仪器（补偿块部分线路已连接好），把应变片接入仪器中调平衡。对梁逐级加载和卸载，进行4个循环，记录数据。实验数据：（1）构件尺寸：宽b=5.730cm，厚h=0.924cm，应变片距自由端L=20.600cm。（2）所加砝码重量（按加载顺序）：956.8g、966.3g、967.3g、961.6g、964.0g。（3）应变片灵敏系数为2.12，试件为Q235

8、钢材，E=210MPa，=0.3。(4)所得到的除以灵敏系数2.12，同时还要乘以2/2.12（由于电阻应变仪默认灵敏系数为2）。加载值/N应变值(已处理）/循环1循环2循环3循环4加载卸载加载卸载加载卸载加载卸载0.00 0 15 0 6 0 24 0 -15 9.38 11 20 10 13 14 31 7 -5 18.85 24 30 26 23 32 41 7 0 28.33 33 40 31 28 42 42 16 10 37.75 41 47 40 40 48 43 19 18 47.20 49 47 55 25 六、 实验数据分析与处理理论值：设在自由端所加荷载为P，则，。因此可

9、得到每次加载后的理论应变值(）分别为0、11.3、22.7、34.1、45.4、56.8。将理论值与所测得的4次循环的实验值绘图如下：六、 结 论（收获、疑问或总结等）1、与理论值相比较，4次循环荷载-应变的图像变化趋势均保持一致，但前3次循环在荷载下产生的应变值均大于0，表示构件应变片粘贴处处于受拉状态，第4次循环卸载时部分应变值小于0，表示处于受压状态。2、实验过程所加砝码重力作用线与构件未保持垂直产生偏心；加卸载过程由于人员走动等因素砝码无法保持静止；读数由于漂移过大无法精准；应变片粘贴时应变片粘贴位置以及方向存在误差等等均会对实验结果产生一定的影响。3、除了第4次循环外，前3次循环应变

10、值曲线均与实际值较为接近，可以推测第4次循环中出现较大误差，数据应舍弃。实验二 电阻应变式传感器测试一、实验目的1电阻应变式力传感器中敏感元件的接线方式。 2电阻应变式压力传感器与测试仪表的接线与使用技术。二、实验仪器应变片、静态电阻应变仪、材料试验机、简支梁。三、实验任务以电阻应变片为转换元件的电阻应变式传感器，主要由弹性元件和粘贴于其上的电阻应变片构成。由于被测物理量（如荷载、位移、压力等）能够在弹性元件上产生弹性变形（应变），而粘贴在弹性元件表面的电阻应变计可将感受到的弹性变形转化成电阻的变化，这样电阻应变式传感器就将被测物理量的变化转换成电信号的变化。 传感器中感受被测物理量的弹性元件

11、是其关键部分，结构形式有多样，旨在提高感受被测物理量的灵敏性和稳定性。测量拉力或压力的传感器，其弹性元件常采用空心圆柱，以便于粘贴应变计和易于热处理淬透。但壁厚不宜太薄，以防承受压力时失稳。 图1 布片方式图2 连接方式柱式拉压传感器的弹性元件如图1所示，应变计粘贴在圆筒中部的四等分圆周上，共四个轴向片和四个横向片，将它们接成图2的串联式全桥线路。当圆筒受压后，其轴向应变为，各个桥臂的应变分别为 由上式得到读数应变为 由此可知圆筒的轴向应变为 如果圆筒截面积为A，则压力与读数应变之间的关系为 由上式可知，压力和应变成线性关系。当然，这仅仅是理论计算结果。实际上截面积A在加载时是变化的，因此每一

12、个传感器的读数应变与力的关系都要由严格的标定试验来确定。 四、实验方法与步骤1）放置传感器 将量程为10吨的电阻应变式压力传感器放置在材料试验机上，调整传感器位置，对准重心。材料试验机吨位为50吨，加载速度可选为0.05mm/min或0.1mm/min为好。 2）导线连接 传感器的四个线头颜色分别为红，黄，蓝，白，使用万用表测得红白、蓝黄阻值为700欧姆，红（或白）蓝、红（或白）黄阻值为525欧姆。其中700欧姆为测得阻值为单个电阻的阻值，如左下图所示，即两端阻值为R。而525欧姆表示的是下中图所示，即两端阻值为3R/4。将电阻应变式压力传感器与电阻应变仪使用全桥法连接，传感器700欧姆的两个

