華中科技大學(xué)工程力學(xué)實驗理論課1

1、1工程力學(xué)實驗工程力學(xué)實驗 土木工程與力學(xué)學(xué)院 力學(xué)系魏俊紅 南一樓E326http:/ 2內(nèi)容概述：內(nèi)容概述：本門課程共16個學(xué)時，其中理論課4個學(xué)時，實驗課12學(xué)時實驗一實驗一 理論力學(xué)實驗理論力學(xué)實驗，振動基礎(chǔ)實驗，振動基礎(chǔ)實驗實驗二實驗二 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗實驗三實驗三 金屬材料的拉伸與壓縮實驗金屬材料的拉伸與壓縮實驗實驗四實驗四 電阻應(yīng)變片的粘貼與應(yīng)變測量電阻應(yīng)變片的粘貼與應(yīng)變測量實驗五實驗五 梁的彎曲正應(yīng)力測量與位移互等定理驗證梁的彎曲正應(yīng)力測量與位移互等定理驗證實驗六實驗六 薄壁圓筒的彎扭組合變形實驗薄壁圓筒的彎扭組合變形實驗3時間安排：時間安排：第二周：理論課

2、（實驗一，實驗二，實驗三）第3周第8周，實驗一、二、三第九周 理論課（實驗四，實驗五，實驗六)第10周第16周，實驗四、五、六17周或18周考試最后成績設(shè)定：最后成績設(shè)定：平時成績70%，考試30%要求：要求：每次實驗前做好預(yù)習(xí)，實驗后認(rèn)真寫實驗報告4實驗一、理論力學(xué)實驗、振動基礎(chǔ)實驗實驗一、理論力學(xué)實驗、振動基礎(chǔ)實驗1-2 單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的剛度和固有頻率測定單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的剛度和固有頻率測定1-1 用實驗方法求不規(guī)則物體重心用實驗方法求不規(guī)則物體重心附附 比較漸加、突加、沖擊和振動四種不同類型載荷比較漸加、突加、沖擊和振動四種不同類型載荷1-3 用用“三線擺三線擺”法驗證均質(zhì)圓盤

3、轉(zhuǎn)動慣量理論公式法驗證均質(zhì)圓盤轉(zhuǎn)動慣量理論公式1-4 測定梁的各階固有頻率測定梁的各階固有頻率5實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1 用垂吊法測取不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)的重心位置用垂吊法測取不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)的重心位置 2 用稱重法測取連桿的重心位置并用力學(xué)方法計算其重量用稱重法測取連桿的重心位置并用力學(xué)方法計算其重量（1）垂吊法）垂吊法 利用柔軟細(xì)繩受力特點和二力平衡原理利用柔軟細(xì)繩受力特點和二力平衡原理1-1 用實驗方法求不規(guī)則物體重心用實驗方法求不規(guī)則物體重心實驗原理實驗原理6（2）稱重法）稱重法 利用平面一般力系的平衡條件利用平面一般力系的平衡條件12NNWFF重量：120NcMF lW x根據(jù)：2NcF lxW

4、重心位置：7一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康挠盟矐B(tài)激振法測定梁的各階固有頻率。二、實驗原理二、實驗原理機械運動機械運動：指物體在平衡位置附近所作的具有周期性的往復(fù)運動。任何具有彈性的結(jié)構(gòu)物或機器的各組成部分，如離開其平衡位置后就會發(fā)生振動。周期周期：指物體在平衡位置附近完成一次往復(fù)運動的時間。頻率頻率：單位時間內(nèi)完成往復(fù)運動的次數(shù)。固有頻率：固有頻率：物體做自由振動自由振動時，其位移隨時間按正弦或余弦規(guī)律變化，振動的頻率與初始條件無關(guān)，而僅與系統(tǒng)的固有特性有關(guān)（如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等），稱為固有頻率，其對應(yīng)周期稱為固有周期1-4 測定梁的各階固有頻率測定梁的各階固有頻率8 實驗裝置及儀器框?qū)嶒炑b置及儀器

