材料力学试验

基础力学实验报告专业班级港航5班学号姓名同组者指导教师二○一二年十月中国南京目录实验一低碳钢的拉伸实验....................................实验二梁弯曲正应力实验....................................实验三弯扭组合变形主应力的测定..........................实验四动摩擦因素测定.......................................实验五三线摆测量物体的转动惯量..........................实验一低碳钢的拉伸实验专业班级水电3班学号1308210421姓名周泽宇同组者姓名实验编号实验名称低碳钢拉伸实验实验日期2015.4.29批报告日期成绩教师签名一、实验目的1．观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象(屈服、强化、颈缩、断口特征等)，了解试件变形随荷载的变化规律。2．测定低碳钢的上屈服强度ReH、下屈服强度ReL、抗拉强度Rm、弹性模量E、断后伸长率A11.3、断面收缩率Z、最大拉力Fm。3．绘制低碳钢拉伸曲线图（F-ΔL曲线）。4.掌握电子万能试验机的工作原理及操作方法。二、实验设备设备名称：电子式万能试验机设备型号：CSS44100最大量程：100kN使用量程：低碳钢100kN,精度0.001N铸铁100kN,精度0.001N测试件尺寸的量具名称：游标卡尺,精度0.02mm。三、实验数据五、思考题1.低碳钢拉伸时安装引伸计的目的？何时摘下？控制方式作何转变？答：使用引伸计的目的是用于精确测量试件拉伸时变形的大小。低碳钢拉伸实验采用引伸计测变形，当负荷增加到一定值时，试件开始屈服、试验图像的曲率下降。此时，用鼠标点击“摘引伸计”按钮，并取下引伸计。如果变形达2mm时，界面将出现“摘引伸计”提示框，取下引伸计。2．比较低碳钢和铸铁拉伸时力学性质的异同。答：低碳钢拉伸时经历弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、破坏阶段，为塑性材料，试验中变形较大，延伸率较大；铸铁拉伸时没有明显的直线段，不服从胡克定律，变形很小，没有屈服阶段和颈缩现象，为脆性材料。实验二梁弯曲正应力实验专业班级港航5班学号1001010432姓名高晨晨同组者姓名实验编号实验名称梁弯曲正应力实验实验日期2012.9.20批报告日期成绩教师签名一、实验目的1．测定矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，并与理论计算结果进行比较，以验证纯弯曲正应力公式ZIyM的正确性;2．熟悉静态电阻应变仪的桥路接线方法（外补偿或自补偿）。3．二、实验设备仪器名称：静态电阻应变仪设备型号：________精度：1με纯弯曲正应力实验装置编号：________三、试件尺寸及有关数据图1梁的几何尺寸图试件尺寸：长l=650mm宽b=20mm高h=40mm纯弯段弯矩：M=75kN·mm截面对中性轴z的惯性矩Iz=1.067×10-7m4弹性模量：E=210GPa应变片电阻值：R=120Ω灵敏系数K=2.17四、实验数据与整理1.实测数据：测点编号1234567荷载F（kN）读数με增量με读数με增量με读数με增量με读数με增量με读数με增量με读数με增量με读数με增量μεF0=0.50-10-340310-510480-67065F1=1.5-1-3431-5148-67652．