工程力学实验指导书.doc

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1、工程力学实验指导书班级： 学号： 姓名： 南昌大学工程力学实验中心目 录实验一 金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 2实验二 金属材料的压缩试验 6实验三 复合材料拉伸实验 8实验四 金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定14实验五 电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验18实验六 弯曲正应力电测实验21实验七 叠（组）合梁弯曲的应力分析实验24实验八 弯扭组合变形的主应力测定27实验九 偏心拉伸实验31实验十 偏心压缩实验34实验十一 组合结构应力测试实验37实验十二 金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验39实验十三 冲击实验42实验十四 压杆稳定实验46实验十五 组合压杆的稳定性分析实验49实验十

2、六 光弹性实验52实验十七 单转子动力学实验58实验十八 单自由度系统固有频率和阻尼比实验63实验一 金属材料的拉伸及弹性模量测定试验一、实验目的与要求1观察低碳钢和铸铁在拉伸试验中的各种现象。2测绘低碳钢和铸铁试件的载荷变形曲线(Fl曲线)。3测定低碳钢的拉伸屈服点s、抗拉强度b、伸长率、断面收缩率和铸铁的抗拉强度b。4测定低碳钢的弹性模量E。5观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。6比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。二、实验设备和仪器1微机控制电子万能试验机。2电子式引伸计。3游标卡尺。4钢尺。三、实验原理与方法金属材料的屈服点s、抗拉强度b、伸长率和断面

3、收缩率是由拉伸试验测定的。试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。图中：d0为试样直径，l0为试样的标距，并且短比例试样要求l0=5d0。国家标准中还规定了其他形状截面的试样，可适用于从不同的型材和构件上制备试样。图 1-1 金属拉伸试验应遵照国家标准(GB/T 228-2002)在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为Fl曲线)，如图1-2所示。图 1-2 低碳钢试样的拉伸曲线

4、(图1-2a)分为四个阶段弹性、屈服、强化、局部变形阶段。如果在强化阶段卸载，Fl曲线会从卸载点开始向下绘出平行于初始加载弹性阶段直线的一条斜直线，表明它服从弹性规律。如若重新加载，Fl曲线将沿此斜直线重新回到卸载点，并从卸载点接续原强化阶段曲线继续向前绘制。此种经过冷拉伸使弹性阶段加长、弹性极限提高，塑性下降的现象，工程中称为冷作硬化现象。 铸铁试样的拉伸曲线(图1-2b)比较简单，既没有明显的直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试样就突然断裂，断口与横截面重合，断口形貌粗糙。抗拉强度b较低，无明显塑性变形。与电子万能试验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试样的屈服载荷Fs。、最大载荷Fb和

5、铸铁试样的最大载荷Fb。取下试样测量试样断后最小直径d1和断后标距l1，由下述公式 ， ， ，可计算低碳钢的拉伸屈服点s、抗拉强度b、伸长率，和断面收缩率；铸铁的抗拉强度b。如若实验前将试样的初始直径d0，初始标距长度l0等数据输入微型计算机，微型计算机可绘出应力-应变(-)曲线，并在实验结束后给出该材料的屈服点s和抗拉强度b。应当指出，上述所测定的力学性能均为名义值，工程应用较为方便，称为工程应力和工程应变。由于试样受力后其直径和长度都随载荷变化而改变，真实应力和真实应变须用试样瞬时截面积和瞬时标距长度进行计算。注意到试样在屈服前，其直径和标距变化很小，真应力和真应变与工程应力和工程应变差别

6、不大。试样屈服以后，其直径和标距都有较大的改变，此时的真应力和真应变与工程应力和工程应变会有较大的差别。低碳钢的弹性模量E由以下公式计算：式中F为相等的加载等级，l为与F相对应的变形增量。四、实验步骤1分别测量两种试样的初始直径d0和初始标距长度l0：在试样标距段的两端和中间三处测量试样直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。三处直径的最小值取作试样的初始直径d0。用扎规和钢板尺测量低碳钢试样的初始标距长度l0。2熟悉微机控制电子万能试验机的操作方法，运行测试应用程序POWERTEST3.0，并开启控制器电源。3在试验机上装夹低碳钢试样：先用上夹头卡紧试样一端，然后提升试验机活动横

