4個在用力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、''''實驗一金屬材料拉伸、壓縮實驗實驗簡介：金屬材料常溫、靜載下的軸向拉伸與壓縮試驗是材料力學(xué)實驗中最基本且應(yīng)用廣泛的實驗。 通過實驗，可以全面測定材料的力學(xué)性能指標(biāo)。這些指標(biāo)對材料力學(xué)的分析計算及工程設(shè)計有極其重要的 作用。本次試驗將參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T228-2002金屬材料室溫 拉伸試驗方法選用低碳鋼和鑄鐵作為塑 性材料和脆性材料的代表，分別進行拉伸和壓縮試驗。預(yù)習(xí)要求：學(xué)生在上實驗課之前，必須復(fù)習(xí)課堂上講過的有關(guān)材料在拉伸、壓縮時力學(xué)性能的內(nèi)容。根據(jù) 上述試驗?zāi)康模瑢懗龃_定各個力學(xué)性能參數(shù)的計算公式，明確在試驗前應(yīng)測量哪些初始數(shù)據(jù)，在試驗過程 中需要

2、記錄哪些數(shù)據(jù)，合理列出本次試驗所需的數(shù)據(jù)記錄與表格，畫在實驗記錄紙上。試驗前交指導(dǎo)教師 檢查。一.實驗?zāi)康模? 測定低碳鋼下列力學(xué)性能指標(biāo)：拉伸時的屈服極限s、強度極限 b、延伸率B、截面收縮率廠；壓縮時的屈服極限s。2 測定鑄鐵下列力學(xué)性能指標(biāo)：拉伸時的強度極限bt ；壓縮時的強度極限bc。3 觀察上述兩種材料在拉伸和壓縮的全過程中所出現(xiàn)的各種變形現(xiàn)象。4 .比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）的力學(xué)性能特點與試件的斷口情況，分析各自的破 壞原因。二.實驗設(shè)備儀器：1電子萬能材料試驗機。2 畫線機、力傳感器、位移傳感器和游標(biāo)卡尺等。3 .符合國標(biāo)規(guī)定的圓形截面拉伸和壓縮試件。三實驗原理

3、：進行拉伸試驗時，外力必須通過試樣軸線，以確保材料處于單向應(yīng)力狀態(tài)。一般試驗機都設(shè)有自動繪圖裝置，用以記錄試樣的拉伸圖即 P- L曲線，形象地體現(xiàn)了材料變形特點以及各階段受力和變形的關(guān)系。 但是P- L曲線的定量關(guān)系不僅取決于材質(zhì)而且受試樣幾何尺寸的影響。因此，拉伸圖往往用名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線（即b - &曲線）來表示：P_A試樣的名義應(yīng)力_LLo試樣的名義應(yīng)變A0和L0分別代表初始條件下的面積和標(biāo)距。b - £曲線與P- L曲線相似，但消除了幾何尺寸的影響。 因此，能代表材料的屬性。單向拉伸條件下的一些材料的機械性能指標(biāo)就是在b- £曲線上定義的。如果試驗?zāi)芴峁┮粭l

4、精確的拉伸圖，那么單向拉伸條件下的主要力學(xué)性能指標(biāo)就可精確地測定。不同性質(zhì)的材料拉伸過程也不同，其b- £曲線會存在很大差異。低碳鋼和鑄鐵是性質(zhì)截然不同的兩種典型材料，它們的拉伸曲線在工程材料中十分典型，掌握它們的拉伸過程和破壞特點有助于正確、合理 地認(rèn)識和選用材料。低碳鋼具有良好的塑性，由b - £曲線（如圖）可以看出，低碳鋼斷裂前明顯地分成四個階段：彈性階段（oa）試件的變形是彈性的。在這個范圍內(nèi)卸載，試樣仍恢復(fù)原 來的尺寸，沒有任何殘余變形。習(xí)慣上 認(rèn)為材料在彈性范圍內(nèi)服從虎克定律， 其應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)檎汝P(guān)系，即E（其中，比例系數(shù) E代表直線的斜率， 稱作材料的彈性模量

5、）。屈服階段（be） ： b - &曲線上出現(xiàn)明 顯的屈服點。這表明材料暫時喪失抵抗 繼續(xù)變形的能力。這時，應(yīng)力基本上不 變化，而變形快速增長。通常把下屈服FS點作為材料屈服極限b s （ S S）ob s是材料開始進入塑性的標(biāo)志。結(jié)構(gòu)、零件的應(yīng)力一旦超過bs，材料就會屈服，零件就會因為過量變形而失效。因此強度設(shè)計時常以屈服極限b s作為確定許可應(yīng)力的基礎(chǔ)。從屈服階段開始，材料的變形包含彈 性和塑性兩部分。如果試樣表面光滑，材料雜質(zhì)含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移線。強化階段（ee）:屈服階段結(jié)束后，b - &曲線又開始上升，材料恢復(fù)了對繼續(xù)變形的抵抗能力

6、，載荷 就必須不斷增長。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消失，而塑性變形將永遠保留下來。強化階段的 卸載路徑與彈性階段平行。卸載后若重新加載，加載線仍與彈性階段平行，但重新加載后，材料的彈性階 段加長、屈服強度明顯提高，而塑性卻相應(yīng)下降。這種現(xiàn)象稱作為形變強化或冷作硬化。冷作硬化是金屬 材料極為寶貴的性質(zhì)之一。塑性變形和形變強化二者聯(lián)合，是強化金屬材料的重要手段。例如噴丸，擠壓,冷撥等工藝，就是利用材料的冷作硬化來提高材料強度的。強化階段的塑性變形是沿軸向均勻分布的。隨 塑性變形的增長， 試樣表面的滑移線亦愈趨明顯。e點是b - &曲線的最高點，定義為材料的強度極限又稱Fb作材料的抗

7、拉強度記作b b（ b 丄）。對低碳鋼來說b b是材料均勻塑性變形的最大抗力，是材料進入頸Ao縮階段的標(biāo)志。頸縮階段（ef）:應(yīng)力達到強度極限后，塑性變形開始在局部進行。局部截面急劇收縮，承載面積迅 速減少，試樣承受的載荷很快下降，直到斷裂。斷裂時，試樣的彈性變形消失，塑性變形則遺留在破斷的 試樣上。材料的塑性通常用試樣斷裂后的殘余變形來衡量，單拉時的塑性指標(biāo)用斷后伸長率3和斷面收縮 率屮來表示。LiL。Lo100%Ao其中Li, A分別代表試樣拉斷后的標(biāo)距和斷口的面積。頸縮試樣各分格的伸長低碳鋼頸縮部分的變形在總變形中占很大比重如圖所示。 測試斷后伸長率時，頸縮局部及其影響區(qū)的塑性變形都應(yīng)包

