材料力學(xué)、工程力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、材料力學(xué)工程力學(xué)實驗指導(dǎo)書東北大學(xué)理學(xué)院力學(xué)實驗中心二五年九月一日力學(xué)實驗中心學(xué)生實驗細(xì)則根據(jù)教學(xué)大綱要求和教務(wù)處的相關(guān)規(guī)定,學(xué)生應(yīng)遵守如下實驗細(xì)則:1.學(xué)生必須按照網(wǎng)上選課(或課表指定時間到實驗室上課,并由指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)考勤。遲到5分鐘以上者,不許參加本次實驗。2.學(xué)生應(yīng)對實驗內(nèi)容做充分預(yù)習(xí),完成預(yù)習(xí)報告,并在上課前交給指導(dǎo)教師。無預(yù)習(xí)報告者不準(zhǔn)參加此次實驗。3.學(xué)生要認(rèn)真完成實驗要求的內(nèi)容,遵守實驗室的規(guī)章制度和儀器設(shè)備的操作規(guī)程,不許做與本次實驗無關(guān)的事情。4.實驗過程中,每人要記錄一份原始數(shù)據(jù),由實驗指導(dǎo)教師簽字后方可生效,附在實驗報告中,無原始記錄,實驗報告無效。5.學(xué)生必須認(rèn)真完成實

2、驗報告,若發(fā)現(xiàn)抄襲者,雙方實驗成績均以0分計。6.每次實驗課前要完成上次的實驗報告,并交給指導(dǎo)教師。7.實驗課的成績占本門課程總成績的百分之十,實驗課成績不及格者,不準(zhǔn)參加本門課程的期末考試。8.要注意保持實驗室衛(wèi)生,不許隨地吐痰、亂扔雜物。實驗結(jié)束后要整理現(xiàn)場。力學(xué)實驗中心目錄實驗一 拉伸實驗 (1實驗二 壓縮實驗 (5實驗三 扭轉(zhuǎn)實驗 (9實驗四 電阻應(yīng)變測量基本原理 (14實驗五 彈性模量及泊松比的測定 (18實驗六 梁彎曲正應(yīng)力測定 (21實驗七 復(fù)合梁實驗 (25實驗八 薄壁圓筒在彎扭組合作用下的應(yīng)力測定 (29實驗九 靜定和靜不定組合變形實驗 (33實驗十 薄壁開口截面梁的彎曲中心

3、測定 (40實驗十一 功的互等定理實驗 (43實驗十二 壓桿穩(wěn)定實驗 (45實驗十三 動荷框架實驗 (48實驗十四 等強度梁沖擊動應(yīng)力及動荷系數(shù)測試實驗 (50實驗十五 復(fù)合材料力學(xué)性能分析實驗 (53實驗十六 硬度實驗 (55實驗十七 沖擊實驗 (581實驗一 拉伸實驗常溫靜載拉伸實驗是基本的材料力學(xué)性能實驗。一些主要的力學(xué)性能通過拉伸實驗來測定。實驗中要了解低碳鋼(典型塑性材料和鑄鐵(典型脆性材料拉伸過程。一、 實驗?zāi)康?. 測定低碳鋼在拉伸過程中的幾個主要力學(xué)性能指標(biāo);屈服極限s 、強度極限b 、延伸率和截面收縮率 強度極限b 。2. 現(xiàn)象、繪制拉伸時的二、 實驗設(shè)備及儀器1. WDW-

4、1002. 游標(biāo)卡尺三、 實驗原理家標(biāo)準(zhǔn)GB6397-86可制成矩形截面。間的關(guān)系為0l = 11.30A 或 試件兩端為夾緊部分,1-1拉伸試驗F l 強化階段(CD 荷s F 和初始截面積0A 載荷b F 與初始截面面積0A 之比。于是0/A F s s = 0/A F b b =國標(biāo)GB228-87規(guī)定,屈服點s :出現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料,試樣在試驗過程中不增2加(保持恒定仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力。如力發(fā)生下降,應(yīng)區(qū)分上、下屈服點。上屈服點su :試件發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力,下屈服點sl :當(dāng)不計初始瞬時效應(yīng)時屈服階段中的最小應(yīng)力。圖 1 2 ( a 圖 1 2 ( b 試件標(biāo)距部

5、分尺寸偏差 ( mm 試件直徑 ( mm 0d l標(biāo)距內(nèi)(min max d d 允許偏差( mm 0d <10 ±0.1±0.10.02 0d 10 ±0.2 ±0.10.05表征材料塑性大小的兩個指標(biāo)為延伸率和截面收縮率,分別為%100001×=l l l %100010×=A AA 式中 0l ,0A 分別為試驗前的標(biāo)距和截面面積。lFl31l ,1A 分別為拉斷后的標(biāo)距和截面面積。 四、試驗步驟1. 用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距內(nèi)取三處,測每一處截面兩個互相垂直方向的直徑,取平均值。因在計算材料強度時,一般考慮試件從最薄弱處的截

