工力試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告

1、金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)是測定材料在常溫靜載下機(jī)械性能的最基本和重要的實(shí)驗(yàn)之一。這不僅因?yàn)?拉伸實(shí)驗(yàn)簡便易行，便于分析，且測試技術(shù)較為成熟。更重要的是，工程設(shè)計(jì)中所選用的 材料的強(qiáng)度、塑形和彈性模量等機(jī)械指標(biāo)，大多數(shù)是以拉伸實(shí)驗(yàn)為主要依據(jù)。1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證胡可定律，測定低碳鋼的 E。2、 測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力Rel和抗拉強(qiáng)度Rm3、 測定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長率 A和斷面收縮率Z4、 測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度Rm5、繪制低碳鋼和灰鑄鐵拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸樹的力學(xué)性能和破壞形 式。1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器萬能試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺，引伸儀1.

2、3實(shí)驗(yàn)試樣本試驗(yàn)采用經(jīng)機(jī)加工的直徑d =10 mm的圓形截面比例試樣，其是根據(jù)國家試驗(yàn)規(guī)范的 規(guī)定進(jìn)行加工的。它有夾持、過渡和平行三部分組成（見圖2 1），它的夾持部分稍大，其形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗(yàn)?zāi)康囊约霸囼?yàn)機(jī)夾具的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 但必須保證軸向的拉伸力。其夾持部分的長度至少應(yīng)為楔形夾具長度的3/4 （試驗(yàn)機(jī)配有各種夾頭，對于圓形試樣一般采用楔形夾板夾頭，夾板表面制成凸紋，以便夾牢試樣）。機(jī) 加工帶頭試樣的過渡部分是圓角，與平行部分光滑連接，以保證試樣破壞時(shí)斷口在平行部 分。平行部分的長度Lc按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定取Lo+d，Lo是試樣中部測量變形的長 度，稱為原始標(biāo)距。

3、1.4實(shí)驗(yàn)原理按我國目前執(zhí)行的國家GB/T 2282002標(biāo)準(zhǔn)一一金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法的規(guī)定，在室溫10C35E的范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。將試樣安裝在試驗(yàn)機(jī)的夾頭中，固定引伸儀，然后開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，使試樣受到緩慢增加的拉圖21機(jī)加工的圓截面拉伸試樣力（應(yīng)根據(jù) 材料性能和 試驗(yàn)?zāi)康拇_ 定拉伸速 度），直到 拉斷為止， 并利用試驗(yàn) 機(jī)的自動(dòng)繪圖裝置繪出材料的拉伸圖（圖 2 2所示）應(yīng)當(dāng)指出，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪圖裝置繪出的拉伸變形L主要是整個(gè)試樣（不只是標(biāo)距部分）的伸長，還包括機(jī)器的彈性變形和試樣在夾頭中的滑動(dòng)等因素。由于試樣開始受力 時(shí)，頭部在夾頭內(nèi)的滑動(dòng)較大，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。圖2-2由試驗(yàn)機(jī)繪圖

4、裝置繪岀的拉伸曲線圖（主動(dòng)針）開始擺動(dòng)或停止不動(dòng)，拉伸圖 拉力幾乎 服o低碳 變形速度 則比較穩(wěn)值FeL作 須注意觀度盤指針 不計(jì)初瞬 載）或首將其分別圖2 3低碳鋼的冷作硬化1.4.1低碳鋼（典型的塑性材料）當(dāng)拉力較小時(shí)，試樣伸長量與力成正比增加，保持直線關(guān)系，拉力超過FP后拉伸曲線將由直變曲。保持直線關(guān)系的最大拉力就是材料比例極限的力值FP o在FP的上方附近有一點(diǎn)是Fc,若拉力小于Fc而卸載時(shí)，卸載后試樣立刻恢復(fù)原狀，若拉力大于Fc后再卸載，則試件只能部分恢復(fù)，保留的殘余變形即為塑性變形，因而Fc是代表材料彈性極限的力值。當(dāng)拉力增加到一定程度時(shí)，試驗(yàn)機(jī)的示力指針 上出現(xiàn)鋸齒狀或平臺，這說

