材力實驗講義A2多學時第二學期

實驗一梁變形實驗1）簡支梁實驗2）懸臂梁實驗預習要求：1、預習百分表的使用方法；2、預習梁的撓度和轉角的理論公式。3、設計本實驗所需數據記錄表格。（1）簡支梁實驗一、實驗目的：1、簡支梁在跨度中點承受集中載荷P，測定梁最大撓度和支點處轉角，并與理論值比較；2、考證位移互等定理；3、測定簡支梁跨度中點受載時的撓曲線（丈量數據點許多于7個）。二、實驗設施：1、簡支梁及支座；θ2、百分表和磁性表座；

P3、砝碼、砝碼盤和掛鉤；4、游標卡尺和鋼卷尺。三、試件及實驗裝置：

fmaxa圖一實驗裝置簡圖中碳鋼矩形截面梁，s360MPa，E=210GPa。25圖二實驗裝置圖四、實驗原理和方法：1、簡支梁在跨度中點承受集中載荷P時，跨度中點處的撓度最大；2、梁小變形時，簡支梁某點處的轉角tg()；a3、考證位移互等定理：F1F212121221圖三位移互等定理示企圖對于線彈性體，F1在F2惹起的位移12上所作之功，等于F2在F1惹起的位移21上所作之功，即：F112F221（1）若F12，則有：=F1221（2）上式說明：當F1與2數值相等時，21方向惹起的位移12，等FF在點1沿F于F1在點2沿F2方向惹起的位移21。此定理稱為位移互等定理。為了盡可能減小實驗偏差，本實驗采納重復加載法，要求重復加載次數n4。取初載荷P0=(Q+1)Kgf(Q為砝碼盤和砝碼鉤的總重量)，P=1.5Kgf，為了防范加26力點地點改動，在重復加載過程中，最好一直有0.5Kgf的砝碼保存在砝碼盤上。六、試驗結果辦理1、取幾組實驗數據中最好的一組進行辦理；2、計算最大撓度和支點處轉角的實驗值與理論值之間的偏差；3、考證位移互等定理；4、在座標紙上，在x—f坐標系下描出實驗點，而后擬合成圓滑曲線。七、思慮題：1、若需測簡支梁跨度中隨意截面處的轉角，其實驗裝置如何？2、考證位移互等定理時，能否可在梁上任選兩點進行丈量？3、在測定梁撓曲線時，假如要求百分表不可以挪動，可否測出撓度曲線？如何測？4、可否利用該實驗裝置測資料的彈性模量?27（2）懸臂梁實驗一.實驗目的：利用貼有應變片的懸臂梁裝置，確立金屬塊的質量。.實驗設施：懸臂梁支座；電阻應變儀；砝碼兩個，金屬塊一個，砝碼盤和掛鉤。游標卡尺和鋼卷尺。三.實驗試件及裝置：中碳鋼矩形截面梁，服氣極限s360MPa，彈性模量E=210GPa。lmgRARB圖一實驗裝置表示圖四.實驗原理和方法：修長梁受載時，A—B截面上的最大曲折正應變表達式為：M（1）maxEWZA—B截面上的彎矩的表達式為：Mmgl（2）為了盡可能減小距離l的丈量偏差，實驗時，分別在1地點和2地點加載，測出A—B截面上的最大縱向正應變（見圖二），它們的差為：max1max2mgl12（3）EWZ28由式（3）導出金屬塊重量mg的計算公式為：EWz（4）mgl12在某一橫截面的上下表面A點和B點分別沿縱向粘貼電阻應變片。加載方案采納重復加載，要求重復加載次數n≥4。P=mg。l12RA12RB圖二實驗測試表示圖.思慮題：假如要求只用梁的A點或B點上的電阻應變片，如何丈量？假如要求梁A點和B點上的電阻應變片同時使用，如何丈量？比較以上兩種方法，分析哪一種方法實驗結果更精準？假如懸臂梁因條件所限只好在自由端端點處安裝百分表，如何測得懸臂梁自由端受載時的撓曲線。（要求丈量點許多于5點）29實驗二彎扭組合試驗預習要求：1．復習資料力學彎扭組合變形及應力應變分析的相關章節(jié)；2．分析彎扭組合變形的圓軸表面上一點的應力狀態(tài)；3．推導圓軸某一截面彎矩M的計算公式，確立丈量彎矩M的實驗方案，并畫出組橋方式；4．推導圓軸某一截面扭矩T的計算公式，確立丈量扭矩T的實驗方案，并畫出組橋方式；一．實驗目的1．用電測法測定平面應力狀態(tài)下一點處的主應力大小和主平面的方向角；2．測定圓軸上貼有應變片截面上的彎矩和扭矩；3．學習電阻應變花的應用。二．實驗設施和儀器1．微機控制電子全能試驗機；2．電阻應變儀；3．游標卡尺。三．試驗試件及裝置彎扭組合實驗裝置如圖一所示。空心圓軸試件直徑D0＝42mm，壁厚t=3mm，l1=200mm，l2=240mm（如圖二所示）；中碳鋼資料服氣極限s＝360MPa，彈性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。30圖一實驗裝置圖四．實驗原理和方法1、測定平面應力狀態(tài)下一點處的主應力大小和主平面的方向角；圓軸試件的一端固定，另一端經過一拐臂承受集中荷載P，圓軸處于彎扭組合變形狀態(tài)，某一截面上下表面微圖三應變花表示圖體的應力狀態(tài)如圖四和圖五所示。xxxx圖四圓軸上表面微體的應力狀態(tài)圖五圓軸下表面微體的應力狀態(tài)在圓軸某一橫截面A－B的上、下兩點貼三軸應變花（如圖三），使應變花的各應變片方向分別沿0°和±45°。依據平面應變狀態(tài)應變分析公式：xyxycos2xysin2（1）222可獲得對于εx、εy、γxy的三個線性方程組，解得：x00y45045000（2）xy45045031由平面應變狀態(tài)的主應變及其方向角公式：221xyxyxy2222tg0xyxy或tg20xy2(xmin)2(maxy)xy