6、面破壞。故取三處中最小的平均直徑用作計算截面面積。2. 將試件安裝在試驗機的上下夾頭內(nèi)。3. 將原始數(shù)據(jù)輸入計算機內(nèi), 用鼠標(biāo)按上升按鈕。實驗結(jié)束后自動結(jié)束。4. 實驗結(jié)束后,取下試件,對準(zhǔn)斷口、測量試件斷后的斷口處最細(xì)部位的直徑1d 。五、實驗數(shù)據(jù)記錄 低碳鋼: =s F KN , =b F KN 鑄 鐵: =b F KN六、思考題1. 比較低碳鋼和鑄鐵的拉伸力學(xué)性能。2. 在金屬材料拉伸時的力學(xué)性能指標(biāo)中哪些是材料的強度指標(biāo)?哪些是材料的塑性指標(biāo)?3. 低碳鋼拉伸圖大致可分幾個階段?各階段有何特征?七、實驗報告要求專業(yè) 班級 姓名 實驗日期 1. 實驗?zāi)康?42. 實驗設(shè)備:3. 實驗步驟

7、4. 實驗數(shù)據(jù)記錄: 2 計算結(jié)果: 低碳鋼:=0A F s s Mpa =0A Fb b MPa=×=%10000110l l l % =×=%100010A A A % 鑄 鐵:=A F bb MPa 3繪制低碳鋼和鑄鐵試件的F l 曲線及斷口形貌。 5. 回答思考題6. 對實驗的建議和感想。5實驗二 壓縮實驗一、實驗?zāi)康?. 測定低碳鋼壓縮時的屈服極限s 。2. 鑄鐵壓縮強度極限b 。3. 觀察斷口特征,分析破壞原因。二、實驗設(shè)備及儀器萬能材料實驗機(結(jié)構(gòu)圖24、游標(biāo)卡尺、低碳鋼和鑄鐵壓縮試件。三、實驗原理金屬材料的壓縮試件制成圓柱形(圖2 - 1。規(guī)定 31d h

8、。試件太細(xì)長容易壓彎,太短時,試件端面和試驗機墊板之間的摩擦約束力對試件的承載能力將產(chǎn)生影響,因而要求端部加工光潔度為97,試驗時接觸面適當(dāng)潤滑。試件和機器平臺加球形墊板,使壓力自動調(diào)中。低碳鋼試件壓縮有較短的屈服階段(圖2 2a,測力盤指針停頓或稍后退時記下屈服極限載荷s F屈服強度: 0A F ss = 因為低碳鋼沒有壓縮強度極限,故屈服后即停止試驗。鑄鐵壓縮時只有強度極限載荷b F (圖 l l圖2 2a 圖2 2b62 - 2b,故壓縮強度極限A F bb = 鑄鐵試件的斷裂面接近于 45斜面(圖 2 - 3。試件d h 越大斷口越接近 45,這與端面摩擦約束的影響有關(guān)。 45面為最大

9、剪應(yīng)力平面,故鑄鐵試件壓縮的斷口為剪切破壞。 四、實驗步驟1. 測量試件直徑。估計最大載荷和選測力盤及相應(yīng)擺錘,測力盤指針調(diào)零。2. 安放試件,注意載荷對中。3. 打開總開關(guān),接通電源,開動油泵電機。打開進油閥使上夾頭(工作臺上升到距壓頭上端30mm 時,關(guān)閉進油閥,將試件放于壓縮平臺上。4. 緩慢擰開送油閥進行加載實驗,記下低碳鋼試件屈服載荷s F 值,過屈服后停止試驗。鑄鐵試件壓斷為止,記下強度載荷b F 值。5. 試件斷裂后,關(guān)閉油閥,并停止油泵電機。取下斷裂試樣,觀察斷口。6. 打開回油閥,卸載后關(guān)閉油閥,并將從動針撥回零點。7. 切斷電源。7圖 2 41 - 測力活塞桿2 - 測力液

10、壓缸3 - 擺錘4 - 擺桿5 - 平衡輪6 - 推桿7 - 指針8 - 拉桿9 - 測力油管 10 - 油箱 11 - 油泵 12、18 - 送油管 13 - 送油閥 14 - 回油閥 15 - 回油管 16 - 齒桿 17 - 測力刻度盤 19 -上橫梁 20 - 工作活塞 21 - 工作油缸 22 - 活動立柱 23 - 固定橫頭 24 - 上墊板 25 - 壓縮試樣 26 -下墊板 27 - 活動臺 28 - 彎曲支座 29 -上夾頭 30 - 下夾頭 31 - 螺柱 32 - 固定立柱 33 - 底座 34 - 下夾頭驅(qū)動電動機五、實驗數(shù)據(jù)記錄 直 徑 0d ( mm s F 或b

11、F KN材 料 (1(2低碳鋼 鑄 鐵8六、思考題1. 鑄鐵試件斷口平面有何特征? 是什么應(yīng)力引起的?2. 比較低碳鋼拉伸與壓縮的屈服極限s 是否相近。3. 比較鑄鐵拉伸與壓縮的強度極限b 。4. 分析鑄鐵試件壓縮時沿軸線聲呈°45破壞原因。5. 試分別比較低碳鋼和鑄鐵在壓縮過程中的異同點及力學(xué)性能。七、實驗報告要求專業(yè) 班級 姓名 實驗日期實驗報告格式(見附頁是參考性的,同學(xué)們完全可以比照上述原則,自擬一份報告。在實驗報告的最后部分,可以提出自己的見解、討論存在的問題,并回答教師布置的思考題。 專 業(yè) 班 級 姓 名 實驗日期 1. 實驗?zāi)康? 2. 實驗設(shè)備: 低碳鋼屈服極限:0

