研究生班實驗指導

1、力學實驗指導書（研究生實驗指導手冊）內蒙古工業(yè)大學力學實驗室二O一四年九月一日實驗一、電阻應變片粘貼技術一、 實驗目的：1、初步掌握常溫用電阻應變片的粘貼技術。2、為電阻應變測量實驗做好在試件上粘貼應變片的準備工作。二、實驗設備及器材：1、鑄鐵或低碳鋼拉伸試件、刻線機。2、應變片、502膠。3、數(shù)字萬用表、電烙鐵。4、鑷子、丙酮、石蠟、砂紙、導線。三、實驗方法與步驟：1、試件表面處理：1. 打磨: 最好選用細砂紙，在試件上應變片待貼位置成正負45方向交叉打磨且打磨出光澤。（1） 劃線：用刻線機在每個拉伸試件上劃兩條橫向線，一條縱向線，如圖（a）所示。（3）清洗：用酒精或丙酮清洗試件表面直到棉球

2、上無污漬為止。禁止用手觸摸或用嘴吹處理好的試件表面。2、3、 應變片粘貼：(1)選片：用萬用表測應變片的阻值，選阻值較接近的應變片，每位實驗者選兩片。(2)粘貼：每個試件上粘貼兩片，如圖（b）所示。貼片時一手拿住應變片的引出線，一手拿502粘結劑瓶，將瓶口向下在應變片基底底面上涂抹一層膠水，立即將應變片底面向下平放在試件貼片位置上，輕輕校正方向使應變片基準對準方向線，然后蓋上一張塑料薄膜，用手指朝一個方向滾壓應變片，擠出氣泡和過量的膠水，保證膠層盡可能地薄而均勻，手指保持不動約1分鐘后再放開，輕輕掀開薄膜，檢查有無氣泡，翹曲，脫膠等現(xiàn)象否則需重貼。4、 焊線：（1） 粘絕緣膠帶：將應變片引出線

3、輕輕撩起，在引出線下面粘貼膠帶紙，以保證引出線與試件之間的絕緣。（2） 固定導線：事先將導線塑料皮剝去約3mm，使導線一端與應變片引出線靠近，將導線用膠布固定在試件上。（3） 焊接：用電烙鐵將應變片引出線與測量導線錫焊，焊點要求光滑小巧，防止虛焊。5、 檢查：（1）通路檢查：用萬用表檢查應變片引出導線之間的阻值是否是120。（2）絕緣檢查：用萬用表檢查應變片引出線與試件之間的電阻，應大于50 M。6、 防護：用電烙鐵熔化石蠟密封應變片區(qū)域以防應變片受潮。實驗二、偏心壓縮一、實驗目的本實驗所用的是一根圓柱形試棒，它所受的一對壓力是“偏心”的，即其作用線與試棒軸線平行，但不重合，而且兩條線的距離（

4、偏心距）未知。圓柱側表面上事先貼著一些縱向和橫向應變片，要求在一定壓力作用下測量各點的應變值，并回答下列問題：1、圓柱側表面上各點的軸向應變服從什么分布規(guī)律（用公式=（Y，Z表達）？是否可由此驗證理論課上介紹的某些結論？2、試棒材料的彈性模量E和泊松比是多大？3、縱向壓力的作用點在哪里？4、試棒橫截面上的彎矩有多大？這是一個由同學們自行設計的成分較大的實驗，對于這個實驗本講義只有原則性建議，為回答上述問題要測量什么數(shù)據(jù)以及如何處理數(shù)據(jù)均由同學自行決定。所以，本實驗的根本目的是培養(yǎng)同學用實驗手段去探求自己尚不清楚的規(guī)律的初步能力。縱向片AB橫向片二、試棒及其它裝A縱向片橫向片試棒試驗機上壓頭球面

5、承壓底座ZpZPYpDDBC（a）試棒安裝圖 （b）試棒布片圖三、實驗設備1、萬能材料試驗機萬能材料試驗機是實驗中的施力裝置。它通過高壓油泵產生的高壓油推動活塞運動，進而推動試件夾頭運動，達到對試件施力的目的。配上不同的試件夾頭可以對試件加拉伸，壓縮，彎曲，剪切等載荷。試驗機上設有進油閥（用于加載）和回油閥（用于卸載）。在關閉回油閥的情況下打開進油閥可對試件進行加載。閥門開的越大，加載速度也越大。載荷的大小可以從示力盤上讀出。示力盤上一般有三種刻度。究竟用哪一種刻度，要看試驗機后面擺錘的配重是多少。實驗時可向教師問清楚。卸載時只要打開回油閥即可。使用的一般步驟是：（1）夾持試件。（2）關閉進油

