材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書（土 木 工 程）銅 陵 學(xué) 院 土 木 建 筑 系 實 驗 中 心王明芳 編2012-2-22力學(xué)實驗規(guī)則及要求一、 作好實驗前的準(zhǔn)備工作（1）按各次實驗的預(yù)習(xí)要求，認真閱讀實驗指導(dǎo)復(fù)習(xí)有關(guān)理論知識，明確實驗?zāi)康?，掌握實驗原理，了解實驗的步驟和方法。（2）對實驗中所使用的儀器、實驗裝置等應(yīng)了解其工作原理，以及操作注意事項。（3）必須清楚地知道本次實驗須記錄的數(shù)據(jù)項目及其數(shù)據(jù)處理的方法。二、 嚴(yán)格遵守實驗室的規(guī)章制度（1）課程規(guī)定的時間準(zhǔn)時進入實驗室。保持實驗室整潔、安靜。（2）未經(jīng)許可，不得隨意動用實驗室內(nèi)的機器、儀器等一切設(shè)備。（3）作實驗時，應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作機器、儀

2、器，如發(fā)生故障，應(yīng)及時報告，不得擅自處理。（4）實驗結(jié)束后，應(yīng)將所用機器、儀器擦拭干凈，并恢復(fù)到正常狀態(tài)。三、 認真做好實驗（1）接受教師對預(yù)習(xí)情況的抽查、質(zhì)疑，仔細聽教師對實驗內(nèi)容的講解。（2）實驗時，要嚴(yán)肅認真、相互配合，仔細地按實驗步驟、方法逐步進行。（3）實驗過程中，要密切注意觀察實驗現(xiàn)象，記錄好全部所需數(shù)據(jù)，并交指導(dǎo)老師審閱。四、 實驗報告的一般要求實驗報告是對所完成的實驗結(jié)果整理成書面形式的綜合資料。通過實驗報告的書寫，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確有效地用文字來表達實驗結(jié)果。因此，要求學(xué)習(xí)者在自己動手完成實驗的基礎(chǔ)上，用自己的語言扼要地敘述實驗?zāi)康?、原理、步驟和方法，所使用的設(shè)備儀器的名稱與型號

3、、數(shù)據(jù)計算、實驗結(jié)果、問題討論等內(nèi)容，獨立地寫出實驗報告，并做到字跡端正、繪圖清晰、表格簡明。目 錄實驗一 純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律實驗. 4實驗二 材料彈性模量E、泊松比µ 的測定.7實驗三 偏心拉伸實驗.12實驗四 等強度梁實驗.16實驗五 懸臂梁實驗.18實驗六 壓桿穩(wěn)定實驗.21實驗七 純扭轉(zhuǎn)實驗.25實驗八 電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)測定實驗實驗2830實驗一 純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律實驗一、實驗?zāi)康?、測定梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力大小和分布規(guī)律2、驗證純彎曲梁的正應(yīng)力計算公式二、實驗儀器設(shè)備和工具1、組合實驗臺中純彎曲梁實驗裝置2、XL2118系列力應(yīng)變綜合參數(shù)

4、測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理及方法在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維間無擠壓的假設(shè)，可得到梁橫截面上任一點的正應(yīng)力，計算公式為 式中M為彎矩，Iz為橫截面對中性軸的慣性矩；y為所求應(yīng)力點至中性軸的距離。為了測量梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側(cè)面不同高度，平行于軸線貼有應(yīng)變片（如圖3-1）。2#3#1#5#4#aaLhb P/2 P/2圖 3-1 應(yīng)變片在梁中的位置實驗可采用半橋單臂、公共補償、多點測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載荷P，測出各點的應(yīng)變增量，然后分別取各點應(yīng)變增量的平均值實i，依次求出各點的應(yīng)變增量 將實測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值進行比較

5、，以驗證彎曲正應(yīng)力公式。四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量矩形截面梁的寬度b和高度h、載荷作用點到梁支點距離a及各應(yīng)變片到中性層的距離yi。見附表13、擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0 =10Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax4000N），分46級加載。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。5、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值i，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。見附表2 作完實驗后，

6、卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）應(yīng)變片至中性層距離（mm）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)Y120寬 度 b = 20 mmY210高 度 h = 40 mmY30跨 度 L = 440 mmY410載荷距離 a = 120 mmY520彈性模量 E = 206 GPa 泊 松 比 = 0.26慣性矩Iz=bh3/12=1.067×10-7m4 附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷NP50010001500200025003000P500500500500500 各 測點電阻應(yīng)變儀讀數(shù)µ1PP平均值2P

