工程力学试验ppt课件.ppt

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1、工程力学实验工程力学实验 南昌大学南昌大学 工程力学实验中心工程力学实验中心目录（目录（1）一、金属材料拉伸及弹性模量测定试验四、金属扭转破坏试验、剪切弹性模量测定三、复合材料拉伸试验二、金属材料的压缩试验五、应变片的粘贴技术、应变片测试的桥路变换试验目录（2）一、试验目的：1测定低碳钢拉伸弹性模量E；2测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )；3测定灰铸铁拉伸强度s b；二、试验仪器：1万能材料试验机；2杠杆引伸仪；3游标卡尺；拉拉 伸伸 试试 验验标点标点L0标距标距d0三、试件：1材料类型： 低碳钢： 灰铸铁：2标准试件：塑性材料的典型代表；脆性材料的典型代表；标距：用于

2、测试的等截面部分长度；尺寸符合国标的试件；圆截面试件标距：L0=10d0或5d0试验机读数表盘试验机读数表盘主动指针：反映载荷瞬时大小主动指针：反映载荷瞬时大小；被动指针：反映最大载荷被动指针：反映最大载荷；拉拉 伸伸 试试 验验四、试验原理：1低碳钢拉伸弹性模量E：OPD D LEAPLL D DLLAPED D D D PLPD D L等量逐级加载法：D D Pd d (D D L)1d d (D D L)2)L(LAPED Dd dD D 拉拉 伸伸 试试 验验2测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )；OPD D LPePpPsPb线弹性阶段线弹性阶段屈服阶段屈服阶段强

3、化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段屈服极限：0APss 0APbb 强度极限：冷作硬化冷作硬化%100001 LLLd d延伸率：%100010 AAA 断面收缩率：拉拉 伸伸 试试 验验低碳钢拉伸试验现象：屈服：颈缩：断裂：tmax引起拉拉 伸伸 试试 验验3测定灰铸铁拉伸机械性能 s b；OPD D L0APbb 强度极限：Pb拉拉 伸伸 试试 验验一、试验目的：1测定低碳钢压缩屈服极限ss-；2测定灰铸铁压缩强度极限s b-；二、试验仪器： 万能材料试验机；三、试件：标准试件：d0h0粗短圆柱体：h0=13d0压压 缩缩 试试 验验四、试验原理：1测定低碳钢压缩屈服极限ss-；OPD D L

4、Ps 屈服极限：0APss 拉伸试验拉伸试验压压 缩缩 试试 验验低碳钢压缩试验现象：低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两端摩擦力影响，形成“腰鼓形”。压压 缩缩 试试 验验2测定灰铸铁压缩强度极限sb-；OPD D L0APbb 强度极限：拉伸试验拉伸试验Pb 灰铸铁压缩试验现象：tmax引起压压 缩缩 试试 验验一、试验目的：1测定低碳钢名义剪切强度极限tb；2测定灰铸铁名义剪切强度极限tb；二、试验仪器： 万能材料试验机、剪切器；三、试件：试件：剪剪 切切 试试 验验四、试验原理：名义剪切强度极限：02APbb 双剪：试件有两个剪切面；Pb剪剪 切切 试试 验验低碳钢剪切试验现象：灰铸铁剪切

5、试验现象：剪切、挤压、弯曲引起弯曲拉应力引起剪剪 切切 试试 验验一、试验目的：1测定低碳钢剪切弹性模量G；2测定低碳钢剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb；3测定灰铸铁剪切强度极限tb；二、试验仪器：1扭转试验机；2扭角仪；4分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破坏情况；扭扭 转转 试试 验验三、试件：1测低碳钢G采用自制试件：dl2测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试件：d0扭扭 转转 试试 验验四、试验原理：1低碳钢剪切弹性模量G：OMnj jdbalPPDdDdpnGIlM j jj jj jppnIPalIlMG 等量逐级加载法：DjDjD DpIPalG bd dD DDjDj 扭扭

6、 转转 试试 验验2测定低碳钢剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb；OMnj jMbMsMn Msr rdr rMn= Ms剪切屈服极限：nssWM43 剪切强度极限：nbbWM43 Mn= Mb s s b b扭扭 转转 试试 验验低碳钢扭转试验现象：屈服：tmax引起断裂：扭扭 转转 试试 验验3测定灰铸铁剪切强度极限tb；剪切强度极限：nbbWM OMnj jMb灰铸铁扭转试验现象：断裂：拉应力引起扭扭 转转 试试 验验一、电阻应变片：引出线引出线电阻丝电阻丝(丝栅丝栅)基底基底由试验发现：L应变片应变片PPL+D D LLLkRRD DD D k k：电阻应变片的 灵敏度系数应变片：将机

7、械量(应变)转换为 电量(电阻)的传感器电阻应变片种类：丝式(绕线式)、箔式、半导体式电测法基本原理电测法基本原理二、电阻应变仪：应变测量原理：利用电桥平衡测量电阻改变，从而进一步得到应变。BADCER1R2R3R4电桥平衡(UBD=0)：4231RRRR 若R1R4为四个阻值相同应变片，受力后，BD间电压改变为：)(444332211RRRRRRRREUBDD D D D D D D D )(kE43214 电测法基本原理电测法基本原理两种接法中的应变片型号、阻值尽可能相同或接近，固定电阻与应变片阻值也应接近。1电桥接法：由于温度对电阻值变化影响很大，利用电桥特性，可以采用适当的方法消除这种