6、閥和回油閥，然后按下油泵啟動按鈕。將示力盤指針調零，把隨動指針撥向零。（3）緩慢打開進油閥加載。眼睛密切注視示力盤上指針的變化。千萬注意不可使進油閥開得過大。否則載荷一旦加上， 在幾秒鐘內即可達到很大值，把試件破壞，甚至損壞實驗機。（4）達到預定載荷后，記下讀數(shù)。打開回油閥卸載。（5）關閉油泵、回油閥、進油閥。2、電阻應變儀及予調平衡箱由于本實驗測點較多，把它們逐個接到應變儀的AB接線柱上測量將不勝其繁。若有n個測點。就需要換n次線，加n次載。為了克服這一缺點，本實驗將使用予調平衡箱。予調平衡箱的背面有二十組接線柱，可同時接二十個測點。每一組接線柱有A、B、C、D四個接線端，對應于電橋上的A、

7、B、C、D點，用于接工作片（AB間）和補償片（BC間）。予調平衡箱的正面有二十個滑線電阻旋鈕，它們的每一個與后面一組接線柱對應（上 面標有點號），用于每一個測點的電阻予調平衡。予調平衡箱用專用電纜與應變儀相連。該箱下部有一選點旋鈕，該旋鈕擰到哪一點即表示該點與應變儀接通，可對其予調平衡或測量。這樣只需一次加載即可把所有測點數(shù)據(jù)測量下來，中間也勿需換線。3、游標卡尺。用來測量試件尺寸。MyPYPZpYpZMzO四、實驗原理若任意選擇坐標系Y，Z如圖41（b），假定P力作用點的坐標為（Zp，Yp），則可將P力向中心點O簡化，得到一個軸向壓力P和分別繞Z軸和Y軸作用的兩個彎矩Mz、My，如圖42的虛

8、線所示。用軸向壓縮和平面彎曲（兩個方向）理論即可分別計算這三個內力素引起的應力和應變：由軸向壓縮引起的正應力為：常數(shù) 曲Mz引起的正應力為：按圖42所示坐標系，Yp與Y均取正值時應力應為負值（壓應力），故上式右部加了負號。由Mx引起的正應力為：總和正應力為：由于這個試棒處于單向應力狀態(tài)，單向虎克定律成立，故我們所測得的總和正應變?yōu)椋焊鶕?jù)上述關系式和泊松比的定義就可以考慮實驗方案了。五、實驗方法上的注意事項1、加載技術方面：（1）實驗應在材料處于彈性范圍的條件下進行，故總載荷不能過大。（2）為消除加載初期由于實驗機機構間的摩擦和應變片與試棒變形的不一致等因素造成的力與應變示值誤差，應設“初載荷”

9、Po（例如1KN），并記下各測點的“初應變”oi，或用予調平衡箱上的予調旋鈕將oi調為零。然后加載到予定的終值P，并記下各測點的應變終值i。這樣，本實驗的載荷就是（PPo），各點的應變值為（i，oi，）。（3）由于在初載荷或終載荷下都要測讀許多點的應變，這需要一定的時間，因而操作試驗機給試棒加載的同學要細心控制進油閥開關，使載荷在讀應變的時間內保持不變。2、試件在試驗機承壓座上的位置可隨意安放，有意造成加載偏心。不過偏心量不宜過大，以防加載中由于球面承壓座的歪斜把試棒擠出。3、為使測量值可靠，一般應多次（如三次以上）重復同樣的測量操作，若各次測量結果接近方可取其平均值為正式實測值。六、實驗報告

10、要求1、實驗目的。2、實驗數(shù)據(jù)。3、用實驗數(shù)據(jù)回答“實驗目的”項中所提出的問題。4、討論：（1）能否用更少測點達到本實驗目的？最少要測量幾個應變值？為什么？（2）用什么方法處理數(shù)據(jù)可以使應變分布公式=（Y，Z）比較準確？*（3）如何用電橋的加載特性簡化或精確化本實驗的測量？提示參閱本院物理講義有關實驗數(shù)據(jù)的似合部分。*（4）通過本次實驗的主要體會和對改進實驗教學的建議。注帶*者為選做項目。實驗三、光彈儀調整及材料條紋值測定一、實驗目的:1、了解光彈儀各部分名稱及作用,掌握光彈儀使用方法。2、觀察光彈性模型受力后在偏振光場中的光學效應。3、學習對徑受壓圓盤測量材料條紋值的方法。二、 實驗設備：1

