基础实验指导书讲述

1、拉伸实验 拉伸是材料力学最基本的实验，通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性能参数，如弹性模量、强度、塑性等。 一实验目的1. 用引伸计测定塑性材料的弹性模量；2. 测定塑性材料的上下屈服强度ReH ，ReL 、抗拉强度m 、断后伸长率和截面收缩率；3. 测定脆性材料的抗拉强度m；4.  观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并比较它们力学性质的差异；5. 绘制两种材料的应力-伸长率曲线；6. 了解Zwick电子万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。二实验仪器、设备Zwick万能材料试验机，引伸计，力传感器，位移传感器、游标卡尺等。Zwick万能

2、材料试验机结构图： 试件最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图1-1a、b所示。   夹持 过渡 夹持 过渡 h b l0 d   l0l0 (a) (b) 图1-1 试件的截面形式试样分为夹持部分、过渡部分和待测部分（l）。标距（l0）是待测部分的主体，其截面积为S0。按标距（l0）与其截面积（S0）之间的关系，拉伸试样可分为比例试样和非比例试样。按国家标准GB228-2002的规定，比例试样的有关尺寸如下表1-1。表1-1试样标距l0，(mm)截面积S0，（mm2）圆形试样直径d，(mm)延伸率比例长11.3或10 d任意任意A短5.65或5 dA 

3、; 三实验原理（一） 塑性材料弹性模量的测试：在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。因此金属材料拉伸时弹性模量E地测定是材料力学最主要最基本的一个实验。测定材料弹性模量E一般采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为： 若已知载荷F及试件尺寸，只要测得试件伸长L或纵向应变即可得出弹性模量E。  本实验采用引伸计在试样予拉后，弹性阶段初夹持在试样的中部，过弹性阶段或屈服阶段，弹性模量E测毕取下，其中塑性材料的拉伸实验不间断。 （二） 塑性材料的拉伸（低碳钢）： 实

4、验原理如图1-2a所示，首先，实验各参数的设置由PC传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接到测控中心，经相关程序计算后，再在PC机上显示出各相关实验结果。 1-2a 拉伸实验原理图1-2b所示是典型的低碳钢拉伸图。 当试样开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率较小，它并不反映真实的载荷变形关系；载荷加大后，滑动消失，材料的拉伸进入弹性阶段。 应力  E D B BC F m ReL 伸长率 1-2b 典型的低碳钢拉伸图低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B-C段），与最高载荷B对应的

5、应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。除此之外的其它最低点中的最小值（B点）作为屈服强度ReL： ReL =当屈服阶段结束后（C点），继续加载，载荷变形曲线开始上升，材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点（如D点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载，则加载曲线沿原卸载曲线上升到D点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。可见经过加载、卸载这一过程后，材料的比例极限和屈服极限提高了，而延伸率降低了，这就是冷作硬化。随着载荷的继续加大，拉伸曲线上升的幅度逐渐减小，当达到

6、最大值（E点）m 后，试样的某一局部开始出现颈缩，而且发展很快，载荷也随之下降，迅速到达F点后，试样断裂。材料的强度极限m为：m = 当载荷超过弹性极限时，就会产生塑性变形。金属的塑性变形主要是材料晶面产生了滑移，是剪应力引起的。描述材料塑性的指标主要有材料断裂后的延伸率和截面收缩率来表示。 伸长率 截面收缩率式中l0、lu和S0、Su分别是断裂前后的试样标距的长度和截面积。Lu可用下述方法测定：直接法：如断口到最近的标距端点的距离大于l0/3，则直接测量两标距端点间的长度为lu； 移位法：如断口到最近的标距端点的距离小于l0/3，如图1-3所示：在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到

7、B点，所余格数若为偶数，则取其一半，得到C点；若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C、C1点，那么移位后的lu分别为：lu=AO+OB+2BC， lu=AO+OB+BC+BC1。    A O B C D   (a)  A O B C C1 D   (b)  四实验步骤（一）塑性材料的拉伸（圆形截面低碳钢）1  确定标距根据表1-1的规定，选择适当的标距（这里以10d作为标距l0），并测量l0的实际值。为了便于测量lu，将标距均分为若干格，如10格。2  试样的测量用游标卡尺在试样标距的两端和中央的三个截面上

