鄭州大學實驗力學實驗報告

1、實驗力學實驗報告（鄭州大學力學實驗中心編制）院 系：力學與工程科學學院專 業(yè)：年 級：班 級：姓 名：學 號：成 績：評閱老師：目 錄實驗1應變計粘貼實驗實驗2薄壁圓管拉彎扭組合變形下的內(nèi)力測定實驗3應變計靈敏系數(shù)、機械滯后測定實驗4應變計橫向效應系數(shù)測定實驗5動態(tài)應變信號采集實驗實驗6建筑力學模型動態(tài)應變測定實驗7光彈性實驗實驗1應變計粘貼實驗實驗目的：初步掌握常溫用電阻應變計的粘貼技術(shù)實驗設(shè)備：常溫用電阻應變計、板狀拉伸試件、502粘結(jié)劑（氰基丙烯酸酯粘結(jié)劑）、電烙鐵、焊錫、焊錫膏等、細砂紙、丙酮、藥棉等打磨清洗器材、防潮用硅膠、萬用表、100伏兆歐表(測絕緣電阻用)、其它輔助器材：直尺、

2、直角尺、劃線筆、塑料膠帶（滾壓應變計用）、接線端子、剝線鉗、鑷子、剪刀。小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理：絕大部分金屬絲在伸長或縮短時，其電阻值也會增大或減小，這種現(xiàn)象稱為電阻應變效應。設(shè)一段長度為L、初始電阻值為R的導體，在產(chǎn)生應變時引起的電阻變化為，這種規(guī)律可用下式表示： k為常數(shù)，稱為金屬絲靈敏系數(shù)。絲繞式應變計結(jié)構(gòu)如圖，它由敏感柵、粘結(jié)劑、基底、引線及覆蓋層等5部分組成?；撞牧隙酁榧埢?，并以硝化纖維素系粘結(jié)劑為制片膠。原始記錄：1.選片：確定應變計類型，檢查絲柵是否平行，有否霉點、銹點、用萬用表測量各應變片電阻值，選擇電阻值差在土05歐姆內(nèi)的10枚應變片供粘貼用。2.測點表面

3、的清潔處理：為使應變計與被測試件貼得牢,對測點表面要進行清潔處理。首先把測點表面用細砂紙沿45測點表面平整光潔。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑為止。然后用劃線筆在貼片位置處劃出應變計粘貼座標線。再次進行表面清洗。3.貼片：捏住應變片引出線，在應變計的底面涂上薄薄一層膠水，把應變計對準座標線放置在試件上（注意應變計軸線與所劃座標線對齊）。面蓋一層塑料膜作為隔層，用手指在應變計的長度方向滾壓，擠出片下汽泡和多余的膠水，手指保持不動約1分鐘后再放開，注意按住時不要使應變片移動。4.貼片質(zhì)量檢查：輕輕掀開薄膜檢查有無氣泡、翹曲、脫膠等現(xiàn)象，否則須重貼。注意粘結(jié)劑不要用得過多或過少，過多

4、則膠層太厚影響應變片性能，過少則粘結(jié)不牢不能準確傳遞應變。5.接線：焊接導線前，先用萬用電表檢查導線有否斷路。在應變計引出線一端距端頭約2mm處粘貼接線端子板，并將引出線和導線焊在接線端子上，盡量使焊點飽滿、整齊、美觀。并對焊接完成的導線進行編號。6.通路、絕緣檢查：用萬用表從導線編號一端檢查是否通路。用兆歐表檢查各應變計（一根導線）與試件間的絕緣電阻，應大于200兆歐為好，如導線不通或絕緣電阻達不到要求，則須進行檢查找出原因，直到滿足要求為止。7.防潮處理：用硅膠覆蓋應變計區(qū)域，作防潮層，再次檢查通路和絕緣。將測量導線用膠帶固定在試件上，防止導線或應變計扯斷，再次進行通路、絕緣檢查，然后將試

5、件收存好。數(shù)據(jù)處理：無數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析：紙基應變計能夠在常溫下正常使用。紙基絲繞式應變計使用溫度范圍是-50-60。這種應變計容易受潮，一般都需要采取防潮措施。實驗2薄壁圓管拉彎扭組合變形下的內(nèi)力測定實驗目的：測定薄壁圓管在彎扭組合變形作用下，分別有彎矩、軸力、剪力和扭矩所引起的應力實驗設(shè)備：彎扭組合實驗裝置、靜態(tài)數(shù)字電阻應變儀小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理： 1、裝置如圖所示2、測量和的電路如圖所示A BCD測全橋電路A B C 測半橋電路3、測量值與彎矩和軸力之間的關(guān)系原始記錄：1、裝置尺寸記錄E=210GPa =0.3 K=2.13 D=40mm t=1.8mm s=260mm