12、A F ss = 鑄鐵壓縮強度極限:A F bb = 4. 回答思考題。5. 對實驗的建議和感想。9實驗三 扭轉(zhuǎn)實驗一、實驗?zāi)康?.測定低碳鋼的剪切屈服極限s ,剪切強度極限b 。2.測定鑄鐵的剪切強度極限b 。二、實驗設(shè)備及儀器NJ-50B 型扭轉(zhuǎn)試驗機,游標(biāo)卡尺,低碳鋼與鑄鐵扭轉(zhuǎn)試件。三、實驗原理遵照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T10128-1988采用圓截面試樣的扭轉(zhuǎn)試樣,可以測定各種工程材料在純剪切情況的力學(xué)性能。如材料剪切屈服點s 和抗剪強度b 等。圓截面試樣須按上述國家標(biāo)準(zhǔn)制成(如圖 3 - 1所示。試樣兩端的夾持段銑平,這樣可以有效防止試驗時在試驗機卡頭中打滑。 圖 3 21 電流表2 -

13、記錄器開關(guān)3 - 停止按鈕4 - 扭轉(zhuǎn)速度表5 - 調(diào)10速電位器 6 - 速度換檔開關(guān) 7 - 電源開關(guān) 8 - 復(fù)位按鈕 9 - 記錄器指示燈 10 - 電源指示燈試件承受的扭矩在剪切比例極限以內(nèi)時,處于線彈性階段OA(圖3 - 3a,切應(yīng)力和切應(yīng)變服從虎克定律,即 G =圖 3 - 3當(dāng)扭矩超過p M ,試件表面開始形成塑性區(qū),轉(zhuǎn)角越大,塑性區(qū)越深入到中心,M 曲線開始平坦,一直到B 點,這時s n M M =,可以近似的認(rèn)為整個截面切應(yīng)力都達(dá)到屈服極限s (圖 3 3b. 則=AAn s s s s W dA dA M 34或nss W M 43= 其中163d W n =變形過 B

14、點后材料開始強化,一直到C 點時剪斷,b 近似值為: nbb W M 43= 鑄鐵因抗拉能力弱,故扭轉(zhuǎn)破壞時斷口呈°45螺旋曲面,被°45 方向上的主應(yīng)力所拉斷M 0 nM 11(圖3-5。 部頒標(biāo)準(zhǔn)YB3664規(guī)定,按彈性公式nbbW M =為名義值。在塑性強化階段,M 曲線上BC 之間任一點,試件表面切應(yīng)力由分析推導(dǎo)得知為: 3(43d dM M d +=如 M 曲線上max M 處0=d dM,則n b b b W M d M 43123=,式中為扭轉(zhuǎn)角。四、 實驗步驟1. 測量直徑,測量方法與拉伸實驗一樣。在低碳鋼試件上劃一軸向線,用以觀察扭轉(zhuǎn)變形。2. 選擇合適的

15、量程,應(yīng)使最大扭矩于量程的50-80范圍。nM (a M M pn s(b M M M sn p (c M M sn 123. 裝夾試件,使其在夾頭的中心位置。4. 低碳鋼試件,在實驗過程中,要讀出屈服扭矩s M ,斷裂扭矩b M 。5. 鐵鑄試件,在實驗過程中,要讀出斷裂扭矩b M 。6. 在圖 3 2 中首先按電源啟動按鈕,把調(diào)速電位器調(diào)到零位。再按(正按鈕后緩慢調(diào)整調(diào)速電位器調(diào),在屈服前使速度表的指針指到40度,過了屈服后使速度表的指針指到大于300度。直至扭斷為止。按停止(紅色按鈕,卸下試件。五、實驗數(shù)據(jù)記錄專業(yè) 班級 姓名 實驗日期試 驗 前 直 徑 (0mm d 截面 I 截面 I

16、I 截面 III材 料(1 (2 平均(1 (2 平均(1 (2 平均最小截面平均直徑 ( mm 低碳鋼 鑄 鐵低碳鋼: =s M Nm ; =b M Nm鑄 鐵: =b M Nm六、思考題1. 低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)時變形和破壞情況有何不同?試分析其破壞原因。2. 根據(jù)拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)試驗結(jié)果,分析塑性材料(低碳鋼和脆性材料(鑄鐵的力學(xué)性能。3.比較低碳鋼和鑄鐵在受扭轉(zhuǎn)和受拉伸時其變形規(guī)律有何異同之處?七、實驗報告專 業(yè) 班 級 姓 名 實 驗 日 期1. 實驗?zāi)康?32. 實驗設(shè)備儀器3. 實驗步驟4. 實驗數(shù)據(jù)記錄1 試件尺寸 試 驗 前直 徑 (0mm d 截面 I 截面 II 截面 III