7、P平均值3PP平均值4PP平均值5PP平均值五、實驗結(jié)果處理根據(jù)測得的各點應(yīng)變值i求出應(yīng)變增量平均值，代入胡克定律計算各點的實驗應(yīng)力值，因1µ=10-6，所以各點實驗應(yīng)力計算： 2、理論值計算載荷增量 P= N彎距增量 M=P·a/2= N·m各點理論值計算：3、繪出實驗應(yīng)力值和理論應(yīng)力值的分布圖分別以橫坐標(biāo)軸表示各測點的應(yīng)力i實和i理，以縱坐標(biāo)軸表示各測點距梁中性層位置yi，選用合適的比例繪出應(yīng)力分布圖。4、實驗值與理論值的比較測 點理論值i理 （MPa）實際值i實 （MPa）相對誤差12345實驗二 材料彈性模量E和泊松比µ的測定一、實驗?zāi)康?、測定

8、常用金屬材料的彈性模量E和泊松比µ。2、驗證胡克（Hooke）定律。二、實驗儀器設(shè)備和工具1、組合實驗臺中拉伸裝置2、XL2118系列力應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法試件采用矩形截面試件，電阻應(yīng)變片布片方式如圖33。在試件中央截面上，沿前后兩面的軸線方向分別對稱的貼一對軸向應(yīng)變片R1、R1和一對橫向應(yīng)變片R2、R2，以測量軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變。P P R1 R1 R1 R R R2 R2 R2 b h 補償塊P P 圖 33 拉伸試件及布片圖1、 彈性模量E的測定由于實驗裝置和安裝初始狀態(tài)的不穩(wěn)定性，拉伸曲線的初始階段往往是非線性的。為了盡可能減小測量誤差，實

9、驗宜從一初載荷P0（P00）開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量P作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變增量，并求出的平均值。設(shè)試件初始橫截面面積為A0，又因，則有 上式即為增量法測E的計算公式。式中 A0 試件截面面積 軸向應(yīng)變增量的平均值用上述板試件測E時，合理地選擇組橋方式可有效地提高測試靈敏度和實驗效率。下面討論幾種常見的組橋方式。a) 單臂測量（圖34a） B R1 R 工作片 Uab AC 補償片 R3 R4 機內(nèi)電阻 DE(a)BB R1 R R1 R2 R1 R R1 R2UabUab ACAC R3 R4 R3 R4 D DEE(b) (c)BB R1 R R1 R2UabUab

10、 AC A C R R1 R2 R1 D DEE (d) (e) 圖34 幾種不同的組橋方式實驗時，在一定載荷條件下，分別對前、后兩枚軸向應(yīng)變片進行單片測量，并取其平均值。顯然代表載荷作用下試件的實際應(yīng)變量。而且消除了偏心彎曲引起的測量誤差。（2）軸向應(yīng)變片串連后的單臂測量（圖34b）為消除偏心彎曲引起的影響，可將前后兩軸向應(yīng)變片串聯(lián)后接在同一橋臂（AB）上，而鄰臂（BC）接相同阻值的補償片。受拉時兩枚軸向應(yīng)變片的電阻變化分別為RM為偏心彎曲引起的電阻變化，拉、壓兩側(cè)大小相等方向相反。根據(jù)橋路原理，AB橋臂有 因此軸向應(yīng)變片串聯(lián)后，偏心彎曲的影響自動消除，而應(yīng)變儀的讀數(shù)就等于試件的應(yīng)變即p =

11、d，很顯然這種測量方法沒有提高測量靈敏度。（3）串聯(lián)后的半橋測量（圖34c）將兩軸向應(yīng)變片串聯(lián)后接AB橋臂；兩橫向應(yīng)變片串聯(lián)后接BC橋臂，偏心彎曲的影響可自動消除，而溫度影響也可自動補償。根據(jù)橋路原理 其中；，p代表軸向應(yīng)變，為材料的泊松比。由于3、4 為零，故電阻應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)為 有 如果材料的泊松比已知，這種組橋方式使測量靈敏度提高（1）倍。（4）相對橋臂測量（圖34d）將兩軸向應(yīng)變片分別接在電橋的相對兩臂（AB、CD），兩溫度補償片接在相對橋臂（BC、DA），偏心彎曲的影響可自動消除。根據(jù)橋路原理 測量靈敏度提高2倍。（5）全橋測量按圖34（e）的方式組橋進行全橋測量，不僅消除偏心和溫度

