建筑力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、建筑力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)基本實(shí)驗(yàn)1低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .試樣在拉伸或壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察試樣受力和變形兩者間的相互關(guān)系，并注意觀察材料的彈性、屈服、強(qiáng)化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象。2 .測(cè)定該試樣所代表材料的PSPb和AL等值。3 .對(duì)典型的塑性材料和脆性材料進(jìn)行受力變形現(xiàn)象比較，對(duì)其強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)進(jìn)行比較。4 .學(xué)習(xí)、掌握電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的使用方法及其工作原理。、儀器設(shè)備和量具電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，x-y函數(shù)記錄儀，鋼板尺，游標(biāo)卡尺。三、低碳鋼的拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)1 .低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)在拉伸實(shí)驗(yàn)前，測(cè)定低碳鋼試件的直徑d和標(biāo)距L。試件受拉伸過(guò)程中，觀察屈服(流動(dòng))、強(qiáng)化，卸載規(guī)

2、律、頸縮、斷裂等現(xiàn)象；繪制pAL曲線如圖21(a)所示;di和標(biāo)距間記錄試件的屈服抗力Ps和最大抗力Ptx試件斷裂后，測(cè)量斷口處的最小直徑的距離L1。依據(jù)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算低碳鋼材料的強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)。強(qiáng)度指標(biāo):屈服極限低碳鋼拉伸圖及壓縮圖圖21s"其中Ad4強(qiáng)度極限PbbA塑性指標(biāo):延伸率L110d2斷面收縮率2.低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前，測(cè)量試件的直徑LLd122100%100%d和高度出P-AL曲線，測(cè)定試件屈服時(shí)的抗力ho實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察低碳鋼試件壓縮過(guò)程中的現(xiàn)象，繪Ps,從而計(jì)算出低碳鋼的屈服極限：Ps四、灰口鑄鐵的拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)2 .灰口鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前測(cè)定試件的直徑d

3、o試件在拉伸過(guò)程中注意觀察與低碳鋼拉伸試驗(yàn)中不同的現(xiàn)象(如變形小、無(wú)屈服、無(wú)頸縮、斷口平齊等)；繪出PAL曲線如圖22(a)所示；記錄斷裂時(shí)的最大抗力Pb,從而計(jì)算出灰口鑄鐵的拉伸強(qiáng)度極限：Pbb圖22灰口鑄鐵拉伸圖及壓縮圖3 .灰口鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前測(cè)定試件的直徑d和高度ho實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察灰口鑄鐵試件在壓縮過(guò)程中的現(xiàn)象，尤其是斷口形狀；繪出PAL曲線如圖22(b)所示；記錄壓縮破壞時(shí)的最大抗力Pb,計(jì)算灰口鑄鐵壓縮強(qiáng)度極限。即凡b-A五、實(shí)驗(yàn)操作1 .準(zhǔn)備工作(1)打開(kāi)試驗(yàn)機(jī)總電源和負(fù)載測(cè)量單元、位移測(cè)量單元、x-y記錄儀的電源開(kāi)關(guān)進(jìn)行預(yù)熱。(2)測(cè)量拉伸試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度L和直徑d,測(cè)量低碳鋼壓

4、縮試樣的長(zhǎng)度H和直徑d,作好原始數(shù)據(jù)的記錄。2 .安裝試件和調(diào)整荷載單元(1)調(diào)整荷載測(cè)量單元。按下傳感器選擇鍵：“拉”。根據(jù)低碳鋼(A3)試件直徑為10mm勺承載力，大約在40kN左右即可拉斷，故選擇50kN為滿量程，按下50kN鍵。然后調(diào)整荷載的零點(diǎn)，檢查標(biāo)定值。(2)將試件夾持于材料試驗(yàn)機(jī)的上夾頭中，為了夾持方便可用速度100mm/min或250mm/min向下或向上運(yùn)行調(diào)節(jié)下夾頭的位置，使下拉伸夾頭能夾住試件時(shí)立即停機(jī)，將橫梁速度轉(zhuǎn)到2mm/min擋，然后把試件夾持于下夾頭中(此時(shí)試件可能已受到了夾緊過(guò)程中少量的軸力，故不要再調(diào)整儀器荷載的零點(diǎn))。3 .安裝位移計(jì)和夾式引伸計(jì)(1)低碳

