材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)三、四、五

1、實(shí)驗(yàn)三 扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：年月日實(shí)驗(yàn)室溫度:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察試樣在扭轉(zhuǎn)力偶作用下試樣受力和變形的行為。觀察材料的破壞方式。2 .測定材料的剪切屈服極限及剪切強(qiáng)度極限。3 熟悉扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的工作原理及使用方法。二、主要儀器裝置及材料1扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)：用以作扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)。2游標(biāo)卡尺。三、試件受力簡圖1 .試件采用圓形截面試件，如圖所示，在試件表面畫上一條縱線，以便觀察試件的扭轉(zhuǎn)變形。y -g-0 -飆鈿12.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的工作原理扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)如圖。在機(jī)體上有一個(gè)基本固定的夾頭，用兩平面和夾緊螺栓固定扭轉(zhuǎn)試樣的一端。試驗(yàn)機(jī)上有一個(gè)能 306旋轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)裝置， 其左端是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的夾頭，以夾持試樣的另一端

2、。 當(dāng)人力使裝置轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動活動夾頭轉(zhuǎn)動，而使試樣的一端相對于另一端發(fā)生了轉(zhuǎn)動，故試件受扭而產(chǎn)生變形。調(diào)零固定丸頭護(hù).時(shí)3扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)原理試件承受扭矩時(shí)，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，是拉伸以外的又一重要應(yīng)力狀態(tài)，常用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 來研究不同材料在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的機(jī)械性質(zhì)。低碳鋼試件在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，其T-0曲線如圖所示，類似低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)，可分為四個(gè)階段:彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和斷裂階段，相應(yīng)地有三個(gè)強(qiáng)度特征值：剪切比例極限、剪切屈服 極限和剪切強(qiáng)度極限。對應(yīng)這三個(gè)強(qiáng)度特征值的扭矩依次為Tp、Ts、Tb。在比例極限內(nèi)，T與$成線性關(guān)系，材料完全處于彈性狀態(tài)，試件橫截面上的剪應(yīng)力沿半徑線 性分布。如

3、圖(a)所示，隨著T的增大，開始進(jìn)入屈服階段，橫截面邊緣處的剪應(yīng)力首先到達(dá)剪切屈 服極限，而且塑性區(qū)逐漸向圓心擴(kuò)展，形成環(huán)塑性區(qū)，如圖(b)所示，但中心部分仍然是彈性的，所以T仍可增加，T-$的關(guān)系成為曲線。直到整個(gè)截面幾乎都是塑性區(qū)，如圖(c)所示。abc在T-$出現(xiàn)屈服階段，示力度盤的指針基本不動或有輕微回?cái)[，由此可讀出屈服扭矩Ts，低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切屈服極限值可由下式求出：3 MtsTS4 Wp屈服階段過后，進(jìn)入強(qiáng)化階段，材料的強(qiáng)化使扭矩又有緩慢的上升，但變形非常明顯，試件的縱向畫線變成螺旋線， 直至扭矩到達(dá)極限扭矩值 Mb進(jìn)入斷裂階段，試件被剪斷，由示力度盤的從動針可讀出，則低碳鋼扭轉(zhuǎn)的

4、剪切強(qiáng)度極限可同下式求出：3 M Tb4 Wp四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟:1試件準(zhǔn)備：測量試件等截面范圍兩端及中間共三處截面的直徑。為保證精確度，每一截面均取互相垂直的兩個(gè)方向各測量一次，并計(jì)算平均值，以三截面中最小處的平均值來計(jì)算初始橫截面面積A。2 安裝試件：(1)將試樣的端頭安裝于夾頭中，并夾緊。(2)調(diào)整示力度盤主動針，對準(zhǔn)零點(diǎn)。3 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：以順時(shí)針方向緩慢轉(zhuǎn)動擺手，使之按要求的速度對試件加載，對于低碳鋼試件，注意觀察試驗(yàn)機(jī)示力度盤的指針，若指針停止轉(zhuǎn)動或有輕微回?cái)[，說明材料發(fā)生屈服，記錄此時(shí)的扭矩Ts經(jīng)過屈服階段以后（鑄鐵試件無此階段） ，即可快速加載，直至剪斷為止，停車。由從動針讀出最大