8、测量直径，每个截面在互相垂直的两个方向各测一次，取其平均值，并用三个平均值中最小者作为计算截面积的直径d，并计算出S0值。3  仪器设备的准备根据材料的强度极限m和截面积S0估算最大载荷值Fmax，根据Fmax选择试验机合适的档位，并调零；同时调整好试验机的自动绘图装置。4  安装试件 试件先安装在试验机的上夹头内，再移动下夹头，使其达到适当的位置，并把试件下端夹紧。5  试加载、卸载。注意试加载值不能超过比例极限。6  测试ZWICK万能材料实验机操作步骤1. 打开主机电源2. 静候数秒，以待机器系统检测3. 打开TestXpert测试软件，选取相应测

9、试程序 （或直接在电脑桌面上双击程序图标）4. 按主机“ON”按钮，以使主机与程序相连5. 顺利后，点击“LE”图标以使夹具恢复到设定值6. 用游标卡尺测量试样尺寸，并输入7. 摆放试样于试样台，用夹具夹持试样一端8. 点击“Force 0”图标，以使力值清零9. 用夹具夹持试样另一端10. 点击“Start”图标，开始测试11. 弹出试样尺寸确认框，点击“OK”12. 测试终止后，取出试样13. 按“LE”按钮，使横梁自动恢复到初始位置，程序自动计算测试结果并作出图表14. 开始下一次测试15. 所有测试结束后，点击“Protocol”图标，输入测试报告台头16. 点击“Print”图标，打

10、印测试报告17. 保存测试结果文件，另存为*.zse格式的文件18. 退出程序19. 关闭主机电源，清理工作台20将断裂试件的两断口对齐并尽量靠紧，测量断裂后标距段的长度lu；测量断口颈缩处的直径du，计算断口处的横截面积Su 。7 实验结果见打印。  （二）脆性材料的拉伸（圆形截面铸铁）铸铁等脆性材料拉伸时的载荷变形曲线不象低碳钢拉伸那样明显地分为弹性、屈服、颈缩和断裂四个阶段，而是一根接近直线的曲线，且载荷没有下降段。它是在非常小的变形下突然断裂的，断裂后几乎不到残余变形。因此，测试它的ReL、A、Z就没有实际意义，只要测定它的强度极限m就可以了。实验前测定铸铁试件的横

11、截面积S0，然后在试验机上缓慢加载，直到试件断裂，记录其最大载荷Fm ，求出其强度极限m。    五. 讨论与思考1. 当断口到最近的标距端点的距离小于l0/3时，为什么要采取移位的方法来计算lu？2. 用同样材料制成的长、短比例试件，其拉伸试验的屈服强度、伸长率、截面收缩率和强度极限都相同吗？3. 观察铸铁和低碳钢在拉伸时的断口位置，为什么铸铁大都断在根部？4. 比较铸铁和低碳钢在拉伸时的力学性能。扭转试验一。试验目的扭转试验是了解材料抗剪能力的一项基本试验。本试验通过两种典型材料了解塑性（低碳钢）和脆性材料（铸铁）受扭转时的机械性能，绘制扭矩一扭角图。并比较它

12、们的破坏现象及原因。扭转试验过程中，试件的断面形状和尺寸几乎一直不变，无缩颈现象，变形较均匀，可比较准确地测定试件变形及瞬时破坏应力。关于扭转试验的要求及试件尺寸，可参阅冶金工业部标准金属扭力试验法YB36-64的规定。二。原理圆轴扭转时横截面上任一点的剪应力为： 最大剪应力产生在试件的外表层，其值等于式中，由理论可知，圆轴扭转时，其表面上任意一点都处于平面应力状态（图1），沿与轴线呈450方向上的主应力大小为：各种材料抵抗剪切与抵抗拉伸的能力不同，因此不同材料的扭转破坏方式也不相同。低碳钢圆试件扭转到破坏时，因已超过屈服阶段，如对材料作理想塑性考虑（图2），横截面上的剪应力的分布趋于均匀如（