5、明此時(shí)試樣所受的 不變但變形卻在繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為材料的屈 鋼的屈服階段常呈鋸齒狀，其上屈服點(diǎn) B'受 及試樣形式等因素的影響較大，而下屈服點(diǎn) B 定（因此工程上常以其下屈服點(diǎn) B所對應(yīng)的力 為材料屈服時(shí)的力值）。確定屈服力值時(shí)，必 察讀數(shù)表盤上測力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，讀取測力 首次回轉(zhuǎn)前指示的最大力FeH（上屈服荷載）和 時(shí)效應(yīng)時(shí)屈服階段中的最小力 FeL （下屈服荷 次停止轉(zhuǎn)動(dòng)指示的恒定力FeL （下屈服荷載）， 除以試樣的原始橫截面積（SO）便可得到上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)度Reb即ReH= FeH/SO ReL = FeL/SO屈服階段過后，雖然變形仍繼續(xù)增大，但力值也隨之增加，

6、拉伸曲線又繼續(xù)上升，這 說明材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化。在強(qiáng)化階段內(nèi)，試樣的變 形主要是塑性變形，比彈性階段內(nèi)試樣的變形大得多，在達(dá)到最大力Fm之前，試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻的，拉伸曲線是一段平緩上升的曲線，這時(shí)可明顯地看到整個(gè)試樣的橫 向尺寸在縮小。此最大力Fm為材料的抗拉強(qiáng)度力值，由公式 Rm=Fm/SC即可得到材料的抗 拉強(qiáng)度Rm如果在材料的強(qiáng)化階段內(nèi)卸載后再加載，直到試樣拉斷，貝U所得到的曲線如圖2-3所示。卸載時(shí)曲線并不沿原拉伸曲線卸回，而是沿近乎平行于彈性階段的直線卸回，這說明 卸載前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；卸載后再繼續(xù)加載，曲線幾乎沿

7、 卸載路徑變化，然后繼續(xù)強(qiáng)化變形，就像沒有卸載一樣，這種現(xiàn)象稱為材料的冷作硬化。 顯然，冷作硬化提高了材料的比例極限和屈服極限，但材料的塑性卻相應(yīng)降低。當(dāng)荷載達(dá)到最大力Fm后，示力指針由最大力Fm緩慢回轉(zhuǎn)時(shí)，試樣上某一部位開始產(chǎn)生 局部伸長和頸縮，在頸縮發(fā)生部位，橫截面面積急劇縮小，繼續(xù)拉伸所需的力也迅速減 小，拉伸曲線開始下降，直至試樣斷裂。此時(shí)通過測量試樣斷裂后的標(biāo)距長度Lu和斷口處最小直徑du，計(jì)算斷后最小截面積（Su），由計(jì)算公式Lu100 %SoSuSo100 %即可得到試樣的斷后伸長率A和斷面收縮率乙1.4.2 鑄鐵（典型的脆性材料）脆性材料是指斷后伸長率 AV5%的材料，其從開始

8、承受拉力直至試樣被拉斷，變形都 很小。而且，大多數(shù)脆性材料在拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上都沒有明顯的直線段，幾乎沒 有塑性變形，也不會出現(xiàn)屈服和頸縮等現(xiàn)象（如圖2-2b所示），只有斷裂時(shí)的應(yīng)力值一-強(qiáng)度極限。鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時(shí)，就達(dá)到最大力Fm而突然發(fā)生斷裂，其抗拉強(qiáng)度也遠(yuǎn)小于低碳鋼的抗拉強(qiáng)度。同樣，由公式 Rm=Fm/SC即可得到其抗拉強(qiáng)度Rm而由公式LuLoLo100%則可求得其斷后伸長率A。1.5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.5.1低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)本小組在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)，得到了如下圖所示的拉力圖由圖中我們可以看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)原理吻合的相當(dāng)好，有明顯的彈性階段、屈服 階段、強(qiáng)化階