5、框圖如圖所示。通過變換圖如圖所示。通過變換支承塊可改變梁的支承支承塊可改變梁的支承結(jié)構(gòu)，移動支架的位置結(jié)構(gòu)，移動支架的位置可改變梁的長短，因此可改變梁的長短，因此該裝置不僅可作為簡支、該裝置不僅可作為簡支、固支系統(tǒng)，還可作為一固支系統(tǒng)，還可作為一端自由的懸臂系統(tǒng)。端自由的懸臂系統(tǒng)。 傳感器支承塊試件數(shù)據(jù)采集及分析電荷放大器測振儀力錘基座支架bla 實驗裝置及儀器框圖b 梁模型9 試件是一組矩形截面梁，從理論上說，它應(yīng)有無限個固試件是一組矩形截面梁，從理論上說，它應(yīng)有無限個固有頻率。如果給梁一個大小合適的瞬態(tài)力，相當(dāng)于用所有頻有頻率。如果給梁一個大小合適的瞬態(tài)力，相當(dāng)于用所有頻率的正弦信號同時激

6、勵。使用錘擊進行瞬態(tài)激勵時，要求響率的正弦信號同時激勵。使用錘擊進行瞬態(tài)激勵時，要求響應(yīng)時間應(yīng)時間T5%的材料稱為塑的材料稱為塑性材料，性材料， 把把5%的材料稱為脆性材料的材料稱為脆性材料 斷面收縮率斷面收縮率 式中式中A0和和Au分別是試樣原始橫截面積和斷后最小橫截面積分別是試樣原始橫截面積和斷后最小橫截面積 u00100%LLL%10000AAAu36移位法測定斷后標(biāo)距長度移位法測定斷后標(biāo)距長度 如果斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于如果斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于L0 /3，就需要用移位法，就需要用移位法測定斷后標(biāo)距長度，因為斷口附近發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，近的測定斷后標(biāo)距長度，因為斷口附近

7、發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，近的一端的頸縮端就只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi)一端的頸縮端就只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi),如果直接測量，塑性如果直接測量，塑性伸長量就小。伸長量就小。37鑄鐵的拉伸實驗鑄鐵的拉伸實驗 鑄鐵拉伸時沒有屈服階段，鑄鐵拉伸時沒有屈服階段，拉伸曲線微微彎曲，在變形拉伸曲線微微彎曲，在變形很小的情況下即斷裂，斷口很小的情況下即斷裂，斷口為平端口。因此對鑄鐵只能為平端口。因此對鑄鐵只能測得其抗拉強度，即測得其抗拉強度，即 鑄鐵的抗拉強度遠低于低碳鑄鐵的抗拉強度遠低于低碳鋼的抗拉強度鋼的抗拉強度 bb0FALFFb0圖圖1-4鑄鐵拉伸鑄鐵拉伸38低碳鋼（低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的壓縮實驗鋼）和鑄鐵

8、的壓縮實驗 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?測定低碳鋼（測定低碳鋼（Q235）的壓縮屈服點）的壓縮屈服點sc和鑄鐵的抗壓強度和鑄鐵的抗壓強度bc 。2觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。 二、設(shè)備和儀器二、設(shè)備和儀器1材料試驗機。材料試驗機。2游標(biāo)卡尺。游標(biāo)卡尺。39三、試樣三、試樣 一般細(xì)長桿壓縮時容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在金屬壓縮實驗一般細(xì)長桿壓縮時容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在金屬壓縮實驗中常采用短粗圓柱形試樣。其公差、表面粗糙度、兩端面的中常采用短粗圓柱形試樣。其公差、表面粗糙度、兩端面的平行度和對試樣軸線的垂直度在國標(biāo)平行度和對試樣軸線的

9、垂直度在國標(biāo)GB/T7314-2005中均有中均有明確規(guī)定。明確規(guī)定。 目前常用的壓縮實驗方法是兩端平壓法。由于試樣兩端面不目前常用的壓縮實驗方法是兩端平壓法。由于試樣兩端面不可能理想地平行，實驗時必須使用球形承墊（見圖），可能理想地平行，實驗時必須使用球形承墊（見圖）， 試樣應(yīng)置于球形承墊中心，藉球形承墊自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)軸向試樣應(yīng)置于球形承墊中心，藉球形承墊自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)軸向受載。受載。 由于試樣的上下兩端與試驗機承墊之間會產(chǎn)生很大的摩擦由于試樣的上下兩端與試驗機承墊之間會產(chǎn)生很大的摩擦力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導(dǎo)致測得的力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導(dǎo)致測得的抗壓強度較實