8、含 在Li之內(nèi)。這就要求斷口位置應(yīng)在標(biāo)距的中央附近。若斷口落 在標(biāo)距之外則試驗無效。工程上通常認(rèn)為，材料的斷后伸長率3> 5%屬于韌斷，3 < 5%則屬于脆斷。韌斷的特征是斷裂前有較大的宏觀塑性變形，斷口形貌是暗灰色纖維狀組織。低碳鋼斷裂時有 很大的塑性變形，斷口為杯狀周邊為45°的剪切唇，斷口組織為暗灰色纖維狀，因此是一種典型的韌狀斷口。鑄鐵是典型的脆性材料，其拉伸曲線如圖所示。其拉伸過程較低 碳鋼簡單，可近似認(rèn)為是經(jīng)彈性階段直接過渡到斷裂。其破壞斷口沿 橫截面方向，說明鑄鐵的斷裂是由拉應(yīng)力引起，其強度指標(biāo)只有b 由拉伸曲線可見，鑄鐵斷后伸長率甚小，所以鑄鐵常在沒有任何

9、預(yù)兆 的情況下突然發(fā)生脆斷。因此這類材料若使用不當(dāng)，極易發(fā)生事故。 鑄鐵斷口與正應(yīng)力方向垂直，斷面平齊為閃光的結(jié)晶狀組織，是典型 的脆狀斷口。多數(shù)工程材料的拉伸曲線介于低碳鋼和鑄鐵 之間，常常只有兩個或三個階段如圖。但強度、 塑性指標(biāo)的定義和測試方法基本相同。所以，通 過拉伸破壞試驗，分析比較低碳鋼和鑄鐵的拉伸 過程，確定其機械性能，在機械性能試驗研究中 具有典型意義。-7 MPh0. K 6 3 °寸不同類型材料的拉伸圖低碳鋼試件壓縮時，在屈服前P- L關(guān)系曲線與拉伸時相似，但無明顯的屈服階段，當(dāng)指針轉(zhuǎn)動暫?；蛏杂型嘶貢r的載荷即為屈服載荷。此后，由于塑性變形試件面積隨載荷增加而逐漸

10、增大，最后試件被壓成餅狀而不破裂，故無法求得最大載荷及強度極限，只能測取屈服點bs即:FsA0（式中：FS屈服時的載荷；Ao試件原始橫截面面積）。進行壓縮試驗時，由于試驗機裝有球形 承墊，球形承墊位于試件下端。當(dāng)試件端面 略有不平行時，球形承墊可以自動調(diào)節(jié)，使 壓力趨于均勻分布。 為了減少試件兩端面與 支承座之間的摩擦力， 可在試件端面涂上石 墨、潤滑油等。但仍不可避免地存在摩擦力 而阻止試件的橫向變形， 以致試件被壓成鼓 形。(a(b)鑄鐵試件受壓時，在很小的塑性變形下發(fā)生了破壞，如圖，因此只能測出它的破壞抗力Fb由b b=R/Ao。14可得鑄鐵的強度極限。 鑄鐵受壓呈微鼓形破壞， 試件表面

11、將出現(xiàn)與試件橫截面成45°50。的傾斜裂紋,這是因為鑄鐵受壓時，實際上是先達到剪力極限而破壞。四實驗步驟:1. 試件：采用國家標(biāo)準(zhǔn) GB228-87所規(guī)定的圓棒試件，拉伸試件如圖2-1所示，其直徑 D和試驗段Lo滿足Lo/D=1O或5。壓縮試件如圖2-2所示，一般規(guī)定為1 h/D 3P_D.P幺-DLo-卜一D .圖2-1圖2-22 測量試件尺寸：在試件標(biāo)距 Lo范圍內(nèi)，用游標(biāo)卡尺分別測量試件兩端及中部三個橫截面直徑，每處 在相互垂直的兩個方向各測一次，取平均值為該截面直徑，以三處測量結(jié)果中的最小截面的直徑作為D,計算試件的橫截面積 。3.確定標(biāo)距長度Lo,填入數(shù)據(jù)記錄表內(nèi)， 在試件

12、中間截取標(biāo)距長度 Lo,把標(biāo)距長度分為10等份并用筆 畫上標(biāo)記，以便于當(dāng)試件斷裂不在中間部位時進行換算。從而求得比較準(zhǔn)確的延伸率。4 開機實驗：電子材料試驗機可以做拉伸、壓縮、剪切、彎曲等試驗，故習(xí)慣上稱它為萬能材料試驗 機，萬能材料試驗機有機械、液壓和電子等多種類型。目前普遍采用電子材料試驗機，試驗機主要由加力 部分和測力部分組成。電子材料試驗機的構(gòu)造、工作原理及操作規(guī)程介紹詳見電子材料試驗機指南。開機 前必須認(rèn)真閱讀操作說明，并經(jīng)過指導(dǎo)教師檢查后方可開機進行實驗。5. 安裝試件：根據(jù)試樣長度調(diào)整試驗機的上、下夾頭的位置，達到適當(dāng)?shù)奈恢煤?，試件先安裝在試驗機 的下夾頭內(nèi)。試樣安裝必須正確，試

13、樣的軸線應(yīng)與上、下夾頭的軸線重合，防止出現(xiàn)試樣偏斜和夾持部分 過短的現(xiàn)象。試驗機調(diào)零后，再把試件上夾頭夾緊。6. 電子試驗機操作流程：1）測試前的準(zhǔn)備工作：（限位及過載保護的設(shè)置）1.限位保護：本機配有上下機械限位保護，每一級同時配有程控和機械位置保護，當(dāng)程控失效后， 機械保護起作用，系統(tǒng)斷電，當(dāng)出現(xiàn)此情況時，說明程控限位有故障，排除故障后，方可進行測 試；在試驗開始測試之前，必須調(diào)整好限位緊固螺釘，程控保護有效時，十字頭只能向相反方向 移動。 警告！在試驗開始之前，必須調(diào)整限位位置，無誤后，方可進行試驗，否則有可能損壞 設(shè)備。過載保護：超過滿量程的 5%時進行保護，伺服斷電，同時十字頭移動停

14、止。警告！過載時嚴(yán)禁快速移動十字頭，只能慢速卸載。2）開機：打開顯示器及計算機電源開關(guān)。 打開主機電源開關(guān)。按控制器上的電源按鈕，若計算機控制，控制器的工作方式必須為“PC-CTRL'（單機工作為“ MC-CTRL）。 待控制器出現(xiàn)計算機控制界面后，雙擊桌面上的“試驗軟件”圖標(biāo)。軟件啟動后點擊主界面上的“伺服啟動”按鈕，之后可以進行移動橫梁和試驗等操作。3）試驗條件輸入與選擇： （測試前用戶必須輸入與測試相關(guān)的試驗參數(shù)以及試驗選擇，具體過程如下：）設(shè)置選項：選擇負(fù)荷傳感器（若配置兩個以上） 。設(shè)置選項：選擇負(fù)荷單位、強度、長度單位。設(shè)置選項：選擇硏伸計.（或.X軸）.處理方式。設(shè)置選項