9、段和頸縮階段。其次，在強(qiáng)化過程中，有一條向下的豎線，那時(shí)我們在卸去 載荷后所得到的曲線，驗(yàn)證了材料的冷作硬化。圖2-5是低碳鋼拉斷后的斷口形狀我們可以清楚的看到斷口的形狀呈現(xiàn)杯錐狀若是單純的用最大拉應(yīng)力強(qiáng)度理論來分析，則斷口的形狀應(yīng)該比較平整：若是用最大 剪應(yīng)力來分析，則形狀該是呈現(xiàn) 45?斜面。這兩種原理都不符合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。通過課后查 閱資料得知，材料的破壞是多種因素共同作用的結(jié)果，可能是剪斷也可能是拉斷，這主要 取決于破壞的方式和應(yīng)力狀態(tài)分布。一般認(rèn)為，像我們實(shí)驗(yàn)用的材料和拉伸方式，最終試 樣的中心區(qū)域不是發(fā)生剪斷而是脆性拉斷，最外面的部分才沿具有最大剪應(yīng)力的45?斜面上剪斷，形成杯錐狀的

10、斷口。重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：屈服極限Rel(N/mmA2 )強(qiáng)度極限Rm(N/mmA2)彈性模量E（N/mmA2）斷面收縮率Z斷后延伸率A最大拉力Fm（kN）2564302.0621%51%33.739在完成低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)后我們又進(jìn)行了灰鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)，繪制的拉力圖同樣的，這條實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線吻合的很好，證明這次試驗(yàn)很成功。 灰鑄鐵的斷口形狀比較平整，原因是灰鑄鐵是脆性材料，在應(yīng)力不太大的情況下就被拉 斷。1.6小結(jié)與討論1、我們將低碳鋼和灰鑄鐵拉斷后的試樣放在一起比較如圖2-7所示，可以很清楚的看灰鑄鐵到上述的結(jié)論一一低碳鋼的斷口是杯錐狀而灰鑄鐵的比較平整。同時(shí)我們也會發(fā)現(xiàn)灰鑄鐵 的斷口在過度

11、部分和工作部分相交處，因?yàn)槟抢镉薪孛娴淖兓瑧?yīng)力集中，對于脆性材料 來說，它對應(yīng)力集中比較敏感。低碳鋼2、低碳鋼和灰鑄鐵在常溫靜載下力學(xué)性能的差異：低碳鋼是典型的塑性材料，在斷裂 前變形較大，塑性指標(biāo)較高，抵抗拉斷的能力較好，其常用的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服極限，而 且，一般來說，在拉伸和壓縮時(shí)的屈服極限值相同?；诣T鐵是脆性材料，在斷裂前的變形 較小，塑性指標(biāo)較低，其強(qiáng)度指標(biāo)是強(qiáng)度極限，而且其拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)低于壓縮強(qiáng)度。但是材 料是塑性的還是脆性的，將隨材料所處的溫度，應(yīng)變率和應(yīng)力狀態(tài)等條件的變化而不 同。實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 測定低碳鋼壓縮時(shí)的屈服應(yīng)力Rec。(2) 測定灰鑄鐵壓縮

12、時(shí)的抗壓強(qiáng)度Rbc。(3) 觀察、比較低碳鋼與灰鑄鐵在壓縮時(shí)的變形特點(diǎn)和破壞形式。 2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器(1) 萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)(2) 游標(biāo)卡尺。2.3實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB7314-2002金屬壓縮實(shí)驗(yàn)方法，金屬壓縮試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格 以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A柱試樣、正方形柱體試樣和樣板試樣三種。2.4實(shí)驗(yàn)原理與方法1）測定低碳鋼在壓縮過程中的強(qiáng)度性能指標(biāo)低碳鋼在壓縮過程中，當(dāng)應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)，其變形情況與拉伸時(shí)基本相同。當(dāng)達(dá)到屈服 應(yīng)力后，試樣產(chǎn)生塑性變形，隨著壓力的繼續(xù)增加，試樣的橫截面積面積不斷變大直至被壓 扁。故只能測其屈服載荷 Fee,進(jìn)而計(jì)算出屈服應(yīng)力 Rec。2）

