材料力学实验

1、材 料 力 学 实 验力学实验中心力学实验中心材 料 力 学 实 验材材 料料 力力 学学 实实 验验材 料 力 学 实 验力学实验中心材料力学实验 材料力学理论应力，应变分析理论实验验证零件疲劳设计校核构件动态强度设计校核构件零件静动态应变（含变形）应力实测构件静强度，刚度、稳定性设计、校核构件塑性设计强度校核一 绪论1、材料力学实验与材料力学、材料力学实验与材料力学材 料 力 学 实 验力学实验中心材 料 力 学 实 验力学实验中心2、材料力学实验的主要内容、材料力学实验的主要内容（1）材料力学性能测定材料力学性能测定 a，为构件设计提供材料的力学性能指标和参数。 如 等； b，材料材质复

2、验； c，评定材料的热处理工艺、焊接工艺； d，构件失效分析； e，研究新型合金材料。合成材料。（2）验证理论验证理论 验证理论有三层意义kbpAvGE、，、1s)(验证现有理论验证新建立的理论修正、发展理论材 料 力 学 实 验力学实验中心力学实验中心材 料 力 学 实 验（3）应力分析实验：应力分析实验：主要介绍应变电测及光弹性实验主要介绍应变电测及光弹性实验特点：只要是变形固体，不管结构形状、受力如何 复杂，也不必准确了解边界条件，在某些特 殊条件下，用实验方法甚至能比理论计算更 简便、迅速准确的提供结果或结论。材 料 力 学 实 验力学实验中心力学实验中心材 料 力 学 实 验例例（1

3、 1）：）：1010万万kWkW大型变压器真空箱的稳定性实验大型变压器真空箱的稳定性实验失稳真空度（）不会失稳)(应变材 料 力 学 实 验力学实验中心力学实验中心材 料 力 学 实 验例例（2 2）：胜利埕北油田）：胜利埕北油田2525A A，管桩及导管应力实测。管桩及导管应力实测。 载荷复杂多变，边界条件难于准确确定。载荷复杂多变，边界条件难于准确确定。材 料 力 学 实 验力学实验中心力学实验中心材 料 力 学 实 验例例（3 3）：光弹性实验）：光弹性实验 全场显示应力，特别适用开孔、开槽零件的全场显示应力，特别适用开孔、开槽零件的 应力集中系数测定应力集中系数测定 材 料 力 学 实

4、 验力学实验中心材 料 力 学 实 验力学实验中心3、材料力学实验的方法、材料力学实验的方法（1）材料力学性能测定材料力学性能测定: 执行国家标准GB/T；（2）应力分析实验：应力分析实验：决定于实验目的（3）要求：要求： 独立完成 性能实验结果表达：执行修约规定 表格形式的报告 曲线图一律用方格纸描述，并用光滑曲线连接 应力分析保留小数后一到二位 材 料 力 学 实 验力学实验中心二 电测应力分析应变电测原理应变电测原理适用范围：结构构件金属、非金属材料表面应力测量； 静、动态（含冲击）应变应力测量；高速 旋转构件应力测量；结构高压液下；高低 温条件下的应力测量原理电阻应变仪应变计变形固体F

5、1F2FnF3广义虎克定律应变分析0121、21、材 料 力 学 实 验力学实验中心1、金属电阻丝的、金属电阻丝的“应变效应应变效应”(1) )21 ( , )21 ( )21 ( , 2 , )1 ( ,ssotKRdRdKdRdRpdRdRldlAdAAdAldldRdRtAlR则令或Ks称为金属电阻丝的灵敏系数FFll材 料 力 学 实 验力学实验中心图为康铜丝的 曲线，镍铬丝在小应变条件下 关系亦为直线RdRRdRRdRRdR材 料 力 学 实 验力学实验中心2、电阻应变计的工作原理、电阻应变计的工作原理（1）电阻应变计（片）构造。电阻应变计（片）构造。 利用金属电阻丝应变效应制成用于

6、构件应变测量 的敏感元件材 料 力 学 实 验力学实验中心bl敏感栅（丝绕或箔栅）引出线基底（纸基或胶基）材 料 力 学 实 验力学实验中心（2）使用使用 用特制的胶水粘贴于构件表面，丝栅长度平行于 待测应变方向。（3）原理原理 K 应变计灵敏系数，与Ks有区别 K通过实验标定。 KRR材 料 力 学 实 验力学实验中心（4）主要技术指标主要技术指标 a，初始电阻值R（） 测量必须数据，工程应变测量选R120 。 b，应变计灵敏系数K 由厂方提供，测量必须数据。 c，应变计标距l (或敏感栅尺寸bl ) 根据测试对象目的而定。 材 料 力 学 实 验力学实验中心（5）应变计类型：应变计类型：

7、按构造分纸基浸胶丝绕式；胶基箔式； 半导体应变计；金属底基焊接式等， 其他按测量应变范围，按用途分，按使 用温度分已不下数千种。 材 料 力 学 实 验力学实验中心应变计材 料 力 学 实 验力学实验中心应变计材 料 力 学 实 验力学实验中心应变计（单片放大）材 料 力 学 实 验力学实验中心3、应变电桥及其输出、应变电桥及其输出 测量电阻变化一般用惠斯登电桥（即4臂电桥），电源E1称为桥压。(2) )( )()(43214231434211143421114411RRRRRRRRRRRRRREURRIRRIERIRIUBDBDI1I4材 料 力 学 实 验力学实验中心 当R1R3=R2R4