5、鋼試件拉伸時(shí)，把夾式引伸計(jì)直接安裝在試件上。試件受拉力后，標(biāo)距內(nèi)的伸長(zhǎng)量通過(guò)夾式引伸計(jì)轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)放大后輸入給x-y函數(shù)記錄繪制曲線圖(力輸入信號(hào)線接入y座標(biāo)，伸長(zhǎng)輸入信號(hào)線接入x座標(biāo))。(2)做灰口鑄鐵拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)和低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，用固定在動(dòng)橫梁上的位移計(jì)。先關(guān)閉支持平臺(tái)的磁性開(kāi)關(guān)使之失磁，將平臺(tái)支持住位移計(jì)芯軸并使其上下移動(dòng)，使x-y函數(shù)記錄儀上畫(huà)筆接近零位時(shí)，打開(kāi)磁性開(kāi)關(guān)固定于柱上(平臺(tái)須基本水平)。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，位移計(jì)將試驗(yàn)機(jī)動(dòng)橫梁下降量作為試件的伸長(zhǎng)量或壓縮量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，?jīng)放大后把電壓信號(hào)輸入給x-y函數(shù)記錄儀繪圖。4 .調(diào)整x-y函數(shù)記錄儀(1)將紙放到x-y記錄儀的畫(huà)板上擺

6、正，紙開(kāi)關(guān)置于HOLEM住記錄紙。(2)檢查或調(diào)整量程旋鈕Y2或Y1坐標(biāo)應(yīng)置于10mV/cm)輸入開(kāi)關(guān)置于MEAS調(diào)節(jié)POSITION使畫(huà)筆到下邊緣某零位置。(3)檢查或調(diào)整x軸的量程旋鈕應(yīng)置于50mV/cm,將x軸的輸入開(kāi)關(guān)置于MEAS調(diào)節(jié)POSITION旋鈕使筆架移到圖紙左邊某零點(diǎn)位置。(4)最后將筆開(kāi)關(guān)置于DOWN放下筆準(zhǔn)備繪圖。5 .加載試驗(yàn)(1)檢查速度選擇鍵應(yīng)置于2mm/min(在210mm/min速度范圍內(nèi)可任意選擇)；荷載單元應(yīng)為拉傳感器，量程50kN;x-y記錄儀的筆已在左下角放下。(2)按橫梁下降開(kāi)關(guān)，即開(kāi)始加載實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)中注意彈性范圍和屈服現(xiàn)象，記下屈服時(shí)的荷載。屈服

7、段之后，可提高加載速度，按下5mm/min鍵或按下10mm/min。注意觀察材料的強(qiáng)化和頸縮現(xiàn)象，記錄荷載極限值。6 .儀器復(fù)原實(shí)驗(yàn)完后要使儀器復(fù)原，尤其是要使x-y記錄儀的筆開(kāi)關(guān)置于UP,Y2或Y1軸和x軸的輸入開(kāi)關(guān)置于ZEROa防止畫(huà)筆亂畫(huà)亂動(dòng)。7 .鑄鐵拉伸試驗(yàn)操作步驟與低碳鋼試驗(yàn)基本相同，不同之處有：(1)速度選擇置于2mm/min直至斷裂。(2)在實(shí)驗(yàn)中注意讀取荷載極限值。8 .低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)其操作步驟與拉伸時(shí)基本相同，不同之處有：(1)試件放于下壓頭的中心處，移動(dòng)橫梁使上壓頭逐漸接近試樣。但不能接觸試樣。(2)調(diào)好荷載單元，用壓力傳感器，量程為100kNo(3)用速度2mm/min

8、加壓，使上壓頭接觸試樣(荷載單元可顯23kN的預(yù)壓力)。然后安裝位移傳感器芯軸支持平臺(tái)。(4)試驗(yàn)速度在屈服前用2mm/min,屈服后用5mm/min(5)試樣不會(huì)斷裂，曲線畫(huà)到一定程度即可結(jié)束試驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)中注意讀取屈服時(shí)的荷載值。9 .鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)操作步驟與低碳鋼壓縮相同，不同的是試件破斷后停機(jī)。10 .其它(1)兩根拉伸試件的PAL曲線繪在一張圖紙上，兩根壓縮試件的PAL曲線繪在一張圖紙上。因?yàn)樗鼈兊淖鴺?biāo)相同好作比較。(2)全部實(shí)驗(yàn)完畢后，機(jī)器和儀器的各開(kāi)關(guān)按鍵應(yīng)置于原始位置，然后關(guān)掉電源。六、預(yù)習(xí)思考題1 .試比較低碳鋼和鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能。2 .壓縮時(shí)為什么必須將試件對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)壓頭