13、測定灰鑄鐵壓縮時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)灰鑄鐵在壓縮過程中，當(dāng)試樣的變形很小時(shí)即發(fā)生破壞，故只能測其破壞時(shí)的最大載荷Fbc，即可得到抗壓強(qiáng)度Rbc。1. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）檢查試樣兩端面的光潔度和平行度，并涂上潤滑油。用游標(biāo)卡尺測量并記錄試樣的原始尺寸。（2）檢查上下承墊是否符合平整的要求。（3）快速移動(dòng)實(shí)驗(yàn)機(jī)橫梁，將上下壓頭調(diào)整至合適位置。（4）將試樣放進(jìn)萬能試驗(yàn)機(jī)的上下承墊之間，并檢查對中情況。（5）設(shè)置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（6） 開始實(shí)驗(yàn)均勻緩慢加載，注意讀取低碳鋼的屈服載荷Fee和灰鑄鐵的最大載荷 Fbc，并注意觀察試樣的變形現(xiàn)象。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果低碳鋼：屈服載荷 Fs = 22.73kN屈服極限Rec = 2

14、89MPa鑄鐵：極限載荷 Fm = 56.52kN強(qiáng)度極限Rbc = 719MPa實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：剪切屈服極限和剪切強(qiáng)度極限。（2）測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：剪切強(qiáng)度極限。（3）繪制低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)圖，比較低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞形式。（4）了解電子式扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造、原理和操作方法。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器（1）扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)及（2）游標(biāo)卡尺3. 實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB10128-2007金屬室溫扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方法，金屬扭轉(zhuǎn)試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌譃閳A形截面試樣和管形截面試樣兩種。其中最常用的是圓形截面試樣，

15、本實(shí)驗(yàn)中就是圓形 截面試樣，試樣形狀建下圖：4. 實(shí)驗(yàn)原理與方法1）扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點(diǎn)處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，力矩$與扭轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系，直至力矩的示數(shù)值出現(xiàn)一個(gè)維持的平臺，這時(shí)所指示的外力偶矩的數(shù)值即為屈服扭矩，按彈性扭轉(zhuǎn)公式計(jì)算的剪切屈服應(yīng)力為（6.2）式中：為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。在測出屈服扭矩后，可加快試驗(yàn)機(jī)加載速度，直到試樣被扭斷為止。試驗(yàn)機(jī)記錄下最大扭矩，剪切強(qiáng)度極限為(6.3)如上所述，名義剪切應(yīng)力等，是按彈性公式計(jì)算的，它是假設(shè)試樣橫截面上的剪應(yīng)力為線性分布，外表最大，形心為零，這在線彈性階段是對的2）測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度

16、性能指標(biāo)對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩，抗扭強(qiáng)度為（6.7）低碳鋼試樣的端口與軸線垂直，表明破壞是由切應(yīng)力引起的； 而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成45,表明破壞是由拉應(yīng)力引起的。5. 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗(yàn)相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，運(yùn)行應(yīng)用軟件，預(yù)置實(shí)驗(yàn)條件、參數(shù)。（3）開始“實(shí)驗(yàn)”按鈕，勻速緩慢加載，跟蹤觀察試樣的屈服現(xiàn)象和實(shí)時(shí)曲線，待屈服過程 之后，提高實(shí)驗(yàn)機(jī)的加載速度，直至試樣被扭斷為止。（4）取下拉斷后的試樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線及實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理。（5）測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)步驟與低碳鋼扭轉(zhuǎn)基本一致，但只需測量扭轉(zhuǎn)值。

17、6. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)上圖為試驗(yàn)時(shí)試樣的扭轉(zhuǎn)形變圖。7.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果填入表7.1中。表7.1測定低碳鋼和灰鑄鐵的沖擊性能指標(biāo)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算從數(shù)據(jù)中可以看出灰鑄鐵沒有剪切強(qiáng)度極限，只有屈服極限，是脆性材料，低碳鋼既有 屈服極限，又有剪切強(qiáng)度極限，是塑性材料。實(shí)驗(yàn)四純彎梁的彎曲應(yīng)力測定彎曲是該工程中常見的一種基本變形。如火車軸、橋式起重機(jī)的大梁等都是彎曲變形 的桿件。應(yīng)變電測發(fā)是工程中用于測量構(gòu)建在靜、動(dòng)態(tài)載荷下所產(chǎn)生應(yīng)變量的一種重要測試方法。本實(shí)驗(yàn)用電測法測量純彎 正應(yīng)力的分布規(guī)律及大小。4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握電測法的測試原理，學(xué) 電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變的方法。2、測定梁

