自学材料力学实验

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料力学实验,力学性能试验,一、拉伸试验,二、压缩试验,三、剪切试验,四、扭转试验,应力分析实验,电测法基本原理,五、矩形截面梁的纯弯曲,六、薄壁圆筒的弯扭组合变形,一、试验目的,1,测定低碳钢拉伸弹性模量,E,；,2,测定低碳钢拉伸力学性能,(,s,s,、,s,b,、,d,、,y,),；,3,测定灰铸铁抗拉强度,s,b,。,二、试验仪器,1,万能材料试验机,；,2,引伸仪,；,3,游标卡尺,。,拉 伸 试 验,标点,l,0,标距,d,0,三、试样,1,材料类型,低碳钢,：,灰铸铁,：,2,标准试样,：,塑性材料的典型代表,脆性材料的典型代表,标距,：等截面测试部分长度,尺寸符合国标的试样,试验机读数表盘,主动指针：反映载荷瞬时大小,；,被动指针：反映最大载荷,；,拉 伸 试 验,拉 伸 试 验,1,)圆形截面,2,)矩形截面,l,0,=10,d,0,l,0,=5,d,0,l,0,t,b,或,四、试验原理,1,低碳钢拉伸弹性模量,E,O,F,D,l,D,F,l,F,D,l,等量逐级加载法,：,D,F,d,(,D,l,),1,d,(,D,l,),2,拉 伸 试 验,2,测定低碳钢拉伸机械性能,(,s,s,、,s,b,、,d,、,y,),O,F,D,l,F,e,F,p,F,s,F,b,线弹性阶段,屈服阶段,强化阶段,颈缩阶段,屈服点,：,抗拉强度,：,冷作硬化,伸长率,：,断面,收缩率,：,拉 伸 试 验,低碳钢拉伸试验现象,：,低碳钢拉伸试验动画,：,屈服：,颈缩：,断裂：,t,max,引起,拉 伸 试 验,3,测定灰铸铁抗拉强度,s,b,O,F,D,l,抗拉强度,：,F,b,灰铸铁拉伸试验动画,：,拉 伸 试 验,一、试验目的,1,测定低碳钢压缩屈服点,s,sc,；,2,测定灰铸铁抗压强度,s,bc,。,二、试验仪器,万能材料试验机,。,三、试样,标准试样,：,d,0,h,0,粗短圆柱体：,h,0,=1,3d,0,压 缩 试 验,四、试验原理,1,测定低碳钢压缩屈服点,s,sc,O,F,D,l,F,sc,压缩屈服点,：,拉伸试验,压 缩 试 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 缩 试 验,2,测定灰铸铁抗压强度,s,bc,O,F,D,l,强度极限,：,拉伸试验,F,bc,灰铸铁压缩,试验现象,：,t,max,引起,压 缩 试 验,一、试验目的,1,测定低碳钢名义抗切强度,t,b,；,2,测定灰铸铁名义抗切强度,t,b,。,二、试验仪器,1,万能材料试验机,；,三、试样,试样,：,剪 切 试 验,2,剪切器,。,四、试验原理,名义抗切强度,：,双剪,：,试件有两个剪切面,F,b,剪 切 试 验,低碳钢剪切试验现象,：,灰铸铁剪切试验现象,：,剪切、挤压、弯曲,引起,弯曲拉应力,引起,剪 切 试 验,一、试验目的,1,测定低碳钢切变模量,G,；,2,测定低碳钢屈服切应力,t,s,、,抗切强度,t,b,；,3,测定灰铸铁抗切强度,t,b,；,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 转 试 验,三、试样,1,测,低碳钢,G,采用自制试样：,d,l,2,测,低碳钢,t,s,、,t,b,、,灰铸铁,t,b,采用标准试样：,d,0,扭 转 试 验,四、试验原理,1,低碳钢,切变模量,G,O,T,j,d,b,a,l,F,F,D,d,等量逐级加载法：,扭 转 试 验,2,测定低碳钢屈服切应力,t,s,、,抗切强度,t,b,O,T,j,T,b,T,s,T,T,s,r,d,r,T,=,T,s,屈服切应力：,抗切强度：,T,=,T,b,t,s,t,s,t,b,t,b,扭 转 试 验,低碳钢扭转试验现象,：,低碳钢扭转试验动画,：,屈服：,t,max,引起,断裂：,扭 转 试 验,3,测定灰铸铁抗切强度,t,b,抗切强度：,O,T,j,T,b,灰铸铁扭转试验现象,：,断裂：,灰铸铁扭转试验动画,：,拉应力,引起,扭 转 试 验,一、电阻应变片,引出线,电阻丝,(,丝栅,),基底,由试验发现：,l,应变片,F,F,l,+,D,l,K,电阻应变片的,灵敏度系数,应变片,：将力学量,(,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,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。