5、扭Tb并記錄。4 取下試件，清理設(shè)備。5 整理數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果：試驗(yàn)材料截面直徑do/mm抗扭截面系數(shù)2Wp/mm屈服扭矩Ms/N-m屈服極限t a/MPa最大扭矩Mb/N-m強(qiáng)度極限t b/MPa斷口破壞形式備注低碳鋼鑄鐵計(jì)算么式.扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)s wMPa抗扭強(qiáng)度b WMPa六、低碳鋼、鑄鐵扭轉(zhuǎn)曲線示意圖:七、思考題：1低碳鋼鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞有何不同？為什么？2根據(jù)拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)三種試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析低碳鋼與鑄鐵的力學(xué)性能。3低碳鋼拉伸屈服極限和剪切屈服極限有何關(guān)系？實(shí)驗(yàn)四 純彎曲梁正應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測定夾層梁純彎段應(yīng)變、應(yīng)力分布規(guī)律，為建立理論計(jì)算模型提供實(shí)

6、驗(yàn)依據(jù)；將實(shí)測值與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。2通過實(shí)驗(yàn)和理論分析深化對彎曲變形理論的理解，培養(yǎng)思維能力。3學(xué)習(xí)多點(diǎn)測量技術(shù)。二、夾層梁的結(jié)構(gòu)、尺寸和純彎曲加載方式夾層梁的結(jié)構(gòu)、尺寸和純彎曲加載方式如圖所示。梁的上、下層是45號鋼條，它們的厚度相同，中層是鋁合金，三層用螺栓緊固，錐銷定位。在梁的上、下表面各粘貼兩枚應(yīng)變片，以檢查載荷是 否偏斜，一個(gè)側(cè)面上等間距地粘貼五枚應(yīng)變片。它們的編號如側(cè)視圖所示。三、實(shí)驗(yàn)步驟1打開應(yīng)變儀電源、預(yù)熱。2調(diào)整實(shí)驗(yàn)臺，安裝梁將左右支架安裝到位，使左右支架跨矩為400mm且關(guān)于力傳感器對稱。在力傳感器上安裝加 載器。安裝梁和副梁，梁兩頭應(yīng)大致在支架寬度的正中位置，并且還

7、應(yīng)大致在加載器兩拉桿間的正 中位置。副梁的位置由純彎曲定位板確定。3接線將力傳感器的紅、藍(lán)、白、綠四線依次接在測力專用通道（0通道）的A、B、C和D端。按多點(diǎn)1/4橋公共補(bǔ)償法對各測量片接線，即將試樣上的應(yīng)變片分別接在所選通道的A、B端。所選通道B、B'間的連接片均應(yīng)連上。 將貼在鋁塊和鋼塊上的兩個(gè)補(bǔ)償片分別接在補(bǔ)償通道的補(bǔ)償1和補(bǔ)償2接線端子上。4設(shè)置參數(shù)根據(jù)接線的方式設(shè)置應(yīng)變儀的參數(shù)，包括力傳感器的校正系數(shù)，各通道的組橋方式、應(yīng)變片的靈敏系數(shù)和阻值等。載荷限值設(shè)置為2100N。5.測試 5 號測點(diǎn)應(yīng)變先測量 5 號測點(diǎn)的應(yīng)變以確定夾層梁和副梁的安裝是否符合實(shí)驗(yàn)要求，使梁處于完全不受

8、載狀 態(tài)并平衡 0 通道和 5 號測點(diǎn)對應(yīng)通道電橋。緩慢加載到 2000N 左右，此時(shí) 5 號測點(diǎn)通道的應(yīng)變絕對 值應(yīng)該W 1,若該值不符合要求，應(yīng)分別調(diào)整加載器兩拉桿上端的螺母，同時(shí)觀察應(yīng)變值的變化情況，使應(yīng)變值接近于 0。然后卸載至 0，應(yīng)變值應(yīng)回到 0，若不是 0，應(yīng)再重復(fù)調(diào)整，直至符合要求。6.平衡各通道電橋使試樣處于完全不受載狀態(tài)。按 卜BAL鍵，再依次按各通道（包括 0通道）對應(yīng)的數(shù)字鍵。儀器依次顯示各通道的初始不平衡量，并將該值存貯在儀器內(nèi)。 7測量按MEAS鍵，再緩慢加載，力顯示屏數(shù)字從0開始不斷增加。增加到 2000N時(shí)就停止加載，依次按各（應(yīng)變通道對應(yīng)的）數(shù)字鍵，右屏上就依

