大学生基础力学实验竞赛试题_宿迁学院

1大学生基础力学实验竞赛试题——宿迁学院一、比较低碳钢和铸铁两种试样拉伸断口的区别，并大致判断其塑性。答：低碳钢断口有明显的塑性破坏产生的光亮倾斜面，倾斜面倾角与试样轴线近似成45（称杯状断口），这部分材料的断裂是由于切应力造成的，中心部分为粗糙平面，塑性越大对应杯状断口越大、中心粗糙平面的面积越小。而铸铁没有任何的倾斜侧面，断口平齐，并垂直于拉应力，属典型的脆性断口。二、铸铁扭转破坏断裂面为何是45螺旋面而不是45平面？答：根据材料力学知识，铸铁属典型的脆性材料，其抗拉性能较差，破坏符合最大拉应力理论。铸铁受扭时横截面边缘处剪应力最大，取单元体进行应力分析可得到主应力方向与断裂面45方向垂直且与圆轴表面相切，由于圆轴表面是曲面，各点主应力的主平面沿45方向连起来就形成一个螺旋线，从外向内应力状态相似，故形成45螺旋面而不是45平面。三、电阻应变片所测量的应变是（A）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；四、若电阻应变仪的灵敏系数大于电阻应变片的灵敏系数，则电阻应变仪的读数应变（B）电阻应变片所测量的真实应变。A.大于B.小于C.等于D.可能大于、也可能小于五、低碳钢拉伸试件断口不在标距长度1/3的中间区段内时，如果不采用断口移中办法，测得的延伸率较实际值（B）A.偏大B.偏小C.不变D.可能偏大、也可能偏小六、有一受扭空心钢轴如图所示，在其表面一点与母线成45方向上贴一枚应变片，用电阻应变仪测得其正应变为64530010，已知该轴外径100Dmm，内径60dmm，材料210EGPa，0.28，试画出A点的应力状态，并求此时轴端外力偶矩m的大小。解：A点的应力状态分析如图。1，31124511EE由tmW，得458.41ttEmWWkNmAmmdD4545AmmdD45452七、边长为2a的方形立柱，一侧开一深为a的槽，在上端部受一均布线荷载，其合力大小P未知，该荷载离中心线有一偏心距e，如图所示。立柱在开槽部位左右面中线沿轴向各粘贴一枚应变片，已知材料的弹性常数E、，还有温度补偿片若干，试通过应变片的布置和合理设计接桥方法，写出几种方案下应变仪读数d与合力P及偏心距e的关系式。解：方案一：将一枚温度补偿片做为公共补偿，采用两个单臂半桥分别测量。1PMt；2PMt；两次分别测得的应变读数1dPM；2dPM；22122PddPaEaE；3123MaMPeaE；121216223MddPddaaae方案二：将两枚温度补偿片接入桥路，采用对臂全桥与半桥接法分别测量。1122dttP；2122dM；2212PdPaEaE；2116223MdPdaaae八、已知某悬臂刚架，材料弹性模量为E，杆长为l，截面高度为h，宽度为b。在杆的中点位置沿轴向粘贴4个应变片，且不设温度补偿片，如图所示。现保证材料在线弹性范围内在自由端施加一大小、方向未知的力P（力可以重复加载），问：应如何组桥通过应变仪读数d求出P大小和方向。解：将未知力P沿竖直和水平方向分解为两个未知力1sinFP和2cosFP，1R位置处截面弯矩112lMF（上侧受拉）；3R位置处截面弯矩3122lMFlF（左侧受拉）。112MFt；212MFt；331MFt；431MFt；3采用两个半桥测量方法，如图所示，11212dM；23432dM；1112MlMFWE2116dbhEFl；31232MlMFlFWE212226ddbhEFl九、改进的悬臂梁式弹性元件测力传感器如图所示。已知：材料的弹性模量为E，抗弯截面系数为W，应变片1R、3R距悬臂梁自由端距离分别为1d、3d。试问：（1）当力F向左移动时，1R、2R、3R、4R应变片的数值大小各自如何变化？（2）通过合理组桥，给出力F与读数应变之间d的关系式；并给出力F与电桥输出电压oU的关系式。解：（1）如图所示，1R、4R为正值，2R、3R为负值，当F向左微移，1R、2R绝对值增加，3R、4R绝对值减小，且增加与减小的量相等。（2）集中力F对悬臂梁作用效果可简化为梁端的一集中力F和一集中力偶dM，接成如图全桥测量电路，此时F的移动对应变读数的影响已经消除。11MFMdt；21MFMdt；33MFMdt；43MFMdt；1234132dMFMF端部集中力F对1R、3R处产生的应变差13MFMF对应的弯矩差为1313FFMMFdd，于是有132dEWFdd；又4odACUUK故132oACEWUFUKdd。4十、叠梁1为铝梁，叠梁2为钢梁，截面尺寸20hmm，30bmm。150cmm.在梁跨中截面位置处，沿叠梁轴线方向从上至下对称粘贴8个应变片，3号片和6号片在各叠梁的中心位置，如图所示。已知：铝梁和钢梁的弹性模量分别为172EGPa，2210EGPa。（1）用材料力学知识推导该叠梁的正应力计算公式；并计算出当1PkN时沿梁横截面高度的正应力分布的理论值。如采用四分之一桥且使用公共补偿，请根据理论公式推测各个应变片应变读数的大小排序。测试结果如与理论值不相符合，请分析产生误差的原因。答：由题意，两叠梁曲率近似相等。12MMM；11111ZMEI；22221ZMEI；12；12ZZII；得111ZMyI；222ZMyI；11max119.15ZMMPaW；22max255.85ZMMPaW由111y；221y；在叠梁对应位置处，应变值相等。814725360误差原因：叠梁之间存在摩擦；应变片粘贴质量好坏，贴片位置和方向的准确性，以及人为仪器操作造成的误差等。（2）若此叠梁改装为楔块梁（在距梁端部位将钢制楔块压入上下梁的切槽内），如图所示。试画出沿梁跨中截面正应力大致的分布规律图。答：