17、 材 料(1 (2 平均(1 (2 平均(1 (2 平均最小截面平均直徑 ( mm 低碳鋼 鑄 鐵2 計算結(jié)果: 低碳鋼: 163D W n =s M Nm ; =b M Nm=s Mpa ; =b Mpa鑄 鐵: 163D W =b M Nm ; =b Mpa5. 繪制斷口形貌。6. 回答思考題。7. 對實驗的建議和感想。14實驗四 電阻應(yīng)變測量基本原理電阻應(yīng)變測量用于測定構(gòu)件的表面應(yīng)變,根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)系,可確定構(gòu)件的表面應(yīng)力。它具有下列優(yōu)點:(1測量靈敏度與精度高,其最小應(yīng)變讀數(shù)為610; (2頻率響應(yīng)好,可以測量從靜態(tài)到數(shù)十萬赫茲的動態(tài)應(yīng)變; (3測量應(yīng)變范圍廣;(4可在高(低溫、

18、高速旋轉(zhuǎn)、高壓液下等環(huán)境條件下進行測量。其主要缺點是;只能測量構(gòu)件表面的、應(yīng)變片柵長范圍內(nèi)的平均應(yīng)變。電阻應(yīng)變測量由電阻應(yīng)變片、電阻應(yīng)變儀及記錄器三部分組成,它的工作原理如下:將電阻應(yīng)變片固定在被測的構(gòu)件上,當(dāng)構(gòu)件變形時,電阻應(yīng)變片的電阻發(fā)生相應(yīng)的變化。通過電阻應(yīng)變儀中的電橋,將此電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的增量,加以放大,最后換算成應(yīng)變值給出。如果是動態(tài)測量,由應(yīng)變儀輸出與應(yīng)變成正比的電信號,輸入記錄器顯示。一、電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化的元件,它是用具有一定電阻值的金屬絲或金屬箔制成的敏感柵,如圖4-1所示。圖 41將應(yīng)變片固定(粘貼在構(gòu)件被測點上,當(dāng)構(gòu)件受載后產(chǎn)生應(yīng)變時

19、,應(yīng)變片中敏感柵隨之發(fā)生相同的應(yīng)變,由于金屬絲在伸長(或縮短時,其電阻會發(fā)生相應(yīng)的變化,因此應(yīng)變片便將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻值的變化,并且應(yīng)變片的電阻變化率與應(yīng)變成正比。 p 即:K RR= 式中R 為應(yīng)變片的初始電阻值,R 為應(yīng)變片的電阻變化值,為應(yīng)變片的縱向應(yīng)變值,K 為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。應(yīng)變片的靈敏系數(shù)與敏感柵材料、加工工藝及所使用的粘結(jié)劑等因素有關(guān),它由實驗標(biāo)定給出。二、電阻應(yīng)變儀1.測量電路:在電阻應(yīng)變儀中,一般用電橋?qū)?yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化,圖4-2為直流電橋,其臂由1R 、2R 、3R 和4R 四個電阻組成,A 、C 兩端為電源端,其電壓為E ,B 、D 兩端為輸出

20、端,其輸出電壓為U 。根據(jù)電路計算,U 與E 及各臂電阻的關(guān)系為:E R R R R R R R R U (43214231+=如果4231R R R R =,則U=0,電橋處于平衡狀態(tài)。若使1R =2R =3R =4R ,或1R =2R 且3R =4R ,則滿足平衡條件。如各橋臂電阻分別產(chǎn)生一微小增量1R 、2R 、3R 、4R 。則電橋輸出電壓為: +443322114R R R R R R R R E U把K RR=代入上式得: 43214+=EKUA24圖EU16如果把貼在受力物體上的工作應(yīng)變片作為橋臂1R ,其它橋臂的電阻不變,當(dāng)工作應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變1時,則根據(jù)上式可得:14K EU

21、= 測定U 值后,便可求出1值。另外,在測量環(huán)境溫度變化時,由于敏感柵的電阻效應(yīng)(即金屬絲的電阻隨溫度而變化的效應(yīng),及其與構(gòu)件的線膨脹不同,均會使其電阻值發(fā)生變化,為測得構(gòu)件的真實應(yīng)變,必須消除這一影響。為此取一片與工作應(yīng)變片同樣性能的應(yīng)變片,粘貼在與構(gòu)件材料相同但不受力的試件上,使它具有與構(gòu)件相同的溫度,此應(yīng)變片稱為溫度補償片,接在BC 臂上,這樣,由于溫度變化而產(chǎn)生的電阻變化就被消除了。2.電阻應(yīng)變儀:在應(yīng)變測量時,應(yīng)變片的電阻變化十分微小,因此電橋輸出電量很小,電阻應(yīng)變儀的主要作用是將電量放大。三、電阻應(yīng)變片的粘貼步驟1.用數(shù)字歐姆表測量各應(yīng)變片的電阻值,選擇電阻值差在±0.2