9、的中心位置，如沒(méi)有對(duì)中會(huì)產(chǎn)生什么影響？3 .說(shuō)明鑄鐵和低碳鋼斷口的特點(diǎn)。4 .低碳鋼和鑄鐵在拉伸、壓縮中，各要測(cè)得哪些數(shù)據(jù)？觀察哪些現(xiàn)象？基本實(shí)驗(yàn)2低碳鋼拉伸時(shí)彈性模量E與泊桑比仙的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用雙向引伸計(jì)測(cè)量材料的彈性模量E和泊桑比科。學(xué)習(xí)使用電阻應(yīng)變儀。再次熟悉電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的使用。二、儀器設(shè)備電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、電阻應(yīng)變儀、雙向引伸計(jì)。三、雙向引伸計(jì)簡(jiǎn)介雙向引伸計(jì)是用于測(cè)量材料拉伸試件變形的一種裝置，其特點(diǎn)是能同時(shí)測(cè)量試件的軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變。雙向引伸計(jì)外形結(jié)構(gòu)及其與試件的安裝關(guān)系見(jiàn)圖23。由于雙向引伸計(jì)是一個(gè)嬌弱的儀器，可調(diào)范圍小，裝卡時(shí)易損壞，故不由學(xué)生裝卡，在這里也就不介

10、紹雙向引伸計(jì)的裝卡過(guò)程。雙向引伸計(jì)主要由A、RCD桿、主體和弓形曲板組成。圖中A、C桿間和BD桿間用于測(cè)量試件軸向應(yīng)變度量，弓形曲板是測(cè)量試件橫向應(yīng)變的彈性元件。圖23雙向引伸計(jì)與試樣（尺寸單位：mm當(dāng)試件承受軸力伸長(zhǎng)時(shí)，裝夾在試件上的雙向伸計(jì)的AC桿和B、D桿懸臂距離隨之變化，由于C桿和D桿的剛度大，可以認(rèn)為不變形，而A桿和B桿在軸向厚度很小，因此試件受力后的伸長(zhǎng)量引起A桿和B桿的彎曲變形，在A桿和B桿的根部粘貼有應(yīng)變片，并組成電橋線路。當(dāng)A、B桿產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，電橋就有電信號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)換算可以得到試件的縱向應(yīng)變值。試件承受軸向拉伸后，橫向尺寸要減小，即A、B桿及GD桿間的距離縮短，這時(shí)貼在

11、弓形曲板上的應(yīng)變片被拉伸，電橋就有電信號(hào)輸出，經(jīng)換算后可以得到試件的橫向應(yīng)變值。試驗(yàn)加載方式，采用加一初載后，按等量荷載遞增加載的方法，其每次的荷載增量為一常值A(chǔ)P。在每一級(jí)荷載下，電阻應(yīng)變儀輸出縱向應(yīng)變值和橫向應(yīng)變值，進(jìn)而可得與AP對(duì)應(yīng)的縱向應(yīng)變?cè)隽靠v和橫向應(yīng)變?cè)隽繖M。為了保證測(cè)量的可靠性，需重復(fù)做三次試驗(yàn)，選其中一次線性較好的數(shù)據(jù)計(jì)算平均應(yīng)變值縱平與橫平。平均應(yīng)變?cè)隽勘仨毘艘赞D(zhuǎn)換系數(shù)，才能得到試件的真實(shí)應(yīng)變?cè)隽?，即縱Ki縱縱平橫K2橫橫平注意：式中的?？v和K2橫，對(duì)于每一只雙向引伸計(jì)來(lái)說(shuō)都不相同）從而可以計(jì)算出材料的彈f莫量E值和泊桑比w值：四、實(shí)驗(yàn)操作步驟1 .SY-ni型應(yīng)變儀調(diào)試(1