15、：選擇試驗類型 （如拉伸、壓縮等）及報告模板。 設(shè)置選項：選擇需要輸出的數(shù)據(jù)項與之相應(yīng)的修約間隔。 設(shè)置選項：輸入相關(guān)的規(guī)定值（若需要） 。 試樣參數(shù)：根據(jù)的試樣特性進行計算面積處理選擇；試樣尺寸、試驗數(shù)量等參數(shù)輸入。 試驗控制：確.定.過.程.控.制.階.段.，.并.輸.入.相.關(guān).的.數(shù).據(jù).，.設(shè).置.試.驗.結(jié).束.控.制. 圖形設(shè)置：依材料的力學(xué)性能指標(biāo)，輸入坐標(biāo)軸顯示最大值，最小值通常設(shè)為0，若最大值無法確定，通常設(shè)置小一些，在測試過程中自動調(diào)整大小。主界面：正.確.輸.入.存.儲.文.件.名.（試驗編號） ，系統(tǒng)在測試結(jié)束后自動按該編號存儲數(shù)據(jù)。建議最好以年月日為字符串，以便追溯

16、。裝.卡.試.件.：.在.夾.持.試.樣.（.第.一.個.試.樣.）.前.必.須.點.擊.負(fù).荷.【.調(diào).零.】.按.鈕.進.行.負(fù).荷.調(diào).零.，.以.后.可.以.不.再.調(diào).零.。.測.試.時.伸.長.、.位.移.、.時.間.自.動.調(diào).零.。選擇控制方式：若為負(fù)荷控制（或應(yīng)力控制） ，按【開始測試】按鈕，開始預(yù)加載，待預(yù)加載值 達到后進行以下操作。夾持引伸計（若使用引伸計） ，最好夾持在試樣的中間部分。 測試開始：等上述工作全部完成后可進行以下操作：菜單操作，除用鼠標(biāo)在主界面上菜單操作外還可用鍵盤操作。熱鍵：Alt > +T> + T>快捷鍵：F5；便捷按鈕操作：用鼠標(biāo)

17、點擊【開 始測試】按鈕，即可進入測試。4）結(jié)束測試：測試正常結(jié)束：依測試條件中的試驗結(jié)束條件而定；是破壞結(jié)束，還是非斷裂結(jié)束，結(jié)束后十字 頭是停止，還是以最高速返回到原來位置，結(jié)束后，大約等1 秒鐘，試驗數(shù)據(jù)顯示在主界面，觀看其實驗結(jié)果。 （ 注：直.接.按. <.空.格. >.鍵.，.試.驗.正.常.結(jié).束.，.試.驗.結(jié).果.有.效.。）測試終止：由于人為因素，如試樣未夾持好或引伸計忘夾持等等，此時可以在測試狀態(tài)下，點擊 主界面工具條上【終止測試】按鈕，終止測試，同時十字頭停止移動。終止測試。5）關(guān)機：關(guān)閉主機電源。退出試驗軟件退出 Windows ：點擊任務(wù)欄的【開始】按鈕，

18、點擊“關(guān)閉計算機” ，彈出一對話框，選擇“關(guān)閉 計算機”，點擊【是（Y）】按鈕。等計算機主機電源關(guān)閉后，關(guān)閉顯示器。6）安全注意事項： 材料試驗涉及由于載荷高、移動速度快和貯存的能量而帶來的固有危險。必須清楚，所有的可移動和可操作部件都是潛在的危險，尤其是電動機械試驗系統(tǒng)的移動橫梁。一旦認(rèn)為出現(xiàn)危險，立刻按下“緊 急停止”按鈕，停止試驗并切斷試樣系統(tǒng)的電源。因此，實驗前要仔細閱讀所有相關(guān)手冊并查看所有“警 告” 與“注意” 。確保將要在材料、 組件或結(jié)構(gòu)上使用的試驗設(shè)置和實際試驗不會對自己或他人造成危險。 充分利用所有的機械和電子限位功能。這些限位可以防止作動缸活塞或移動橫梁的移動超過需要的操

19、作區(qū)域。同時為試樣和設(shè)備提供保護以減少潛在的危險。五試驗結(jié)果記錄及數(shù)據(jù)處理：根據(jù)力學(xué)性能指標(biāo)的計算公式及試驗中所測定的數(shù)據(jù)，分別計算出材料的各力學(xué)性能參數(shù)，根據(jù) 試驗所繪出的P- L圖，畫出圖。對試驗中的各種現(xiàn)象及破壞情況進行分析和比較，并寫進實驗報告中。完成實驗后，每個學(xué)生都要獨立寫出實驗報告。實驗報告是對所作試驗的綜合報告，其要求包括:用自己的語言，準(zhǔn)確扼要的敘述實驗的目的、原理、步驟和方法，記錄所使用的設(shè)備和儀器的名稱與型號、數(shù)據(jù)計算、實驗結(jié)果、問題討論等內(nèi)容。要求做到字跡端正、繪圖清晰、表格簡明。六.思考題：1. 低碳鋼在拉伸過中可分為幾個階段，各階段有何特征？2. 低碳鋼和鑄鐵在拉伸

20、和壓縮實驗中的性能和特點有什么不同？比較低碳鋼與鑄鐵試件拉伸與壓縮圖 的差異。比較低碳鋼與鑄鐵試件在拉伸與壓縮時的力學(xué)性能。比較低碳鋼與鑄鐵試件在拉伸與壓縮破 壞時形狀。比較鑄鐵試件在拉伸與壓縮時的強度。3. 何謂“冷作硬化”現(xiàn)象？此現(xiàn)象在工程中如何運用。4. 為什么低碳鋼壓縮時測不出強度極限？5. 鑄鐵壓縮時沿大約 45°斜截面破壞，拉伸時沿橫截面破壞，這種現(xiàn)象說明了什么？（附：）實驗報告格式參考一.實驗?zāi)康模憾嶒炘O(shè)備儀器：三. 實驗原理：四. 實驗步驟：五. 實驗數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理:1.拉伸實驗：1）實驗前拉伸試件尺寸:2)實驗數(shù)據(jù):材料屈服載荷p s( kN)最大載何Pb (

