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力学测试技术基础,航空宇航学院力学教学实验中心,实验一 机械性能,实验,地点：,A3-101,时间:17周,周二 13:30 2108011101-19 19人,14:35 2108011120-38 19人,周二 15:40 2108011201-19 19人,16:45 2108011220-37 18人,实验一 机械性能实验地点：A3-101 时间:17周,对于脆性材料还要做压缩试验,脆性材料,铸铁,铸造合金,高碳钢,拉伸时,没有一点韧性现象，压缩时表现出韧性,4.3 金属材料压缩时的力学性能,压缩性能指标 :,压缩屈服强度,R,eHc,R,eLc,上压缩屈服强度,下压缩屈服强度,R,eHc,初始瞬时效应,R,eLc,对于脆性材料还要做压缩试验脆性材料铸铁铸造合金高碳钢拉伸时,同样有规定压缩强度指标，两项，均要加脚注,规定非比例压缩强度,R,pc,例：,R,pc0.2,规定总压缩强度,R,tc,例：,R,tc,0.5,对以上性能指标计算方法分别为,压缩弹性摸量,E,c,抗压强度,R,mc,对压缩试样要求,：,d,0,为试样直径，,L,为试样长度,同样有规定压缩强度指标，两项，均要加脚注对以上性能指标计算,d,o, （,1020 ） mm,短压缩试样,L, （,12）,d,0,长压缩试样,L,（2.53.5),d,o,试验速度,线弹性范围 110 N/mm,2,S,-1,按应力速率加载,塑性范围 0.00050.001/S 按应变速率（5001000,/,S,）,试验温度,1035,压缩弹性摸量（装引伸计）,L,(58),d,0,试验条件,测定压缩性能一般也都用作图法、割线法、,逐次逼近法等方法，拉伸性能测定能用的方法，压缩性能测定都能用。,do （1020 ） mm试验速度压缩弹性摸量（装引,习题：4.2，4.3，4.4，4.6，4.8,习题：4.2，4.3，4.4，4.6，4.8,复 习 题,3.18,如图所示为起重吊车，其吊钩可在,L,长度范围内移动。现,欲测定吊车的载荷,F,，试问在吊车梁上应如何布片？如何,接桥？并说明理由。,测载荷,F,，吊车在,L,范围内移动，在布片时要考虑,F,在,L,范围内移动不会改变。,由材料力学知,F,R,A,+F,R,B,=,F,如图布片，R,1,与R,3,，R,2,与R,4,在,A,、,B,点正反两面，并互相相差90,，且,都在中性层上,复 习 题3.18 如图所示为起重吊车，其吊钩可在L长度范围,A、B两点应力状态,A,B,A,、,B,点为工字梁的腹板，由材料力学知工字梁上切应力主要由腹板承担，因此，若腹板高度为,h,，厚度为,b,，则,A,、,B,点切应力为,确定,A,、,B,点45方向线应变,A、B两点应力状态AB A、B点为工字梁的腹板,R,4,R,3,R,2,R,1,广义虎克定律,R4 R3 R2 R1 广义虎克定律,组成全桥测量电路,因为,所以,组成全桥测量电路因为所以,3.19,图示矩形截面的悬臂梁，,F,作用在,xoy,纵向平面内，有一偏,心距,e,，已知材料的弹性模量,E,，问如何布片、组桥方可测,出,e,及,F,力的大小。,R,2,R,1,补偿片,1. 测,F,R,1,、,R,2,与,R,补偿片组成,对臂全桥,R,1,R,2,3.19 图示矩形截面的悬臂梁，F作用在xoy纵向平面内，有,2. 测,e,R,1,、R,2,组成双臂半桥,因为,所以,2. 测eR1、R2组成双臂半桥因为所以,3.20,如图是一个测力传感器的钢制圆筒。其上贴有八个应变片。,试将该八个应变片接成全桥以消除力的偏心影响。,消除力偏心影响的全桥，八个片安排如桥路图,3.20 如图是一个测力传感器的钢制圆筒。其上贴有八个应变,3.21,有一偏心受压短杆如图。欲得到载荷作用点位置，在杆上,贴有四个应变片，确定组桥方案，并写出载荷位置与读数,应变,e,d,之间的关系式。,x,y,z,设,F,距,z,轴距离为,a,距,x,轴距离为,b,M,z,=F, a,M,x,=F b,1. 确定a,2、4 组成双臂半桥,3.21 有一偏心受压短杆如图。欲得到载荷作用点位置，在杆,2. 确定b,1、3 组成双臂半桥,2. 