材料力学实验

《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(ss、sb、d、y)；3．测定灰铸铁抗拉强度sb。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l0标距d0三、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l0=10d0l0=5d0l0tb003.11Al0065.5Al或四、试验原理1．低碳钢拉伸弹性模量EOFDlEAFllDllAFEDDF√√√lFDl√等量逐级加载法：DFd(Dl)1d(Dl)2)(llAFEDdD拉伸试验2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、sb、d、y)OFDlFeFpFsFb线弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段屈服点：0ssAFs0bbAFs抗拉强度：冷作硬化%100001llld伸长率：%100010AAAy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：tmax引起拉伸试验3．测定灰铸铁抗拉强度sbOFDl0bbAFs抗拉强度：Fb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ssc；2．测定灰铸铁抗压强度sbc。二、试验仪器万能材料试验机。三、试样标准试样：d0h0粗短圆柱体：h0=1~3d0压缩试验四、试验原理1．测定低碳钢压缩屈服点sscOFDlFsc压缩屈服点：0scscAFs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sbcOFDl0bcbcAFs强度极限：拉伸试验Fbc灰铸铁压缩试验现象：tmax引起压缩试验一、试验目的1．测定低碳钢名义抗切强度tb；2．测定灰铸铁名义抗切强度tb。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：0bb2AFt双剪：试件有两个剪切面Fb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ts、抗切强度tb；3．测定灰铸铁抗切强度tb；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：dl2．测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试样：d0扭转试验四、试验原理1．低碳钢切变模量GOTjdbalFFDdpGITljjjppIFalITlG等量逐级加载法：jDDpIFalGbdjDD扭转试验2．测定低碳钢屈服切应力ts、抗切强度tbOTjTbTsTTsrdrT=Ts屈服切应力：pss43WMt抗切强度：pbb43WMtT=Tbtststbtb扭转试验低碳钢扭转试验现象：低碳钢扭转试验动画：屈服：tmax引起断裂：扭转试验3．测定灰铸铁抗切强度tb抗切强度：pbbWTtOTjTb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FFl+DlllKRRDDK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。BADCER1R2R3R4电桥平衡(UBD=0)：4231RRRR若R1~R4为四个阻值相同应变片，受力后，BD间电压改变为：)(444332211RRRRRRRREUBDDDDD)(44321KE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(R1、R2为应变片，R3、R4为固定电阻)电测法基本原理BADCER1R2R3R4工作片温度补偿片固定电阻相同应变片R1、R2，R1贴在构件受力处，R2贴在附近不受力处，环境温度对R1、R2引起的阻值变化相同，为DRT，则)(4211RRRRREUTTBDDDD114)(4KEKETT电测法基本原理FF1．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FFR1R211sER1R2温度自补偿，测量电压得到有效放大：)(421TTBDKEU1)1(4KE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R1R245o45o13111sssE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)(421TTBDKEU12KE3．不知主应力方向的二向应力状态45o—3应变花：29045245090031)()()1(2)()1(2ssEE)()()()(2tan45090454509045090o0o45o电测法基本原理120o0o60o60o—3应变花：20120212060260012060031)()()()1(32)()1(3ssEE)()()()(32tan600120060012000电测法基本原理2．YJ28A—P1OR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hbFF/2F/2aa+FQF/2F/2MFa/2+mmm—m截面：)(0Q常数CMF——纯弯曲zIyM理szy矩形截面梁的纯弯曲2．布片示意图及试验值00111'1'222'2'温度补偿片DFsE实3．等量逐级加载法：DDssEIyMz实理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．YJ28A—P1OR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alFIII-I截面dD220dDtdDRFFFlMFaTQI-I截面内力：薄壁圆筒的弯扭组合变形2．布片示意图ABCDA、B、C、D四点各贴45o、0o、45o应变花DR12R11R10CR9R8R7BR6R5R4AR3R2R1约定蓝线应变片为45o，白线为0o，绿线为45o薄壁圆筒的弯扭组合变形])()(21)(21[1245020454545231ssE主应力大小：主应力方向：)()(2tan0454504545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)：BssttpWTWMBzBtsFaTFlMBB内力应力按平面应力状态分析得到：s1、s2、s3、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BADCR5R11oB0oD0取圆筒上下(B、D)两点0o应变片接成半桥线路)(115RRBDUMTMTM2)]()[()(2MBDU测量值：22MMMsEE，薄壁圆筒的弯扭组合变形TQttt3)扭矩T对应的切应变测量取圆筒前后(A、C)两点45o、45o四个应变片接成全桥线路)(7913RRRRBDUTTQTQTQTQ4)]()()()[(BADCR3R1oA45oA45R7R9oC45oC45R3R1AR7R9CFQTts3ts1TQtttts3ts1AC薄壁圆筒的弯扭组合变形)(4TBDU测量值：)1(422TTTTtEG，2)1(21)(11)]([1)(1TTTTTT31TtttssEEGEEEE由胡克定律得TttT3tsT1ts薄壁圆筒的弯扭组合变形4)剪力FQ对应的切应变的测量仍取A、C两点45o、45o四个应变片接成全桥线路，与3)不同在于R9、R7换位)(9713RRRRBDUQTQTQTQTQ4)]()()()[()(4QBDU测量值：)1(422QQQQtEG，BADCR3R1oA45oA45R9R7oC45oC45R3R1AR7R9CFQT薄壁圆筒的弯扭组合变形DDDDDDFFFlMFaTQ1)I-I截面内力增量：DDDDDD)/()(/)(/)(0QmaxQpmaxTmaxMtRFWTWMztts6．相关理论值计算2)I-I截面应力增量：DDDDDDDDDmaxQQmaxTTmaxMM)(22')(22)(22'ttsGGE3)应变增量：薄壁圆筒的弯扭组合变形aa6．纯剪切应力状态与1关系的另一推导xDlall211Dalx122D12ax薄壁圆筒的弯扭组合变形