3）4）將式（2）分別代入式（3）和式（4），即可獲得主應變及其方向角的表達式。對于各向同性資料，應力應變關系滿足廣義虎克定律：12

E1212（5）E2112由式（2）~（5），可得一點的主應力及其方向角的表達式為：1E4504502E22221210045000450（6）tg2045045020045045000、450和450的丈量可用1/4橋多點丈量法同時測出（見圖六）。RiRi圖六2、圓軸某一截面彎矩M的丈量：軸向應力x僅由彎矩M惹起，故有：Mx(7)Wz依據廣義虎克定律，可得：x1(xy)（8）E32又:y0(9)由式（7）~（9）獲得：MEWzx(10)以某截面上應力最大的上點或下點作為丈量點。測出X方向應變片的應變值εX（x00）。ε0的丈量可用1/4橋接法（見圖七），也可采納半橋接法（見圖八）。R0R0上R0下R0——x方向應變片Rt——溫補片圖七圖八3、圓軸某一截面扭矩T的丈量：切應力τx僅扭矩T惹起，故有：Tx（11）WP依據廣義虎克定律，可得：xGxyG(450450)（12）由式（11）、（12）可得：TGWP(450)E(450)(13)045WP4502(1)(450450)的丈量可用半橋接法（見圖七），也可采納全橋接法（見圖八）。R-45上R45上R-45上R45上33R45下R-45下為了盡可能減小實驗偏差，本實驗采納重復加載法?？蓞⒄找韵录虞d方案：P0=500N，Pmax=1500N，P=1000N，N=4。五、實驗步驟1．設計實驗所需各種數據表格；2．丈量試件尺寸；丈量三次，取其均勻值作為實驗值。3．制定加載方案；4．試驗機準備、試件安裝和儀器調整；5．確立各項要求的組橋方式、接線和設置應變儀參數；6．檢查及試車；檢查以上步驟達成狀況，而后預加必定載荷，再卸載至初載荷以下，以檢查試驗機及應變儀能否處于正常狀態(tài)。7．進行試驗；將載荷加至初載荷，記下此時應變儀的讀數或將讀數清零。重復加載，每重復一次，記錄一次應變儀的讀數。實驗最少重復四次，假如數據穩(wěn)固，重復性好即可。8．數據通事后，卸載、封閉電源、拆線并整理所用設施。六、試驗結果辦理1、將各種數據整理成表，并計算各丈量值的均勻值；2、計算實驗點的主應力大小和其方向角，并與理論值(按名義尺寸計算)進行比較；34E均均2E均2均21450450均均221210045000450均均tg20450450均均均2004504503、計算圓軸上貼有應變片截面上的彎矩；均MEWzx4、計算圓軸上貼有應變片截面上的扭矩。TEWP(4500)均2(1)455、將上述M的計算值與Pl2的值進行比較，并分析其偏差；6、將上述T的計算值與Pl1的值進行比較，并分析其偏差；七、思慮題假如要求一次加載同時測出作用在A-B截面上的彎矩和扭矩，如何實現。35實驗三偏愛拉伸實驗預習要求：4、預習構件在單向偏愛拉伸時，橫截面上的內力分析；5、復習電測法的不一樣組橋方法；6、設計本實驗所需數據記錄表格。一、實驗目的1．丈量試件在偏愛拉伸時橫截面上的最大正應變max；2．測定中碳鋼資料的彈性模量E；3．測定試件的偏愛距e；二、實驗設施與儀器1．微機控制電子全能試驗機；RbRa2．電阻應變儀；ht3．游標卡尺。b三、試件中碳鋼矩形截面試件，（以以下圖）。截面的名義尺寸為××30)mm2，s360MPa。圖一試件表示圖hb=(7.0四、實驗原理和方法試件承受偏愛拉伸載荷作用，偏愛距為e。在試件某一截面雙側的a點和b點處罰別沿試件縱向粘貼應變片Ra和Rb,則a點和b點的正應變成：εa=εp+εM+εt（1）εb=εpεM+εt（2）式中：εp——軸向拉伸應變M——曲折正應變t——溫度變化產生的應變有分析可知，橫截面上的最大正應變成：εmax=εp+εM(3)依據單向拉伸虎克定律可知：36EP(4)Ap試件偏愛距e的表達式為：eMWZE(5)P能夠經過不一樣的組橋方式測出上式中的εmax、p及εM，從而進一步求得彈性模量E、最大正應力max和偏愛距e。1、測最大正應變εmax組橋方式見圖二。（1/4橋；2個通道）max=εp+εM=(εp+εM+εt)εt=εaεt(6)圖二2、測拉伸正應變εp全橋組橋法（備有兩個溫補片），組橋方式見圖三。1[(21(2