22、內(nèi)的電阻應(yīng)變片,供粘貼用。2.清理表面,在測點處用“0”號砂紙45°方向交叉打光,光潔度不低于3,然后用丙酮或無水乙醇擦洗干凈。 3.劃線定位。4.涂膠粘貼。用準(zhǔn)備好的502膠水,在清洗后的表面上涂一薄層膠,在應(yīng)變片的背面也涂一層膠,待稍凝后,將應(yīng)變片貼在劃線部位。然后墊上塑料布,用指壓把多余膠和氣泡壓出。5.應(yīng)變片的固化常根據(jù)選擇的粘接劑而確定固化條件和要求。一般選用室溫可以固化的粘接劑,自然干燥時間15-24小時。6.應(yīng)變片焊接好后應(yīng)及時涂上防護層,防止大氣中水分或其他介質(zhì)浸入。7.用兆歐表檢查絕緣電阻,絕緣電阻需達(dá)到R=500M以上。四、思考題1.溫度補償塊的材料為什么要與試件

23、材料相同?2.用臺燈照射補償塊時,應(yīng)變儀讀數(shù)出現(xiàn)了什么變化?如何解釋?3.簡述電測法的特點?1718實驗五 彈性模量E 及泊松比的測定一、實驗?zāi)康?.電測方法測定彈簧鋼的彈性模量E 和泊松比。2.了解電測方法的基本原理及電阻應(yīng)變儀的使用。二、實驗設(shè)備等強度梁實驗器、電阻應(yīng)變儀三、實驗原理等強度梁實驗器如圖5-1所示。 梁的一端固定在支架上,另一端自由并加力。在距離加力點為L 1處取一點A,在A 點沿縱向和橫向粘貼兩枚電阻應(yīng)變片。用電阻應(yīng)變儀測出受力后A 點的縱向應(yīng)變x 及橫向應(yīng)變y 。A 點處于單向應(yīng)力狀態(tài),其軸向正應(yīng)力:圖5-1x = E·x =WM其中彎矩 M=F·L

24、1抗彎截面模量 W=62bh泊松比 =xy 四、實驗步驟1. 電阻應(yīng)變儀調(diào)平衡;2. 實驗采用分級加載,每級加載2kg,共分4級加載;3. 每級載荷下依次測量各點應(yīng)變值,直到加到最大載荷為止;194. 實驗結(jié)束,卸下載荷,并將砝碼擺放整齊。五、實驗數(shù)據(jù)記錄梁的尺寸:寬度b= cm ; 高h(yuǎn)= cm ; 彎矩L= cm ; 應(yīng)變101(6×記錄: 1. 如何設(shè)計梁的尺寸,才能保證梁是等強度梁?2. 測量材料的彈性模量和柏松比還有哪些方法?七、實驗報告要求:實驗名稱:專業(yè) 班級 姓名 同作者 實驗日期 1.實驗?zāi)康? 2.實驗設(shè)備: 3.實驗步驟:4.實驗數(shù)據(jù)記錄與計算結(jié)果: (1梁的尺

25、寸:寬度b= cm ; 高h(yuǎn)= cm ; 彎矩L= cm ; (2實驗記錄: 應(yīng)變101(6×記錄: (4計算結(jié)果: = ; E=5.回答本次實驗的思考題6.對實驗的感想和建議20實驗六梁彎曲正應(yīng)力測定一、實驗?zāi)康?.用電測法測定矩形截面梁在純彎曲時的正應(yīng)力分布規(guī)律;2.實驗結(jié)果與理論值進行比較,驗證彎曲正應(yīng)力公式;3.掌握電測法的多點測量技術(shù)。二、實驗設(shè)備純彎曲梁實驗器,電阻應(yīng)變儀。三、實驗原理 圖61純彎曲梁實驗裝置如圖6-1所示,梁CD段為純彎曲,其彎矩為:2aFM=由純彎曲正應(yīng)力公式,橫截面上各點的正應(yīng)力為zIMy=式中y為該點距中性層坐標(biāo)距離,zI為橫截面對中性軸z的慣性矩

26、,對矩形截面為:123bhIz=在純彎曲段,縱向纖維只發(fā)生長度變化而互不擠壓,處于單向應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)虎克定律,各點的正應(yīng)力和線應(yīng)變成正比:=E因此可根據(jù)沿軸線方向粘貼的距中性軸不同高(0,4,234;25;1=yhyhy的應(yīng)變2122片(圖6-2所得的應(yīng)變值,確定彎曲正應(yīng)力的分布,并驗證正應(yīng)力公式。實驗采取分級加載方法,每增加P ,各測點應(yīng)變值相應(yīng)增加,可求得對應(yīng)的應(yīng)力值。=E 而理論值應(yīng)為:zii J My = 圖62實驗采取分級加載方法,每增加P ,各測點應(yīng)變值相應(yīng)增加,可求得對應(yīng)的應(yīng)力值。=E 而理論值應(yīng)為zii J My = 四、實驗步驟1.電阻應(yīng)變儀調(diào)平衡;2.實驗采用分級加載,每次

27、加載10kg ,分4級加載。要緩慢加載。3.每級載荷下依次測量各點應(yīng)變值,然后再加下一級載荷,加到最大載荷為止。五、實驗數(shù)據(jù)記錄(1應(yīng)變101(6×記錄:23 1.影響純彎曲梁正應(yīng)力實驗準(zhǔn)確性的主要因素是什么?2.彎曲正應(yīng)力的大小是否受彈性模量E 的影響?3. 在梁的高度方向,純彎曲段應(yīng)變分布規(guī)律是怎樣的?4. 中性層在橫截面上什么位置?5. 隨載荷逐級增加,應(yīng)變?nèi)绾巫兓? 七、實驗報告要求實驗名稱:專業(yè) 班級 姓名 實驗日期 1.實驗?zāi)康? 2.實驗設(shè)備: 3.實驗步驟:4.實驗數(shù)據(jù)記錄與計算結(jié)果:(1 梁的尺寸:寬度b=0.6cm ;梁高h(yuǎn)=3cm ;跨度l=60cm ;彎矩a