8、 或 R1/R2=R4/R3 时 UBD0称为电桥的平衡条件。 实测时，随着构件的受力变形R1R4发生变化为R1 R1 R1， R2 R2 R2， R3 R3 R3， R4 R4 R4 代入（2）式)()()(43432121442233111RRRRRRRRRRRRRRRREUUBDBD可见iURRU 或)(4)(44321143211KERRRRRRRREUBD略去分子当中的高阶微量，分母当中的R项，经整理得（3）材 料 力 学 实 验力学实验中心 说明电桥输出电压的变化与四个桥臂电阻变化的总和成正比或与测点应变总和成正比。 其次，对角桥臂电阻变化率或应变相加，邻臂的电阻变化率或应变相减。

9、这种规律称为电桥输出的加减特性。 （3）式简化结果产生的误差不会超过5，根据其原理可以制成专门用于测量的电阻应变仪。材 料 力 学 实 验力学实验中心4、数字电阻应变仪、数字电阻应变仪（1）电原理框图电原理框图 电压变换器电压变换器桥压E1电源电源放大器放大器滤波器滤波器A/D数显表头数显表头模数转换U电桥电桥材 料 力 学 实 验力学实验中心（2）YE2538程控应变仪面板结构及其使用方法程控应变仪面板结构及其使用方法 材 料 力 学 实 验力学实验中心使用方法 （1）组桥 a，1/4桥接法 （静态多点应变测量常用 的接法），桥路形式bR-1，所有测量片 均接AB，连接片连于BB。共用一枚补

10、 偿片。 b，半桥接法 AB,BC接应变片，桥路bR-2, c，全桥接法 四个桥臂均接应变片，多用于传感 器电路，桥路bR-4 21RRr4321RRRRr （2）K，R设定 （3）平衡、测量(有关详细的使用方法由实验室多媒体室介绍，或见网上资料)材 料 力 学 实 验力学实验中心 该仪器特点是各通道可以独立选择不同的测量桥路形式、使用不同K的应变计和不同R的应变计。材 料 力 学 实 验力学实验中心5、有关应变电测法的若干问题、有关应变电测法的若干问题（a） 温度变化会产生 电阻变化（b）应变计线膨胀系数 与被测工件线膨胀系数 不同，温度变化会产生 附加电阻变化 ，必须设法消除 )1 ( 0

11、TAlRtt中sgKRRRRRttttt/ , 产生tRtR（1），温度补偿材 料 力 学 实 验力学实验中心温度补偿方法温度补偿方法 a，补偿块补偿法 FttFr)(FF(补偿块必须与被测工件同材料且置于被测工件旁)材 料 力 学 实 验力学实验中心温度补偿方法温度补偿方法 b，工作片补偿法 不允许单独设置补偿块的构件应变测量用工作 片补偿法必须已知泊松比 )1 ( )()( 21FtFtFRRrR1R2R1R2ABC)1/(vrF c，补偿应变片必需接于测量应变片的邻臂材 料 力 学 实 验力学实验中心（2）应变计的串连及其应用)(21)(214 )(21)(214 224 4221112

12、211121dcbadcbadcbadcbaKERRRRRRRRERRRRRRERRRREURRRRRRRR串连的2枚应变片所测的应变自动取平均RaRbRcRdABCR1R2材 料 力 学 实 验力学实验中心（3）静态多点应变测量 当测点较多，希望加一次载荷能同时读下所有测点应变时，可利用1/4桥接法，事先把所有测点接到应变仪的AB桥臂上，共用一枚补偿片接于公共补偿桥臂上，利用测点转换按键同时读出各个测点的应变。材 料 力 学 实 验力学实验中心用途用途 （a）偏心受拉压构件测轴向应变 （b）测材料弹性模量时用串连半桥 测量电路FtttwFtwFRRr 21)()(21 21材 料 力 学 实

13、 验力学实验中心6、应变片式传感器及其设计概要、应变片式传感器及其设计概要 不同结构形式的弹性元件应变片组成不同用途的应变式传感器。可用于测拉、压力，弯矩、扭矩、加速度、位移（或变形）、倾角等。 高比例极限材料。 低弹性模量的材料。 应变片贴于应变的敏感区，并利用全桥测量的加减 特性使输出灵敏度最大。材 料 力 学 实 验力学实验中心例例：园环式小负载拉压力传感器：园环式小负载拉压力传感器mmakNPGPaEMPabtWFaMp11 2max210, 900 611817. 0max2 . 02材料材 料 力 学 实 验力学实验中心按贴片要求 取b8mm （1）（2）t取3mm时 （3）应变 （4）全桥接法 MPap3605 . 212 . 0 MPa333386/11120001817. 02max6101665/E61066604r材 料 力 学 实 验力学实验中心（5）输出灵敏度，设E15V， K=2.0mVmvKEUr65.16 1066602500041461 灵敏度3.33mV/V， 合适若要求能分辨1N力，则最小输出为8.3 V，相当于3/N有足够