21、 kN )拉斷后標(biāo)距L 1(mm)頸縮處直徑d 1 (mm)頸縮處最小橫截 面積 A i (mm2 )碳鋼鑄鐵3)計算結(jié)果:材 料 名 稱強度指標(biāo)塑性指標(biāo)屈服極限6 s ( MPa)強度極限6 b (MPa)延伸率3 (%)截面收縮率書(%)碳鋼鑄鐵/ i4)根據(jù)試驗結(jié)果繪制拉伸(6- £)曲線及試樣斷口草圖。OO材料拉伸試件破壞斷口草圖碳 鋼鑄鐵2 壓縮實驗1）試件尺寸及測試結(jié)果材料低碳鋼鑄鐵直徑D =mmD =mm截面積A =2mmAo =2mm高度h =mmh =mm屈服載荷Ps=kN無最大載何無Pb =KN屈服強度s=MP a無抗壓強度無b =MPa壓縮試件破壞草圖圖2）根據(jù)

22、實驗結(jié)果繪制壓縮圖（6 - £）曲線OO六思考題回答：1）低碳鋼在拉伸過中可分為幾個階段，各階段有何特征？2）低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮實驗中的性能和特點有什么不同？比較低碳鋼與鑄鐵試件拉伸與壓縮圖的差異。比較低碳鋼與鑄鐵試件在拉伸與壓縮時的力學(xué)性能。比較低碳鋼與鑄鐵試件在拉伸與壓縮破壞時形狀。比較鑄鐵試件在拉伸與壓縮時的強度。3）為什么低碳鋼壓縮時測不出強度極限？4）鑄鐵壓縮時沿大約 45°斜截面破壞，拉伸時沿橫截面破壞，這種現(xiàn)象說明了什么？實驗二金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實驗.實驗?zāi)康模? .測定鑄鐵的扭轉(zhuǎn)強度極限T b2 測定低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)屈服極限Ts及扭轉(zhuǎn)條件強度極限T bo

23、3 觀察比較兩種材料的扭轉(zhuǎn)變形過程中的各種現(xiàn)象及其破壞形式，并對試件斷口進行分析?！?實驗設(shè)備儀器:1 .扭轉(zhuǎn)試驗機2 .刻度機3 .游標(biāo)卡尺三實驗原理：扭轉(zhuǎn)破壞試驗是材料力學(xué)實驗最基本最典型的實驗之一。將試件兩端夾持在扭轉(zhuǎn)試驗機夾頭中。試驗 時，一個夾頭固定不動，另一夾頭繞軸轉(zhuǎn)動，從而使試件產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。低碳鋼試件在受扭的最初階段，扭矩M與扭轉(zhuǎn)角$成正比關(guān)系，橫截面上剪應(yīng)力沿半徑線性分布如圖a所示。隨著扭矩 M的增大，橫截面邊緣處的剪應(yīng)力首先達到剪切屈服極限s且塑性區(qū)逐漸向圓心擴展,形成環(huán)形塑性區(qū)見圖 b。但中心部分仍是彈性的。試件繼續(xù)變形，屈服從試件表層向心部擴展直到整個截面幾乎都是塑性區(qū)

24、如圖 C所示。底磯鋼刮軸試件扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力分布示意圖a這時，試驗機指針基本不動此時對應(yīng)的扭矩即為屈服扭矩M。隨后，材料進入強化階段，變形增加,扭矩隨之增加，直到試件破壞為止。因扭轉(zhuǎn)無頸縮現(xiàn)象。所以，扭轉(zhuǎn)曲線一直上升而無下降情況，試件破 壞時的扭矩即為最大扭矩 M。扭轉(zhuǎn)屈服極限T b按下式計算，即MsWpWp3Wp d其中式中16 為試件抗扭截面模量。鑄鐵受扭時，在很小的變形下發(fā)生破壞。從扭轉(zhuǎn)開始直到破壞為止，扭矩M與扭轉(zhuǎn)角近似成正比關(guān)系，且變形很小。試件破壞時的扭矩即為最大扭矩M,可據(jù)下式計算出扭轉(zhuǎn)強度極限T b,即WbW試件受扭，材料處于純剪應(yīng)力狀態(tài)如圖14所示。在與桿軸成土 45°

25、角的螺旋面上，分別受到主應(yīng)為b 1= T,b 3=- T的作用。低碳鋼圓形試件的破壞斷面與曲線垂直見圖a ,顯然是沿最大剪應(yīng)力的作用面發(fā)生斷裂，為剪應(yīng)力作 用而剪斷。故低碳鋼材料的抗剪能力低于抗拉（壓） 能力；鑄鐵圓形試件破壞斷面與軸線成 45°螺旋面見 圖b ,破壞斷口垂直于最大拉應(yīng)b i方向，斷面呈晶粒 狀，這是正應(yīng)力作用下形成脆性斷口，故鑄鐵材料是 當(dāng)最大拉應(yīng)力首先達到其抗拉強度極限時，在該截面 發(fā)生拉斷破壞。四實驗步驟：1 低碳鋼扭轉(zhuǎn)實驗1）用游標(biāo)卡尺測量試件直徑，用刻度機在試件標(biāo)距兩端刻劃圓周線，用粉筆沿軸線方向劃一直線， 待試驗機準(zhǔn)備好后裝到試驗機上。2） 根據(jù)低碳鋼的剪

26、切強度極限tb估計M,選擇合適的測扭矩度盤，復(fù)習(xí)扭轉(zhuǎn)試驗機操作規(guī)程，調(diào)整 測扭矩的指針，對準(zhǔn)零點，并檢查自動繪圖器3 ）請教師檢查以上步驟完成情況，并開動試驗機運行，檢查試驗機是否處于正常狀態(tài)。4） 開始加載時，要用慢速，使自動繪圖器也同時工作。當(dāng)M -0圖開始由直線變?yōu)榍€時，即表明 扭矩已達到 M。此時，注意觀察試驗機扭矩度盤上的指針，若它停止轉(zhuǎn)動，即說明材料發(fā)生屈服，記錄此時的扭矩M。5） 經(jīng)過屈服階段，即可快速加載直至剪斷為止，停車，由副針讀出最大扭矩M,以測角度盤上讀出 破壞時的扭轉(zhuǎn)角0。6 ）試驗結(jié)束2 .鑄鐵試驗1 ）試驗步驟與低碳鋼試件類同，用游標(biāo)卡尺測量試件直徑，根據(jù)鑄鐵的剪