数据处理：测点编号1234567实测值Δσ实（MPa）0-6.936.93-10.5510.45-13.9113.86理论值Δσ理（MPa）0-7.037.03-10.5410.54-14.0614.06相对误差δ（%）01.421.420.090.851.071.42注：（1）实测值σ实=Eε（2）理论值ZIyM（3）δ=|理实理|100%3.分别绘制应力、应变分布图1-3235-5052-6667F2=2.50-6666-101100-1331320-3333-4949-6566F3=3.50-9999-150149-1981980-3333-5150-6766F4=4.50-132132-201199-265264平均增量0-3333-5050-6666图2应变分布图图3应力分布图注：(1)图中横坐标代表测点距中性轴的距离（负值表示在中性轴上方，正值表示在中性轴下方）；(2)纵坐标代表应变/应力（负值表示受压，正值表示受拉）。五、思考题1.比较应变片6#和7#（或4#和5#）的应变值，可得到什么结论？答：6#和7#（或4#和5#）的应变值大致上互为相反数，这表明同一截面上在中性轴两侧距中性轴相同距离处的应变大小相同，但一侧为拉应变，另一侧为压应变。2.在实验中，未考虑梁的自重，是否应该考虑？为什么？答：不用考虑；实验时在加外荷载前，我们首先进行了测量电路的平衡，然后再加载进行测量，所测得的量值都是由外荷载引起的，与梁自重无关。实验四动摩擦因数测定专业班级港航5班学号1001010432姓名高晨晨同组者姓名实验编号实验名称动摩擦因数测定实验日期2012.10.16批报告日期成绩教师签名一、实验目的1．掌握动摩擦因数的基本概念；2．掌握物块在斜面上运动的动力学方程推导；3．通过测试运动时间来计算摩擦因数。二、实验设备(1)动摩擦因数测定仪最大长度：95.0cm(2)SSM—SC计时—计数—计频仪量程计时：0.001ms~1000s自动变换计数：1~105次计频：100kHz三、实验基本原理通过摇把可以调节滑槽倾角，光电管B的位置可以调节。滑块在滑槽中运动时，计时器可记录下滑块通过两个光电管之间的时间，由光电管B、C之间的距离和滑块通过时所测得的时间，应用动力学方程，可以计算出滑块材料与滑槽底面材料之间的动摩擦因数。设滑槽的倾角为β，假设滑块与滑槽底面各处动摩擦因数f相同，则滑块在滑槽内运动的加速度a为一个常量，由动力学方程可得(sincos)agf，如测得加速度a，可以计算出动摩擦因数fsincosgafg。四、试件尺寸及有关数据试件材料：圆柱形钢铁+方形底座；试件构造：底部—方形铁块，中心—细长铁棒。滑槽水平方向投影长度L0=71.95cm滑槽竖直方向投影长度h0=62.50cm滑槽倾角β=atan(h0/L0)=0.72(弧度)五、实验数据与整理1.实测数据表一实测数据l1(cm)t1(s)t1的平均值(s)l2(cm)t2(s)t2的平均值(s)35.10.4180.4180.2180.2460.2460.4170.2460.4180.2450.4190.2470.4160.2480.4200.2442.数据处理122112212()0.540()ltltattttsin0.696cosgafg六、误差分析光滑管B、C不好紧固在滑槽上，容易晃动，因此开始计时与结束计时不能精确记录，应设法改进实验装置，让光电管严格垂直于滑槽，以减小误差；滑块滑动时不仅与滑槽底部接触，与滑槽壁也存在摩擦，这种摩擦带来的误差会使动摩擦因数计算值偏大；另外，由于滑槽板面粗糙程度不均及空气阻力的影响，也会带来一些误差。七、思考题1.试分析滑槽倾角对测试结果的影响。答：若倾角过大，滑块通过两光电管时间过短，会使计算误差偏大，同时倾角过大不能保证滑块与槽面完全接触；若倾角过小，则滑块不能顺利下滑，或边滑边旋转，也会增加实验误差。2.试分析光电管距离对测试结果的影响。答：若距离过短，则测距较小，时间也较短，实验精度会降低；若距离过大，可能导致滑块与侧壁接触次数增多，带来外界因素的干扰也越多，实验误差偏大。