18、純彎曲時(shí)的正應(yīng)力分 與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證 應(yīng)力公式。4.2設(shè)備及儀器1、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺一把2、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀3、純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置曲梁上習(xí)運(yùn)用布，并 彎曲正（純彎矩實(shí)驗(yàn)裝置如右圖所示）4.3實(shí)驗(yàn)原理已知梁受純彎曲時(shí)的正應(yīng)力公式為式中M為純彎曲梁橫截面上的彎矩，Iz為橫截面對中性軸Z的慣性矩，y為橫截面中性軸 到欲測點(diǎn)的距離。圖4.1純彎矩實(shí)驗(yàn)裝置由上式可以計(jì)算出橫截面上各點(diǎn)正應(yīng)力的理論值?？梢钥吹?，沿橫截面高度各點(diǎn)處的正應(yīng)力是按直線規(guī)律變化的。為了驗(yàn)證理論公示的正確性，在梁承受彎曲段的側(cè)面上，沿不同高度粘貼上電阻片，如圖3-1所示。用電阻應(yīng)變儀測出各點(diǎn)的應(yīng)變值實(shí)，根據(jù)胡克定律求出各點(diǎn)

19、的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值實(shí)，即實(shí)=E 實(shí)圖4.2純彎曲梁貼片位置示意圖實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用增量法，每增加等量的載荷P，測定各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變增量，取應(yīng)變增量的平均值實(shí)，則各點(diǎn)的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值為用增量法計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力理論值為1式中M P a2將實(shí)驗(yàn)測得的應(yīng)力值實(shí)與理論應(yīng)力值理加以比較，從而驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式的正確性。4.4實(shí)驗(yàn)方法和步驟1、使用設(shè)備：電阻應(yīng)變儀型號 YE2538A電阻應(yīng)變片電阻值 R=120Q ;靈敏系數(shù)K=2.17;彈性模量E=210GPa2、試件尺寸及貼片位置3 、調(diào)整應(yīng)變儀和橋路連接4、調(diào)節(jié)應(yīng)變儀的零點(diǎn)5、緩慢加載，每次增加1.0kN，測定相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)變值，6、卸去載荷，應(yīng)變儀、力傳感器顯示屏復(fù)位。實(shí)驗(yàn)

20、結(jié)束附表：表4.1貼片位置表:試件尺寸/m貼片位置/mb0.026（儀器故障，未測）h0.044-0.015a0.152-0.010L 0.6510.bh74I Z = 1.07x10 m1230.01050.01570.020表4.2應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄:測 載點(diǎn)荷1(卩£ )2( lie )3( )4( )5()7( )0.5KN0000001.5KN0-3332-4947642.5KN0-6663-99951283.5KN0-9895-147143192P載荷增量 P=1.0 KNM a =0.075 KN m2表4.3計(jì)算結(jié)果及誤差：測點(diǎn)123457實(shí)驗(yàn)值（實(shí)/MPa ）0-6.86

21、6.65-10.2910.0113.44理論值（理/MPa ）0-7.017.01-10.5110.5114.02誤差02.145.142.094.764.14進(jìn)過上述步驟的實(shí)驗(yàn)后，得到了 5組原始數(shù)據(jù)（見附錄），進(jìn)過數(shù)據(jù)處理，得到以下結(jié)果 圖4.3計(jì)算結(jié)果繪圖結(jié)果分析：由上表可以看出存在比較大的誤差，進(jìn)過分析，可能的產(chǎn)生原因有：1 ）實(shí)驗(yàn)儀器本身的精度不高；2）由于實(shí)驗(yàn)器材比較陳舊，材料表面生銹也可能會有影響因素；3）操作環(huán)境不穩(wěn)定的問題，當(dāng)桌子、線路的輕微抖動(dòng)時(shí)儀器數(shù)據(jù)也會變化。實(shí)驗(yàn)五彎扭組合變形應(yīng)變測定5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力的大小及方向;2測定薄壁圓管在彎扭組