确定b1、3 组成双臂半桥,x,3.22,拐臂结构受载如图，设几何尺寸、材料常数均已知，用电,测法如何贴片组桥能测得,F,x,、,F,y,、,F,z,，并写出各方向力,F,与读数应变,e,d,的关系式。,M,XZ,F,y,F,Z,T,F,X,x3.22 拐臂结构受载如图，设几何尺寸、材料常数均已知,x,T,M,XZ,F,y,F,Z,F,X,L,L,A,-,截面上下各粘贴一片应变片,R,1,，,R,2,。并粘贴两片补偿片。,补偿片,-,截面和,-,在中性层各粘贴一片应变片,R,3,，,R,4,。,xTMXZFyFZFXLLA- 截面上下各粘贴一片,R,1,、,R,2,在,M,XZ,和,F,Z,对,-,截面弯矩的中性层上。,R,1,、,R,2,分别感受的应变有：,1. 将,R,1,、,R,2,和,R,组成对臂全桥,R,1,R,2,因为,R1、R2在MXZ和FZ对- 截面弯矩的中性层上。 R1,所以,2. 将,R,1,、,R,2,组成双臂半桥,因为,所以,所以2. 将R1、R2组成双臂半桥因为所以,3. 将,R,3,、,R,4,组成双臂半桥,R,3,、,R,4,在,F,y,对,-,、,-,截面弯矩的中性层上。,R,3,、,R,4,分别感受的应变有：,R,3,R,4,因为,3. 将R3、R4组成双臂半桥R3、R4在Fy对- 、,所以,所以,1分析各种测量方法中温度补偿的实现方法。,单臂半桥、对臂全桥组桥均由温度补偿片实现温度补偿；双臂半桥、四臂全桥、串、并联半桥组桥均由工作片实现温度自补偿。,2采用串联或并联组桥方式，能否提高测量灵敏度？为什么？,采用串联或并联组桥方式，不能提高测量灵敏度。因为无论串、并联均不能改变 ，不能提高读数应变。,3当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致时，将粘贴在被测件,上的应变片组成单臂半桥测量电路，被测件受力后，应变仪读,到的应变是否是被测件表面的应变？,实验二思考题,1分析各种测量方法中温度补偿的实现方法。 单,电桥测量灵敏度是,测量电桥所感受被测件上应变的灵敏程度。P66,当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致，组成单臂半桥,测量电路,时，,应变仪读到的应变即为被测件表面的应变。,4电桥测量灵敏度是否指用应变片组成的测量电桥所感受被测,件上应变的灵敏程度？,5. 将粘贴在被测件上的应变片组成测量电桥接至应变仪上，,未对被测件作用外力，但应变仪有读数应变，问该读数应变,是由什么原因引起的？,该读数应变是由于四桥臂电阻阻值不完全相等，造成电桥不平衡所引起的。,电桥测量灵敏度是测量电桥所感受被测件上应变的灵敏程度。,1. 比较应变片,6,和,7,（或应变片4和5）的应变值，可得到什么结,论？,4和5，6和7应变相等，符号相反，对称于中性层，纵向纤维间无挤压。,实验三思考题,2. 应变片测量的应变是：a. 应变片栅长中心处的应变？,b. 应变片栅长长度内的平均应变？,c. 应变片栅长两端点处的平均应变？,应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变,3. 本实验中对应变片的栅长尺寸有无要求？为什么？,1. 比较应变片6和7（或应变片4和5）的应变值，可得到什,本实验中对应变片的栅长尺寸,无要求,。因为应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变，而纯弯曲梁,在纯弯曲段内沿梁轴线方向应变是均匀的,，,沿梁横截面高度应变是线性分布的,。,根据公式,，,实测应变分别为：274.5,、,206,、,137,。,4应变片的灵敏系数,K,为,2.24,，应变仪的灵敏系数,K,仪,为,2.12,，已知,读数应变分别为,290,，,218,，,145,，问实测应变为多少？,5能通过加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻,值来改变应变片的灵敏系数？为什么？,本实验中对应变片的栅长尺寸无要求。因为应变片测量的应,用,加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻值，不能改变应变片的灵敏系数，因为应变片的灵敏系数与电阻变化率有关，,即,实验四讨论,1. 