12、)把雙向引伸儀裝卡在試件上，并把試件夾于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上、下拉伸夾頭中。(2)把雙向引伸儀的引線A、BCD分別接于應(yīng)變儀背板上A、RCD柱上。(3)應(yīng)變儀按鍵置于“系數(shù)”位置，用改錐調(diào)節(jié)系數(shù)電位器，使其顯示值為1000(4)按下系數(shù)鍵，把應(yīng)變儀按鍵置于“調(diào)零”位置，用改錐調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使其顯示值為零或±1均可。(5)按下平衡鍵，用改錐調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使顯示值為零或±1均可。(6)應(yīng)變儀調(diào)試工作結(jié)束后，等待加載讀數(shù)。2 .WD-10A萬(wàn)能機(jī)的調(diào)試(1)負(fù)荷單元：按下“2”、調(diào)零、標(biāo)定。(2)速度單元：按下“2mm/mi6'鍵。3 .加載順序5kN一-100mV或5kN

13、10mV10kN-200mV或10kN-20mV15kN300mV或15kN-30mV20kN400mV或20kN-40mV4 .實(shí)驗(yàn)操作(1)在“速度單元”按“下降”按鈕進(jìn)行加載。負(fù)載表顯示為規(guī)定數(shù)值時(shí)，按“停”按鈕，分別在應(yīng)變儀上讀出縱向應(yīng)變值和橫向應(yīng)變值。(2)重復(fù)(1)的操作方法，繼續(xù)加載，讀取縱、橫向應(yīng)變值。(3)實(shí)驗(yàn)完畢。卸負(fù)荷：按速度單元的“上升”按鍵，負(fù)荷顯示為“0”左右時(shí)，按“?！卑粹o，松開(kāi)下拉伸夾頭，關(guān)閉試驗(yàn)機(jī)及應(yīng)變儀電源。五、預(yù)習(xí)思考題1 .試驗(yàn)時(shí)為什么要加初荷載？2 .測(cè)定E值時(shí)，最大荷載如何確定？為什么應(yīng)力不能超過(guò)比例極限？3 .電阻應(yīng)變儀是以什么原理制造的？專(zhuān)門(mén)用來(lái)

14、測(cè)試何種參量？能否直接測(cè)得“應(yīng)力”？基本實(shí)驗(yàn)3矩形梁純彎曲時(shí)正應(yīng)力分布電測(cè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)習(xí)使用電阻應(yīng)變儀，掌握測(cè)試技能。2 .測(cè)量純彎曲梁上應(yīng)變隨高度的分布規(guī)律，驗(yàn)證平面假設(shè)的正確性。、儀器設(shè)備彎扭試驗(yàn)臺(tái)、電阻應(yīng)變儀。圖28純彎曲試驗(yàn)裝置三、彎扭試驗(yàn)臺(tái)彎扭試驗(yàn)臺(tái)可以做彎曲試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，以及彎曲-扭轉(zhuǎn)的組合試驗(yàn)。這里暫時(shí)只敘述其彎曲試驗(yàn)部分，其純彎曲的加載系統(tǒng)如圖28,試樣簡(jiǎn)支于A、B兩點(diǎn)。在對(duì)稱(chēng)的CD兩點(diǎn)通過(guò)拉桿和橫桿螺旋加載使梁產(chǎn)生彎曲變形，CD段試件受純彎的作用。采用轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使螺旋下移加載，總荷載的大小用荷載傳感器來(lái)測(cè)量。試件的受力如圖29。I"J0-g卻_JOONIO

15、OON-)SOON-20OON圖29試件的受力圖四、純彎曲梁電測(cè)實(shí)驗(yàn)原理已知試件受純彎時(shí)的正應(yīng)力公式為:My1z式中，M為橫截面上的彎矩，Iz為梁橫截面對(duì)中性軸z的慣性矩，y為由中性軸到欲求應(yīng)力點(diǎn)的距離。本實(shí)驗(yàn)在施加初荷載后，采用逐級(jí)等量加載的方法，每次增加等量的荷載為測(cè)定各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恳淮?，分別取應(yīng)變?cè)隽康钠骄地问髆y實(shí)E實(shí)平，理Iz實(shí)平，求出各點(diǎn)應(yīng)力增量A巳實(shí)。把實(shí)與理論公式算出的應(yīng)力增量理加以比較，從而可驗(yàn)證公式的正確性，上述理論公式的AM按下式求出:1/M-P170(Nmm)2五、電阻應(yīng)變片的粘貼位置電阻應(yīng)變片及電阻應(yīng)變儀的有關(guān)說(shuō)明請(qǐng)參看指導(dǎo)書(shū)的第一部分。為了測(cè)量應(yīng)變隨試件截面

