材料力学实验指导书 （三）
u 材料力学实验指导书 实验二 弯曲正应力实验 一、目的 1. 用电测法测定纯弯曲梁受弯曲时截面各点的正应力值，与理论计算值进行比较； 2. 了解电阻应变仪的基本原理和操作方法，初步掌握电测方法。 二、实验设备 1. CM-1C型数字静态应变仪、CL-1测力仪； 2. 纯弯曲梁实验装置。 三、试验原理及方法 在载荷P作用下的矩形截面梁如图6a所示。在梁的中部为纯弯曲，弯矩为 。沿梁横截面的高度，每隔 贴上平行于轴线的应变片。另外在两边安装温度补偿块，对每一待测应变片联同温度补偿片，按图6b接线。测出载荷作用下各待测点的应变，由胡克定律知： 另一方面由弯曲公式 ，又可算出各点应力的理论值。于是可将实测值和理论值进行比较。 实验采用增量法。 四、实验步骤及注意事项 l.按要求组成测量电桥后，调节应变仪的灵敏系数指针，并进行预调平衡。观察几分钟看应变仪指针有无漂移，正常后即可开始测量。 2．加载要缓慢，记下与载荷每次增量 相应的应变增量 ，并注意应变是否按比例增长。每个测点加载后卸载，重复二至三次。重复加载中出现的误差大小，可表明测量的可靠程度。测完一点再换另一点，直至全部测完。 3．小心操作，应特别注意不要超载，以免将钢梁压坏。 五、数据处理及报告 1．对每一测点求出应变增量的平均值 算出相应的应力增量的实测值 2．在纯弯曲和横力弯曲两部分内，与ΔP相应的弯矩分别为 求出各点应力的理论值，式中 。 3.对每一测点，列表比较 与 ，并计算相对误差 在梁的中性层内，因 ，故只需计算绝对误差。 实验三 弯扭组合实验 一、目的 1.验证平面应变分析理论； 2.学习用应变花测定主应力的电测方法。 二、实验设备 1. 数字静态应变仪； 2. 弯、扭组合装置（图7 a）。 三、实验原理（确定主应力和主方向） 弯扭组合下，圆管的m点处于平面应力状态（图7 b）。若在xy平面内，沿x、y方向的线应变为εx、εy，剪应变为 ，根据应变分析，沿与x轴成 角的方向n（从x到n反时针的 为正）线应变 为 （a） 随 的变化而改变，在两个互相垂直的主方向上， 到达极值，称为主应变。主应变由下式计算 （b） 两个互相垂直的主方向 由下式确定 （c） 对线弹性各向同性材料，主应变ε1、ε2和主应力 方向一致，并由下列广义胡克定律相联系， （d） 实测时由a、b、c三个应变片组成直角应变花（图8），并把它粘贴在圆筒固定端附近的表面点m。选定x轴如图所示，则a、b、c三个应变片的 角分别为 ，代入式（a），得出沿这三个方向的线应变分别是 （e） 从以上三式中解出 （f） 由于 和 可以直接测定，所以 和 可由测量的结果求出。将它们代入公式（b），得 （g） 把 和 代入胡克定律（d），便可确定m点的主应力。将式（f）代入式（c），得 （h） 由上式解出相差 的两个 ，确定两个相互垂直的主方向。利用应变圆可知，若 的代数值大于 ，则由x轴量起，绝对值较小的 确定主应变 （对应于 ）的方向。反之，若 ，则由x轴量起，绝对值较小 确定主应变 （对应于 ）的方向。 四、实验步骤及注意事项 1.测量装置的尺寸l、a、D、d，材料的弹性常数E和μ作为已知量可测出。 2.按要求组成测量电桥后，调节应变仪的灵敏系数指针，并进行预调平衡。观察几分钟看应变仪指针有无漂移，正常后即可开始测量。 3.等增量ΔP加载，用砝码加载，对1、2、3三项每项测量三次。 4.弯扭组合装置中，圆管的壁厚很薄。为避免装置受损，应注意不能超载，不能用力扳动管的自由端和加力杆。 五、数据处理 1.计算主应变、主方向、弯矩、扭矩时，皆取三次测量最大值的平均值计算。三次测量中，重复性误差大于5%，或线性不好的一组数据应作为可疑数据，舍去或重做。 2.弯矩、扭矩和主应力 的理论值分别是 式中 是圆管的抗弯截面系数。 比较最大主应力 、弯矩M和扭矩Mn的实测值和相应的理论值，算出相对误差。 预习《材料力学》中有关应力状态分析和应变状态分析的内容。 实验四 压缩实验 一、实验目的 1．观察和比较低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象。 2．测定压缩时低碳钢的屈服极限σs和铸铁的强度极限σb。 二、实验设备 1.WE-1000A液压式万能材料试验机 2．游标卡尺 三、实验概述 金属材料实验的压缩试件一般为短圆柱形，如图9（a）所示，其高度h与d之比一般为 。试件的h/d对实验影响较大，不同的h/d试件实验结果不能进行比较。本实验采用h/d=1.5 。 非金属材料，如石料、混凝土及木材的压缩试件通常为正方体，如图9（b）所示。 实验在万能材料试验机上进行。（自动绘图装置在实验过程中自动绘出压缩图。）低碳钢压缩过程呈屈服现象，但不像拉伸时那样明显，需细心观察。超过屈服阶段后，当载荷不断增加时，试件逐渐被压扁而不发生断裂破坏，故只能测得其屈服极限σs，而测不出强度极限。铸铁压缩时，在变形不大时，即沿斜面断裂，可求得其强度极限σb。 四、实验步骤 1. 量尺寸。用游标卡尺测量低碳钢和铸铁试件的d, h。 2. 选择力盘，调整机器零点。 3. 安装试件。将试件两端面涂油，置于试验机下压头上，注意放在下压头中心，以保障力线与试件轴线重和。 4. 加载。开动机器均匀缓慢加载，直至规定载荷或破坏，记下所需之数据。 5. 卸载。取下试件，观察试件受压变形或破坏情况，并画下草图。 五、注意事项： 1. 加载要均匀缓慢，特别是当试件即将开始受力时，要注意控制好速度，否则易发生实验失败甚至损坏机器。 2. 铸铁压缩时，不要靠近试件观看，以免试件破坏时有碎屑飞出伤眼。试件破坏后，应及时卸载，以免压碎。 六、预习要求： 1．阅读本实验讲义及材力有关的内容，明确本实验的目的，实验步骤及注意事项，准备好记录表格。 2．阅读试验机介绍。 3．预习思考题 ① 金属材料的压缩实验能测得哪些力学性能指标？ ② 压缩实验时，为何要在试件两端面涂油？压缩试件为何规定 ？ ③ 低碳钢压缩后为什么成鼓形？铸铁压缩时如何破坏？为什么？ 待续。 u 【新闻中心】 微机屏显万能试验机与微机控制电液伺服万能试验机区别
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