27、切強度極限Tb,估計最大扭矩Mb,選擇合適的扭矩度盤。2 ）把試件裝入試驗機，用自動繪圖器記錄Mn -0圖，加載直到試件斷裂，由扭矩度盤上的副針讀出Mb。五.思考題：1. 根據(jù)拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)三種試驗結(jié)果，從載荷-變形曲線、強度指標(biāo)及試件上一點的應(yīng)力狀態(tài)圖和破壞斷口等方面綜合分析低碳鋼與鑄鐵的機械性質(zhì)。2 .鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞斷口的傾斜方向與外加扭矩的方向有無直接關(guān)系？為什么？（附）試驗報告要求一.實驗?zāi)康模?實驗設(shè)備儀器:三實驗原理：四實驗步驟：五實驗數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理：試驗記錄、結(jié)果。以表格形式列出只包括低碳鋼及鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的機械性能，M"圖（用坐標(biāo)紙繪制）兩種試件破壞時的斷口狀態(tài)圖，分

28、析討論低碳鋼和鑄鐵破壞情況及原因，并與拉伸、壓縮試驗情況進行比 較。實驗結(jié)果整理1 .將試驗數(shù)據(jù)以表格形式給出2 低碳鋼的屈服極限T s及扭轉(zhuǎn)條件強度極限T b按下式計算：MsMbsWpbWpMbb鑄鐵的強度計算WpWpd163 繪制低碳鋼、鑄鐵試件的扭轉(zhuǎn)圖及斷口示意圖，并分析破壞原因。實驗三彎曲實驗一.實驗?zāi)康模?. 掌握電測法測定應(yīng)力的基本原理和電阻應(yīng)變儀的使用。2. 驗證梁的理論計算中正應(yīng)力公式的正確性，以及推導(dǎo)該公式時所用假定的合理性。二實驗設(shè)備儀器：1 .彎曲梁試驗臺2 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及預(yù)調(diào)平衡箱3 拉、壓力傳感器及數(shù)字測力儀三實驗原理：1 實驗裝置原理：梁彎曲理論的發(fā)展，一直是和實

29、驗有著密切的聯(lián)系。如在純彎曲的條件下，根據(jù) 實驗現(xiàn)象，經(jīng)過判斷，推理，提出了如下假設(shè)：梁變形前的橫截面在變形后仍保持為平面，并且仍然垂直 于變形后梁的軸線，只是繞截面內(nèi)的某一軸旋轉(zhuǎn)了一定角度。這就是所說的平面假設(shè)。以此假設(shè)及單向應(yīng) 力狀態(tài)假設(shè)為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出直梁在純彎曲時橫截面上任一點的正應(yīng)力公式為式中：M-橫截面上的彎矩；I z橫截面軸慣性矩；y所求應(yīng)力 點矩中性軸的距離。整梁彎曲試驗采用矩形截面的低炭鋼單跨簡支梁，梁承受荷載 如圖純彎曲梁、T型及工字梁的材料為 45鋼調(diào)質(zhì)處理，長700mm寬20mm、高40mm彈模E=210-200GPa、 泊松比卩=0.28、力矩a=150mm在其長度方向

30、上分別制成矩形截面、工字形截面和T形截面三段，每段梁的側(cè)面沿與軸線平行的不同高度上均粘貼有單向應(yīng)變片，每種截面的尺寸及應(yīng)變片位置如圖所示。通過材 料力學(xué)多功能試驗裝置如圖實現(xiàn)等量逐級加載，載荷大小由數(shù)字載荷顯示儀顯示。1在載荷P的作用下梁發(fā)生彎曲變形，三種截面上所承受的彎矩均為：M -P a ；橫截面上的正應(yīng)2力理論計算公式為:M y理IzJ1TB=20B=2010矩形梁及T形、工字梁截面式中y為欲求應(yīng)力點到中性軸的距離。對于矩形截面和工字形截面，梁的中性軸（z軸）位置均在其幾何中心線上，但T形截面梁的中性軸（z軸）位置不在其幾何中心線上，通過計算可得 T形截面的中性軸。各截面的慣性矩I z為

31、矩形截面的慣性矩Iz丄BH12工字形截面的慣性矩°右曲bh3T形截面的慣性矩其中y。為底邊到中性軸的距離。將每段梁上的應(yīng)變片）以1/4橋形式分別接入應(yīng)變儀的通道中，公用一個溫度補償片，組成如圖所示的電橋。當(dāng)梁在載荷 P的作用下梁發(fā)生彎曲變形時，工作片的電阻隨著梁的變形而發(fā)生變化，通過電阻應(yīng) 變儀可以分別測量出各對應(yīng)位置的應(yīng)變量實。根據(jù)胡克定律可計算出相應(yīng)的應(yīng)力值。實 E 實2. 電阻應(yīng)變測量原理和方法：在實際工程中，對構(gòu)件除了理論分析計算外，往往還采用實驗的方法對構(gòu)件或其模型進行應(yīng)變、應(yīng)力測量分析，這種方法稱為實驗應(yīng)力分析。在實驗應(yīng)力分析的多種方法中，電阻應(yīng)變片測量技術(shù)（又稱應(yīng)變電測

32、法，簡稱電測法）是工程中最常用的應(yīng)力分析方法之一。電測法是一種非電量電測技術(shù)。測量時，用專用粘結(jié)劑將電阻應(yīng)變片（簡 稱應(yīng)變片或應(yīng)變計） 粘貼到被測構(gòu)件表面， 應(yīng)變片因感受測點的應(yīng)變而使自身的 電阻改變，電阻應(yīng)變儀（簡稱應(yīng)變儀）將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電信號并放大， 然后顯示出應(yīng)變值，再由應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系換算成應(yīng)力值，達到對構(gòu)件進行實驗應(yīng)力分析的目的。電測法主 要有如下優(yōu)點：（1） 靈敏度高能測量小于（微應(yīng)變1二=1X 10-6）的微小應(yīng)變；（2） 適應(yīng)性強應(yīng)變片可測應(yīng)變范圍為12.2 X 105- （1 X 10-62.2 X 10-1）的應(yīng)變，可測應(yīng)變頻率為0200KHZ能在接近絕對零度的極低

33、溫直到高于900C的高溫環(huán)境下工作，能在水中和核輻射環(huán)境下測量，能在轉(zhuǎn)速為 10000rpm和運動的構(gòu)件上取得信號，還可以進行遠距離遙測。（3） 精度高在實驗室常溫條件下靜態(tài)測量，誤差可控制在1河內(nèi)；現(xiàn)場條件下的靜態(tài)測量，誤差為13%動態(tài)測量誤差在 35%范圍內(nèi)。（4） 自動化程度高科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為應(yīng)變電測法提供了先進的測試儀器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，不僅使測試效率大為提高，也使測量誤差不斷降低。目前已有100點/秒的靜態(tài)應(yīng)變儀和對動態(tài)應(yīng)變信號進行自動分析處理的系統(tǒng)。（5） 可測多種力學(xué)量現(xiàn)已有裂紋擴展片（測量裂紋的擴展）、測溫片、殘余應(yīng)力片等。采用 應(yīng)變片作敏感元件而制成的應(yīng)變式傳感器，可測力、壓