22、合變形作用下，分別由彎矩、剪力和扭矩所引起的應(yīng)力儀。5.2實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1 彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置；2. YJ-4501A/SZ靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變5.3實(shí)驗(yàn)原理wet薄壁圓管受力簡圖如圖1所示。薄壁圓管在P力作用下產(chǎn)生彎扭組合變形。薄壁圓管材料為鋁合金，其彈性模量 E 72GPa,圖泊松彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置。薄壁圓管截面尺 寸、如圖2所示。由材料力學(xué)分析可知，該截面上的內(nèi)力有彎矩、剪力和扭矩。I - I截面現(xiàn)有A B、C、D四個(gè)測點(diǎn)，其應(yīng)力狀態(tài)如圖3所示。每點(diǎn)二 fj-日ISO"so°oD2TO'圖5.3各點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)5.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法圖5.4各點(diǎn)貼片示意圖1.指定點(diǎn)的主應(yīng)力大

23、小和方向的測定薄壁圓管A、B、C、D四個(gè)測點(diǎn)，其表面都處于平面應(yīng)力狀態(tài)，用應(yīng)變花測出三個(gè)方向 的線應(yīng)變，然后運(yùn)用應(yīng)變-應(yīng)力換算關(guān)系求出主應(yīng)力的大小和方向。若測得應(yīng)變&-45、&0>£ 45，則主應(yīng)力大小的計(jì)算公式為主應(yīng)力方向計(jì)算公式為2.彎矩、剪力、扭矩所分別引起的應(yīng)力的測定a.彎矩M引起的正應(yīng)力的測定只需用B、D兩測點(diǎn)0°方向的應(yīng)變片組成圖5(a)所示半橋線路，就可測得彎矩M引的正應(yīng)變Md2然后由虎克定律可求得彎矩M引起的正應(yīng)力E MdBBDDb.扭矩M引起的剪應(yīng)力的測定（b）所示全橋線路，可測得扭矩M在45°圖5.5組橋示意圖由廣義虎克定

24、律可求得剪力M引起的剪應(yīng)力E nd41G nd2c.剪力Q引起的剪應(yīng)力的測定用A、C兩被測點(diǎn)-45°、45°方向的應(yīng)變片組成圖45°方向所引起的線應(yīng)變QdQ4所示全橋線路，可測得剪力Q在由廣義虎克定律可求得剪力Q引起的剪應(yīng)力E QdG Qd412用A C兩被測點(diǎn)-45°、45°方向的應(yīng)變片組成圖5 方向所引起的線應(yīng)變5.5進(jìn)行試驗(yàn)1. 接通測力儀電源，將測力儀開關(guān)置開。2. 將薄壁圓管上A、B、C、D各點(diǎn)的應(yīng)變片按單臂（多點(diǎn)）半橋測量接線方法接至應(yīng)變 儀測量通道上。3. 預(yù)加0.05kN初始載荷，將應(yīng)變儀各測量通道置零；分級加載，每級O.lkN

25、，加至0.45kN，記錄各級載荷作用下應(yīng)變片的讀數(shù)應(yīng)變，然后卸去載荷。4. 按圖5各種組橋方式，從復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟 3,分別完成彎矩、扭矩、剪力所引起應(yīng)變的 測定。通過上述實(shí)驗(yàn)步驟得到了一系列數(shù)據(jù):應(yīng)變讀數(shù)載荷、AB-45° ( R1)0° ( R2)45° ( Ra)-45° ( R4)0° (R5)45° ( R6)F(kN)?F(k N)£(ge)(ge)e(ge)?e(ge)e(ge)?e(ge)e(ge)?e(ge)e(ge)?e(ge)e(ge)?e(ge)°.50000000.10108138-10774-

26、650.15108138-10774-650.10109137-12783-670.25217275-221527-1320.10107137-15750-690.35324412-372277-2010.10107137-14742-690.45431549-513019-270d 均(£)107.75137.25-12.7575.252.25-67.50據(jù)此計(jì)算出各點(diǎn)主應(yīng)力大小:位置主應(yīng)力AB(T1 (MPa9.514.18(T 3 (MPa-0.66-3.37實(shí)驗(yàn)六：簡支梁各階固有頻率的測定6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饧ふ衿?、加速度傳感器、電荷放大器的工作原理，掌握上述設(shè)備的使用方法，