28、=20cm ; 測點距軸y 距離: 21h y =1.5cm ;42h y =0.75cm ;3y =0cm ;=44hy 0.75cm ;24=25hy 1.5cm ; 彈性模量:E=210Gpa 。 (2 應(yīng)變101(6×記錄: (3 應(yīng)力實驗值: (4 應(yīng)力理論值:(5 分別描繪應(yīng)力實驗值和理論值沿梁橫截面高度的分布 5.誤差計算與分析: 6.回答本次實驗的思考題 7.對實驗的感想和建議25實驗七 復(fù)合梁實驗一、實驗?zāi)康?.了解復(fù)合材料梁的應(yīng)力分布。2.通過實驗分析總結(jié)出影響復(fù)合梁承載能力的因素。二、實驗設(shè)備 圖71復(fù)合梁實驗器; 電阻應(yīng)變儀; 復(fù)合材料梁:(1 鋼-鋁-鋼 (

29、2 鋁-鋼-鋁 (3 鋁-鋁-鋼 (4 鋼-鋼-鋁 三、實驗原理由于梁的各種組成部分緊密連接而無滑動,可視為一個整體。梁彎曲時的平面假設(shè)仍可適用。由此可得出正應(yīng)變沿梁高度方向按同一斜率呈線性變化(圖7-2b。但由于各層材料彈性模量不同,正應(yīng)力沿梁的高度方向以不同斜率成階梯分布(圖7-2c。此時梁的正應(yīng)力可以用相當(dāng)截面法來計算。相當(dāng)截面法即是將不同材料組成的截面按公式:b 2 =12E E b 126折算為(圖7-2d 所示相當(dāng)截面。其中b 2為折算后的寬度,E 2為第2種材料的彈性模量,E 1為材料1的彈性模量,b 1為第1種材料的實際寬度。再按彎曲正應(yīng)力公式計算相當(dāng)截面正應(yīng)力,其中I 應(yīng)為相

30、當(dāng)截面的矩。對于材料1,計算應(yīng)力即為實際應(yīng)力,對于材料2,將其計算應(yīng)力乘以E 2/E 1后為其實際應(yīng)力。即:圖72四、實驗步驟1. 應(yīng)變儀調(diào)平衡2. 實驗采用分級加載,每次加載5 kg 或2kg ,分4級加載。注意加載時要平穩(wěn)。3.在每級載荷下依次測量各點應(yīng)變值,然后再加下一級載荷,直到加到最大載荷為止。4.根據(jù)測量梁上各測點的應(yīng)變值,計算各點應(yīng)力的實驗值。五、實驗數(shù)據(jù)記錄復(fù)合形式:應(yīng)變101(6×記錄: (aE 2 E 1 E 2(b (c(d27讀數(shù)2讀數(shù)3讀數(shù)4讀數(shù)5六、思考題1.在相同的載荷作用下, 鋼-鋁-鋼、鋁-鋼-鋁兩種梁中哪一種應(yīng)力最大,為什么?你能得出什么結(jié)論。2.

31、四種梁中性軸是否都通過橫截面形心,舉例說明在實際問題中如何利用這一特征。3.在梁彎曲理論中,梁正應(yīng)力只與彎矩和截面尺寸有關(guān),復(fù)合梁是否也一樣?4.通過實驗結(jié)果和理論分析,討論復(fù)合梁的承載能力與哪些因素有關(guān)。5.為提高梁的承載能力,對材料的選擇上應(yīng)遵循什么原則。七、實驗報告要求實驗名稱:專業(yè) 班級 姓名 實驗日期 1.實驗?zāi)康? 2.實驗設(shè)備: 3.實驗步驟:4.實驗數(shù)據(jù)記錄與計算結(jié)果: (1 梁的尺寸及材料常數(shù)寬度b=1.3 cm;梁高h(yuǎn)=3h ,=1.5cm;彎矩a=6cm;E 鋼=207Gpa E 鋁 =69Gpa (2 測點距Z 軸距離:y 1=0.75cm; y 2=0.5cm; 3y

32、 =0cm; 4y =-0.5cm;y 5=-0.75cm;6 5.實驗值、理論值的計算要寫出公式及主要計算步驟,畫出相當(dāng)截面并標(biāo)注尺寸6.計算誤差并分析誤差產(chǎn)生的原因。7.回答本次實驗的思考題8.對實驗的感想和建議28 29圖81實驗八 薄壁圓筒在彎扭組合作用下的應(yīng)力測定一、實驗?zāi)康?.用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力大小和方向。2.了解應(yīng)變花的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用,進一步熟悉電阻應(yīng)變儀的操作。二、實驗設(shè)備彎扭組合實驗器、電阻應(yīng)變儀。三、實驗原理實驗器的薄壁圓筒一端固定于支架上,另一端固定一個加力臂,臂的自由端上懸掛砝碼P ,如圖8-1所示。圓筒同時受彎曲和扭轉(zhuǎn)組合作用。砝碼到圓筒中心距離為a ;

