材料力学实验三、四、五

./实验三扭转破坏实验实验日期：年月日实验室温度：一、实验目的1．观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行为。观察材料的破坏方式。2．测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。3．熟悉扭转试验机的工作原理及使用方法。二、主要仪器装置及材料1.扭转试验机：用以作扭转破坏实验。2.游标卡尺。三、试件受力简图1．试件采用圆形截面试件,如图所示,在试件表面画上一条纵线,以便观察试件的扭转变形。

2．扭转试验机的工作原理扭转试验机如图。在机体上有一个基本固定的夹头,用两平面和夹紧螺栓固定扭转试样的一端。试验机上有一个能306°旋转的扭转装置,其左端是一个可旋转的夹头,以夹持试样的另一端。当人力使装置转动时,带动活动夹头转动,而使试样的一端相对于另一端发生了转动,故试件受扭而产生变形。3．扭转实验原理试件承受扭矩时,材料处于纯剪切应力状态,是拉伸以外的又一重要应力状态,常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。低碳钢试件在发生扭转变形时,其T－φ曲线如图所示,类似低碳钢拉伸实验,可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段,相应地有三个强度特征值：剪切比例极限、剪切屈服极限和剪切强度极限。对应这三个强度特征值的扭矩依次为Tp、Ts、Tb。在比例极限,T与φ成线性关系,材料完全处于弹性状态,试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。如图<a>所示,随着T的增大,开始进入屈服阶段,横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限,而且塑性区逐渐向圆心扩展,形成环塑性区,如图<b>所示,但中心部分仍然是弹性的,所以T仍可增加,T－φ的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区,如图<c>所示。abc在T－φ出现屈服阶段,示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆,由此可读出屈服扭矩Ts,低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出：屈服阶段过后,进入强化阶段,材料的强化使扭矩又有缓慢的上升,但变形非常明显,试件的纵向画线变成螺旋线,直至扭矩到达极限扭矩值Mb进入断裂阶段,试件被剪断,由示力度盘的从动针可读出,则低碳钢扭转的剪切强度极限可同下式求出：四、实验方法及步骤：1．试件准备：测量试件等截面围两端及中间共三处截面的直径。为保证精确度,每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次,并计算平均值,以三截面中最小处的平均值来计算初始横截面面积A0。2．安装试件：〔1将试样的端头安装于夹头中,并夹紧。〔2调整示力度盘主动针,对准零点。3．进行实验：以顺时针方向缓慢转动摆手,使之按要求的速度对试件加载,对于低碳钢试件,注意观察试验机示力度盘的指针,若指针停止转动或有轻微回摆,说明材料发生屈服,记录此时的扭矩Ts经过屈服阶段以后〔铸铁试件无此阶段,即可快速加载,直至剪断为止,停车。由从动针读出最大扭Tb并记录。4．取下试件,清理设备。5．整理数据,完成实验报告。五、实验数据和计算结果：试验材料截面直径d0/mm抗扭截面系数Wp/mm2屈服扭矩MS/N-m屈服极限τa/MPa最大扭矩Mb/N-m强度极限τb/MPa断口破坏形式备注低碳钢铸铁计算公式：扭转屈服点MPa抗扭强度MPa低碳钢、铸铁扭转曲线示意图：思考题：1.低碳钢铸铁扭转破坏有何不同？为什么？2.根据拉伸、压缩、扭转三种试验结果,综合分析低碳钢与铸铁的力学性能。低碳钢拉伸屈服极限和剪切屈服极限有何关系？实验四纯弯曲梁正应力测定实验一、实验目的 1.测定夹层梁纯弯段应变、应力分布规律,为建立理论计算模型提供实验依据；将实测值与理论计算结果进行比较。 2.通过实验和理论分析深化对弯曲变形理论的理解,培养思维能力。 3.学习多点测量技术。二、夹层梁的结构、尺寸和纯弯曲加载方式 夹层梁的结构、尺寸和纯弯曲加载方式如图所示。