10、際偏高。當(dāng)試樣的高度相對增加時，摩擦力抗壓強度較實際偏高。當(dāng)試樣的高度相對增加時，摩擦力對試樣中部的影響就會相應(yīng)變小，因此抗壓強度與比值對試樣中部的影響就會相應(yīng)變小，因此抗壓強度與比值hodo有關(guān)有關(guān). 同時考慮壓桿的穩(wěn)定性因素，為此國家標(biāo)準(zhǔn)對試樣高度同時考慮壓桿的穩(wěn)定性因素，為此國家標(biāo)準(zhǔn)對試樣高度ho與直徑與直徑do之比規(guī)定在之比規(guī)定在13的范圍內(nèi)。本次實驗采用的范圍內(nèi)。本次實驗采用1015的圓柱形試樣。的圓柱形試樣。4041四、實驗原理四、實驗原理 試驗時對試樣緩慢加載，試驗機自試驗時對試樣緩慢加載，試驗機自動繪出試驗力動繪出試驗力F位移位移L曲線。低碳曲線。低碳鋼試樣壓縮圖如圖鋼試樣壓縮

11、圖如圖1-5b所示。所示。 暫時的恒定值或減小的最小值即為暫時的恒定值或減小的最小值即為壓縮屈服載荷壓縮屈服載荷FSC。有時屈服階段出。有時屈服階段出現(xiàn)多個波峰波谷，則取第一個波谷現(xiàn)多個波峰波谷，則取第一個波谷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷FSC 隨著塑性變形的增長，試樣橫截面隨著塑性變形的增長，試樣橫截面相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至可以壓成薄餅形狀（如圖可以壓成薄餅形狀（如圖1-5a所示所示）而不破裂，因此測不出抗壓強度）而不破裂，因此測不出抗壓強度。 42 鑄鐵試樣壓縮圖如

12、圖鑄鐵試樣壓縮圖如圖1-6a所示，其開始時接近于直所示，其開始時接近于直線，以后曲率逐漸增大，線，以后曲率逐漸增大，載荷達最大值載荷達最大值Fbc后稍有下后稍有下降，然后破裂，能聽到沉降，然后破裂，能聽到沉悶的破裂聲。悶的破裂聲。 鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，破裂面與軸線大約成破裂面與軸線大約成45，如圖，如圖1-6b所示，這主要所示，這主要是由切應(yīng)力造成的。是由切應(yīng)力造成的。 43低碳鋼壓縮低碳鋼壓縮, , 愈壓愈扁愈壓愈扁鑄鐵壓縮鑄鐵壓縮, , 約約4545 開裂開裂44實驗原理實驗原理 漸加載荷、突加載荷、沖擊載荷和振動載荷是常漸加載荷、突加載荷、沖擊載荷和振動載荷是常見

13、的四種載荷。將不同類型的載荷作用在同一臺秤上，見的四種載荷。將不同類型的載荷作用在同一臺秤上，可以方便地觀察到各自的作用力與時間的關(guān)系曲線，可以方便地觀察到各自的作用力與時間的關(guān)系曲線，進行相互比較，可清楚地了解不同類型的載荷對承載進行相互比較，可清楚地了解不同類型的載荷對承載體的作用力是不同的。體的作用力是不同的。 附附 比較漸加、突加、沖擊和振動四種不同類型載荷比較漸加、突加、沖擊和振動四種不同類型載荷45漸加載荷漸加載荷:將重物緩慢、漸漸地倒入臺秤上的托盤中將重物緩慢、漸漸地倒入臺秤上的托盤中 ；振動載荷振動載荷:打開偏心振動裝置上的電源開關(guān)，然后輕輕置于打開偏心振動裝置上的電源開關(guān)，然后輕輕置于臺秤的托盤上。仔細(xì)觀察臺秤指針的運動臺秤的托盤上。仔細(xì)觀