16、高度的分布規(guī)律，應(yīng)變片的粘貼位置如圖2-10o這樣可以測(cè)量試件上下邊緣處的最大應(yīng)變和中性層無(wú)應(yīng)變的特殊點(diǎn)，及其它中間點(diǎn)便于了解應(yīng)變沿截面高度變化的規(guī)律。六、SY-ni型數(shù)字應(yīng)變儀及DSP-10型平衡箱操作使用方法應(yīng)變儀的使用方法見(jiàn)第一章有關(guān)內(nèi)容。EH3-10病老片位置圖f尺寸單位：mm七、試驗(yàn)結(jié)果的整理1 .求出各測(cè)量點(diǎn)在等量荷載作用下，應(yīng)變?cè)隽康钠骄怠? .以各測(cè)點(diǎn)位置為縱座標(biāo)，以應(yīng)變?cè)隽繛闄M坐標(biāo)，畫(huà)出應(yīng)變隨試件高度變化曲線。3 .根據(jù)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變?cè)隽康钠骄?，可?jì)算出測(cè)量的應(yīng)力值。4 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的受力圖和截面尺寸，應(yīng)用彎曲應(yīng)力的理論公式，可計(jì)算出在等量荷載作用下，各測(cè)點(diǎn)理論應(yīng)力值。5

17、.比較試件上下邊緣處的理論計(jì)算值和試驗(yàn)測(cè)定值，并計(jì)算相對(duì)誤差，其計(jì)算公式為:100%6 .比較梁中性層的應(yīng)力。由于電阻應(yīng)變片是測(cè)量一個(gè)區(qū)域內(nèi)的平均應(yīng)變，粘貼時(shí)又不可能剛好貼到中性層上。所以只要實(shí)測(cè)的應(yīng)變是一個(gè)很小的數(shù)值，就認(rèn)為測(cè)試是可靠的。八、預(yù)習(xí)思考題1 .影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素是什么？2 .在中性層上理論計(jì)算應(yīng)變值理0,而實(shí)際測(cè)量實(shí)0,這是為什么？基本實(shí)驗(yàn)4彎扭組合作用下的電測(cè)試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)處的主應(yīng)力。2 .在彎扭組合作用下，用電測(cè)分離法單獨(dú)測(cè)量彎矩和扭矩。3 .進(jìn)一步熟悉使用電阻應(yīng)變儀的測(cè)量方法。二、儀器設(shè)備彎扭試驗(yàn)臺(tái)，電阻應(yīng)變儀。三、彎扭試

18、驗(yàn)裝置彎扭試驗(yàn)臺(tái)用于彎曲試驗(yàn)，已在上一節(jié)中談到?，F(xiàn)在主要敘述其彎扭組合試驗(yàn)系統(tǒng)，其彎扭加載的裝置如圖211。彎扭試樣的一端固定于機(jī)架上，另一端在垂直于軸線的方向上連接有一扇形加力桿，由鋼絲繩繞扇形桿的園弧端面，與加載系統(tǒng)相連。這樣的做法是使試樣發(fā)生較大變形時(shí)，仍能保持加載的力臂不變。加載和卸載用旋轉(zhuǎn)加載手輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，荷載的大小由傳感器將信號(hào)送出，經(jīng)放大后顯示。為了使在荷載不太大的情況下產(chǎn)生較大的應(yīng)力，彎扭試樣選用薄壁圓管截面，管狀試樣的受力如圖212。圖211彎扭試驗(yàn)裝置圖四、彎扭組合作用時(shí)主應(yīng)力的測(cè)量1.應(yīng)變片布置由圖213可看出，A點(diǎn)與C點(diǎn)單元體都承受由M產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力（TW和由扭矩Mt產(chǎn)生