PMt)tt(PMt)](7)attb)將εp代入式（4），即可求得資料的彈性模量E。圖三3、測偏愛矩e半橋組橋法，組橋方式見圖四。1[(21(2

PMt)(PMt)](8)ab)將εM代入式（5）即獲得試件的偏愛距e：圖四為了盡可能減小實驗偏差，實驗采納多次重復加載的方法。可參照以下加載方案：P0=6KN，Pmax=16KN，P=10KN，N=4。五、實驗步驟37設計實驗所需各種數據表格；丈量試件尺寸；丈量試件三個有效橫截面尺寸，取其均勻值作為實驗值。制定加載方案；試驗機準備、試件安裝和儀器調整；確立各項要求的組橋方式、接線和設置應變儀參數；檢查及試車；檢查以上步驟達成狀況，而后預加必定載荷，再卸載至初載荷以下，以檢查試驗機及應變儀能否處于正常狀態(tài)。進行試驗；將載荷加至初載荷，記下此時應變儀的讀數或將讀數清零。重復加載，每重復一次，記錄一次應變儀的讀數。實驗最少重復四次，假如數據穩(wěn)固，重復性好即可。數據通事后，卸載、封閉電源、拆線并整理所用設施。六、試驗結果辦理1．對幾組實驗數據求均勻值；N(at)2．最大正應變增量maxn1；N3．資料的彈性模量EPN；NApn14．務實驗段橫截面上的最大正應力增量maxEmax；NMWZE5．試件的偏愛距en1。PN七、思慮題1．資料在單向偏愛拉伸時，分別有哪些內力存在。2．經過全橋法測εP和利用εP=(εmaxεM)測εP，哪一種方法丈量精度高。38光彈性演示實驗一、實驗目的認識平面光彈性法的基本源理，認識光彈性法的主要優(yōu)弊端及其在實驗應力分析中的應用；認識透射式光彈儀的構造，認識平面偏振光場、圓偏振光場、暗場、亮場的光路構成及其在光彈性法中的作用；觀察梁在四點曲折（純曲折）時的等差線、等傾線光學圖像，以考證梁的曲折理論，加深對理論知識的理解；觀察中間開有圓孔的板試件在單向拉伸時孔邊等差線光學圖像，加深對應力集中現象的認識，認識孔邊應力集中系數的測定方法。二、實驗儀器設施及試件圖1409-2光彈儀圖2聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂試件三、實驗原理1、光路構成39圖3平面偏振光場光路圖(圖像包括等傾線和等差線)圖四圓偏振光場光路圖（圖像為等差線）2、應力—光學定律：Cd(12)（1）式中：為光程差，C為模型資料的光學常數(應力光學系數),d為模型40厚度。3、平面偏振光場與圓偏振光場1）．平面偏振光場部署下經過檢偏鏡后的光強I：IKa2sin22sin2（2）（1）sin0時，I0，即n，n0,1,2,LL此時對應獲得的黑色條紋為等差線，即光程差同樣的點光干預后齊集成的一條連續(xù)曲線。（2）sin20時，I0，即0或90此時對應獲得的黑色條紋為等傾線，即某些點的主應力方向同樣并與偏振軸重合（或垂直）干預后構成的一條連續(xù)黑線。2）．圓偏振光場部署下經過檢偏鏡后的光強I：IKa2sin2（3）sin0時，I0，即n，n0,1,2,LL，此時我們只獲得等差線。4、暗場與亮場暗場部署我們獲得的等差線條紋級數為整數級，亮場部署下獲得的為半整數級。四、光學圖像白光下純曲折等差線圖