不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征有何不同？,不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征不同，两端铰支撑时，变形对称，在 处，变形最大，为失稳截面；而一端固定一端铰支撑时，则在 处，变形最大，为失稳截面；后者的临界力,用加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻,2. 临界力测定结果和理论计,算结果之间的差异主要是,由哪些因数引起的？,临界力测定结果和理论计算结果之间的差异主要影响因素有：,a）压杆受一对P力作用，P力,作用偏心会影响测量结 果；,b）压杆反复测试，产生预弯曲，会影响测量结果；,c）应变片粘贴位置与失稳截面有差异，会影响测量结果；,d）理论计算力学模型与实际不完全一致，会引起计算结果与实,测结果的差异，比如压杆长度，在一端固定一端铰支撑时，,压杆长度的实际尺寸是小于350mm的。,2. 临界力测定结果和理论计临界力测定结果和理论计算结果之,实验一思 考 题,1. 测定材料的力学性能为什么要用标准试件？,为了排除试件尺寸对材料塑性指标,A,测试结果的影响，便于进行不同材料间的塑性指标,A 的,比较。,2材料拉伸时有哪些力学性能指标？,材料拉伸时的力学性能指标有强度指标：上屈服强度,R,eH、下屈服强度,R,eL；规定非比例延伸强度,R,p，规定残余延伸强度,R,r，规定总延伸强度,R,t，抗拉强度,R,m ；塑性指标：断后伸长率,A,，断面收缩率,Z,；弹性指标：弹性模量,E,，泊松比,。,实验一思 考 题,3测定断后伸长率,A,11.3,时，若断面邻近标距点的距离小于或等于1/3,L,0时，应如何处理？,应进行断口移中处理，按,或按,来进行计算。,4试述低碳钢、铸铁拉伸、压缩、扭转时，主要是由哪些应力引起破坏的，为什么？,低碳钢,拉伸时,，首先出现颈缩，由于颈缩中心部分处于三向应力状态，因此，中心部分被拉坏，边缘部分仍是单向应力状态，因此，边缘部分沿,45,方向由切应力引起破坏；,压缩时,，越压越扁，不会破坏；,扭转时,，沿与轴线垂直的截面由切应力引起破坏。因为低碳钢属于拉、压强度相等的材料，而剪切强度低于拉、压强度。,3测定断后伸长率 A11.3 时，若断面邻近标距点的距离小,铸铁,拉伸时,由拉应力引起破坏；,压缩时,，沿,45,方向由切应力引起破坏；,扭转时,，沿,45,方向由拉应力引起破坏。因为铸铁的抗拉强度低于抗剪强度，抗剪强度低于抗压强度。,5规定强度指标,R,p、,R,r、,R,t是在受力还是在卸力的情况下测定的？,R,p0.,2,和,R,r0.2有何区别？,规定非比例延伸强度,R,p和规定总延伸强度,R,t是在受力的条件下测定的；规定残余延伸强度,R,r是在卸力后测定的.,R,p,0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力，在受力的情况下测定；而,R,r,0.2则表示规定残余延伸率为0.2%时的应力，在卸力的情况下测定。对于大多数金属材料，,R,p,0.2与,R,r,0.2非常接近。,铸铁拉伸时由拉应力引起破坏；压缩时，沿45方,实验八思考题,1.试件尺寸、形状对测定弹性模量和泊松比有无影响？为什么？,试件尺寸对测定弹性模量有影响，对测定泊松比无影响；试件形状对测定弹性模量和泊松比均无影响，因为计算弹性模量时与试件的横截面尺寸有关，与试件形状无关。计算泊松比时，与试件形状和尺寸都无关。,2.试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移或角度差，对实验结果有无影响？,试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移，对实验结果基本没有影响；出现角度差对实验结果就有影响。,实验八思考题,3.本实验为什么采用全桥接线法？,采用全桥接线法可以消除试件预弯曲的影响，同时也可以消除载荷作用不在同一轴线上造成试件弯曲的影响。,4.比较本实验的数据处理方法。