12、的影響，而且測量靈敏度比單臂測量時提高2（1）倍，即： 2、 泊松比的測定利用試件上的橫向應(yīng)變片和縱向應(yīng)變片合理組橋，為了盡可能減小測量誤差，實驗宜從一初載荷P0（P00）開始，采用增量法，分級加載，分別測量在各相同載荷增量P作用下，橫向應(yīng)變增量和縱向應(yīng)變增量。求出平均值，按定義 便可求得泊松比。四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量試件尺寸。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，測量試件三個橫截面尺寸，取三處橫截面面積的平均值作為試件的橫截面面積A0。見附表1(3、 擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0 =10% Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax5000N），分

13、46級加載。4、 根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。5、按實驗要求接好線（為提高測試精度建議采用圖35d所示相對橋臂測量方法，縱向應(yīng)變d2p，橫向應(yīng)變d2p），調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。6、加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。見附表2，相對橋臂測量數(shù)據(jù)表格，其他組橋方式實驗表格可根據(jù)實際情況自行設(shè)計。7、作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）試件厚度

14、h（mm）寬度b（mm）橫截面面積A0=bh（mm2）截面4.830截面4.830截面4.830平均4.830彈性模量 E = 206 GPa泊松比 = 0.26附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷（N）P10002000300040005000P1000100010001000軸向應(yīng)變讀數(shù) ddpd平均值p橫向應(yīng)變讀數(shù)ddd平均值p五、實驗結(jié)果處理1、彈性模量計算 2、 泊松比計算 實驗三 偏心拉伸實驗一、實驗?zāi)康?、測定偏心拉伸時最大正應(yīng)力，驗證迭加原理的正確性。2、分別測定偏心拉伸時由拉力和彎矩所產(chǎn)生的應(yīng)力。3、測定偏心距。4、測定彈性模量E。二、實驗儀器設(shè)備與工具1、組合實驗臺拉伸部件2、XL21

15、18系列力應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法偏心拉伸試件，在外載荷作用下，其軸力N=P，彎矩M=P·e，其中e為偏心距。根據(jù)迭加原理，得橫截面上的應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)，其理論計算公式為拉伸應(yīng)力和彎矩正應(yīng)力的代數(shù)和。即 偏心拉伸試件及應(yīng)變片的布置方法如圖35，R1和R2分別為試件兩側(cè)上的兩個對稱點。則 式中：P軸力引起的拉伸應(yīng)變 M彎矩引起的應(yīng)變根據(jù)橋路原理，采用不同的組橋方式，即可分別測出與軸向力及彎矩有關(guān)的應(yīng)變值。從而進一步求得彈性模量E、偏心距e、最大正應(yīng)力和分別由軸力、彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力?？芍苯硬捎冒霕騿伪鄯绞綔y出R1和R2受力產(chǎn)生的應(yīng)變值1和2，通過上述兩式算

16、出軸力引起的拉伸應(yīng)變P和彎矩引起的應(yīng)變M；也可采用鄰臂橋路接法可直接測出彎矩引起的應(yīng)變M，（采用此接橋方式不需溫度補償片，接線如圖36（a）；采用對臂橋路接法可直接測出軸向力引起的應(yīng)變P，（采用此接橋方式需加溫度補償片，接線如圖36（b）。PPe R R補償塊 R2R1bh P P圖35 偏心拉伸試件及布片圖 BB R1 R2 R1RUabUab ACAC R3 R4 R R2 D DEE （a） （b） 圖36 接線圖四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量試件尺寸。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，測量試件三個橫截面尺寸，取三處橫截面面積的平均值作為試件的橫截面面積A0。附表13、擬訂加載

17、方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0 =10% Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax4000N），分46級加載。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。5、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。6、加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄應(yīng)變值P和M，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。附表2，半橋單臂測量數(shù)據(jù)表格,其他組橋方式實驗表格可根據(jù)實際情況自行設(shè)計。作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。附表1 （試件相關(guān)參