33、到所測點A 出距離為L, A 點處于平面應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)理論分析,A 點的彎曲正應(yīng)力為:WlF x = 式中抗彎截面模量:=43132D d D W A 點的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為:nxy W aF = 式中抗扭截面模量為:W W n 2= A 點主應(yīng)力大小為: (223,1421xy x x +±=主方向為:xxytg 220=30為了用實驗的方法測定薄壁圓筒彎曲和扭轉(zhuǎn)時表面上一點處的主應(yīng)力大小和方向,首先要在該點處測量三個方向應(yīng)變以確定該點的主應(yīng)變1、3的大小和方向;然后利用廣義虎克定律,算得主應(yīng)力1、3大小和方向。根據(jù)應(yīng)變分析原理,要確定一點處的主應(yīng)變,需要知道該點處沿x、y 兩相互垂直方

34、向的三個應(yīng)變分量x 、y 、xy 。由于在實驗中測量剪應(yīng)變很困難,而用應(yīng)變片測量線應(yīng)變比較簡便,所以,通常采用測量一點處沿與軸成三個不同方向且已知夾角的線應(yīng)變a 、b 、c ,如圖8-2(a,按下列方程組聯(lián)立求得x 、y 、xy 。圖82a xy a yx yx a 2sin 2cos 22+=b xy b yx yx b 2sin 2cos 22+= c xy c yx yx c 2sin 2cos 22+=再用下式計算主應(yīng)變1、3的大小和方向: 223,1222+±+=xy yx yx yx xytg =2然后利用如下廣義虎克定律算得主應(yīng)力: (a (b31(13121+=E(1

35、1323+=E為了簡化計算,實際上采用互成特殊角度的三個應(yīng)變片組成的應(yīng)變花,如在本實驗中采用的與x 軸成0°、45°、90°的應(yīng)變花,如圖8-2(b,粘貼在測點A 處(圖8-1。此時,=a 0°、=b 45°、=c 90°,通過電阻應(yīng)變儀分別測得沿此三個方向的線應(yīng)變0、45、90,由上述方程組求得:x =0、y =90、xy =0+90-245 并由此可求出主應(yīng)變及主應(yīng)力。主應(yīng)力的大小為 2904524509003,1(1(22(1(2+±+=E E主方向為9009004522=tg四、實驗步驟:1. 記錄實驗器薄壁圓筒的內(nèi)

36、外徑尺寸d 及D 、臂長a 、距離1l 。2.應(yīng)變儀調(diào)平衡。3.實驗采用分級加載,每級載荷P=5kg ,分四級加載。注意加載時要平穩(wěn)。4.測量各點應(yīng)變值,并填入原始記錄中。5.實驗結(jié)束后,取下砝碼,并擺放整齊。五、實驗數(shù)據(jù)與記錄實驗器尺寸:D= cm ; d= cm ; a= cm ; L= cm 。 應(yīng)變值101(6×記錄: 32 六、思考題1.實驗誤差是由哪些因素造成的?2.測點的位置能否靠近固定端?為什么?3.考慮橫力彎曲對剪應(yīng)力的影響,本實驗薄壁筒截面哪一點的剪應(yīng)力最大?為什么?七、實驗報告要求實驗名稱: 專業(yè) 班級 姓名 實驗日期1.實驗?zāi)康?2.實驗設(shè)備:3.實驗步驟:4

37、.實驗數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果:實驗器尺寸:D= cm ; d= cm ; a= cm ; L= cm 。 應(yīng)變值101(6×記錄:33讀數(shù)0讀數(shù)45讀數(shù)90(1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出1= ;3= ;= 已知材料GPa E 104=,33.0= (2計算出1,3和的理論值 5.計算實驗誤差,分析誤差原因 6.回答本次實驗的思考題 7.對實驗的感想和建議實驗九靜定和靜不定組合變形梁實驗一、實驗?zāi)康?.把實際結(jié)構(gòu)簡化為理想的力學(xué)模型,然后根據(jù)力學(xué)模型進行力學(xué)分析并進行求解。2.通過實驗培養(yǎng)學(xué)生用掌握的理論知識來分析實際問題和解決實際問題的能力,即理論與實踐相結(jié)合的能力。3.用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下主

38、應(yīng)力大小和方向。4.了解應(yīng)變花的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用,進一步熟悉電阻應(yīng)變儀的操作。二、實驗設(shè)備電阻應(yīng)變儀、組合變形空間桿實驗器。該實驗器可通過調(diào)整支點的高度使結(jié)構(gòu)由靜定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為靜不定結(jié)構(gòu);可進行水平方向和垂直方向的加載。如圖9-1所示。 圖9-1組合變形空間桿實驗器三、實驗原理該實驗器可施加水平方向的載荷和垂直方向的載荷,測試點處于平面應(yīng)力狀態(tài)。靜不定部分是在靜定的基礎(chǔ)上在自由端上加一個支撐變成靜不定結(jié)構(gòu)?？梢哉{(diào)整支撐的高度接觸到構(gòu)件。在三種不同加載情況下(如下所述測量測點的應(yīng)變,進而可以計算出該點主應(yīng)力大小和方向。加載情況:在水平載荷單獨作用下3435在垂直載荷單獨作用下在水平載荷和垂直載荷共同作