34、強、扭矩、位移、轉(zhuǎn)角、速度和加速度等多種力學(xué) 量。當(dāng)然，電測法也有局限性，只能測量構(gòu)件表面有限點的應(yīng)變，當(dāng)測點較多時，準(zhǔn)備工作量大。所 測應(yīng)變是應(yīng)變片敏感柵投影面積下構(gòu)件應(yīng)變的平均值，對于應(yīng)力集中和應(yīng)變梯度很大的部位，會引起較大 的誤差。應(yīng)變電測法所具有的獨特優(yōu)點，使該方法成為動態(tài)應(yīng)變測量的最有效的方法，也是高溫、液下和旋轉(zhuǎn)、運動構(gòu)件應(yīng)變測量的唯一方法?，F(xiàn)在，應(yīng)變電測法在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)研究、工程監(jiān)測、航空、航 天、醫(yī)學(xué)、體育及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用。1）電阻應(yīng)變轉(zhuǎn)換原理一一電阻應(yīng)變片 由物理學(xué)知，金屬絲的電阻值除與其材料的性質(zhì)有關(guān)外， 還與金屬絲的長度、橫截面面積有關(guān)。若金屬絲變形而

35、使其長 度和橫截面面積發(fā)生變化， 其電阻值亦將相應(yīng)地發(fā)生變化。 金屬絲粘貼在構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件受力變形時，金屬絲也隨構(gòu)件一 起變形而發(fā)生電阻變化。因此，可用測量金屬絲的電阻改變量 的方法測定構(gòu)件所產(chǎn)生的應(yīng)變值。由于金屬絲有一定的長度， 而構(gòu)件各點的應(yīng)變往往并不相同。為能用金屬絲測量一點（或接近一點）的應(yīng)變，可將金屬絲繞成柵狀 如圖（a）所示，并將金屬絲柵粘固在紙質(zhì)（膠質(zhì)、金屬）基底上，就稱為電阻應(yīng)變片（簡稱應(yīng)變片）。 電阻應(yīng)變測量原理，是以電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將其牢固地粘貼在構(gòu)件的測點上。構(gòu)件受力后，由于 測點發(fā)生應(yīng)變，應(yīng)變片也隨之變形而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。再用專用儀器測得應(yīng)變片的電阻變化

36、的大 小，并轉(zhuǎn)換為測點的應(yīng)變值。常用的應(yīng)變片有絲繞式（如圖a ）和箔式（如圖b ）應(yīng)變片。絲繞式應(yīng)變片是直徑0.02-0.05mm的鎳鉻絲或康銅絲繞成柵狀，粘固在兩片基底之間，電阻絲兩端用鍍銀銅線作引出線。箔式應(yīng)片是用涂刷一 層樹脂基底的鎳鉻箔或康銅箔，經(jīng)光刻腐蝕制成柵狀，焊上引出線之后再覆蓋上一層保護層而成。測量應(yīng)變時，將應(yīng)變片粘固在構(gòu)件表面待測應(yīng)變處，使應(yīng)變片的柵線方向與待測線應(yīng)變的方向一 致。設(shè)應(yīng)變片變形前的電阻值為R。構(gòu)件于測點處沿應(yīng)變片方向的線應(yīng)變?yōu)椤?yīng)變片跟隨構(gòu)件一起變形后的電阻改變量為 R。實驗表明，在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，應(yīng)變片的電阻變化率厶R/R與線應(yīng)變占成正比，即=疋E式中，比例

37、常數(shù) K稱為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，其值與應(yīng)變片金屬絲的材料、應(yīng)變片的構(gòu)造、制造工藝等多種因素有關(guān)。常用應(yīng)變片的靈敏系數(shù)一般為2左右。具體數(shù)值由生產(chǎn)廠家給出。對靈敏系數(shù)K已知的應(yīng)變片,只要測出由應(yīng)變引起的電阻變化率R/R,就可以從測量儀器上直接讀出所測點沿應(yīng)變片方向的線應(yīng)變2）電阻應(yīng)變測量原理一一應(yīng)變儀（1）應(yīng)變電橋測量應(yīng)變片電阻變化率并轉(zhuǎn)換為測點應(yīng)變值的儀器稱為電 阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變儀的測量電路是按惠斯登電橋原理設(shè) 計的。如圖為電阻應(yīng)變儀的測量電橋。是由電阻R、艮、R和F4組成的四臂電橋，UAc為供橋電源電壓，LBd為電橋輸出電壓。 設(shè)流過R1、Ra支路的電流為|1,流過R3、F4支路的電流為|2

38、,則 有11=uBD司1氏1 -【逛4 _( RjLR1 +R2電橋輸出電壓UBd等于R與R4兩橋臂電阻電壓降之差，即R jKj 只北1憶4fRl +R2XK3+B4)當(dāng)UBd=0時，電橋處于平衡狀態(tài)。由于UAc豐0 ,所以電橋的平衡條件為_-P- =R1 - R4-或 ''a）全橋接法若電橋的四個橋臂電阻都是貼在構(gòu)件上的應(yīng)變片，這種接橋方法稱為全橋接法。設(shè)四個應(yīng)變片的電阻值相等，即R1=R2=R3=F4=R,則電橋是平衡的，即滿足式（3-2 ）。構(gòu)件受力后，各橋臂電阻改變量分別 為厶Ri>A R2>A F3、A F4。橋臂電阻改變后，電橋失去平衡，電橋的輸出電壓L

39、d不為零。根據(jù)電橋原理式（3-2 ），輸出電壓 UBd為_保"ARJ十釀r ）-+職2職4 +曲Bt， （Ri十屈1 +F“ +駅3富2 +血豈十十服簡化上式時，略去A R （i=1 , 2, 3, 4,）的高次項，因A R相對R來說數(shù)量很小，故化簡分母時也可省riRh u A.C 嚴(yán)_ 皿2 q_ 甌了 -聖士）略。這樣在容許的非線性誤差范圍內(nèi)得出一個線性關(guān)系式根據(jù)式式中，KUA/4為一常數(shù)因子。若應(yīng)變儀的讀數(shù)疋呂U朮口 _乜嘩（Ei+阿-切），上式可寫成-直接按應(yīng)變值刻度，則上式成為：:" - - -'二 該式表明，應(yīng)變儀讀數(shù)與各測點的應(yīng)變成線性關(guān)系。且相鄰橋臂