13、线头如右下图交错接入电阻应变仪的端头。3）仪器调节 调整传感器位置，预调平衡，使应变仪指示值（初始值）为零，然后加载，这时仪器指示值偏离原点，再卸载，观察仪器指示值的回零情况，反复操作5个循环，观察其重复性情况，如重复性不好，检查线路连接和应变片的接触状况是否良好。4） 数据记录 仪器调整好后，记录实验数据。反复加载5个循环，读数5KN记一个应变值，加载至8吨即可。 数据表格自行设计，测量的内容都记录在表格内。5） 数据处理分析 分析误差原因及误差大小，与理论值比较。五、注意事项1电阻应变式传感器桥路接入方法。2液压材料实验机读数相对稳定后，才读数。六、 实验过程与实验数据基本过程：将量程为1

14、0吨的电阻应变式压力传感器放置在材料试验机上，调整传感器位置，对准重心。用万用表测得传感器红，黄，蓝，白四个线头之前的电阻值，并按照全桥法连接。调整传感器位置，预调平衡，加载速度选为0.2mm/min，加载至8吨后卸载到0，反复5个循环，每5KN记一个应变值。实验数据：加载值（KN)应变值(）加载速度0.2mm/min循环1循环2加载卸载加载卸载00 0 0 0 5-298 -312 -294 -316 10-620 -614 -602 -626 15-918 -920 -922 -918 20-1228 -1238 -1214 -1238 25-1530 -1548 -1534 -1532

15、30-1840 -1856 -1822 -1858 35-2142 -2160 -2128 -2160 40-2458 -2464 -2434 -2470 45-2762 -2762 -2740 -2758 50-3060 -3076 -3504 -3086 55-3370 -3384 -3364 -3392 60-3678 -3704 -3676 -3696 65-3984 -4020 -3974 -4014 70-4288 -4292 -4290 -4294 75-4600 -4628 -4590 -4616 80-4888 -4890 加载值（KN)应变值(）加载速度0.2mm/min循

16、环3循环4加载卸载加载卸载00 0 0 0 5-290 -340 -296 -314 10-574 -650 -602 -626 15-898 -958 -904 -932 20-1186 -1272 -1216 -1220 25-1778 -1590 -1512 -1530 30-1814 -1868 -1818 -1860 35-2122 -2168 -2146 -2156 40-2444 -2476 -2452 -2468 45-2734 -2796 -2764 -2784 50-3026 -3094 -3050 -3080 55-3336 -3426 -3362 -3382 60-36

17、52 -3702 -3682 -3692 65-3948 -4014 -3980 -4002 70-4264 -4330 -4296 -4320 75-4564 -4618 -4592 -4608 80-4910 -4910 -4914 -4914 六、 实验数据分析与处理将4个循环加卸载所得到的的应变值绘图如下：七、 结 论（收获、疑问或总结等）1、由实验数据及形成的图表可以看出，除个别偶然的读数误差外，4个循环中压力和应变都近似成线性关系，与理论计算的结果相一致。2、由于加载和卸载时荷载一直处于不断变化中，所以通过电阻应变仪肉眼读数容易产生读数的偶然误差（如循环2、3）。3、通过比较4个循

18、环的数据，我们可以发现得到的应变值均较小且十分接近，因此该传感器具有足够的灵敏性和稳定性。 实验三 散斑法位移测量一、实验目的1 了解白散斑位移测试原理与实现方法。2 基本掌握白光散斑照相技术及信息处理方法。二、实验设备 He-Ne激光器、散斑相机、卡尺、百分表、5M卷尺、试件、印放机等。三、试验方法和步骤1 物体表面处理：1）使物体表面粗糙； 2）作好标记和十字标尺。2 调整相机位置，1）根据位移大小调整相机位置（调整M）；2）通过观望镜使物体十分准确的成象防观察屏（控制好光圈），通过卡尺寸估算出放大率M值；3）在拍摄过程中全息干板保持不动；4）作好实测记录。3 对双曝光全息片在暗绿灯下用D