13、图3）。假设应力均达到了破坏应力（强度极限），则这时截面上应力与破坏时扭矩的关系为：Mn0图2所以此式可计算塑性材料在扭转时的剪切强度极限。对于铸铁等脆性材料在扭转至破坏时其变形也较小，无屈服现象，故仍可用破坏时的扭矩代入式得剪切强度极限为：三仪器与设备1.扭转试验机2游标卡尺四。试验方法与步骤1低碳钢扭转试验。（1）量好试件尺寸（直径d）后，将试件安装于机器夹头中，可在试件表面上画一条纵向粉笔线，以观察它的变形。（2）选定试验机的测力范围及转速。（3）手动加初载荷，以消除夹具与试件两端间的间隙。记下扭角盘上的初读数，调整至零点。（4）手动逐渐缓慢均匀地施加扭矩，记下相应的扭角，为了便于绘图，

14、在材料屈服前每一加荷增量记下一个值，即由扭矩读变形。屈服后，先使用最慢一级转速机动加扭矩，改为每增加一，记下一个值，即由变形读扭矩值，至后，中间隔可增加为、，记值，直至试件被扭断时，记下最大扭矩。（5）整理数据，作图。（6）绘制试件破坏形状图。2铸铁扭断试验步骤与低碳钢扭转试验相同，不同的是每一变形增量，记下相应的值，一般用手动即可，直至扭断为止。五注意事项1加扭矩要均匀缓慢。2变换扭矩测量范围，要在加载前停机进行。若要调整机器转速，也要停机进行，以免损坏传动齿轮。六预习要求1了解扭转试验的目的。2复习扭转变形的理论及试验原理。3自行设计实验记录格式。七试验报告要求试验报告应包括：试验名称。试

15、验目的。仪器设备名称、规格、量程。 试验记录及结果，如低碳钢及铸铁扭转时的机械性能，图（用坐标纸绘制），两种试件破坏时的断口状态图等。分析讨论低碳钢和铸铁破坏情况及原因，并与拉伸、压缩试验情况进行比较。低碳钢剪切弹性模量G的测定一. 试验目的1测定低碳钢材料的剪切弹性模量G，并验证剪切虎克定律。2掌握扭角仪的原理及使用方法。二原理圆轴扭转时，若最大剪应力不超过材料的比例极限时，则扭矩与扭转角存在线性关系；式中，为圆截面的极惯矩，为试件的直径；距离为的两截面之间的相对扭转角；扭矩；G低碳钢剪切弹性模量。由上式可知，若材料符合虎克定律，则图（参见上一试验图1）上在比例极限以下成线性关系。当试件受到

16、一定的扭矩增量后，在标矩内可测得相应的扭转角增量。于是由上式可求得G；三试验仪器与设备1测G试验台2扭转试件3千分表4游标卡尺四试验方法与步骤1测量试件计算长度，用游标卡尺测量试件直径，在试件标距范围内量取三个直径，取平均值作为计算直径。2拟订加载方案。采用等级加载法进行试验。一般分为34级加载，每次扭矩加10N，试件直径为15mm。3安装扭角仪和试件。扭角仪的构造和安装（见图2）所示，将扭角仪的两根臂杆AC和BDE分别装在试件标距的两端AB处，并将两夹箍四周的定位螺杆拧紧，使螺钉的钉尖位于圆周刻线上。当试件受扭时，固夹在试件上的AC、BDE臂杆就会绕试件轴线而转动，推杆BDE将安装在AC杆上

17、的千分表指针走动，使指针走动的位移为，千分表顶杆与试件轴线的距离为b，使AB两截面间的相对扭转角为图14手动加扭矩，每增加一个扭矩增量后，读一个相应的扭角，算出扭角增量，注意加载要均匀缓慢，试验过程中勿碰机器、仪器。5重复测试几次，观察其线性关系及重复性。试验结束，卸除载荷，整理现场。五预习要求1了解试验目的、原理及试验所要求的数据。2测G试验的步骤有哪些？六试验报告要求试验报告应包括：试验名称、试验目的、仪器设备名称、规格、量程，试验记录及结果。七问题讨论1分析测量G的误差情况。2根据本试验结果G的测定，分析讨论与E、值三个弹性常数之间的关系。工字梁弯曲正应力试验 一、 