9、次顯示各點(diǎn)應(yīng)變值，記錄之。然后卸載，重復(fù) 6，7兩步驟，共測量三次。數(shù)據(jù)以表格形式記錄。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析根據(jù)測得的各點(diǎn)應(yīng)變，計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值。再計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)力理論值。然后計(jì)算它們之間的相對誤差。數(shù)據(jù)參考表2-1處理。表2-1a=130mmb=18mmc=140mmF=2000N彈性模量（MPa）（Est:鋼材；Eal :鋁合金）21000070000210000測點(diǎn)號123456789實(shí) 驗(yàn) 值應(yīng)變（卩£）第一次第二次第三次平均（平均 值X 1的應(yīng)力(T =(Mpa)應(yīng)力理論值 d (Mpa)相對誤差 =-理一實(shí)x 100%應(yīng)變理論值計(jì)算表M=F/2*a (N.mm)yi(mm)

10、I=bhA3/12d i=M#lE& i=(T i/E五、思考題：1. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算是否一致？如不一致，其主要影響因素是什么?2. 電測彎曲正應(yīng)力的大小是否會受材料彈性模量E的影響？3. 為什么要把溫度補(bǔ)償片貼在與構(gòu)件相同的材料上？實(shí)驗(yàn)五材料彈性常數(shù)E、測定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膆測定材料的彈性模量 E和泊松比卩2驗(yàn)證胡克定律。3學(xué)習(xí)電測法原理和多點(diǎn)測量技術(shù)。二、原理和方法應(yīng)變測量采用多點(diǎn)1/4橋公共補(bǔ)償法。為減少誤差，也為了驗(yàn)證胡克定律， 采用等量增 載法，加載五次。即 Fi = Fo + iF （i = 1, 2,5）,末級載荷 F5不應(yīng)使應(yīng)力超出 材料的比例極限。初載荷 Fo時(shí)將各電橋

11、調(diào)平衡，每次加載后記錄各點(diǎn)應(yīng)變值。計(jì)算兩縱向應(yīng)變平均值!i和兩橫向應(yīng)變平均值2i，按最小二乘法計(jì)算E和卩。2Eb 仕(1-1),(1-2)圖1-1三、試驗(yàn)步驟1打開應(yīng)變儀電源，預(yù)熱。2試驗(yàn)臺換上拉伸夾具，將力傳感器上下位置調(diào)整合適，安裝試樣。3接線將力傳感器的紅、藍(lán)、白、綠四線依次接在測力專用通道（0通道）的A、B、C和D端。按多點(diǎn)1/4橋公共補(bǔ)償法對各測量片接線，即將試樣上的應(yīng)變片分別接在所選通道的 A、 B端。所選通道B、B '間的連接片均應(yīng)連上。將補(bǔ)償片接在補(bǔ)償 1 （或2）的接線端子上。4設(shè)置參數(shù)根據(jù)接線的方式設(shè)置應(yīng)變儀的參數(shù)，包括力傳感器的校正系數(shù)， 各通道的組橋方式、 應(yīng)變片的靈敏系數(shù)和阻值等。載荷限值設(shè)置為1600N。5.平衡各通道電橋使試樣處于完全不受載狀態(tài)。按 卜BAL鍵，再依次按各通道（包括 0通道）對應(yīng)的 數(shù)字鍵。儀器依次顯示各通道的初始不平衡量，并將該值存貯在儀器內(nèi)。6測量按MEAS鍵，再緩慢加載，力顯示屏數(shù)字從0開始不斷增加。每增加 300N，就暫停加載，依次按各（應(yīng)變通道對應(yīng)的）數(shù)字鍵，右屏上就依次顯示各點(diǎn)應(yīng)變值，記錄之。共加載 五級，然后卸載。重復(fù) 5, 6兩步驟，共測量三次。數(shù)據(jù)以表格形式記錄。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析將三組數(shù)據(jù)分別按表 1-1作初步處理，從而找出線性關(guān)系最好的一組。再用這組數(shù)據(jù)按 公式（1-1 ）和（1-2）計(jì)算E、