19、的剪應(yīng)力r的作用。B點(diǎn)單元體處于純剪切狀態(tài)，其剪應(yīng)力由扭矩Mt和剪力Q兩部分產(chǎn)生。這些應(yīng)力可根據(jù)下列公式計(jì)算。PT戶36圖212試樣受力圖（尺寸單位：mmWzD34(14)32MttWpD3Wp(116QSzmaxblz從上面分析看來(lái)，在試件的4)20AA點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)上分別粘貼一個(gè)三向應(yīng)變片如圖214,就可以測(cè)出各點(diǎn)的應(yīng)變值，并進(jìn)行主應(yīng)力的計(jì)算。圖213單元體圖2.實(shí)驗(yàn)主應(yīng)力的計(jì)算電阻應(yīng)變片的應(yīng)變測(cè)量只能沿應(yīng)變片軸線方向的線應(yīng)變。按圖圖214應(yīng)變片的布置215的應(yīng)變片和坐標(biāo),能測(cè)得x方向、y方向和45。方向的三個(gè)線應(yīng)變x、y、45。為了計(jì)算主應(yīng)力還要利用平面應(yīng)力狀態(tài)下的虎克定律和主應(yīng)力計(jì)算公

20、式，即圖215應(yīng)變片和坐標(biāo)V)ur(x)45y)1,32xxy圖216測(cè)量彎矩的接橋方式tg(2a)計(jì)算中應(yīng)注意應(yīng)變片貼片的實(shí)際方向，靈活運(yùn)用此公式。3.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)中加載過(guò)程和應(yīng)變讀取方法與純彎曲實(shí)驗(yàn)相同，請(qǐng)參閱前面有關(guān)內(nèi)容。五、截面內(nèi)力的分離測(cè)量在工程實(shí)踐中應(yīng)變片電測(cè)方法不僅廣泛用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力測(cè)量，而且也把它當(dāng)作應(yīng)變的敏感元件用于各種測(cè)力傳感器中。有時(shí)測(cè)量某一種內(nèi)力而舍去另一種內(nèi)力就需要采用內(nèi)力分離的方法。1 .彎矩的測(cè)量在彎扭組合的構(gòu)件上，只想測(cè)量構(gòu)件所受彎矩的大小，可利用應(yīng)變片接橋方法的改變就可實(shí)現(xiàn)。利用圖216的應(yīng)變片布置，選用A點(diǎn)沿軸線方向的應(yīng)變片接入電橋的測(cè)量橋臂AB。選用

21、C點(diǎn)沿軸線方向的應(yīng)變片接入電橋的溫度補(bǔ)償臂B，C,這樣組成儀器測(cè)量的外部半橋如圖216。此接橋方式，A片受彎曲拉應(yīng)力，C片受彎曲壓應(yīng)力，而測(cè)量結(jié)果與扭轉(zhuǎn)內(nèi)力無(wú)關(guān)。又由于分別接于相鄰橋臂，既可以滿足溫度補(bǔ)償?shù)囊?，還使應(yīng)變讀數(shù)增加一倍。這樣就可計(jì)算出彎矩的大小，然后與理論計(jì)算相比較。2.扭轉(zhuǎn)力矩的測(cè)量J?卓應(yīng)力狀態(tài)割招轉(zhuǎn)短接橋圖圖217扭轉(zhuǎn)力矩的測(cè)量在彎扭組合的構(gòu)件上，只想測(cè)量構(gòu)件所受的扭轉(zhuǎn)力矩，也可利用應(yīng)變片的接橋方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。以圖217中B點(diǎn)的應(yīng)變片為例，將B點(diǎn)沿軸線呈45。的兩個(gè)應(yīng)變片接入相鄰的兩個(gè)橋臂如圖217。由于B點(diǎn)處于彎曲的中性層，所以彎矩的作用對(duì)應(yīng)變片沒(méi)有影響。在扭轉(zhuǎn)力矩作用下應(yīng)變

22、片a受到伸長(zhǎng)變形接于橋臂AB，應(yīng)變片b受到壓縮變形接于橋臂BC。由于接入相鄰橋臂既自身溫度補(bǔ)償，又使應(yīng)變讀數(shù)增加一倍。此處彎曲剪應(yīng)力較小而未加考慮。11二讀數(shù)32再根據(jù)廣義虎克定律求得1和3。由于在純剪切狀態(tài)下1,則可進(jìn)一步計(jì)算出內(nèi)力一一扭轉(zhuǎn)力矩。除了以上接橋之外，利用A點(diǎn)或C點(diǎn)的應(yīng)變片也要組成同樣功能的電橋來(lái)測(cè)量扭轉(zhuǎn)力矩，現(xiàn)以A點(diǎn)來(lái)說(shuō)明，在只有彎矩的作用下，A點(diǎn)沿軸線呈土45。的方向上的伸長(zhǎng)是相等的，即a片b片伸長(zhǎng)量相等而連接于電橋的相鄰臂，則相互抵消電橋輸出為零，其道理與溫度補(bǔ)償是一樣的。所以如此接橋方式可消除彎矩的影響，而只測(cè)量出扭轉(zhuǎn)力矩。3.操作與結(jié)果計(jì)算(1)實(shí)驗(yàn)方法與純彎曲電測(cè)應(yīng)力