39、用下在靜定和靜不定情況下結(jié)合學(xué)過的理論知識,分別求出不同加載情況下危險點的位置和大小。用實驗的方法測定測點處的主應(yīng)力大小和方向,首先要在該點處測量三個方向應(yīng)變以確定該點的主應(yīng)變1、3的大小和方向;然后利用廣義虎克定律,算得主應(yīng)力1、3大小和方向。根據(jù)應(yīng)變分析原理,要確定一點處的主應(yīng)變,需要知道該點處沿x、y 兩相互垂直方向的三個應(yīng)變分量x 、y 、xy 。由于在實驗中測量剪應(yīng)變很困難,而用應(yīng)變片測量線應(yīng)變比較簡便,所以,通常采用測量一點處沿與軸成三個不同方向且已知夾角的線應(yīng)變a 、b 、c ,按下列方程組聯(lián)立求得x 、y 、xy 。a xy a yx yx a 2sin 2cos 22+= b

40、 xy b yx yx b 2sin 2cos 22+= c xy c yx yx c 2sin 2cos 22+=再用下式計算主應(yīng)變1、3的大小和方向: 223,1222+±+=xy yx yx yx xytg =2然后利用廣義虎克定律算得主應(yīng)力: (13121+=E(11323+=E為了簡化計算,實際上采用互成特殊角度的三個應(yīng)變片組成的應(yīng)變花,如在本實驗中采36用的與x 軸成0°、45°、90°的應(yīng)變花,粘貼在測點處。此時=a 0°、=b 45°、=c 90°,通過電阻應(yīng)變儀分別測得沿此三個方向的線應(yīng)變0、45、90,由

41、上述方程組求得:x =0、y =90、xy =0+90-245 并由此可求出主應(yīng)變及主應(yīng)力。主應(yīng)力的大小為: 2904524509003,1(1(22(1(2+±+=EE主方向為:9009004522=tg圖92四、實驗步驟1. 記錄實驗器的尺寸;2.在靜定和靜不定兩種情況下,分別測量在水平載荷單獨作用下;在垂直載荷單獨作用下;在水平載荷和垂直載荷共同作用下測點各應(yīng)變的大小 ;實驗采用分級加載,每級載荷P=5kg ,分四級加載。注意加載時要平穩(wěn); 3. 測量各應(yīng)變值,并填入原始記錄中; 4. 實驗結(jié)束后,取下砝碼,并擺放整齊。五、實驗數(shù)據(jù)記錄1.實驗器尺寸記錄:2.在以下幾種情況下的

42、記錄應(yīng)變:靜定情況下: (1水平載荷單獨作用: 6 ( a a(b37 (2 垂直載荷單獨作用 6 (3水平載荷和垂直載荷共同作用 應(yīng)變值101(6×記錄:38讀數(shù)90靜不定情況下:(1 水平載荷單獨作用 應(yīng)變值101(6×記錄: (2 垂直載荷單獨作用 應(yīng)變值101(6×記錄:39(3水平載荷和垂直載荷共同作用 應(yīng)變值101(6×記錄: 、思考題1.實驗中都包含哪些基本變形?2.壓應(yīng)力是否可以不計,為什么?3.應(yīng)變片的數(shù)目是否可以減少?4.支撐反力是否可以由實驗求出?七、實驗報告要求:實驗名稱:專業(yè) 班級 姓名 同作者 實驗日期 1.實驗?zāi)康? 2.實

43、驗設(shè)備: 3.實驗步驟:4.實驗數(shù)據(jù)記錄與計算結(jié)果:(1梁的尺寸: 寬度b= cm ; 高h(yuǎn)= cm ; 彎矩L= cm ;(2實驗記錄:靜定、靜不定情況下測點應(yīng)變測量值:z水平載荷單獨作用;z垂直載荷單獨作用;z水平載荷和垂直載荷共同作用。(3求出測點處的主應(yīng)力大小和方向(4計算出該截面危險點處的主應(yīng)力大小和方向的理論值。備注:實驗值、理論值的計算要寫出公式及主要計算步驟。5.求出測點處的主應(yīng)力大小和方向6.計算出該截面危險點處的主應(yīng)力大小和方向的理論值7.實驗值、理論值的計算要寫出公式及主要計算步驟8.回答本次實驗的思考題9.對實驗的感想和建議4041實驗十 薄壁開口截面梁的彎曲中心測定一、實驗?zāi)康?.用實驗方法確定薄壁開口橫截面梁的彎曲中心2.培養(yǎng)學(xué)生理論知識與實驗相結(jié)合的能力 二、實驗設(shè)備彎曲中心實驗器 游標(biāo)卡尺三、實驗原理彎曲中心測定裝置如圖10-1所示。由懸臂梁組成,梁的橫截面為槽形。 圖10-1圖中c 點橫截面形式形心,Y 軸和Z 軸為橫截面的形式主慣性軸,A 點是彎曲中心。槽形截面對中性軸Z 的慣性矩