18、 试验目的梁弯曲理论的发展与试验一直有着密切的关系，从最早的试验到弯曲理论公式的建立共用了138年时间。本试验是运用电测试验的方法测定铝制对称和非对称工字型截面梁在纯弯曲时正应力的大小及分布规律，并与理论计算值作比较。同时熟悉和掌握多点测量技术和方法。 二、  原理及试验装置本试验采用二根铝制对称和非对称工字型截面梁，按图（1）所示方式加载及布置应变测点位置。小梁受集中载荷P作用后，使试验梁的中段获得纯弯曲区域，载荷作用于纵向对称平面内而且在弹性极限内，故为弹性范围内的平面弯曲问题，纯弯曲梁的正应力公式为： PPaabHBbBH0H1图（1）  

19、;             式中，M 纯弯曲段梁截面上的弯矩，； 横截面对中性轴的惯矩； Y 截面上测点至中心轴的距离。在各测点沿轴线方向贴上电阻应变片，可测得各点的线应变i，由于各点处于单向应力状态，由虎克定律得各点正应力为： 式中，i 各测点的线应变； i 相应各测点的正应力； E 材料的弹性模量。试验时采用等间隔分级加载的方法，即每增加一次等量载荷P，测定一次各点响应的应变增量i。因此在计算应力的实验值及理论值时均应根据载荷增量P相应的弯矩增量和应变

20、增量的平均值代入。即, 然后，将实测应力i与理论理论应力进行比较。 三、  设备与仪器1  多功能电测试验台。2  电阻应变仪3  载荷显示仪 四、  试验方法及步骤1  安装试验梁及加载小梁，梁的各测点上应事先贴上电阻应变片（一般此工作已有实验室完成）。2  记录梁截面的尺寸、支点及力点的距离（数值一般由实验室指定）。3  将各测点的工作应变片及补偿应变片按顺序接入应变仪，并逐点调整零位。4  检查各项准备工作及线路无误后，即可均匀缓慢加载，载荷大小及载荷增量的选定应根据梁

21、的尺寸及材料的比例极限估算确定（数值一般由实验室指定）。加载的同时，读出并记录相应的应变值。5  按规定载荷测试，可重复几遍（至少二次），观察试验结果。6  测毕，关闭各仪器的电源。7  根据试验数据计算各测点正应力，在坐标纸上按比例绘制试验应力分布曲线，并与理论计算应力比较。 五、  注意事项1  操作电阻应变仪，应遵守操作规程。2  加载要缓慢均匀，操作稳着，切忌急躁。在试验台压头与加载小梁即将接触时，加载速度要放慢，以确保加载数值的准确。3  试验前应调整应变仪的K值（数值一般由实验室指定），如没有调整，试验

22、后可按下式进行换算：；式中， 修正后的正确应变值。 应变仪读出的应变值。 应变仪原有的K值。应变仪实际的K值。 六、  预习思考题1  直梁弯曲正应力公式的意义和推导方法。2  了解电阻应变片和电阻应变仪的基本原理和多点测量的方法。3  已知梁的尺寸及受力方式、梁材料的比例极限，如何确定试验的最大载荷？ 七、  试验报告要求试验报告应包括：试验名称；试验目的；试验装置草图；仪器名称、规格；原始数据；试验数据记录，计算结果，曲线绘制，实验及理论计算结果，问题讨论等。 测试数据记录表格参考形式 载荷电 阻 应

23、 变 仪 读 数（）P（N）S1S1S2S2S3S3S4S4S5S5S6S6                                           

24、0;                                   正应力试验结果与理论计算比较表格参考形式 各 测 点 正 应 力 值 （Mpa）测点S1S2S3S4S5S6实验值    &#

25、160; 理论值      相对误差%       用坐标纸按比例绘制出对称和非对称工字型梁横截面上正应力分布图，并将实验结果与理论计算作比较。问题讨论：1  根据非对称梁的应力分布曲线，能否计算梁的中心轴。2  比较梁各测点实验应力值与理论应力值，并分析其误差的原因。3  说明梁在纯弯曲区域各测点的正应力分布规律。-left:63.0pt; text-indent:-18.0pt; mso-list:l1 level1 lf