18、考數(shù)據(jù)）試件厚度h（mm）寬度b（mm）橫截面面積A0=bh（mm2）截面4.830截面4.830截面4.830平均4.830彈性模量 E =206 GPa泊松比 = 0.26 偏心距 e= 10 mm附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷（N）P1000200030004000P100010001000應(yīng) 變 儀 讀 數(shù) 11平均值22平均值五、實驗結(jié)果處理1、求彈性模量E 2、求偏心距e 3、 應(yīng)力計算理論值 實驗值實驗四 等強度梁實驗一、實驗?zāi)康?、測定等強度梁彎曲正應(yīng)力。2、練習(xí)多點應(yīng)變測量方法，熟悉掌握應(yīng)變儀的使用。二、實驗儀器設(shè)備與工具1、材料力學(xué)組合實驗臺中等強度梁實驗裝置與部件2、XL211

19、8系列力應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺4、砝碼（2N/個）三、實驗原理與方法等強度梁為懸臂梁式如圖3-9。當(dāng)?shù)葟姸攘荷霞右粋€載荷時，距加載點x距離的斷面上彎距為： bxxBb 1(2) 3(4) 5 l L圖3-9相應(yīng)斷面上的最大應(yīng)力為：式中：W抗彎斷面模量，斷面為矩形，bx為寬度，h為厚度，則： 因而， 所謂等強度，即指各個斷面在力的作用下應(yīng)力相等，即值不變。顯然，當(dāng)梁的厚度h不變時，梁的寬度必須隨著x的變化而變化。四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量等強度梁的有關(guān)尺寸，確定試件有關(guān)參數(shù)。見附表13、擬訂加載方案。估算最大載荷Pmax(該實驗載荷范圍8N)，分4級

20、加載（每級2N)）。4、實驗采用多點測量中半橋單臂公共補償接線法。將等強度梁上選取的測點應(yīng)變片按序號接到電阻應(yīng)變儀測試通道上，溫度補償片接電阻應(yīng)變儀公共補償端。5、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。6、實驗加載。加載前。記下各點應(yīng)變片初讀數(shù)，然后逐級加載，每增加一級載荷，依次記錄各點應(yīng)變儀的i，直至終載荷。實驗至少重復(fù)三次。見附表27、作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉儀器電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)距載荷點x處梁的寬度bx = mm梁的厚度h = 3.5 mm載

21、荷作用點到測試點距離x = mm彈性模量E = 206 GPa泊松比= 0.26附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷（N）P2468 P222 應(yīng)變儀讀數(shù)R111 平均值R222平均值R333平均值R444平均值五、實驗結(jié)果處理1、理論計算 2、實驗值計算3、理論值與實驗值比較 實驗五 懸臂梁實驗一、實驗?zāi)康臏y定懸臂梁上下表面的應(yīng)力，驗證梁的彎曲理論。二、實驗儀器設(shè)備與工具1、材料力學(xué)組合實驗臺中懸臂梁實驗裝置與部件2、XL2118系列力應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理與方法將試件固定在實驗臺架上，梁在純彎曲時，同一截面上表面產(chǎn)生壓應(yīng)變，下表面產(chǎn)生拉應(yīng)變，上下表面產(chǎn)生的拉壓應(yīng)變絕對值相等

22、。此時，可得到不同橫截面的正應(yīng)力，計算公式式中： M 彎矩 M=P·L （L載荷作用點到測試點的距離） W 抗彎截面矩量 在梁的上下表面分別粘貼上應(yīng)變片R1，R2；如圖3-12所示，當(dāng)對梁施加載荷P時，梁產(chǎn)生彎曲變形，在梁內(nèi)引起應(yīng)力。LR1 h R2bP 圖3-12 懸臂梁受力簡圖及應(yīng)變片粘貼方位四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量懸臂梁的有關(guān)尺寸，確定試件有關(guān)參數(shù)。見附表13、擬訂加載方案。選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0，估算最大載荷Pmax(該實驗載荷范圍8N)，4 級加載。4、實驗采用多點測量中半橋單臂公共補償接線法。將懸臂梁上兩點應(yīng)變片按序號接到電阻應(yīng)變儀測試通道上

23、，溫度補償片接電阻應(yīng)變儀公共補償端。5、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。6、實驗加載。用均勻慢速加載至初載荷P0。記下各點應(yīng)變片初讀數(shù)，然后逐級加載，每增加一級載荷，依次記錄各點應(yīng)變儀的i，直至終載荷。實驗至少重復(fù)三次。見附表27、作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)梁的寬度b =35mm梁的厚度h = 3.5mm載荷作用點到測試點距離L = mm彈性模量E = 206 GPa泊松比= 0.26 附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷（N）P2468