,由于本实验在材料弹性范围内测定，材料在弹性范围内的应力-应变呈线性关系，因此三种数据处理（端值法、平均值法、最小二乘法）的结果差异不大。所以遇到类似线性的测试，数据处理用端值法比较好，既简单又保证一定的数据处理精度。,3.本实验为什么采用全桥接线法？,1. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方,法，请画出测量电桥的接法。,实验六思考题,a测量弯矩引起的应变，还可以用R,5,或R,11,与补偿片组成单臂半桥，见图；,b测量扭矩引起的应变见下图；,c测量剪力引起的应变见下图；,1. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方实验,2. 本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确定主,应力的大小和方向？为什么？,本实验中A、C两点可以用二轴45,0,应变花替代三轴45,0,应变花，B、D两点不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知的，只要求主应力大小，两个未知数，只要用两个应变片就可以了。,2. 本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确,3. 本实验中，测定剪力,F,S,引起的剪应力时，是否有其他力的影,响？若存在其他力的影响，请画出仅测定剪力,F,S,引起的剪应,力的布片图以及组桥接线图。,有弯矩引起的应变的影响,T,T,F,S,F,S,M,-,M,-,M,3. 本实验中，测定剪力FS引起的剪应力时，是否有其他力的影,1. 随机误差大都服从,分布，它会随着测量次数的增加而,。,2. 在应变电桥中，按应变片在桥臂中的数量，电桥的接线方法分为半桥和,全桥,接线法。其中，半桥接线法在实际测量时，又分为两种情况：,和,。,3. 测量系统的输出与输入变化量之比称为测量系统的,。,4. 电测法中测点处的测量应变与应变片的,成正比。,5.设应变片的灵敏度系数为2.17，静态应变仪的灵敏度系数为2.00。已知读数应变为290，则实测应变应为,。,1. 随机误差大都服从 分布，它会随着测量次数的增,1.如图所示为低碳钢的-曲线。与a点对应的应力称为,，与屈服阶段b点对应的应力称为,，与最高点c相对应的应力称为,。,1.如图所示为低碳钢的-曲线。与a点对应的应力称为,1. 根据下图中测量列的剩余误差判断系统误差类型，按次序依次判断正确的是（ ）,A 分别是线性系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、复杂系统误差,B 分别是恒定系统误差、线性系统误差、复杂系统误差、周期性系统误差,C 分别是恒定系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、复杂系统误差,D 分别是恒定系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、周期性系统误差,1. 根据下图中测量列的剩余误差判断系统误差类型，按次序依次,1. 如下图所示杆件受力、应变片分布以及应变电测连接线路，则该电桥测量的应变是（ ）,A 由弯矩M引起的正应变,B 由力P引起的正应变,C 由弯矩M和P引起的正应变,D 由弯矩M和P引起的剪应变,1. 如下图所示杆件受力、应变片分布以及应变电测连接线路，则,1. 下列关于电测法电桥温度补偿的说法正确的是：（ ）,A 单臂半桥测量法，有两片工作片，其中一片为温度补偿片,B 双臂半桥测量法，有一片工作片，一片温度补偿片,C 对臂全桥测量法，有四片工作片，两片温度补偿片,D 四臂全桥测量法，有四片工作片，且它们相邻两对相互温度补偿,2. 铸铁压缩实验中，铸铁的破坏是由（ ）引起的。,A 正应力,B 与轴线垂直的切应力,C 与轴线成45的切应力,D 以上皆是,1. 下列关于电测法电桥温度补偿的说法正确的是：（ ）,1. 材料的扭转实验中，下列关于试件各点应力状态和主应力说法正确的是（ ）。