26、o2; tab-stops:list 63.0pt; font-family: "宋体"'>  12  3冲击载荷动荷系数试验一、 试验目的在工程实践中经常会遇到动载荷问题，在动载荷作用下构件各点的应力应变与静载荷作用有很大的不同。按照加载速度的不同，动载荷形式也不同，在极短的时间内以很大的速度作用在构件上的载荷，称为冲击载荷，它是一种常见的动载荷形式。由冲击载荷作用而产生的应力称为冲击应力，它比静应力大得多。因此对于锻造、冲击、凿岩等承受冲击力的构件，是设计中应考虑的主要问题。本试验就是运用实验的方法测定冲击应力及动荷系数，同时一般了解动

27、应力的电测原理、方法及仪器。二、 原理及试验装置本试验采用矩形截面简支梁（图1），在中央受到重物Q在高度H处自由落下的冲击作用。由理论可知该简支梁的动荷系数为：QHLL/2bh动态应变仪数字示波器（图1）式中：H重物高度 Q重物的重量 简支梁受冲击的静挠度， L梁的跨度 E材料的弹性模量 J梁截面的惯性矩实验测定：在简支梁上下表面贴上互为补偿的两片应变片，用导线接入动态应变仪及数字示波器。1 重物Q从H高度落下冲击简支梁时，测点的动应变d将通过动态应变仪及数字示波器记录下来。2 将重物Q静止放在梁上可测得同一点的静应变。3 动荷系数为：。4 冲击应力为：。三、 试验仪器设备1 动态电阻应变仪（

28、参阅本书仪器介绍部分）2 数字示波器（参阅本书仪器介绍部分）3 简支梁及重物冲击试验装置。4 游标卡尺及卷尺。四、 试验步骤1. 记录简支梁的几何尺寸、重物高度、重量及材料的弹性模量。2. 连接导线（1） 将梁上两应变片按半桥接法接入接线盒，然后将接线盒接入动态电阻应变仪的输入插座。（2） 将动态电阻应变仪的输出端接入数字示波器。3. 按照动态电阻应变仪的操作规程，设置好各项参数。4. 按照数字示波器的操作规程，设置好各项参数。5. 进行应变标定：桥路调平衡后，数字示波器光点或线应在屏幕坐标的中心（可调整），然由应变仪给出标定信号（例如500），此时数字示波器的光点或线跳动一高度，调节Y轴开关

29、和“衰减”开关使光点或线处于数字示波器屏幕坐标的某一格上（例如第四格），可反复几次，并记录该光点或线的电压值u0。标定完毕数字示波器光点或线仍应在屏幕坐标的中心（电压值为0伏）。6测试：（1） 将重物轻放在梁上，从数字示波器上记录该光点或线的电压值uj。（2） 将重物放在H高度上，突然放下重物冲击梁的中点，从数字示波器上记录该冲击振动曲线最大的电压值ud。7计算理论动荷系数及实测动荷系数，并进行比较。应变测量方法如下：设标定的应变值为0，在数字示波器上对应记录为u0，静态应变值为j，在数字示波器上对应记录为uj，动态应变值为d，在数字示波器上对应记录为ud，于是实测的动荷系数为： 五、 注意事

30、项1 实验前应检查应变片及接线，不得有松动、断线或短路，否则会引起仪器的严重不平衡，输出电流过大而导致示波器受损。2 数字示波器各项参数应严格按规定操作，根据采样波形适当加以调整。3 在应变标定后，应变仪所有旋钮勿再扳动。六、 预习要求1 复习冲击动荷系数的概念及计算方法。2 了解动应变测量方法及动应变标定方法。3 了解动态应变仪及数字示波器的一般原理与使用方法。七、 试验报告要求试验报告应包括：试验名称；试验目的；试验装置草图；仪器名称、规格；原始数据；试验结果：包括数据记录，计算结果，曲线绘制。问题讨论：（1） 分析试验误差情况。（2） 动应力测试与静应力测试有何异同，应注意些什么问题？（