23、相同，只是應(yīng)按現(xiàn)在目的將應(yīng)變片接入預(yù)調(diào)箱。(2)計(jì)算內(nèi)力時(shí)應(yīng)寫(xiě)出計(jì)算的各步驟，不能只寫(xiě)出答案。(3)最后要比較測(cè)量值與理論值的相對(duì)誤差。由于實(shí)驗(yàn)中各種因素影響，誤差在10蛆內(nèi)都是正常的。六、預(yù)習(xí)思考題1 .主應(yīng)力測(cè)量時(shí)，直角應(yīng)變花是否可以沿任意方向粘貼？為什么？2 .電測(cè)實(shí)驗(yàn)中，采用半橋測(cè)量時(shí)，為什要溫度補(bǔ)償片？全橋測(cè)量時(shí)，為什么不要溫度補(bǔ)償？基本實(shí)驗(yàn)5壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .觀察并用電測(cè)法確定兩端錢(qián)支撐條件下細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力Pj。2 .理論計(jì)算兩端錢(qián)支撐條件下細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力Pj并與實(shí)驗(yàn)值測(cè)試值進(jìn)行比較。二.實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1 .拉壓實(shí)驗(yàn)裝置一臺(tái)2 .矩形截面壓桿一根(已粘貼應(yīng)變片)3 .

24、YJ-4501靜態(tài)數(shù)字電阻應(yīng)變儀一臺(tái)三.實(shí)驗(yàn)原理和方法圖2壓力實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1,它由座體1,蝸輪加載系統(tǒng)2,支承框架3,活動(dòng)橫梁4,傳感器5和測(cè)力儀6等組成。通過(guò)手輪調(diào)節(jié)傳感器和活動(dòng)橫梁中間的距離，將已粘貼好應(yīng)變片的矩形截面壓桿安裝在傳感器和活動(dòng)橫梁的中間，見(jiàn)圖2,壓桿尺寸為：厚度h=3mm寬度b=20mm長(zhǎng)度l=350mm,見(jiàn)圖3(a),材料為65M"彈性模量E=210GN/m2。對(duì)于兩端錢(qián)支的中心受壓的細(xì)長(zhǎng)桿，其臨界壓力為Pj2EIminl一壓桿長(zhǎng)度Imin-壓桿截面的最小慣性矩2C羋橋測(cè)言D-義器內(nèi)出電用M圖3假設(shè)理想壓桿，若以壓力P為縱坐標(biāo)，壓桿中點(diǎn)撓度f(wàn)為橫坐標(biāo)，按小撓度理論

25、繪出的P-f曲線圖，見(jiàn)圖4。當(dāng)壓桿所受壓力P小于試件的臨界壓力Pj時(shí)，中心受壓的細(xì)長(zhǎng)桿在理論上保持直線形狀，桿件處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，在P-f曲線圖中即為OC段直線；當(dāng)壓桿所受壓力PPj時(shí),桿件因喪失穩(wěn)定而彎曲，在P-f曲線圖中即為CD段直線。由于試件可能有初曲率,壓力可能偏心，以及材料的不均勻等因素,實(shí)際的壓桿不可能完全符合中心受壓的理想狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，即使壓力很小時(shí)，桿件也會(huì)發(fā)生微小彎曲，中點(diǎn)撓度隨壓力的增加而增大。見(jiàn)圖5,若令壓桿軸線為x坐標(biāo)，壓桿下端點(diǎn)為坐標(biāo)軸原點(diǎn)，則在x橫截面上的內(nèi)力為橫截面上的應(yīng)力為PJMyAIminrp圖5在x2處沿壓桿軸向已粘貼兩片應(yīng)變片，按圖3(b)半橋測(cè)量電