7、梁，使试样下端缓慢插入下夹头的V形卡板中，锁紧下夹头。4在试样的试验段上安装引伸计，注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。5在微型电子计算机测试应用程序界面中执行以下操作：1）设置实验条件，主要有试验形式(如拉伸)、载荷、变形量程、加载速度、试样编号、尺寸、材料等。设置完毕，可自定义文件名并确定工作目录后存盘；2）单击界面左侧“试验”按钮，开始实验；3）当载荷变形(Fl)曲线进入强化阶段后，单击界面左侧“上升”按钮，进行卸载。当载荷卸至1kN左右时再单击界面左侧“下降”按钮，重新加载。并注意观察低碳钢的卸载规律和冷作硬化现象。6继续实验，注意观察试样的变形情况和“颈缩”现象，试样断裂后立即单击应

8、用程序界面左侧“结束实验”按钮。7插好引伸计销钉后拆卸引伸计。然后取下试样，测量断后最小直径d1，断后标距长度l1。8测量铸铁试样的初始直径，并将之装卡在试验机的卡板中(与低碳钢试样测量、装夹方法相同)。重复实验步骤45，进行铸铁试样拉伸实验。9在实验教师指导下读取实验数据，打印曲线。10经实验指导教师检查实验结果后，结束实验并整理实验现场。五、实验注意事项1为避免损伤试验机的卡板与夹头，同时防止铸铁试样脆断飞出伤及操作者，应注意装卡试样时，横梁移动速度要慢，使试样下端缓慢插入下夹头的V形卡板中，不要顶撞卡板顶部；试样下端不要装卡过长，以免顶撞夹头内部装配卡板用的平台。2为保证实验顺利进行，试

9、验时要读取正确的试验条件，严禁随意改动计算机的软件配置。3、装夹、拆卸引伸计时，要注意插好定位销钉，实验时要注意拔出定位销钉，以免损坏引伸计。六、思考题1根据低碳钢和铸铁的拉伸曲线比较两种材料的力学性质。2为什么加载速度要缓慢?3为什么拉伸试验必须采用标准试样或定标距试样?4什么是卸载规律和冷作硬化现象?试举两例说明冷作硬化现象的工程应用。实验二 金属材料的压缩试验一、实验目的与要求1测定低碳钢的压缩屈服点s和铸铁的抗压强度c。2观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因。3分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。二、实验设备和仪器1微机控制电子万能试验机。2游标卡尺。3钢尺。三、实验原理与方法金属材

10、料的压缩屈服点s和抗压强度b，由压缩试验测定。按试验规范(GB 7314-87)要求，压缩试样应制成短圆柱形(参看图2-1)。 图 2-1图 2-2分析和实验均表明，压缩试验时，试样的上、下端面与试验机支承垫之间会产生很大的摩擦力(参看图2-2)，这些摩擦力将阻碍试样上部和下部产生横向变形，致使测量得到的抗压强度偏高。因而应采取措施(磨光或加润滑剂)减少上述摩擦力。注意到试样的高度也会影响实验结果，当试样高度h0增加时，摩擦力对试样中段的影响减少，对测试结果影响较小。此外，如若试样高度直径比(h0d0)较大，极易发生压弯现象，抗压强度测量值也不会准确。所以压缩试样的高度与直径的比值(h0d0)

11、一般规定为1h0d03。此外，还须设法消除压缩载荷偏心的影响。进行低碳钢压缩试验时，为测取材料的压缩屈服点s，应缓慢加载，同时仔细观察Fl曲线的发展情况，曲线由直线变为曲线的拐点处所对应的载荷即为屈服载荷Fs。材料屈服之后开始强化，由于压缩变形使试样的横截面积不断增大，尽管载荷不断增大，但是，直至将试样压成饼形也不会发生断裂破坏，如图2-3所示。因此无法测量低碳钢的抗压强度Fb，压缩试验载荷变形曲线如图2-3所示。图 2-3图 2-4铸铁压缩试验时，由压缩试验载荷变形曲线(图2-4)可看出，随着载荷的增加，破坏前试样也会产生较大的变形，直至被压成“微鼓形”之后才发生断裂破坏，破坏的最大载荷即为