24、 P222 應(yīng)變儀讀數(shù)R111 平均值R222平均值五、實驗結(jié)果處理1、理論計算 2、 實驗值計算3、 理論值與實驗值比較 實驗六 壓桿穩(wěn)定實驗一、實驗?zāi)康?、用電測法測定兩端鉸支壓桿的臨界載荷Pcr，并與理論值進行比較，驗證歐拉公式。觀察兩端鉸支壓桿喪失穩(wěn)定的現(xiàn)象。二、實驗儀器設(shè)備與工具1、材料力學(xué)組合實驗臺中壓桿穩(wěn)定實驗部件2、XL2118系列力應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法對于兩端鉸支，中心受壓的細長桿其臨界力可按歐拉公式計算 式中 Imin杠桿橫截面的最小慣性矩； L 壓桿的計算長度。 （a） （b）圖3-14 彎曲狀態(tài)的壓桿和P-曲線 圖314（b）中AB水

25、平線與P軸相交的P值，即為依據(jù)歐拉公式計算所得的臨界力Pcr的值。在A點之前，當(dāng)P<Pcr時壓桿始終保持直線形式，處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。在A點，PPcr時，標(biāo)志著壓桿喪失穩(wěn)定平衡的開始，壓桿可在微彎的狀態(tài)下維持平衡。在A點之后，當(dāng)P>Pcr時壓桿將喪失穩(wěn)定而發(fā)生彎曲變形。因此，Pcr是壓桿由穩(wěn)定平衡過渡到不穩(wěn)定平衡的臨界力。實際實驗中的壓桿，由于不可避免地存在初曲率，材料不均勻和載荷偏心等因素影響，由于這些影響，在P遠小于Pcr時，壓桿也會發(fā)生微小的彎曲變形，只是當(dāng)P接近Pcr時彎曲變形會突然增大，而喪失穩(wěn)定。實驗測定Pcr時，采用可采用本材料力學(xué)多功能實驗裝置中壓桿穩(wěn)定實驗部件，該裝

26、置上、下支座為V型槽口，將帶有圓弧尖端的壓桿裝入支座中，在外力的作用下，通過能上下活動的上支座對壓桿施加載荷，壓桿變形時，兩端能自由地繞V型槽口轉(zhuǎn)動，即相當(dāng)于兩端鉸支的情況。利用電測法在壓桿中央兩側(cè)各貼一枚應(yīng)變片R1和R2，如圖3-14（a）所示。假設(shè)壓桿受力后如圖標(biāo)向右彎曲情況下，以1和2分別表示應(yīng)變片R1和R2左右兩點的應(yīng)變值，此時，1是由軸向壓應(yīng)變與彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)變之代數(shù)和，2則是由軸向壓應(yīng)變與彎曲產(chǎn)生的壓應(yīng)變之代數(shù)和。當(dāng)P<<Pcr時，壓桿幾乎不發(fā)生彎曲變形，1和2均為軸向壓縮引起的壓應(yīng)變，兩者相等，當(dāng)載荷P增大時，彎曲應(yīng)變1則逐漸增大，1和2的差值也愈來愈大；當(dāng)載荷P接近

27、臨界力Pcr時，二者相差更大，而1變成為拉應(yīng)變。故無論是1還是2，當(dāng)載荷P接近臨界力Pcr時，均急劇增加。如用橫坐標(biāo)代表載荷P，縱坐標(biāo)代表壓應(yīng)變-，則壓桿的P-關(guān)系曲線如圖3-14（b）所示。從圖中可以看出，當(dāng)P接近Pcr時，P-1和P-2曲線都接近同一水平漸進線AB，A點對應(yīng)的橫坐標(biāo)大小即為實驗臨界壓力值。四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量試件尺寸。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，測量試件三個橫截面尺寸，取三處橫截面的寬度b和厚度h，取其平均值用于計算橫截面的最小慣性距Imin，見附表13、擬訂加載方案。加載前用歐拉公式求出壓桿臨界壓力Pcr的理論值，在預(yù)估臨界力值的80%以內(nèi)，可采