8、影响。三、电桥接法及温度补偿：2温度补偿：全桥接法(四个电阻均为应变片)；半桥接法(R1、R2为应变片， R3、R4为固定电阻)电测法基本原理电测法基本原理BADCER1R2R3R4工作片工作片温度补偿片温度补偿片固定电阻固定电阻相同应变片R1、R2，R1贴在构件受力处，R2贴在附近不受力处，环境温度对R1、R2引起的阻值变化相同，为D RT，则)RRRRR(EUTTBD2114D DD DD D 1144 kE)(kETT 电测法基本原理电测法基本原理PP1单向应力状态：四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算：轴向拉压、纯弯曲，横力弯曲上下缘PPR1R211 E R1R2温度自补偿，测量

9、电压得到有效放大：)(kEUTTBD 214114 )(kE 电测法基本原理电测法基本原理2已知主应力方向的二向应力状态：扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒R2R1aR1b45o45o )(E)(Ebaba1123112111 沿已知主应力方向贴片，还采用半桥接法，工作片通过转换开关轮流接入电桥测量，温度补偿只需一片电测法基本原理电测法基本原理3不知主应力方向的二向应力状态：45o3应变花：290452450900311212)()()(E)()(E )()()()(tg4509045450904502 90o0o45o电测法基本原理电测法基本原理120o0o60o60o3应变花：20

10、12021206026001206003113213)()()()(E)()(E )()()()(tg60012006001200032 电测法基本原理电测法基本原理2YJ28APIOR型静态数字电阻应变仪；一、试验目的：1测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的 分布规律，并与理论值比较；2熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用；二、试验仪器：1纯弯曲试验装置；矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲三、试验原理：1结构示意图及理论值计算：hbPP/2P/2aa+ QP/2P/2MPa/2+mmmm截面： )(CMQ常数常数0纯弯曲zIyM 理理 zy矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲2布片示意图

11、及试验值：0011112222温度补偿片温度补偿片D D P E 实实3等量逐级加载法： D D D D EIyMz实实理理矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲一、试验目的：1用电测法测定平面应力状态下一点主应力的 大小及方向；2测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别 由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力；二、试验仪器：1弯扭组合试验装置；2YJ28APIOR型静态数字电阻应变仪；薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形三、试验原理：1结构示意图：alPIIII截面截面dD 220dDtdDR薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形 PQPlMPaMnII截面内力：2布片示意图：ABCDA、B、C、

12、D四点各贴-45o、0o、45o应变花薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形DR12R11R10CR9R8R7BR6R5R4AR3R2R1约定蓝线应变片为-45o ，白线为0o ，绿线为45o)()(21)(211245020454545231 E主应力大小：主应力方向：)()(2tg0454504545 a是主应力与圆管轴线的夹角薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形3等量逐级加载法：4指定点(B、D)的主应力大小及方向：共用温度补偿片的半桥接法，一个载荷水平下分别测B、D两点6个应变片的应变值1)试验值：薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形2)理论值(以B点为例)：B pnBzBW

13、TWM PaTPlMnBB内力应力按平面应力状态分析得到：s1、 s2、 s3、 a0分别与试验值比较薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形5弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量：1)由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片：2)弯矩M引起正应力的测量：BADCR5R11oB0oD0取圆筒上下(B、D)两点0o应变片接成半桥线路)(115RRBDU MTMTM 2)()( )(2BDMMdU 测测量量值值：22MdMMMdMEE ，nTQ 薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形3)扭矩Tn引起剪应变的测量：取圆筒前后(A、C)两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路)(7913RRRR

14、BDU nnnnnTTQTQTQTQ 4)()()()( BADCR3R1oA45 oA45R7R9oC45oC45 R3R1AR7R9CQTn 3 1nTQ 3 1AC薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形)(4BDTdTUnn 测量值：测量值：)1(422 dTTTdTTTnnnnnnEG，2)1(21)(11)(1)(131nnnnnnnTTTTTTTEEGEEEE 由虎克定律得nT nT 3nT 1薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形4)剪力Q引起剪应变的测量：仍取A、C两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路，与3)不同在于R9、R7换位)(9713RRRRBDU QTQT

15、QTQTQnnnn 4)()()()( )(4BDQQdU 测测量量值值：)1(422 QdQQQdQQEG，BADCR3R1oA45 oA45R9R7oC45oC45 R3R1AR7R9CQTn D D D DD D D DD D D DPQPlMPaMn1)II截面内力增量： D D D DD D D DD D D D)/()(/)(/)(0maxmaxmaxtRQWMWMQpnMzMn 薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形6相关理论值计算：2)II截面应力增量： D D D D D DD D D D D DD D D D D Dmaxmaxmax)(22)(22)(22QQQdTTdTMMMdGGEnnn 3)应变增量：aa6纯剪切应力状态g 与e 1关系的另一推导：薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形 xD D lall211 D Dalx122 D D 12 ax