12、断裂载荷。破坏断口与试样加载轴线约成45角(如图2-4)。由于单向拉伸、压缩时的最大切应力作用面与最大正应力作用面约成45角，因此，可知上述破坏是由最大切应力引起的。仔细观察试样断口的表面，可以清晰地看到材料受剪切错动的痕迹。四、实验步骤1测量试样尺寸：用游标卡尺测量试样高度h0，测量试样两端及中部三处截面的直径，每处直径为相互垂直方向直径的平均值，取三处直径中的最小值为初始直径d0，并用其计算截面初始面积A0。2熟悉微机控制电子万能试验机的操作方法，运行测试应用软件POWETEST3.0并开启控制器电源。3把低碳钢试样放置在试验机球形支承座的中心位置上，试样上下一般都要放置坚硬平整的垫块，用

13、以保护试验机压头及支承座，并可调整试验区间的高度，减少空行程。4在微型电子计算机测试应用程序界面中执行以下操作：1）设置实验条件，主要有试验形式(如压缩)、载荷、变形量程、加载速度、试样编号、尺寸、材料等。设置完毕，可自定义文件名并确定工作目录后存盘；2）单击界面左侧“试验”按钮，开始实验；3）注意观察载荷变形(F-l)曲线，找出压缩屈服点，进入强化阶段后，观察试样变形，由于试样为塑性材料，试样压成饼形也不会发生断裂破坏，因此无法测量低碳钢的抗压强度，试样发生较明显变形后，可以卸载。5铸铁压缩试验的步骤与低碳钢压缩相同。但因铸铁破坏是脆断，试样发生一定变后，会发生断裂破坏，为防止试样压断时可能

14、有碎屑崩出，试验前应在试样周围加设有机玻璃防护罩。铸铁压缩试验只能测得试样的断裂载荷Fb。注意观察试样断裂后的变形和断口的表面形貌。6根据实验中测得数据，由式s=Fs/A0计算低碳钢的压缩屈服点，由式b=Fb/A0计算铸铁的抗压强度，其中A0为试样截面原始面积。7经实验指导教师检查实验结果后，结束实验并整理实验现场。五、实验注意事项1为保证实验顺利进行，试验时要读取正确的试验条件，严禁随意改动计算机的软件配置。2铸铁压缩实验加载前要设置好试验机的有机玻璃防护罩，以免金属碎屑飞出发生危险。六、思考题1比较铸铁的抗拉强度和抗压强度并分析脆性材料的力学性能特点。2为什么无法测取低碳钢的抗压强度?3由

15、低碳钢和铸铁的拉伸、压缩试验结果，比较塑性材料与脆性材料的力学性质。4为什么铸铁试样压缩时沿着与加载轴线约成450的斜截面破坏?实验三 复合材料拉伸实验一、实验目的1测定拉伸强度b。2测定弹性模量E。3测定割线弹性模量Es。4测定破坏(或最大载荷)伸长率t。二、实验设备和仪器1微机控制电子万能实验机。2电阻应变仪。三、实验试样1试样形状试样形状如图3-1(a)、(b)、(c)所示。图 3-1(a)复合材料I型试样；(b)复合材料II型试样，(c)复合材料III型试样 I型试样适用于测定玻璃纤维织物增强热塑性和热固性塑料板材的拉伸强度； II型试样适用于测定玻璃纤维织物增强热固性塑料板材的拉伸强

16、度； III型试样仅适用于测定模压短切玻璃纤维增强塑料的拉伸强度；而测定该材料的其它拉伸性能时仍用I型或型试样。 表3-1所示的为I型、II型试样尺寸。表3-2所示的为模压拉伸试样尺寸。2试样制备1）I型、I型试样采用机械加工法制备，重型试样采用模塑法制备2）I型试样加强片的材料、尺寸及其粘结。 加强片材料采用与试样相同的材料或铝板材料。 加强片尺寸：其厚度为2-3mm。表3-1 I型、II型试样尺寸 单位：mm表3-2 模压拉伸试样尺寸 单位；mm其宽度为，采用单根试样粘结时，加强片的宽度就取为试样的宽度，若采用整体粘结后再加工成单根试样，则宽度应满足所要加工试样的要求。 加强片的粘结。用细