26、路接至應(yīng)變儀上，可消除由軸向力產(chǎn)生的應(yīng)變，此時(shí)，應(yīng)變儀測(cè)得的應(yīng)變只是由彎矩M引起的應(yīng)變，且是彎矩由此可得測(cè)點(diǎn)處彎曲正應(yīng)力mO2IminM引起應(yīng)變的兩倍，即Pf-FEM1 min并可導(dǎo)出X,處壓桿撓度f(wàn)與應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變之間的關(guān)系式2EIminf-""dPh由上式可見(jiàn)，在一定的力P作用下，應(yīng)變儀讀數(shù)應(yīng)變d的大小反映了壓桿撓度f(wàn)的大小，可將圖4中的撓度f(wàn)橫坐標(biāo)用讀數(shù)應(yīng)變d來(lái)替代，繪制出P-d曲線圖。當(dāng)P遠(yuǎn)小于Pj時(shí)，隨力P增加應(yīng)變d也增加，但增加的極為緩慢(OA段)；而當(dāng)力P趨近于臨界力R時(shí),應(yīng)變d急劇增加(AB段)，曲線AB是以直線CD為漸近線的，因此，可以根據(jù)漸近線CD的位置

27、來(lái)確定臨界力Pj。四.實(shí)驗(yàn)步驟1 .將壓桿安裝在兩端錢(qián)支承中間；2 .接通測(cè)力儀電源，將測(cè)力儀開(kāi)關(guān)置開(kāi)；3 .按圖3(b)半橋測(cè)量電路將應(yīng)變片導(dǎo)線接至應(yīng)變儀上4 .檢查應(yīng)變儀靈敏系數(shù)是否與應(yīng)變片一致，若不一致，重新設(shè)置5 .在力P為零時(shí)將應(yīng)變儀測(cè)量通道置零6 .旋轉(zhuǎn)手輪對(duì)壓桿施加載荷。要求分級(jí)加載荷，并記錄P值和d值，在P遠(yuǎn)小于Pj段,分級(jí)可粗些，當(dāng)接近Pj時(shí)，分級(jí)要細(xì)，直至壓桿有明顯彎曲變形，應(yīng)變不超過(guò)1000C五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格2 .繪制P-d試驗(yàn)曲線，確定臨界力測(cè)試值Pj3 .計(jì)算兩端錢(qián)支的臨界力值Pj六.討論壓桿臨界力測(cè)定結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果之間的差異主要

28、是由哪些因數(shù)引起的？記錄表序號(hào)載荷讀數(shù)應(yīng)變（g為PAPPdPd1234567注：表格可根據(jù)需要添加建筑力學(xué)主要的試驗(yàn)設(shè)備1、數(shù)控電液伺服試驗(yàn)機(jī)該試驗(yàn)機(jī)為一臺(tái)特制設(shè)備，主要用于研究生教學(xué)和科研，可以對(duì)試件同時(shí)施加縱向、橫向和軸向載荷，即可。加靜載也可加動(dòng)載，目前在該試驗(yàn)機(jī)上可以完成：1、模擬列車(chē)通過(guò)彎道時(shí)，在車(chē)輪隨機(jī)荷載作用下鋼軌的疲勞試驗(yàn)2、車(chē)輛彈簧和橡膠彈簧的疲勞試驗(yàn)3、拉壓桿件的疲勞試驗(yàn)4、拆下作動(dòng)器，另加框架等可作多點(diǎn)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。主要技術(shù)指標(biāo)：1 、最大動(dòng)態(tài)試驗(yàn)力：+500KN，試驗(yàn)力精度：+1%,可以分為1、1/2、1/5三檔衰減。2 、主作動(dòng)器行程：S=+100mm,位移測(cè)量精度：+1%,可以分為1、1/2、1/5三檔衰減。3 、頻率范圍：0.1-18Hz4 、整機(jī)按照頻率8Hz,振幅可以達(dá)到+1mm勺技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和油源配置。5 、主要試驗(yàn)波形：除正弦波、三角波、方波、斜波以外，能輸入列車(chē)通過(guò)軌道時(shí)采集到的隨機(jī)波（力信號(hào)和加速信號(hào)）。6 、試驗(yàn)空間：四立柱框架結(jié)構(gòu)，底板長(zhǎng)度方向滿足2500mm軌枕構(gòu)件的試驗(yàn)及1200mm鋼軌的試驗(yàn)，高度方向有效2、NDW3100微機(jī)控制電子式扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)£匕工aa