,B,A,D,C,E,R,1,R,2,R,3,R,4,电桥平衡,(,U,BD,=0,),：,若,R,1,R,4,为四个,阻值相同,应变片，受力后，,BD,间电压改变为：,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,(,R,1,、,R,2,为应变片，,R,3,、,R,4,为固定电阻,),电测法基本原理,B,A,D,C,E,R,1,R,2,R,3,R,4,工作片,温度补偿片,固定电阻,相同应变片,R,1,、,R,2,，,R,1,贴在构件受力处，,R,2,贴在附近不受力处，环境温度对,R,1,、,R,2,引起的阻值变化相同，为,D,R,T,，,则,电测法基本原理,F,F,1,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,F,F,R,1,R,2,R,1,R,2,温度自补偿，测量电压得到有效放大：,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,R,1,R,2,45,o,45,o,沿已知主应力方向贴片，采用温度自补偿的半桥接法,电测法基本原理,3,不知主应力方向的二向,应力状态,45,o,3,应变花：,90,o,0,o,45,o,电测法基本原理,120,o,0,o,60,o,60,o,3,应变花：,电测法基本原理,2,YJ28AP1OR,型静态,数字电阻应变仪,。,一、实验目的,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、实验仪器,1,纯弯曲试验装置,；,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,h,b,F,F,/2,F,/2,a,a,+,-,F,Q,F,/2,F,/2,M,Fa,/2,+,m,m,m,m,截面：,纯弯曲,z,y,矩形截面梁的纯弯曲,2,布片示意图及试验值,0,0,1,1,1,1,2,2,2,2,温度补偿片,D,F,3,等量逐级加载法,：,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,；,2,YJ28AP1OR,型静态,数字电阻应变仪,。,薄壁圆筒的弯扭组合变形,三、试验原理,1,结构示意图,a,l,F,I,I,I,-,I,截面,d,D,I,-,I,截面,内力：,薄壁圆筒的弯扭组合变形,2,布片示意图,A,B,C,D,A、B、C、D,四点各贴,-,45,o,、,0,o,、,45,o,应变花,D,R,12,R,11,R,10,C,R,9,R,8,R,7,B,R,6,R,5,R,4,A,R,3,R,2,R,1,约定,蓝,线应变片为,-,45,o,，,白,线为,0,o,，,绿,线为,45,o,薄壁圆筒的弯扭组合变形,主应力大小：,主应力方向：,a,是主应力与圆管轴线的夹角,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,),实验值,：,薄壁圆筒的弯扭组合变形,2,),理论值,(,以,B,点为例,),：,B,s,s,t,t,内力,应力,按平面应力状态分析得到：,s,1,、,s,2,、,s,3,、,a,0,分别与试验值比较,薄壁圆筒的弯扭组合变形,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,对应的正应力测量,B,A,D,C,R,5,R,11,取圆筒上下,(,B,、,D,),两点0,o,应变片接成半桥线路,薄壁圆筒的弯扭组合变形,3,),扭矩,T,对应的切应变测量,取圆筒前后,(,A,、,C,),两点,-,45,o,、,45,o,四个应变片接成全桥线路,B,A,D,C,R,3,R,1,R,7,R,9,R,3,R,1,A,R,7,R,9,C,F,Q,T,A,C,薄壁圆筒的弯扭组合变形,由胡克定律得,薄壁圆筒的弯扭组合变形,4,),剪力,F,Q,对应的切应变的测量,仍取,A,、,C,两点,-,45,o,、,45,o,四个应变片接成全桥线路，与3,),不同在于,R,9,、,R,7,换位,B,A,D,C,R,3,R,1,R,9,R,7,R,3,R,1,A,R,7,R,9,C,F,Q,T,薄壁圆筒的弯扭组合变形,1,),I,-,I,截面内力增量：,6,相关理论值计算,2,),I,-,I,截面应力增量：,3,),应变增量：,薄壁圆筒的弯扭组合变形,a,a,6,纯剪切应力状态,g,与,e,1,关系的另一推导,g,x,D,l,薄壁圆筒的弯扭组合变形,