40、產(chǎn)生同號應(yīng)變時，兩應(yīng)變值之間存在相減 的關(guān)系；產(chǎn)生異號應(yīng)變時，兩應(yīng)變值為疊加關(guān)系。相對橋臂產(chǎn)生同號應(yīng)變時，兩應(yīng)變?yōu)榀B加關(guān)系；產(chǎn)生異 號應(yīng)變時，兩應(yīng)變之間為相減關(guān)系。b）半橋接法若只在電橋的 A B節(jié)點間和B、C節(jié)點間接兩片應(yīng)變片。而 A、D節(jié)點間和D C節(jié)點間接應(yīng)變儀 內(nèi)部的固定電阻。此時，只有半橋（Ri、R2）參與應(yīng)變測量，這種接電橋的方法稱為半橋接法。應(yīng)變儀的讀數(shù)、與測點應(yīng)變間有關(guān)系式' <NV（2）溫度補償原理 用電阻應(yīng)變片測 量應(yīng)變時，不僅構(gòu)件的應(yīng) 變能使應(yīng)變片的電阻值發(fā) 生變化，環(huán)境溫度的改變 也會使應(yīng)變片的電阻發(fā)生 變化。此外，被測構(gòu)件的 線膨脹系數(shù)與應(yīng)變片電阻 絲的

41、線膨脹系數(shù)不同時， 溫度變化時也會使應(yīng)變片 受到附加應(yīng)變。一般的應(yīng) 變片，環(huán)境溫度改變1 C時，所產(chǎn)生的溫度“應(yīng)變”可達幾十微應(yīng)變。在應(yīng)變測量中，常采用溫度補償法來消除溫度變化對測量結(jié)果的影響。已半橋接法為例，根據(jù)半橋接法，相鄰橋臂中發(fā)生的同號應(yīng)變相減的關(guān)系，在被測構(gòu)件上沿待測應(yīng)變方向貼一片應(yīng)變片R，稱為工作片，接在電橋的一個橋臂上。 將另一片相同的應(yīng)變片 R貼在與構(gòu)件材料相同但不受力的補償塊上，補償塊放在被測構(gòu)件的附近，使它們在相同的溫度場中。該應(yīng)變片Ra稱為溫度補償片，如圖所示。由于工作片與溫度補償片的溫度相同，補償塊與構(gòu)件的材料又相同，環(huán)境溫度變化時，兩片應(yīng)變片中引起的溫度“應(yīng)變”匚完全

42、相同。若工作應(yīng)變片還感受構(gòu)件受力后引起的工作應(yīng)變夕，則應(yīng)變儀的讀數(shù)由式（3-7 ）表示為牡=気-6=（弓+巧為二£該式表明，應(yīng)變儀讀數(shù)中只反映工作應(yīng)變片中感受的工作應(yīng)變，消除了溫度變化對測量結(jié)果的影響。（3）電測法的一般過程電測法的一般過程如下列框圖所示：28四、實驗步驟：1安裝試驗梁。梁的各測點應(yīng)事先貼上電阻應(yīng)變片（一般此工作已由實驗室完成）2 測量梁截面的尺寸，支點及加力點的距離。分別測量梁的各個截面尺寸、應(yīng)變片位置參數(shù)及其它有關(guān)尺寸，預(yù)熱應(yīng)變儀和載荷顯示儀。計算中性軸位置及各個截面的慣性矩Iz3. 檢查各種儀器是否連接好，按順序?qū)⒏鱾€應(yīng)變片按1/4橋接法接入應(yīng)變儀的所選通道上。

43、4. 逐一將應(yīng)變儀的所選通道電橋調(diào)平衡。5. 搖動多功能試驗裝置的加載機構(gòu)，采用等量逐級加載（可取P 1kN）,每加一級載荷，分別讀出各相應(yīng)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值。加載應(yīng)保持緩慢、均勻、平穩(wěn)?？芍貜?fù)幾遍，觀察試驗結(jié)果。6將實驗數(shù)據(jù)記錄在實驗報告的相應(yīng)表格中。7整理儀器，結(jié)束實驗。五.思考題：1 直梁彎曲正應(yīng)力公式的意義和推導(dǎo)方法。2.簡述電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀的基本原理和多點測量的方法。3 實驗中若測得的中性層上應(yīng)變不為零，試分析原因。（附：）實驗報告要求及參考表格一實驗?zāi)康模憾嶒炘O(shè)備儀器：三實驗原理：四實驗步驟：五.實驗數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理：1）將各類數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)，實驗記錄數(shù)據(jù)）整理，以表

44、格中形式列出，其中包括試件尺寸，材 料彈性模量，測試記錄數(shù)據(jù)等。矩形截面直梁參數(shù)EGPa, amm, Bmm,Hmm應(yīng)變（卩£ ） 載荷11點ymm22點ymm3 3點 ymm4 4點 ymm55點ymm下讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量PN實MPa理MPa2）應(yīng)力計算要求根據(jù)測量結(jié)果&j用公式實Ejj計算相應(yīng)的實測應(yīng)力值，并根據(jù)厶P和M i理 j yj梁的幾何尺寸用公式Izj計算理論應(yīng)力值并填入上表中（要求有公式及數(shù)據(jù)代入過程）3）根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算各測點正應(yīng)力；在坐標(biāo)紙上按比例繪制應(yīng)力分布曲線，并與理論計算應(yīng)力比較。 六思考題回答。實驗四彎扭組合變形實驗實驗

45、目的:1 測定薄壁圓筒彎、扭組合變形時的表面一點處的主應(yīng)力大小和方向，并與理論值進行比較;2 .進一步熟悉電阻應(yīng)變儀的使用方法;實驗設(shè)備儀器：1.電阻應(yīng)變儀；'固定支架'巴扭生把買比收3-2 彎扭組合實驗裝置；三實驗原理：1.實驗裝置：該裝置用的試件采用高強度鋁合金管制成的空心軸，外徑 D=39.9mm內(nèi)徑 d=34.4mm,E=71Gpa,卩=0.325，試驗裝置 如圖,根據(jù)設(shè)計要求初載 Pmin > 50N,終載PmaxW 450N.實驗前將力臂為 250m m的扇形加力臂的鋼絲繩與傳感 器上繩座相聯(lián)接。I-1電阻應(yīng)變片在管的布片方案如圖 B,D兩處沒有應(yīng)變片180&

46、#176;°B磬、曲沒有應(yīng)變片0°B邙町270°2 實驗內(nèi)容及方法指定點的主應(yīng)力大小和方向的測定，是將I-I截面B、D兩點的應(yīng)變片 R1R3, R4R6按照單臂接法接入電阻應(yīng)變儀，采用公共溫度補償片，加載后測得B、D兩點的£ 45,£ 0，& -45，已知材料的彈性常數(shù)可用下式計算主應(yīng)力大小主應(yīng)力方向tg2 o45452 04545式中& 45, £ 0, £ -45，分別表示與薄壁管軸線成45° , O0 , -45 0方向上的應(yīng)變。主應(yīng)力大小和方向的測定,也可選擇其它點測點，但要在所選測點處粘貼