28、取大等級加載，進行載荷控制。例如可以分成45級，載荷每增加一個P，記錄相應(yīng)的應(yīng)變值一次，超過此范圍后，當(dāng)接近失穩(wěn)時，變形量快速增加，此時載荷量應(yīng)取小些，或者改為變形量控制加載，即變形每增加一定數(shù)量讀取相應(yīng)的載荷，直到P的變化很小，出現(xiàn)四組相同的載荷或漸進線的趨勢已經(jīng)明顯為止（此時可認為此載荷值為所需的臨界載荷值）。4、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。5、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。6、加載分成二個階段，在達到理論臨界載荷Pcr的80之前，由載荷控制，均勻緩慢加載，每增加一級載荷，記錄兩點應(yīng)變值1和2；超過理論臨界載荷Pcr的80之后，由變形控制，每增加

29、一定的應(yīng)變量讀取相應(yīng)的載荷值。當(dāng)試件的彎曲變形明顯時即可停止加載。卸掉載荷。實驗至少重復(fù)兩次。見附表27、作完實驗后，逐級卸掉載荷，仔細觀察試件的變化，直到試件回彈至初始狀態(tài)。關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。附表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）試件參數(shù)及有關(guān)資料截面截面截面平均值厚度h（mm）1.91.91.91.9寬度b（mm）20202020長度L（mm）318最小慣性矩Iminbh3/12彈性模量E =206GPa附表2 （實驗數(shù)據(jù)）載荷P/N應(yīng)變儀讀數(shù)/五、實驗結(jié)果處理1、用方格紙繪出Pj-1和Pj-2曲線，以確定實測臨界力Pcr實P

30、j - O2、 理論臨界力Pcr理計算試件最小慣性矩 Imin=bh3/12= m4試件長度 L= m理論臨界力 1、 實驗值與理論值比較實驗值Pcr實理論值Pcr理誤差百分率 （%）|Pcr理-Pcr實|/ Pcr理實驗七 純扭轉(zhuǎn)實驗一、實驗?zāi)康?、純扭轉(zhuǎn)變形時剪應(yīng)力測定。2、進一步掌握電測法。二、實驗儀器設(shè)備和工具1、組合實驗臺中純扭轉(zhuǎn)實驗裝置2、XL2118系列力應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗原理和方法薄壁圓筒受純扭轉(zhuǎn)作用時，使圓筒發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，圓筒的m點處于平面應(yīng)力狀態(tài)如圖320所示。在m點單元體上作用有由扭矩引起的剪應(yīng)力n，剪應(yīng)力n可按下式計算 式中 Mn 扭矩，Mn

31、 = P·a WT 抗扭截面模量，對空心圓筒： 本實驗裝置采用的是450直角應(yīng)變花，在m、m點各貼一組應(yīng)變花如圖321所示），應(yīng)變花上三個應(yīng)變片的角分別為-450、00、450， L m n A B m m n a P 圖3-20圓筒m點應(yīng)力狀態(tài)y45ºc(a)0º b(b)-45º a(c)xmm 圖3-21測點應(yīng)變花布置當(dāng)薄壁圓筒受純扭轉(zhuǎn)時，m和m兩點45°方向和-45°方向的應(yīng)變片都是沿主應(yīng)力方向。接成半橋,扭轉(zhuǎn)時主應(yīng)力和剪應(yīng)力相等。則可得到截面m-m的扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)變 ,則 ，所以有 四、實驗步驟1、設(shè)計好本實驗所需的各類數(shù)

32、據(jù)表格。2、測量試件尺寸、加力臂的長度和測點距力臂的距離，確定試件有關(guān)參數(shù)。附表13、調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。 4、剪應(yīng)力測定：將m和m兩點的a、c或a、c兩只應(yīng)變片按半橋方式組成測量線路進行測量。附表25、擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0 =10Pmax左右），估算Pmax（該實驗載荷范圍Pmax700N），分46級加載。6、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實驗加載裝置。7、加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一級載荷，記錄應(yīng)變值，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。 8、作完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實驗現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實驗資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。9、實驗裝置中，圓筒的管壁很薄，為避免損壞裝置，注意切勿超載，不能用力扳動圓筒的自由端和力臂。表1 （試件相關(guān)參考數(shù)據(jù)）圓筒的尺寸和有關(guān)參數(shù)計算長度 L = 240 mm彈性模量 E = 206 GPa外 徑 D = 40 mm泊 松 比 = 0.26內(nèi) 徑 d = 31.8 mm扇臂長度 a = 240 mm附表2 m-m截面剪應(yīng)變載荷（N）PP應(yīng)變儀讀數(shù)µ剪應(yīng)