梁的上、下层是45号钢条,它们的厚度相同,中层是铝合金,三层用螺栓紧固,锥销定位。在梁的上、下表面各粘贴两枚应变片,以检查载荷是否偏斜,一个侧面上等间距地粘贴五枚应变片。它们的编号如侧视图所示。a=130mmb=18mmc=140mm图2-1三、实验步骤 1.打开应变仪电源、预热。 2.调整实验台,安装梁将左右支架安装到位,使左右支架跨矩为400mm且关于力传感器对称。在力传感器上安装加载器。安装梁和副梁,梁两头应大致在支架宽度的正中位置,并且还应大致在加载器两拉杆间的正中位置。副梁的位置由纯弯曲定位板确定。 3.接线将力传感器的红、蓝、白、绿四线依次接在测力专用通道〔0通道的A、B、C和D端。按多点1/4桥公共补偿法对各测量片接线,即将试样上的应变片分别接在所选通道的A、B端。所选通道B、B’间的连接片均应连上。将贴在铝块和钢块上的两个补偿片分别接在补偿通道的补偿1和补偿2接线端子上。 4.设置参数根据接线的方式设置应变仪的参数,包括力传感器的校正系数,各通道的组桥方式、应变片的灵敏系数和阻值等。载荷限值设置为2100N。 5.测试5号测点应变先测量5号测点的应变以确定夹层梁和副梁的安装是否符合实验要求,使梁处于完全不受载状态并平衡0通道和5号测点对应通道电桥。缓慢加载到2000N左右,此时5号测点通道的应变绝对值应该≤1,若该值不符合要求,应分别调整加载器两拉杆上端的螺母,同时观察应变值的变化情况,使应变值接近于0。然后卸载至0,应变值应回到0,若不是0,应再重复调整,直至符合要求。 6.平衡各通道电桥.使试样处于完全不受载状态。按[]、[BAL]键,再依次按各通道〔包括0通道对应的数字键。仪器依次显示各通道的初始不平衡量,并将该值存贮在仪器。 7.测量按[MEAS]键,再缓慢加载,力显示屏数字从0开始不断增加。增加到2000N时就停止加载,依次按各〔应变通道对应的数字键,右屏上就依次显示各点应变值,记录之。然后卸载,重复6,7两步骤,共测量三次。数据以表格形式记录。四、实验结果及分析根据测得的各点应变,计算相应的应力实验值。再计算各点应力理论值。然后计算它们之间的相对误差。数据参考表2-1处理。表2-1a=130mmb=18mmc=140mmF=2000N弹性模量〔MPa〔Est：钢材；EAL：铝合金21000070000210000测点号123456789实验值应变〔με第一次第二次第三次平均<平均值×10-6应力σ=<Mpa>应力理论值σ<Mpa>相对误差=×100%应变理论值计算表M=F/2*a〔N.mmyi<mm>I=bh^3/12σi=Myi/IEεi=σi/E五、思考题：实验结果和理论计算是否一致？如不一致,其主要影响因素是什么？电测弯曲正应力的大小是否会受材料弹性模量E的影响？为什么要把温度补偿片贴在与构件相同的材料上？.实验五材料弹性常数E、μ测定一、实验目的1.测定材料的弹性模量E和泊松比μ。2.验证胡克定律。3.学习电测法原理和多点测量技术。二、原理和方法 应变测量采用多点1/4桥公共补偿法。为减少误差,也为了验证胡克定律,采用等量增载法,加载五次。即Fi＝F0＋iΔF〔i＝1,2,……5,末级载荷F5不应使应力超出材料的比例极限。初载荷F0时将各电桥调平衡,每次加载后记录各点应变值。计算两纵向应变平均值和两横向应变平均值,按最小二乘法计算E和μ。〔1-1,μ=〔1-2图1-1三、试验步骤 1.打开应变仪电源,预热。 2.试验台换上拉伸夹具,将力传感器上下位置调整合适,安装试样。 3.接线 将力传感器的红、蓝、白、绿四线依次接在测力专用通道〔0通道的A、B、C和D端。按多点1/4桥公共补偿法对各测量片接线,即将试样上的应变片分别接在所选通道的A、B端。所选通道B、B’间的连接片均应连上。将补偿片接在补偿1〔或2的接线端子上。 4.设置参数根据接线的方式设置应变仪的参数,包括力传感器的校正系数,各通道的组桥方式、应变片的灵敏系数和阻值等。载荷限值设置为1600N。5.平衡各通道电桥 使试样处于完全不受载状态。按[]、[BAL]键,再依次按各通道〔包括0通道对应的数字键。仪器依次显示各通道的初始不平衡量,并将该值存贮在仪器。6.测量 按[MEAS]键,再缓慢加载,力显示屏数字从0开始不断增加。每增加300N,就暂停加载,依次按各〔应变通道对应的数字键,右屏上就依次显示各点应变值,记录之。共加载五级,然后卸载。重复5,6两步骤,共测量三次。数据以表格形式记录。