6、 l=230mm =302、實驗數(shù)據(jù)記錄F/N20406080100120140160180200375882103124135158180203211203652638410211714418821122405770859411613014615214263952647892114141152數(shù)據(jù)處理：1、彎矩理論值與實際值理論值：實際值：2、軸力理論值與實際值理論值：實際值：結(jié)果分析：由實驗數(shù)據(jù)得，在誤差允許的范圍內(nèi)，彎矩和軸力的測量結(jié)果與理論值是基本吻合的。實驗3應變計靈敏系數(shù)、機械滯后測定實驗目的：測量膠基應變計（BX120-5AA）的靈敏系數(shù)和機械滯后實驗設(shè)備：靈敏系數(shù)標定裝置、靜態(tài)

7、應變儀、百分表三點撓度計小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理：1、應變計類似于一段合金絲的性能，在較大范圍內(nèi)，應變計的電阻相對變化率R/R與其敏感柵軸向所產(chǎn)生的應變成正比，即：2、在梁的純彎段內(nèi)放置一個三點撓度儀，由梁受彎后撓度儀上的千分表讀數(shù)f 即可計算梁的真實軸向應變：3、實驗時一般選用精度較高、經(jīng)嚴格校準的電阻應變儀進行實驗，將梁上應變計作為工作應變計，和另一個補償應變計按半橋接入應變儀，并把儀器靈敏系數(shù)置于2.00，經(jīng)過預調(diào)平衡后，進行加載并讀取相應的應變讀數(shù)。4、有以上各步可求得應變計靈敏系數(shù)公式為：5、使梁產(chǎn)生的實際應變?yōu)?。?guī)定一批應變計的抽樣率為1%（最少不少于標定時要6片）

8、，取其平均值作為同一批應變計的靈敏系數(shù)。原始記錄：分十次加載，每次100個微應變，逐級加載，所得實驗數(shù)據(jù)如下表所示：f/mm0.10.20.30.40.50.60.70.80.91671782863925006067128199281033731812903955036087148209261033461562653714785856927999081013551622713764845886958019071013671752823874945987068109181022761822893925006037088139181022Mathcad所繪機械滯后如下圖所示：數(shù)據(jù)處理：由以上數(shù)據(jù)可

9、得：室溫下，機械滯后為9結(jié)果分析：1、梁僅受到彎矩作用，故三個膠基應變計讀書大致相等。2、三個膠基應變計因多次使用，機械滯后較小。3、實驗過程中發(fā)現(xiàn)三個紙基應變計讀數(shù)相差較大，大致分析為受潮所致。因此在以后紙基應變計使用過程中應注意防潮。實驗4應變計橫向效應系數(shù)測定實驗目的：測量應變計橫向效應系數(shù)實驗設(shè)備：等強度梁、應變儀小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理：應變計的橫向效應系數(shù)用來表征應變計橫向效應的大小，定義為用同一單向應變分別作用于同一應變計的柵寬與柵長方向，前者與后者所得電阻變化率之比稱為應變計的橫向效應系數(shù)，用表示，即實驗采用四分之一橋路測量，兩個應變計分布如圖（b）所示。代入得

10、出 原始記錄：1、實驗儀器如圖2、實驗分四次加載，每次加載數(shù)據(jù)如下圖所示加載次數(shù)12345611416922416345169數(shù)據(jù)處理：代入公式計算，取。 結(jié)果分析：1、通過實驗結(jié)果可以看出，橫向效應系數(shù)隨載荷的增加而增大，但與荷載的增量相比較屬于微小量，可以認為橫向效應系數(shù)不變。2、本實驗采用溫度補償塊，應變儀自動消去溫度效應的影響，故應變儀讀數(shù)即為所測應變。3、此型號應變計橫向效應系數(shù)較大，使用時應計算橫向應變所帶來的影響實驗5動態(tài)應變信號采集實驗實驗目的：了解動態(tài)信號數(shù)據(jù)系統(tǒng)；熟悉Vibsys軟件操作與信號標定、轉(zhuǎn)換等方法。實驗設(shè)備：等強度梁動應變測量裝置、動態(tài)應變儀（BZ2202Z）、

11、數(shù)據(jù)采集儀、筆記本電腦、Vibsys軟件小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理：1. 實驗采用等強度梁，交變荷載由一端裝有偏心質(zhì)量的可調(diào)速的微型直流電機提供。2. 實驗測量的是梁截面某處豎向交變干擾力量引起的最大彎曲應力。3. Vibsys軟件的基本設(shè)計用步驟： （1）連接儀器系統(tǒng)； （2）接通電源，打開計算機，啟動程序； （3）示波，調(diào)節(jié)粗調(diào)與微調(diào)，將電壓信號置于零位。 （4）將旋鈕依次置于正校與負校位，給予1000的微應變，分別記錄電壓值。 （5）依據(jù)電壓值計算出標定大小，并建立標定文件。 （6）設(shè)置采樣頻率為1000，采樣時間為10s，給予直流電機某轉(zhuǎn)速，開始采樣。 （7）轉(zhuǎn)換標定數(shù)據(jù)