17、砂纸打磨(或喷砂)粘结表面，注意不应损伤材料强度。然后用溶剂(如丙酮)清洗粘结表面，再用韧性较好的室温固化胶(如环氧胶粘剂)粘结。注意：要对试样粘结部位加压一定的时间。3试样数量必须保证有5个有效试样。四、实验原理复合材料拉伸试验适用于测定玻璃纤维织物增强塑料板材和短切玻璃纤维增强塑料的拉伸力学性能。在假设材料均匀、各向同性、应力应变关系符合胡克定律的前提下，其力学性能一般仍按材料力学公式计算。但对纤维增强塑料实际上不太符合这些假设，试验过程中不完全符合胡克定律，在超过比例极限以后，往往在纤维和树脂的粘结面处会逐步出现微裂缝，形成一个缓慢的破坏过程，这时，要记下其发出的声响和试样表面出现白斑时

18、的载荷，并绘制其破坏图案。 拉伸实验是指在规定的温度(232)oC)，湿度(相对湿度45%55%)和试验速度下，沿试样纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏的实验。其相应的材料力学性能指标如下。1拉伸强度b 当试样拉伸至最大载荷时，记录该瞬时载荷，由下式计算拉伸强度：式中：Fmax为试验最大载荷；b为试样宽度；h为试样厚度。 2弹性模量E 试样是预先按规定方向(如板的纵向和横向)切割而成的，使各向异性材料转变为单向取样测量，故可假定在这种形式的试样上其应力、应变关系服从胡克定律，其拉伸弹性模量E可表示为：式中：F为载荷位移曲线上初始直线段的载荷增量；l为与载荷增量F对应的标距l0内的位移增量。 3割线弹

19、性模量Es 若材料的拉伸应力应变曲线没有初始直线段，则可测定其规定应变下的割线弹性模量，它是曲线上原点和规定应变相对应点的连线的斜率，称之为拉伸割线弹性模量，由下式计算：式中：Es为在0.1%、0.2%或0.4%应变下的拉伸割线弹性模量；F为载荷位移曲线上产生规定应变时的载荷；ls为与载荷F对应的标距l0内的变形值。 4破坏(或最大载荷)伸长率t 试样拉伸破坏时或最大载荷处的伸长率，称为破坏(或最大载荷)伸长率，记为t(%)，按下式计算：式中：lb为试样拉伸破坏时或最大载荷处标距l0内的伸长量。五、实验步骤1试样准备试验前，试样在试验标准环境中至少放置24h。不具备环境条件者，试样可在于燥器内

20、至少放置24h。 用游标卡尺在试样工作段内的任意三处，测量其宽度和厚度，取算术平均值。2试验机和仪器准备 1）设定试验机的加载速度。测定拉伸强度时，I型试样的加载速度为l0mm/min；I型、III型试样的加载速度为5mm/min；测定拉伸弹性模量等时，加载速度一般为2mm/min。 2）预估最大载荷，设定加载力值。 3）夹持试样，使试样的中心线与上、下夹具的对准中心线一致，并在试样工作段安装电子引伸计，施加初载(约为破坏载荷的5%)。 4）将电子引伸计、电阻应变仪、控制电脑相连接。3试验 加载，自动记录载荷变形曲线。连续加载至试样破坏，记录破坏载荷(或最大载荷)及试样破坏形式。 必须指出：在

21、试样拉伸过程中，一要注意听有否开裂声，二要注意观察试样表面上有否白斑出现。当发出开裂声和有白斑出现时，应记录此时的载荷，此时，拉伸应力应变曲线形成折线，形成所谓第一弹性模量和第二弹性模量问题。形成第二弹性模量是复合材料的特点，其原因是，在受力状况下树脂和纤维延伸率不同，在界面处出现开裂，此时，复合材料中有缺陷的纤维先行断裂，使纤维总数少于起始状态时的数量，相应每根纤维上受力增加，形变也就增加，致使弹性模量降低。 若试样出现以下情况，则试验无效： 1）试样破坏在内部缺陷明显处。 2）I型试样破坏在夹具内或圆弧处；重型试样破坏在夹具内，或试样断裂处离夹紧处的距离小于l0mm。4试验结果处理与分析1