,A 受扭部分处于纯剪切状态，主应力方向为轴线方向和垂直轴线方向,B受扭部分处于纯剪切状态，主应力方向为轴线方向，大小为切应力的倍,C 受扭部分处于纯剪切状态，主应力方向为轴线方向，大小和切应力相等,D杆件各部分均为纯剪切状态，主应力方向为轴线方向和垂直轴线方向，大小和切应力相等,2. 下列关于应变电测电桥桥臂串联和并联电阻说法正确的是（ ）,A 串联电阻会放大测试应变，并联电阻会缩小测试应变,B 串联电阻会放大测试应变，并联电阻基本不会改变测试应变,C 串联电阻和并联电阻均基本不会改变测试应变,D 串联电阻基本不会改变测试应变，并联电阻会缩小测试应变,1. 材料的扭转实验中，下列关于试件各点应力状态和主应力说法,1.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈,状，首先,部分,破坏，然后,部分,破坏。,2. 铸铁圆棒在外力作用下，发生图示的破坏形式，其破坏前的受力状态如图（ ）。,1.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈 状，首先,1. 受扭圆轴上贴有3个应变片，如图所示, 实验时测得应变片( )的读数为0。,A：1和2； B：2和3； C：1和3； D：1、2和3。,2. 圆轴受扭矩T的作用，用应变片测出的是 （,),A.剪应变 剪应力线应变扭矩,1. 受扭圆轴上贴有3个应变片，如图所示, 实验时测得应变片,1. 电阻应变片的灵敏度系数K指的是（,)。,A. 应变片电阻值的大小,B. 单位应变引起的应变片相对电阻值变化,C. 应变片金属丝的截面积的相对变化,D. 应变片金属丝电阻值的相对变化,2以下结论中正确的是：,。,（1）对低碳钢进行压缩试验，能测出材料的屈服极限，但测不出强度极限。,（2）对铸铁进行压缩试验，能测出材料的强度极限，但测不出屈服极限。,（3）对低碳钢进行压缩试验，试件不会断裂。,A（1），（2） B（2），（3） C（1），（2），（3） D（1），（3）,1. 电阻应变片的灵敏度系数K指的是（ )。,1图1所示拉伸试件上电阻应变片,R,1和,R,2互相垂直，采用半桥接法，,R,1接,AB,桥，,R,2接,BC,桥。在拉力,F,作用下，,R,1和,R,2的应变值分别为,1和,2，若材料的泊松比为,，则读数应变,r =,。,A,1+,2 B(1+,),1 C(1,),1 D(1+,),2,R,1,R,2,F,F,1图1所示拉伸试件上电阻应变片R1和R2互相垂直，采用半桥,1在图上画出低碳钢和铸铁扭转破坏时断口的形状。低碳钢是由（ ）破坏的，铸,铁是由（ ）破坏的。,A、剪应力 B、压应力,C、拉应力 D、弯曲应力,2、电阻应变片所测量的应变是,（,）,A、应变片栅长范围的平均应变；,B、应变片长度范围的平均应变；,C、应变片栅长中心点处的应变；,D、应变片栅长两端点处应变的平均值；,1在图上画出低碳钢和铸铁扭转破坏时断口的形状。低碳钢是由（,1如图，测量某材料的断后伸长率时，在标距L0=100mm的工作段内每10mm刻一条线，试样受轴向拉伸拉断后，原刻线间距离分别为10.1；10.3；10.5；11.0；11.8；13.4；15.0；16.7；14.9；13.5；则该材料的断后伸长率为（ ）。,1如图，测量某材料的断后伸长率时，在标距L0=100mm的,1试件材料相同，直径相同，长度不同测得的断后伸长率,、截面收缩率,是（ ）。,A不同的 B. 相同的,C.,不同，,相同 D,相同，,不同,2. 抗拉强度是指试样在拉伸破坏试验过程中（ ）所对应的应力。,A、屈服时拉力 B、最大拉力 C、进入塑性时的拉力,3. 低碳钢的伸长率与拉断瞬时的平均线应变u的大小关系为：（ ）,A.=u B.u,C.u D.不能确定,1试件材料相同，直径相同，长度不同测得的断后伸长率、截面,对常用的应变片灵敏系数没有影响的是（ ）,A.横向变形系数 B.所处环境,C.所在位置 D.粘贴剂种类,4. 如图示，沿梁横截面高度粘贴五枚电阻应片，编号如图，测得其中三枚应变片的应变读数分别为80,、 38,和-2,，试判断所对应的应变片编号为（ ）。,A1、2、3； B5、4、2；,C5、4、3； D1、2、4。,对常用的应变片灵敏系数没有影响的是（ ）,
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