实验五三线摆测量物体的转动惯量专业班级港航5班学号1001010432姓名高晨晨同组者姓名实验编号实验名称三线摆测量物体的转动惯量实验日期2012.10.16批报告日期成绩教师签名一、实验目的1．了解转动惯量的基本概念。2．掌握三线摆微扭转动的动力学方程推导。3．通过运动周期的测试计算转动惯量。二、实验设备1．三线摆仪。2．SSM-5C计时—计数—计频仪。3．气泡水平仪。三、基本原理三线摆的三根绳长均为l,分别系在水平圆板上，三点连线为一等边三角形，各点到圆心距离皆为r;均质圆板质量m*;半径为R。如在圆板上放一个质量为m的任意形状试件S，由系统对铅垂轴oz的动量矩定理，可以导出其微幅转动的动力学方程为：20ozMgrJl式中：M为圆板与试件的质量之和，Joz是系统对oz轴的转动惯量，r为线到oz轴的距离。如测得微幅转动周期为T，则圆板和物块对转轴的转动惯量为：22()2ozTMgrJl测出T值，由上式算出Joz，再减去圆盘的转动惯量Joz=(1/2)m*R2，便得试件S在该位置对oz轴的转动惯量。圆盘的转动惯量也可以用同样的方法量测和计算。四、等效方法有公式知，系统的转动惯量只与质量M和微振周期T有关。用另一个相同的三线摆，在其上搁置两个直径为d、质量各为m/2的圆柱形物体。为平稳起见，两圆柱体相对o点对称。通过调整圆柱体中心到o点的距离b,使得此系统和待测试件所在三线摆的T相同，则两系统的Joz相等。此时圆柱体对oz的转动惯量：**221112[()()()]2222ozdJmmb即为待测试件对oz轴的转动惯量。五、实验数据与整理1.实验数据表格圆板质量m*=450.0g，试件质量m=170.0g,线长l=41.2cm待测物体待测量测量次数平均值12345圆盘有效半径r(cm)4.003.983.973.98周期T*=t/4(s)1.6421.6611.6551.6441.6421.649圆盘+试件周期T=t/4(s)1.4421.4361.4371.4301.4321.4352.根据表中数据计算出相应转动惯量：圆盘:Joz=11678.62cmg圆盘+试件:Joz=12185.12cmg试件：Joz=506.52cmg六、误差分析1．圆盘调平欠佳；2．圆盘质量分布不均；3．试件未放置于圆盘中心。解决方法：选Joz比较大的试件，并尽可能选用质量较轻的圆盘，能在很大程度上减小误差。七、思考题1．为了保证一定的精度，在微幅扭转运动的前提下，振动周期的量测精度至关重要，初始扭转角的大小和线的长度对精度的影响如何？如何用先进的技术量测振动周期？答：（1）初始扭转角的影响：当初始扭转角θ≤5º时，由θ造成的误差远小于其他因素造成的误差，此时量测精度较高，不用进行修正；当5ºθ≤15º时，精度明显下降，需考虑修正项；当θ15º时，精度很低，需考虑更多的修正项，实验中应尽量避免。线长的影响：线的长度愈长，三线摆的周期测量愈精确(线的变形很小，不予考虑)。（2）采用三线摆扭摆周期测量仪。在摆盘上放置一挡板,挡板随着摆盘一起来回摆动,周期性的遮挡红外发射器和接收器间的红外线,产生一个周期脉冲信号,通过转换电路输入单片机,单片机测量脉冲数,同时计算出扭摆周期,通过LCD显示出来,通过按扭可以复位,重新测量。通过本三线摆周期测量仪可以实现对三线摆周期的精确测量。2．以上实验方法怎样推广到对任意三维物体转动惯量的量测？答：对任意形状物体，首先明确需要测量它对哪个轴的转动惯量，然后将物体固定好，并使那个轴与三线摆的中心轴对齐，这样就可以用常规的方法（即测量具有规则形状转动惯量的方法）来测量了。【参考文献】[1]赵佳明，刘峰.三线摆实验中摆角限值的讨论.大连大学学报.[2]刘凤祥，三线摆运动周期的讨论.物理实验.