22、）通过记录曲线，采集载荷与相应的变形值，计算得到拉伸强度、弹性模量(或拉伸割线弹性模量)和伸长率。2）II型试样破坏在非工作段时，仍用工作段横截面积来计算，记录试样断裂位置。实验四 金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定一、实验目的和要求1测定低碳钢的剪切屈服点、抗剪强度和铸铁的抗剪强度，观察扭矩扭转角曲线（T-曲线）。2观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，并进行比较和分析。3测定低碳钢的切变模量G。4验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（）。二、实验设备和仪器1微机控制扭转试验机。2游标卡尺等。三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T101281988)采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯

23、剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服点和抗剪强度等。圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4-1所示)。试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。图 4-1试验机软件的绘图系统可绘制扭矩一扭转角曲线，简称扭转曲线（图4-2a、b中的T曲线）。从图4-2a可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa段)、屈服阶段(ab段)和强化阶段(cd段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达以上。a）低碳钢 b) 铸铁图 4-2图4-2b所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为

24、直线(与拉伸曲线相似，没有明显的直线段)，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩Ts和破坏扭矩Tb。由和计算材料的剪切屈服点和抗剪强度，式中：为试样截面的抗扭截面系数。需要指出的是，对于塑性材料，采用实心圆截面试样测量得到的剪切屈服点和抗剪强度，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心圆截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点时，试样会表现出明显

25、的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩Ts要大一些，对于破坏扭矩Tb也会有同样的情况。低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。图4-3a所示低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏；图4-3b所示铸铁试样的断面是与试样轴线成450角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而是最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。图 4-3材料的切变模量G遵照国家标准(GB/T 101281988)可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩厂与扭转角中之间的关系符合扭转变形的胡克定律，式中：为截面的极惯性矩。当试样长度l和极惯

26、性矩Ip均为已知时，只要测取扭矩增量T和相应的扭转角增量，可由式计算得到材料的切变模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形胡克定律。注意到三个弹性常数E，G之间的关系，由材料手册查得材料的弹性模量E和泊松比，计算得到材料的切变模量，如将计算值取作真值，可将测试得到的G值与值进行比较，检验测试误差。四、实验步骤1测量试样直径d0，长度L；2装夹试样（操作方法参见试验机使用手册）；3进入PowerTest软件，选择剪切弹性模量测定试验方案；4按软件“运行”键，开始试验。5记录多级等增量加载实验数据。6选择金属扭转破

27、坏试验方案。7按软件“运行”键，开始试验。8试样被扭断后停机，取下试样，注意观察试样破坏断口形貌。9记录实验数据。10请指导教师检查原始记录并签字后，结束实验。将试验机复位并整理现场。五、实验注意事项1推动试验机移动支座时，切忌用力过大，以免损坏试样或传感器。2进入软件前请确定试验机电源已打开。3退出软件前请确定试验机电源已关闭。六、思考题1为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成450螺旋断裂面？2根据低碳钢和铸铁拉伸、压缩、扭转试验的强度指标和断口形貌，分析总结两类材料的抗拉、抗压、抗剪能力。3圆截面试样拉伸试验屈服点和扭转试验剪切屈服点有什么区别和联系？4切变模

28、量G的物理意义。5用拉伸（压缩）试验能否间接测量材料的切变模量G？实验五 电阻应变片的粘贴技术及测试的桥路变换实验一、实验目的1初步掌握应变片的粘贴、接线和检查等技术。2认识粘贴质量对测试结果的影响。3认识1/4桥路、1/2桥路、全桥路的接线法及相互关系。二、实验要求1每人一根试验钢梁、一块温度补偿钢块和若干枚电阻应变片（预计6片）。在试验钢梁上(沿其轴线方向)上表面、下表面和温度补偿钢块上各贴两枚应变片(图5-1)。 图 5-12用自己所贴的应变片进行规定内容的测试。三、实验设备和仪器1数字万用表、电阻应变仪、微机控制电子万能试验机。2游标卡尺、钢直尺、烙铁。四、应变片粘贴工艺1筛选应变片应