31、3）弹性模量E和泊松比µ的测定 拉伸试验中得到的屈服极限b和强度极限S ，反映了材料对力的作用的承受能力，而延伸率 或截面收缩率，反映了材料缩性变行的能力，为了表示材料在弹性范围内抵抗变行的难易程度，在实际工程结构中，材料弹性模量E的意义通常是以零件的刚度体现出来的，这是因为一旦零件按应力设计定型，在弹性变形范围内的服役过程中，是以其所受负荷而产生的变性量来判断其刚度的。一般按引起单为应变的负荷为该零件的刚度，例如，在拉压构件中其刚度为： 式中 A0为零件的横截面积。 由上式可见，要想提高零件的刚度E A0,亦即要减少零件的弹性变形，可选用高弹性模量的材料和适当加大承载的横截面积，刚

32、度的重要性在于它决定了零件服役时稳定性，对细长杆件和薄壁构件尤为重要。因此，构件的理论分析和设计计算来说，弹性模量E是经常要用到的一个重要力学性能指标。 在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。横向应变与纵向应变之比值称为泊松比µ，也叫横向变性系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。 因此金属才料拉伸时弹性模量E地测定是材料力学最主要最基本的一个实验，下面用电测法测定低碳钢弹性模量E和泊松比µ。 (一）       试验目的1用

33、电测方法测定低碳钢的弹性模量E及泊松比µ；2验证虎克定律；3掌握电测方法的组桥原理与应用。 (二）       试验原理1测定材料弹性模量E一般采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为： （1）若已知载荷P及试件尺寸，只要测得试件伸长L即可得出弹性模量E。  （2）由于本试验采用电测法测量，其反映变形测试的数据为应变增量，即   （3）所以（2）成为:    （4） 式中： P载荷增量，kN； A0-试件的横截面面积，cm为了验证力与变形的线

34、性关心，采用增量法逐级加载，分别测量在相同载荷增量 P作用下试件所产生的应变增量。增量法可以验证力与变形间的线性关系，若各级载荷量P相等，相应地由应变仪读出的应变增量也大至相等，则线性关系成立，从而验证了虎克定律。用增量法进行试验还可以判断出试验是否有错误，若各次测出的变形不按一定规律变化就说明试验有错误，应进行检查。加载方案应在测试前就拟定好。最大应力值要在材料的比例极限内进行测试，故最大的应力值不能超过材料的比例极限，一般取屈服极限s 70%80%。一般可取试验荷载: Pmax = 0.8 A0s (5)加载级数一般不少于5级。2材料在受拉伸或压缩时，不仅沿纵向发生纵向变形，在横

35、向也会同时发生缩短或增大的横向变形。由材料力学知,在弹性变形范围内，横向应变y和纵向应变x成正比关系,这一比值称为材料的泊松比，一般以表示，即   （6）试验时，如同时测出纵向应变和横向应变，则可由上式计算出泊松比0。 (三）       试件平板试件多用于电测法，试件形状尺寸及贴片方位如图1所示。为了保证拉伸时的同心度，通常在试件两端开孔，以销钉与拉伸夹头连接，同时可在试件两面贴应变片，以提高试验结果的准确性。  图1平板试件布片示意图(四）     &

36、#160; 设备及仪器1电子拉力试验机或万能试验机。2静态电阻应变仪。3游标卡尺 (五）       试验方法与步骤 1用游标卡尺测量试件中间的截面积尺寸。2在试件中间截面沿纵向轴线及其垂直方向分别贴三个电阻应变片；在温度补偿上贴一个电阻应变片。3选择电子拉力试验机或万能试验机测力限度，调准零位。4将试件夹于试验机的上夹头，用半桥接桥方法,把三个工作片及补偿片接至电阻应变仪。图2应变片串联接桥图。 图2应变片串联接桥5使试件下夹头夹紧后，开始加载。每加一次载荷，读出并记下各测点的应变值。6将测试结果代入有关公式进行计算，求出