12、，保存文件，繪制電壓與應變的時域圖。 （8）把時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，進行傅里葉變換，繪出頻域圖。原始記錄：標定系數(shù)數(shù)據(jù)如下應變電壓1.04mV0.96mV數(shù)據(jù)處理：1、計算標定系數(shù)：2、電壓時域圖：3、應變時域圖：4、電壓頻域圖：5、應變頻域圖：結(jié)果分析：1、 標定系數(shù)在實際測試中應取多組數(shù)據(jù)來計算，對正校和負校時得到的多組數(shù)據(jù)用最小二乘法進行直線擬合，斜率即為標定系數(shù)。2、 對于不同特性的實驗，應選取不同的采樣頻率和采樣時長。實驗6建筑力學模型動態(tài)應變測定實驗目的：掌握結(jié)構(gòu)動態(tài)應變的測量方法，并模擬實際樓房在基座激勵（如地震）下其彈性元件的動態(tài)應變分布情況，與靜態(tài)應變比較后，便于加深對結(jié)構(gòu)

13、靜、動態(tài)特性的全面理解。實驗設(shè)備：建筑力學模型、動態(tài)應變儀、計算機小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理：對建筑模型加載不同頻率的震動，通過應變計反饋信號來判定該模型的各階固有頻率。原始記錄：1、在樓房模型各層彈性元件的根部和中部粘貼電阻應變片，溫度補償片粘貼在底座上的專用試件上，各應變片與電阻應變儀電橋盒采用全橋連接。 2、將非接觸式電磁激振器用其調(diào)整機構(gòu)調(diào)節(jié)到距樓房模型第1層3mm處，力傳感器和電渦流位移傳感器用其調(diào)整機構(gòu)調(diào)離開樓房模型。 3、開啟調(diào)理器電源，應變儀選擇合適增益,檢波方式設(shè)在DC檔，橋路設(shè)置為4，并調(diào)平衡，然后將檢波方式設(shè)在有效值檔（RMS）。 4、調(diào)節(jié)掃頻激振信號發(fā)生器

14、相應按鈕到手動，調(diào)節(jié)輸出頻率到樓房模型的第一階固有頻率處，輸出電流到600mA，記錄應變儀各通道讀數(shù)。 5、分別調(diào)節(jié)掃頻激振信號發(fā)生器輸出頻率到樓房模型的第2、3階固有頻率處，輸出電流會自動保持在600mA，并記錄應變儀各通道讀數(shù)。 6、整理數(shù)據(jù)，可得出了樓房模型彈性元件在樓房模型出現(xiàn)第1、第2、第3階共振時，其各層根部、中部動態(tài)應變的大小。數(shù)據(jù)處理：通過對信號幅度的觀察，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在、處信號幅度較大，如下圖所示：1、時信號時域圖2、時信號時域圖3、時信號時域圖結(jié)果分析：該建筑模型一階固有頻率在8.1hz左右，二階在24.7hz左右，三階在35.1hz左右。實驗7光彈性實驗實驗目的：1、 測量材

15、料的應力條紋值，繪出等差線2、 繪出圓盤等傾線3、測定偏心拉試樣邊界應力實驗設(shè)備：光彈儀、環(huán)氧樹脂模型小組名單：實驗日期： 年 月 日實驗原理：1、折射和暫時雙折射：晶體的雙折射性質(zhì)是晶體的固有特性，這種雙折射叫永久雙折射；有些光學各向同性透明材料，如環(huán)氧樹脂、玻璃等是不具有雙折射性質(zhì)的，但是當他們受荷載作用時，也會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，而當荷載卸除后，雙折射現(xiàn)象又隨即消失，這種雙折射叫暫時雙折射。2、光彈儀3、偏振光場的布置與調(diào)整（1）平面偏振場：（2）圓偏振場：4、等傾線與等差線 等傾線：由主應力方向相同的點構(gòu)成的線。 等差線：由主應力差相同的點構(gòu)成的線，類似于等高線。5、應力光性定律 ；其中為應力條紋值。6、塔爾迪補償法正向旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使測點O附近的n級等差線移到該點，若此時檢偏鏡轉(zhuǎn)角為，則測點O處的非整數(shù)級條紋級次為；若反向旋轉(zhuǎn)檢偏鏡，使n+1級等差線移至O點，設(shè)檢偏鏡轉(zhuǎn)角為，則該點處的非整數(shù)等差線級次為原始記錄：1、