27、掌握簡諧振動(dòng)振幅與 頻率最簡單直觀的測量方法，對機(jī)械振動(dòng)有一定的感性認(rèn)識，形成機(jī)械振動(dòng)的工程概念。6.2實(shí)驗(yàn)裝置與儀器：機(jī)械振動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn)裝臵（安裝雙簡支梁）、激振器及功率放大器、加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采 集儀、信號分析軟件6.3實(shí)驗(yàn)原理：機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負(fù)載的不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松 動(dòng)等因素，總是伴隨著各種振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)在大多數(shù)情況下是有害的，振動(dòng)往往會降低機(jī)器性能，破壞其正 常工作，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致事故。機(jī)械振動(dòng)還伴隨著同頻率的噪聲，惡化環(huán)境，危害健康。另一方 面，振動(dòng)也被利用來完成有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎、脫水等。這時(shí)

28、必須正確選擇振動(dòng)參數(shù)， 充分發(fā)揮振動(dòng)機(jī)械的性能。振動(dòng)的幅值、頻率和相位是振動(dòng)的三個(gè)基本參數(shù)，稱為振動(dòng)三要素。幅值是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，它可以用 峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源，通過頻譜分析可以確定 主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。振動(dòng)信號的相位信息十分重要，如利用相位 關(guān)系確定共振點(diǎn)、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控制、降噪等。對于復(fù)雜振動(dòng)的波形分析，各諧波的 相位關(guān)系是不可缺少的。簡諧振動(dòng)是單一頻率的振動(dòng)形式，各種周期運(yùn)動(dòng)都可以用不同頻率的簡諧運(yùn)動(dòng)的組合來表示。簡諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用位移函數(shù) y（t）描述，A為位移的幅值，0為初

29、始相位角，r ；3為振動(dòng)角頻率，3= 2n /T = 2n f;其中T為振動(dòng)周期，s； f為振動(dòng)頻率， Hz。對應(yīng)于該簡諧振動(dòng)的速度 v和加速度a分別為： 速度的最大值比位移的最大值超前90 °，加速度的最大值要比位移最大值超前 180 °。在位移、速度和加速度三個(gè)參量中，測岀其中之一即可利用積分或微分求岀另兩 個(gè)參量。在振動(dòng)測量時(shí)，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，如振動(dòng)位移是研究強(qiáng)度和變形的重要依據(jù)；振動(dòng)加速度與作用力 或載荷成正比，是研究動(dòng)力強(qiáng)度和疲勞的重要依據(jù)；振動(dòng)速度決定了噪聲的高低，人對機(jī)械振動(dòng)的敏感程度 在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度又與能量和功率有關(guān)，并決定動(dòng)量的大

30、小。6.4實(shí)驗(yàn)步驟為：1 將激振器通過頂桿連接到簡支梁上（注意確保頂桿與激振器的中心在一直線上），激振點(diǎn)位于雙簡支 梁中心偏左50mm處（已有安裝螺孔）將信號發(fā)生器輸岀端連接到功率放大器的輸入端，并將功率放大器與 激振器連接。2 將加速器傳感器粘貼在雙簡支梁上（中心偏右50mm）并與電荷放大器連接，將電荷放大器輸岀端分別與數(shù)據(jù)采集輸出端連接。3 將信號發(fā)生器和功率放大器的幅值旋鈕調(diào)至最小，打開所有儀器電源。設(shè)臵信號發(fā)生器在某一頻率（可以為20Hz），調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的幅值旋鈕使其輸岀電壓為2V。調(diào)節(jié)功率放大器的幅值旋鈕，逐漸增大使其輸出功率直至從數(shù)據(jù)采集軟件的顯示窗口能觀察到光滑的正弦波，若功率