19、-19显影，用F-5定影（操作）。4 逐点法提取位移信息（）。5 用照相法复制到杨氏条纹：复印相片用D-72显影，红灯下操作。四、 注意事项1 曝光时间的把握。2 照相过程中相机不能移动。五、 实验过程与实验数据（1）实验过程：实验时，试件表面处理以及相机位置的调整已经完成。首先用标定板进行标定，将标定板摆放在试件前，拍摄9张不同姿势的照片，通过相关程序进行标定，修改系统参数，建立视界坐，往复一个循环，停止采集。通过电脑程序的计算，将所得位移值与记录位移值相比较标系。设置好采样频率（20s）后，每20秒移动试件1mm左右，同时记录下位移表数值。（2）实验数据（均取正，见表4）：表4：散斑法所测

20、位移与实测位移（相对值）对应表位移表实测位移/mm散斑法所测位移/mm位移表实测位移/mm散斑法所测位移/mm008.0158.15170.9981.18376.9737.10491.9662.14536.0216.14593.0273.18364.9174.99883.9524.09953.9324.0674.9565.10422.9553.07955.9916.1111.9342.07366.9857.12221.0031.16288.0758.19640.0020.117469.0489.1995六、实验数据处理及分析将散斑法所测位移与位移表实测位移随采集次数变化对比如图6所示：七、 结

21、 论（收获、疑问、照片粘贴或总结等）由对比图我们可以看出，散斑法所测得的位移值与实测值相当接近，因此散斑法测量所得位移精确度较高。实验四 光纤光栅传感器应变测试1 实验内容、目的与要求光纤光栅应变传感器具有耐久性好、可以实现准分布式测量；波长编码，可以方便实现绝对测量等优点，具有传统测试手段不具备的很多优点。 理解光纤光栅应变传感器的工作原理。 基本掌握光纤光栅应变传感的标定方法。 初步掌握光纤光栅的应变测试方法。2 实验原理与注意事项（操作要点）1) 光纤光栅技术原理光纤是光导纤维的简称，是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形，已经广泛应用于通信领域的数据传输。光纤工作的基本原理基于光

22、的全反射现象，当入射角满足一定条件时，入射光将不发生介质折射，全部沿着纤芯反射向前传播。光纤布拉格光栅是一种性能优异的窄带反射滤波无源器件，当光波传输通过光纤布拉格光栅时，满足布拉格光栅波长条件（）的光波矢将被反射回来。当布拉格光栅受到外界作用时，其中心波长会发生变化，通过探测光纤光栅中心波长的变化，就可以感知外界作用的信息。通常，基于光纤布拉格光栅的各种传感器基本上都是直接或间接地利用应变或温度改变光栅中心波长，达到测试被测物理量的目的。通过大量的试验确认，在温度变化不大（-50150 ）和10000微应变下，光纤光栅的应变和温度效益可以认为是独立的。即： 2) 光纤光栅应变测试原理当温度恒

23、定时，由可知， ，一旦应变灵敏度系数确定，则可以方便地通过波长变化获得应变值。当温度变化时，我们必须对应变传感进行温度补偿法。将一根布拉格光栅布设于被测对象，另一根布设于与被测材料一样、温度场一致且不受力的构件上，即保证两者发生同样的温度效应。 令，我们可以得到：若忽略光栅中心波长导致的灵敏度系数影响，温度与应变共同产生的波长变化可由下式表示：则， 令，可得如果光纤布拉格光栅的传感特性一致，而基体材料也一样，即光栅的温度传感系数一致，和可以取1，从而将给实际操作带来极大的方便。（2）操作要点与注意事项 注意布设方式 注意仪器保护方法3 实验仪器与材料准备光纤光栅、跳线、酒精（或丙酮）、脱脂棉、

24、光纤熔接仪（FS40）、普通光缆、光纤光栅解调仪（SI425）、等强度梁、电阻应变计成套仪器等。4 实验过程、实验数据及其处理（1）实验过程：将光纤光栅按照要求布设在等强度梁上，并与电阻应变仪相连。在等强度梁自由端逐级加载和卸载，记录下此时中心波长b和此时的应变值，进行3个循环。（2）实验数据（见表5）：表5: 3个循环加卸载时中心波长及其对应应变表循环1循环2循环3荷载值/Nb/nmb/nmb/nm01549.56901549.5601549.5620101549.6732651549.6682731549.669271201549.7795811549.7775851549.773583301549.8678561549.8648581549.87854401549.947113