29、变片的外观应无局部破损，丝栅或箔栅无锈蚀斑痕。用数字万用表逐片检查阻值（120），同一批应变片的阻值相差不应超过出厂规定的范围（小于0.2）。2处理试件表面在贴片处处理出不小于应变片基底面积3倍的区域。处理的方法是：用细砂纸打磨出与应变片粘贴方向成450的交叉纹(有必要时先刮漆层，去除油污，用细砂纸打磨锈斑)。用钢针或铅笔画出贴片定位线。再用蘸有少量丙酮（或无水酒精、四氯化碳等）的脱脂棉球将贴片表面擦洗干净，清洁面积应大于处理面积，且清洁时应从中心逐渐向外擦，棉球脏后要更换新的，直至棉球洁白为止。3粘贴应变片一手用镊子镊住（或左手拇指和食指夹住）应变片引出线，一手拿502胶瓶，在应变片底面上涂

30、一层粘结剂，并立即将应变片放置于试件上(切勿放反)，且使应变片基准线对准定位线。用一小片聚四氟乙烯薄膜盖在应变片上，用手指均匀按压应变片，从有引线的一端向另一端沿轴线方向滚压，以挤出多余的粘结剂和气泡。注意此过程要避免应变片滑移或转动。保持1-2min后，由应变片的无引线一端向有引线一端，沿着与试件表面平行方向轻轻揭去聚四氟乙烯薄膜。用镊子将引出线与试件轻轻脱开，检查应变片是否为通路。（有条件的可使用红外线灯烘烤，提高粘接强度，但要避免聚热。）4焊接与固定导线应变片与应变仪之间，需要用导线(视测量环境选用不同的导线双芯多股铜芯塑料电缆、屏蔽电缆)连接。用胶纸带或其他方法把导线固定在试件上。应变

31、片的引出线（注意其下部垫一小块绝缘胶布或透明胶带；焊接时不宜拉的过紧，最好有一定的弧形）与导线之间，通过粘贴在电阻应变片附近的接线端子片连接(图5-2)。连接的方法是用电烙铁焊接，焊接要准确迅速，防止虚焊。图 5-25检查与防护用数字万用表检查各应变片的电阻值（是否断路），检查应变片与试件间的绝缘电阻（是否短路）。如果检查无问题，应变片要作较长时间的保留，作好防潮与保护措施。防护方法的选择取决于应变片的工作条件、工作期限及所要求的测量精度。常温下可用具有良好防潮、防水功能的703硅橡胶均匀涂在电阻应变片上，涂敷面积要大于应变片基底，经8小时即可固化。也可用医用凡士林、炮油或二硫化钼等材料代替。

32、五、实验步骤（电阻应变仪操作参见设备介绍）1按应变片粘贴工艺完成贴片工作。2按图5-3的形式接成1/4桥，观察是否有零漂现象。 图 5-3 图 5-43试验钢梁加上一定载荷，记录应变仪读数，观察是否有漂移现象。4在试验钢梁的弹性范围内，等量逐级加载，观察应变仪的读数增量。5按图5-3的形式接成半桥，不加载荷，用白炽灯近距离照射试件上的工作片，观察应变仪读数。6把工作片R和温度补偿片Rt，在电桥中的位置互换，在相同载荷作用下，观察应变仪的读数区别。7按图5-4的形式分别接成半桥、全桥，重复（2）、（3）、（4）六、思考题1在温度补偿法电测中，对补偿块和补偿片的要求是什么?2你贴的应变片按图5-3

33、接入应变仪后，是否出现：电桥无法平衡的现象？应变仪读数产生漂移的现象？产生以上两种现象的原因可能是什么？实验六 弯曲正应力电测实验一、实验目的和要求1学习使用应变片和电阻应变仪测定静态应力的基本原理和方法。2测定弯曲钢梁横截面不同位置的正应力。3观察梁纯弯曲段横截面正应力分布规律，验证弯曲正应力公式的适用范围。二、实验设备和仪器1微机控制电子万能试验机。2静态电阻应变仪。三、实验原理和方法1实验装置和测试方法本实验的测试对象为低碳钢制矩形截面简支梁，加载方式如图6-1所示。h12345aaaabABCD P P Z 图 6-1由材料力学可知，钢梁CD段将承受纯弯曲，其弯矩大小为 （1）横截面上