37、E，。 (六）       思考题1怎样验证虎克定律？2如何制定本试验的加载方案？如果本试验所用的低碳钢的屈服极限s为190Mpa，计算最大的加量；如分为6级试计算出每级增量P。3为何沿试件纵向轴线方向两面贴两片电阻应变片？ （七）试验报告要求：1  试验名称：2  试验目的：3  试验记录及结果：（1）   机器、仪器名称、型号、量程。（2）   试件尺寸。（3）   试验数据记录、表格、图线及计算结果。 试验数据记录表头参考格式：&

38、#160; 载荷  （kN） 载荷增量  P(kN)    纵向变形（应变）读数 横向变形（应变）读数 左A1 A1 右A2 A2 左右读数差平均值  A3 A3 4  用坐标纸按比例绘制P-L或-。5  书面回答思考题中提出的问题，并写入试验报告中。 （八）计算题： 对一铝合金试件进行了拉伸试验，载荷一直拉到使试件产生的应变达到0.0075为止，与此同时，试件中所产生的相应的应力为443Mpa。

39、然后卸载至零，出现一残余应变为0.0013，试求铝合金的弹性模量E？   弯扭组合应力实验一 实验目的工程实际中的构件一般处于复杂应力状态下，往往是几种基本变形的组合，要确定这些构件上某点的主应力大小和方向，也就比较复杂，甚至有些复杂的工程结构尚无准确的理论公式可供计算，在这种情况下，常常要借助实验的方法解决，如电测法、光测法等。本实验的目的是在复合抗力下的应力，应变测定。包括通过薄壁圆管在弯扭组合作用下其表面任一点主应力大小和方向的测定；薄壁管某截面内弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应变的测定，同时也可测定剪切弹性模量G。二 试验原理由应力状态理论可知，假若已知该点的应变分量

40、x, y, xy,则用广义虎克定律就可已求出该点的应力分量x, y, xy,从而利用平面应力状态分析的解析法中的有关公式，即可解决其主应力和主方向的计算问题。由此可见，对于平面应力状态问题，要用实验方法确定某一点的主应力大小和方向，一般只要测得该点一对正交方向的应变分量x, y, 及xy即可。然而用实验手段测定线应变比较容易，但角应变xy测定却困难的多。因此，下面我们介绍用应变花来测量平面应力状态中一点的主应力及其方向的方法，并推导其相应的计算公式。 设平面上某点处的坐标应变分量为x, y, xy，则该点处任一指定方向的线应变可由下式计算： （1）如果x, y, xy待求，而可通过实验测定，那

41、么，选取该点三个不同方向，并测出其相应的线应变,就可以建立式（1）那样的三个独立方程，解此方程组，即可求出坐标应变分量为x, y, xy，从而求出该点的主应力和主方向 在实际测试中，为了求出任一点三个不同方向的应变，可将三个应变片互相夹一特殊角组合在同一基底上，这种多轴电阻应变片就称为应变花。三个应变片之间互夹角所组成应变花，称为直角应变花，如图1a所示；互夹角组成的应变花称为等角应变花，如图1b所示。 对直角应变花，根据（1）式，有： 图1不同应变花 于是，可以联立解出： （2） 求得 x, y,， xy 以后，就可以根据下式求的其主应变的大小和方向。 = （3） 求得了主应变的大小后，就可

42、用如下的广义虎克定律求出其主应力。 （4） 式中E,分别为构件材料的弹性模量和泊松比。 按上述计算过程直接从测试结果中得出的主应力计算公式为： = （5）第一主应力的方向与X轴的夹角，可根据与代数值大小的比较来确定： 设为相应的第一主应力方向与X轴的夹角，则有：当时 当<时± 应用上述公式时，要注意：（1） 设的方向为X轴的方向。（2） 角度都要从X轴算起，逆时针为正，顺时针为负。（3） 应力与应变的符号规定为：拉应力为正，压应力为负；剪应力则以绕截面内任一点的矩为顺时针转向者为正，逆时针转向者为负；伸长线应变为正，缩短线应变为负。 三 实验设备以及参数该装置见图2它由薄壁管1