11、、 光彈性儀。2、 光彈性模型數(shù)個。三、 實驗方法：1、 平面偏振場的調整方法:（1） 正交平面偏振場（暗場）:a、取下兩個/4片。b、旋轉檢偏鏡,使光強最暗,此時兩偏振片正交。(2)平行平面偏振場（亮場）：a、取下兩個/4片。b、旋轉檢偏鏡,使光強最亮，此時兩偏振片平行。2、觀察光彈性模型在平面光場中的效應：（1） 等傾線、等差線。（2） 上述條紋隨載荷變化情況。（3） 色序。（4） 同步旋轉起、檢偏鏡條紋的變化情況。（5） 單色光、白色光。（6）環(huán)氧樹脂模型、有機玻璃模型。要求參考以上幾方面的內容寫光彈性模型在平面光場中暗場與亮場時效應的實驗觀察總結。3、 正交圓偏振場的調整方法（暗場）:

12、（1）先裝入一塊/4片,將它旋轉,使檢偏鏡后看到的光場最黑，這時表示/4片的快、慢軸分別與起偏鏡和檢偏鏡的偏振軸相平行。然后順(逆)時針將/4片旋轉450(也可同步旋轉檢偏鏡450)。 （2） 再裝入另一塊/4片, 將它旋轉,使檢偏鏡后看到的光場再次最黑。這時兩塊/4片的軸是相互正交的，四塊鏡片構成雙正交圓偏振場布置。4、觀察光彈性模型在圓偏振場中的效應：(1) 等傾線消除否。(2) 找“0”級或“1”級條紋并觀察色序的變化以確定各級條紋級數(shù)。(3) 關掉白光,轉成單色光,觀察條紋的變化。(4) 換其它模型觀察。5、環(huán)氧樹脂材料條紋值f的測定： （1）調整正交圓偏振場； （2）測量圓盤尺寸；

13、（3）把圓盤放入加力架上加載,使中心條紋出現(xiàn)整數(shù)級(三級為宜)，記錄砝碼質量。 實際載荷=砝碼質量桿秤比 （桿秤比為4：1） (4)代入公式 計算條紋值。（P為載荷、N為條紋級數(shù)、D為直徑）實驗四、高梁在橫力彎曲下的應力分析一、 實驗目的：1、 掌握等色線（包括整數(shù)級、分數(shù)級條紋）和等傾線的繪制方法。2、學會用剪應力差法計算截面應力分布,并進行平衡校核。二、 實驗設備：1、 光彈性儀。2、 有機玻璃和環(huán)氧樹脂矩形截面梁模型各一個。三、 實驗步驟：1、等差線的描繪：（1） 調整光彈儀為正交圓偏振場布置（暗場）。（2） 在加載架上安裝試件如圖所示，注意梁上劃出的支座及加載位置線。（3） 開啟白光光

14、源，并加少許載荷，調整加載裝置，使產生的條紋圖左右對稱。（4） 加載，P=100kg（杠桿比為4：1，實際加砝碼25kg即可）。（5） 找零級條紋并觀察色序的變化以確定各級條紋級數(shù)。（6） 轉成單色光，把整數(shù)級條紋等差線圖描下，在圖上注明級數(shù)及載荷。（7） 單獨旋轉檢偏鏡90o，即成平行圓偏振場布置（亮場），得到半級數(shù)條紋圖案；繼續(xù)把半級數(shù)條紋等差線圖描下。2、等傾線的描繪：（1）調整光彈儀為正交平面偏振場布置（暗場）。（2）更換有機玻璃模型加載至等傾線清晰為止。（3）同時旋轉起偏鏡和檢偏鏡，觀察等傾線變化規(guī)律。（4）同步反時針方向旋轉偏振鏡軸，在屏幕上用描圖紙依次描出0、10o、20 等傾線，每隔10o畫一條，并增畫（35o、45o、55o等傾線）。四、結果處理：1、 用剪應力差法計算截面應力分布：（1） 用千分尺測梁長L及梁高H。（2） A-A為計算截面，在其左右畫輔助截