34、弯曲正应力公式为 （2）式中y为被测点到中性轴z的距离，Iz为梁截面对z轴的惯性矩。 （3） 通过电子万能实验机对简支梁加载，在CD段对称于中性层每隔一个与轴线平行的电阻应变片，应变片3粘贴在梁的中性层处。在梁的端部上表面零应力处粘贴有温度补偿片，可对以上各应变片进行温度补偿。当梁受载时，应变片随梁变形而变形，由电阻应变仪测得各点处的应变值，在弹性范围内，有应力应变关系： （4）式中E为钢梁的弹性模量。 实验采用增量法。每增加等量载荷P，测得各点相应得应变增量一次。因每次P相同，故应是基本上按比例增加。四、实验步骤1试件准备测量钢梁横截面尺寸，准确地把钢梁搁在电子万能试验机的弯曲台上，按四点加

35、载法将力分配梁准确地搁在钢梁上，测量AC和BD段距离，两者应严格相同。2仪器准备和接线1）实验选用1/4桥共补偿片联接法(1，2，3，4，5列接线柱A、B分别接测量工作片1，2，3，4，5，温度补偿片接补偿位置A、B接线柱)。2）指导教师检查无误后，接通电阻应变仪电源，检查电阻应变仪灵敏系数K仪，K仪应与应变片灵敏系数K片值一致，若不一致则须调整。3正式实验根据材料的许可应力和实验装置的有关尺寸，计算最大允许载荷值Fmax，并选定初始载荷F0。按等量加载法拟定电子万能实验机加载方案，并同时根据需要记录电阻应变仪读数。4教师检查原始记录、签字，结束实验。五注意事项认真观察、调整实验装置，确保AC

36、段与BD段距离相等。六、数据处理和实验报告1对每一测点求出应变增量的平均值 （5）由（4）式可知 （6）2由（2）式可知，与载荷增量P相应的应力增量理论值为 （7） （8）3对每一测点，列表比较与，并计算相对误差 （9）七、思考题1尺寸、加载方式完全相同的钢梁和木梁，如果与中性层等距离处纤维的应变相等，问两梁相应位置的应力是否相等，载荷是否相等?2采用等增量加载法的目的是什么?实验七 叠（组）合梁弯曲的应力分析实验一、实验目的和要求1进一步掌握电测法的基本原理，及应变仪的操作与使用。2测定叠梁在纯弯曲时，梁高度各点正应力的大小及分布规律，并与理论值作比较。3通过实验测定和理论分析，了解两种不同

37、组合梁的内力及应力分布的差别。4学习多点测量技术。二、实验设备和仪器1 微机控制电子万能试验机，静态应变测试仪。2 游标卡尺和钢尺等。三、实验原理和方法在实际结构中，由于工作需要，把单一的梁、板、柱等构件组合起来，形成另一种新的构件形式经常被采用。如支承车架的板簧，是由多片微弯的钢板重叠组合而成；厂房的吊车的承重梁则是由钢轨、钢筋混凝土梁共同承担吊车和重物的重量。实际中的组合梁的工作状态是复杂多样的，为了便于在实验室进行实验，实验仅选择两根截面积相同的矩形梁，按以下方式进行组合：（1）用相同材料组成的叠梁；（2）楔块梁。用电测法测定其应力分布规律，观察两种形式组合梁与单一材料梁应力分布的异同点

38、。叠梁在横向力作用下，若上、下梁的弯矩分别为M1和M2，由平衡条件可知，M1+M2=M；若变形后，每根梁中性层的曲率半径分别为，且有，则由梁的平面弯曲的曲率方程可知：，式中E1I1和E2I2分别是上、下梁的抗弯刚度。在小变形情况下（忽略上、下梁之间的摩擦，两者的变形可认为一致），它们的曲率半径远远大于梁的高度，因此可以认为，故有（1）当叠合梁材质和几何尺寸相同，即E1E2，I1I2，有，（2）当叠合梁分别为钢和铝时，且钢材与铝材的弹性模量分别为El2.07105MPa，E20.69105MPa，即El3E2，同时I1I2=I时，则有，由此可知，当叠合梁的材质和惯性矩相同时，弯矩是由参与叠合梁的