43、（已经粘贴好应变片），扇臂2，钢索3，传感器4，加载手轮5，座体6，数字测力仪7等组成。实验时转动加载手轮，传感器受力，有信号输给数字测力仪，此时，数字测力仪显示的数字即为作用在扇臂端的载荷值，扇臂端作用力传递薄壁管上，薄壁管产生弯扭组合变形。 图2弯扭组合试验装置图薄壁管材料为铝合金，其弹性模量E为70GN/m2，泊松比m为0.33。薄壁管截面尺寸见图3（a）,图3（b）为薄壁管受力简图和有关尺寸，I-I截面为被测试截面，取四个被测点，位置见图4（a）所示的A、B、C、D在每个被测点贴上一枚直角应变花（-45o、0o、45o）,如图3(a)所示，共计12片应变片，供不同的实验目的选用。四 实

44、验内容及方法1 指定点主应力大小和方向的测定将I-I截面B、D两点的应变片R4R6、R10R12按照半桥方式接入电阻应变仪，采用公共温度补偿片，加载后测得B、D两点得e-45、eo、e45，已知材料得弹性常数，可用下式计算主应力大小： = 主应力方向： 在进行主应力计算时，因为值小于的值，所以按下式进行计算： 式中： 分别表示与管轴组成-45o、0o、45o的应变。主应力大小和方向的测定，也可以选择其它点，在所选择处贴应变花。 图3（a）薄壁管截面尺寸图 图3（b）薄壁管受力简图 (a) (d) 图4测点布置及电桥连接方式图2 弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应变的测定。(a) 弯矩M引起的正应变

45、的测定。用上下（即B、D）两测点0o方向的应变片组成图3（b）所示半桥线路，测得B、D两处由于弯矩M引起得正应变 式中应变仪读数 M由弯矩M引起的轴线方向的应变（b）扭矩Mn引起的剪应变的测定用A、C两测点的-45o、45o方向的四片应变片组成图（c）所示的全桥线路，可测得扭矩Mn引起的剪应变 i应变仪读数应变（c）剪力Q引起得剪应变得测定用A、C两测点的-45o、45o方向的四片应变片组成图（d）所示的全桥线路，可测得剪力引起的剪应变 -应变仪的读数应变3 剪切弹性模量G的测定若已知载荷，可用下式计算扭矩引起的剪应力的理论值 Mn-根据载荷计算的扭矩值 WP-薄壁管抗扭截面模量然后由测得的扭

46、矩引起的剪应变，用下式计算剪切弹性模量 五. 实验步骤a 将数字测力仪开关置开，预热十分钟，并检查该装置是否处于正常实验状态；b 将应变片按照实验要求接至应变仪上；c 逆时针旋转手轮，预置50N初载；d 对每片应变片用零读法预调平衡或记录下各应变片的初读数；e 分级加载,以每级100N,加载至450N,记录各级载荷下各应变片的应变读数(也可以根据实验者需求,另定加载方案)；f 每个实验项目,重复三遍,数据重复性好即可。注意：（1） 每次实验时，必须先打开测力仪，方可旋转手轮，以免损坏实验装置（如传感器、薄壁管等）（2） 每次实验完毕，必须卸载，即测力仪显示为零或出现“-”号，再将测力仪开关设置

47、（3） 装置之允许加载500N载荷，超载回损坏实验装置。六预习思考题1 复习电阻应变仪的操作步骤；2 复习电测的基本测试技术；3 计算薄壁管在受弯扭组合变形时的应力；4 如何利用45o-3应变花确定平面应力状态下的主应力大小和方向。七. 试验数据处理及实验报告要求1数据处理时，首先应从原始试验得到的数据中，挑选重复性好的一组试验值进行主应力计算。在进行主应力计算时取各应变片的应变读数增量的平均值代入主应力计算公式。2实验报告应包括：实验名称，实验目的，实验仪器，和设备名称，型号规格，实验装置的简化图的尺寸，实验记录以及计算结果，测试记录数据，实验及理论计算结果，问题讨论等。八. 问题讨论1 分析测点的实测应力与理论应力之间的误差情况；2 如果测点位置移动，实测应力将会如何变化，分析原因；3 测主应力大小和方向是否可选其它点，怎样做？ng="0"> 4  压杆稳定实验指导书 (一) 实验目的