31、放大器輸出功率已較大仍得不 到光滑的正弦波，應(yīng)改變信號發(fā)生器的頻率。當(dāng)數(shù)據(jù)采集軟件的顯示窗口能觀察到光滑的正弦波后，功率放 大器的值將保持不變。4用數(shù)據(jù)采集軟件采集 10個(gè)周期正弦波，計(jì)算岀周期，從而得岀固有頻率。6.5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算：數(shù)據(jù)起始點(diǎn)位置終止點(diǎn)位置計(jì)算周期固有頻率1T=( 1.43750 1.26250)- 10=0.0175sf=57.14HZ2T=(1.20100 1.02450)-10=0.01765sf=56.66HZ3T=(1.48600 1.31000)-10=0.0176sf=56.82HZ取三組數(shù)據(jù)的平均值得：f= ( 57.14+56.66+56.82 ) /

32、3=56.87HZ實(shí)驗(yàn)七動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量7.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解測量動(dòng)應(yīng)變的測量方法，測定振動(dòng)梁的動(dòng)應(yīng)力2. 熟悉動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及記錄系統(tǒng)的使用方法7.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器：DH 5935動(dòng)態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)、懸臂振動(dòng)梁裝置7.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算：數(shù)據(jù)起始點(diǎn)位置終止點(diǎn)位置計(jì)算周期頻率1T= (8.99550 8.89400)- 5=0.0203sf=49.26HZ2T=(4.02200 0.77050)-5=0.6502sf=1.54HZ實(shí)驗(yàn)八光彈演示試8.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解光彈性法的基本原理與測試方法。（2）觀察光彈性試驗(yàn)的等差線圖。8.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和模型（1）光彈性儀（2）光彈性模型：圓盤，梁和中間開有圓

33、孔的拉伸板試樣8.3實(shí)驗(yàn)原理和方法有些各向同性的透明非金屬材料，在其自然狀態(tài)下，不會產(chǎn)生雙折射，但當(dāng)其受到載荷作用而又應(yīng)力時(shí)，產(chǎn) 生雙折射現(xiàn)象，當(dāng)載荷卸去，雙折射現(xiàn)象也即消失，這種現(xiàn)象稱為暫時(shí)雙折射，也稱為光彈性效應(yīng)。8.4實(shí)驗(yàn)步驟(1) 了解其各部件的名稱與作用，掌握平面偏振光場的調(diào)整方法。(2) 調(diào)整光彈性儀各鏡軸的位置，使其成平面偏振光暗場，用白光光源，將圓盤光彈模型置于加載架上，預(yù)加5N初載荷。圓盤模型中呈現(xiàn)水平和垂直的十字形等傾線，即零度等傾線，然后逐步加載，觀察等差線 與等傾線的變化。同步轉(zhuǎn)動(dòng)起偏振鏡與檢偏振鏡，依次轉(zhuǎn)5°、10°等傾線。單色光源，觀察等差線圖案

34、。(4)載荷不變，將檢偏鏡轉(zhuǎn)(3) 調(diào)整光彈性儀為圓偏振光暗場，先用白光光源，模型加載，確定零級條紋，判斷條紋增減方向，再用90 °,形成平行圓偏振光場，觀察半數(shù)級等差線條紋圖8.5試驗(yàn)圖片實(shí)驗(yàn)九材料沖擊疲勞試驗(yàn)9.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解測定材料疲勞極限、S-N曲線的方法。(2) 通過觀察疲勞試樣斷口，分析疲勞的原因。(3) 了解所使用疲勞試驗(yàn)機(jī)的工作原理和操作過程。9.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備(1) 疲勞試驗(yàn)機(jī)(2) 游標(biāo)卡尺9.3實(shí)驗(yàn)原理及方法=M金屬材料的疲勞試驗(yàn)可采用升降法(GB3075-82 )和單點(diǎn)法(HB5252-1980 )，本實(shí)驗(yàn)使用單點(diǎn)法。因?yàn)镾*dmi n/(2* I)M=1/2*P*aI= n *dminy/64所以求得最小直徑截面上的最大彎曲正應(yīng)力為S =1/2*P*a*dmin/(2* n *dminH/6)=P/(n *dmin/(16*a)令K= n *dminA3/(16*a)則上式可寫為 P=K* SP 'P-G=K* S -G9.4實(shí)驗(yàn)步驟(1) 測量試樣最小直徑 dmin。(2) 計(jì)算或查岀