39、根数进行等分配的；当材料不同时，其弯矩是依据抗弯刚度来进行分配的。因此，材质不同的两根梁组成的叠合梁（惯性矩相等），在离各自中性层等距离点的应力是不等的。弹性模量大的材质应力较大，反之，弹性模量小的材质，应力较小。本实验采用钢钢叠合梁和钢钢材料组成的楔梁（在试样的两端，在两根梁的接合面上各加一个楔块）以及整梁。材料的E相等，所有单根梁的截面几何尺寸相等。图 7-1l纯弯曲压头；2上梁；3T梁；4弯曲台实验时，在梁的纯弯曲段间某一截面沿高度布置8枚电阻片(见图7-1)，测定各测点的正应力，其中任一点的正应力值为式中：叠合梁i点的实测应变；E叠合梁材料的弹性模量。实验过程中，在弹性极限内仍采用分段

40、等间距加载的方法，即在每施加载荷增量，测定对应的应变增量，从而得到各测点的实测应力值为各测点的理论值式中：第i测点应变增量的平均值；第i测点到每根叠梁各自中性层zi的距离。四、实验步骤1测量叠梁、楔块梁和整梁的尺寸：高度h和宽度b，支座与压头支点间距离，测量各电阻片位置到中性层的距离。2将叠合梁安装在试验机的弯曲台上。3进入POWERTEST3.0软件，确定加载方案，逐级加载测读。4采用单片测量的接线方法，即AB桥臂接工作片，BC桥臂接温度补偿片（另两臂为仪器内的标准电阻），接好线后打开电阻应变仪电源开关，调平仪器，待仪器稳定后，开始正式测读。5完成一种组合梁(例如钢钢组合梁)测试后，更换另一

41、种组合梁（楔块梁、整梁）重复步骤14进行测试。6完成全部实验，经教师检查合格后，清理实验现场，关闭电源。五、思考题1分析整梁(矩形截面H2h，Bb)，同种材料叠梁、不同材料叠梁在相同支撑和加载条件下承载能力的大小。2上述三种梁的应力沿截面高度是怎样分布的，画出应力沿梁高度的分布规律。3楔块梁的应力分布有什么特点，它与叠梁有何不同，内力性质有何变化？4根据测试结果如何判断各种梁是否有轴向力作用及轴向力产生的原因。实验八 弯扭组合变形的主应力测定一、实验目的1测定薄壁圆管表面上一点的主应力。2验证弯扭组合变形理论公式。3掌握电阻应变花的使用。二、实验设备和仪表1微机控制电子万能试验机。2静态数字电

42、阻应变仪一台。三、实验原理和方法Dd1薄壁圆管弯扭组合变形受力简图，如图所示。 薄壁圆管截面图图 8-12由实验确定主应力大小和方向由应力状态理论分析可知，薄壁圆管表面上各点均处于平面应力状态。若在被测位置x、y平面内，沿x、y方向的线应变为，剪应变为，根据应变分析可知，该点任一方向的线应变的计算公式为由此得到的主应变和主方向分别为对于各向同性材料，主应变和主应力方向一致。应用广义虎克定律，即可确定主应力为式中，E，分别为构件材料的弹性模量和泊松比。在主应力方向无法估计时，应力测量常采用电阻应变花。应变花是把几个敏感栅制成特殊夹角形式，组合在同基片上。常用的应变花有450、600、900和12

43、00等。本实验装置采用的是450直角应变花，在A，B，C，D四点上各贴一片，分别沿-450，00，450方向，如图所示。根据所测得的三个方向应变值、，可求得被测点的主应变和主应力大小及方向。图 8-23理论计算主应力大小及方向由材力公式可计算出各截面上各点主应力大小及方向的理论值，然后再与实验值相比较。四、实验步骤1试件准备测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，按加载要求装到微机控制万能试验机上。2按测试要求，将薄壁圆管上所测各点的应变片按半桥接线接人电阻应变仪组成半桥单臂测量电桥，并调整好所用仪器设备。3实验加载。根据薄壁圆管尺寸及许用应力，确定最大载荷Pmax和载荷增量P，拟定电子万能实验机加载方案，本实验以力控制，初载荷P0=0kN，加载速度为10N/S，每增加