47、應(yīng)變片。3 主應(yīng)力測量原理：構(gòu)件的形狀或受力無論多么復(fù)雜，它們表面上的一點一般都處于平面應(yīng)力狀態(tài)。對主應(yīng)力方向已知的點，測主應(yīng)力只需沿主應(yīng)力方向貼 個片，測出主應(yīng)變，由廣義虎克定律即可求出主應(yīng)力。在主應(yīng)力方向未 知的情況下，要測任一點的主應(yīng)力和主方向，我們都可以通過測量該點 處任意三個方向的線應(yīng)變來求得?，F(xiàn)說明如下：如圖中所示一點的應(yīng)力單元體，由平面應(yīng)力狀態(tài)下斜截面上的應(yīng)力公 式 可 知， a 截 面 上 的 正 應(yīng)為:cos2xysin2(a)截面上的正應(yīng)力為:=2|m +90P 卜兔(b)由廣義虎克定律可知,門方向的線應(yīng)變?yōu)?(c)將式（a ）、（ b）代入式（c）得1(1)(xy)(1)

48、( x)cos 2E22(1)xysin 2由上式可以看出，對于某一平面應(yīng)力狀態(tài)下的單元體（構(gòu)件上的一點），若在 沒方向布置一片應(yīng)變片，可測得線應(yīng)變，即得到一個包含應(yīng)力 門三個未知應(yīng)力的方程。那么，如 果在該點處沿另兩方向再貼兩片應(yīng)變片，可以得到另兩個方程，如 圖所示。聯(lián)立求解上述三個方程即可求得用三個所測得應(yīng)變值表達的和為。代入下面公式進而求得該點實驗測試的主應(yīng)力和主方向tan 2 0xy根據(jù)這一原理，為了簡化計算，實際上采用互成特殊角的三片應(yīng)變片組成的應(yīng)變花，如 我們用的45°應(yīng)變花（如圖），中間的應(yīng)變片與X軸成0°，另外兩個應(yīng)變片則分別與X軸成土 45°這樣

49、的應(yīng)變花布置能使計算簡單，從而推出用所測得的應(yīng)變值&-45,S 0 , S 45表示的主應(yīng)力及主方向的計算公式。計算主應(yīng)力大小和方向?qū)嶒灡磉_式為:tg2 o45452 04545注意：1) 0°方向為X軸方向;2)角度規(guī)定以X軸方向為基準(zhǔn)，逆時針方向為正，順時針方向為負(fù);4 主應(yīng)力理論計算當(dāng)在荷載P作用下，力矩為Li =250mm試件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形，距離圓筒端為L=300mm處的1-1截面為被測截面。其中彎矩：M=P- L; 扭矩：M=P Li根據(jù)彎矩引起的正應(yīng)力及扭矩引起的剪應(yīng)力在該截面上的分布規(guī)律。其中：W截面抗彎模數(shù)；WP截面抗扭模數(shù)；主應(yīng)力大小和方向的理論計算

50、公式為M彎：彎Wz(1)計算彎曲正應(yīng)力nWzD332(14)；(2)計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭WP&(1164)扭；tg2(3)求主應(yīng)力大小和方向四. 實驗步驟：1將B D兩點中的任意點上的 45°應(yīng)變花分別接到應(yīng)變儀上。采用公共溫度補償片， 半橋測量方法。2 .調(diào)節(jié)應(yīng)變儀，使各測點應(yīng)變片組成的電橋處于平衡狀態(tài)。3 按預(yù)先估計的載荷 P,分級加載，每級加載 P,直至最大載荷 P為止。并記錄每級載荷時各測點 應(yīng)變片的應(yīng)變值。4 注意：待載荷數(shù)字顯示穩(wěn)定后，再進行讀數(shù)。切勿隨意用手撳壓力臂桿和試件，嚴(yán)禁超載，以防 損壞試件或應(yīng)變花。五. 思考題：1 主應(yīng)力測量時，直角應(yīng)變花是否可以沿任意方

51、向粘貼？為什么？2 分析形成誤差的主要原因是什么 ？(附)實驗報告格式一. 實驗?zāi)康?二實驗設(shè)備儀器：三實驗原理：四實驗步驟：五實驗數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果處理:1）試樣尺寸及相關(guān)常數(shù)：實驗設(shè)備編號外徑D/mm內(nèi)徑d/mm彎矩力臂L/mm扭矩力臂a/mm彈性模量E/GPa泊松比應(yīng)變計K2）實驗記錄參考表格（應(yīng)變單位：卩£）次序載荷£ 45£ 0£ -45P（N）P實測差值實測差值實測差值12345平勻3）實驗數(shù)據(jù)處理計算公式£ ° ° =|1£測點£ 45° =|1££ -45

52、76; =|1£計算值 （MPa主 應(yīng) 力iE,、32（1）（停450 ）1 =E22y2（i）45°0°）（CP45°）3=主 方 向+c O4545tg2 o 220454504)理論計算值:(1)計算彎曲正應(yīng)力MWZE(i324)；(2)計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭MnWP(3)求主應(yīng)力大小和方向21彎彎23J 扭；2.2tg2 0六思考題回答實驗五(1)鋼鋁疊梁應(yīng)力測定實驗實驗?zāi)康模? 測定疊梁鋼+鋁兩種材料組合梁，在純彎曲受力狀態(tài)下一起作純彎曲時，沿其橫截面高度的正應(yīng)變 (正應(yīng)力)分布規(guī)律，并與理論值作比較。2 通過實驗測定和理論分析，推導(dǎo)疊梁的正應(yīng)力計算

53、公式。3 .了解兩種不同材料疊梁的內(nèi)力及應(yīng)力分布的差別。實驗設(shè)備儀器：1 . BDCL型材料力學(xué)多功能實驗臺2 .靜態(tài)應(yīng)變測試儀。3 .游標(biāo)卡尺和鋼尺等。三實驗原理：在實際結(jié)構(gòu)中，由于工作需要，把單一的梁、板、柱等構(gòu)件組合起來，形成另一種新的構(gòu)件形式經(jīng)常 被采用。如支承車架的板簧，是由多片微彎的鋼板重疊組合而成；廠房的吊車的承重梁則是由鋼軌、鋼筋 混凝土梁共同承擔(dān)吊車和重物的重量。實際中的組合梁的工作狀態(tài)是復(fù)雜多樣的，為了便于在實驗室進行 實驗，實驗僅選擇兩根截面積相同的矩形梁，按以下方式進行組合：（1）用不同材料組成的疊梁；用電測法測定其應(yīng)力分布規(guī)律，觀察其與單一材料梁應(yīng)力分布的異同點。材料分別為鋁梁和鋼梁，其彈性模量 分別為E=73GN/m2和E=210GN/