1、 材料力學實驗指導書班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 土木學院力學實驗室二00六年十月目 錄前言實驗一金屬拉伸試驗1實驗二 金屬壓縮試驗6實驗三 金屬扭轉試驗9實驗四 測定彈性模量E12電測應力分析15實驗五 純彎曲梁正應力的測定19實驗六 彎扭組合變形主應力的測定23附錄一 萬能材料試驗機簡介28附錄二 扭轉試驗機簡介33附錄三 WJ-3KN型拉伸測E值測試儀36附錄四 材料力學實驗裝置37附錄五 DH3818 靜態電阻應變儀38附錄六 常用工程材料的力學性質和物理性質前言材料力學實驗是材料力學課程的重要組成部分，是理論研究和解決工程實際問題的手段。材料力學的基本任務是對各類型的構件

2、作強度，剛度及穩定的計算和分析（包括用實驗方法）。這些計算和分析是工程技術人員在保證安全和最經濟的使用材料前提下，為構建選擇材料和尺寸的必要基礎。材料力學實驗包括以下三方面的內容：第一、 研究和檢驗材料的力學性能（機械性能），就是材料必須具有的抵抗外力作用而不超過允許變形或不破壞的能力，這種能力表現為材料的強度、剛度、韌性、彈性及塑性等。第二、驗證材料力學的理論和定律，材料力學的理論，往往到一定的簡單假設為基礎，這些假設多來自實驗觀察，而所建立的理論的正確性也必須經過實驗的檢驗，因此驗證理論的正確性也是材料力學實驗的重要內容之一。第三、實驗應力分析，即采用電測法，初步掌握電測法的基本原理和方法

3、，驗證梁彎曲時正應力的分布和電測主應力實驗學習用電測法定平面應力狀態下的主應力大小和方向。根據生產實際的需要和課程的特點安排了一些典型的實驗項目，以期達到開發學生智力、分析問題和解決實際的能力。材料力學實驗包括學習實驗原理、方法和技術、機器設備的原理和使用方法。材料力學性能測定，驗證材料力學理論和實驗應力分析。結合不同實驗，讓學生親自動手，學會運用不同的設備，以培養學生的實驗能力，為以后從事實際工作和科學研究打下堅實的基礎。實驗規則一、 每次實驗前要做好準備，必須做到：1、 復習有關理論知識。2、 閱讀實驗指導書，基本上了解實驗目的，內容、程序及有關儀器設備的主要原理和使用方法。3、 實驗前指

4、導教師按上述要求，檢查學生準備情況，不合格者不得參加實驗。二、 按照實驗課程表所指定的時間，準時進入實驗室，不得遲到早退。三、 以小組為單位，在老師的指導下進行實驗。1、 實驗小組長負責保管所有用具，組織分工，按實驗步驟操作規程進行實驗。2、 小組成員要有分工，并要互相配合，認真地進行實驗，不得獨自的無目的地隨意動作，以保證實驗正常進行。四、 嚴格遵守操作規程，愛護實驗設備。1、 對儀器設備的使用方法不清楚時，應向指導教師提出詢問，避免造成設備損壞。2、 按規定的實驗步驟進行實驗，不得隨意改變實驗方法和步驟。3、 對所用儀器，工具要注意保持整潔，不得隨意亂丟。4、 實驗中遇到異常情況或儀器損壞

5、，小組長應立即報告指導教師進行處理，不得使用非指定儀器。五、 實驗準備完畢請指導老師檢查允許后方可開動機器進行實驗六、 遵守課堂紀律，保持實驗室內安靜和清潔實驗完必要整理機器、工具、桌椅，按規定位置擺放好。七、 實驗數據要有指導教師檢查后，學生才可離開實驗室。按規定時間提交實驗報告，報告要獨立完成，書寫工整，計算、圖表等要清晰整齊。 實驗一金屬拉伸試驗拉伸試驗是檢驗金屬材料力學性能普遍采用的一種極為重要的基本試驗。金屬的力學性能可用強度極限b、屈服極限s、延伸率、斷面收縮率和沖擊韌度k五個指標來表示。它是機構設計的主要依據。在機構制造和建筑工程等許多領域，有許多機械零件或建筑構件是處于受拉狀態

6、，為了保證構件能夠正常工作，必須使材料具有足夠的抗泣強度，這就需要測定材料的性能指標是否符臺要求，其測定方法就是對材料進行拉伸試驗，因此，金屬材料的拉伸試驗及測得的性能指標，是研究金屬材料各種使用條件下，確定其工作可靠性的主要工具之一，是發展新金屬材料不可缺少的重要手段，所以拉伸試驗是測定材料力學性能的一個基本試驗。一、實驗目的 1、測定低碳鋼在拉伸過程中的幾個力學性能指標：屈服極限s、強度極限b、延伸率、斷面收縮率。鑄鐵的b 。2、觀察低碳鋼、鑄鐵在拉抻過程中的各種現象，繪制拉伸圖(PL圖)由此了解試件變形過程中變形隨荷載變化規律，以及有關的一些物理現象。3、觀察斷口，比較低碳錒和鑄鐵兩種材

7、料的拉伸性能。4、了解拉仲試驗原理和方法，掌握萬能材料試驗機的操作要領、鍛煉實驗技能。二、試驗設備儀器及量具液壓萬能材料試驗機，劃線臺，游標卡尺；小直尺。三、試件 金屬材料拉伸試驗常用圓形試件。為了使實驗測得數據可以互相比較，試件形狀尺寸必須按國家桶準GB22876的規定制造成標準試件。如因材料尺寸限制等特殊情況下能做成標準試件時，應按規定做成比例試件。圖1為圓形截面標準試件和比例試件的國標規定。對于板材可制成矩形截面。園形試件標距L。和直徑之比，長試件為Lodo10，以10表示，短試件為Lodo=5以s表示。矩形試件截面面積Ao和標距Lo之間關系應為 或 試件兩端為夾持部分，因夾具類形不同，

8、圓形試件端部可做成圓柱形，階梯形或螺紋形如圖1。四、實驗原理材料的機械性能指標s、b、是由拉伸破壞實驗來確定的，實驗時萬能材料試驗機自動給出載荷與變形關系的拉伸圖(PL圖)如圖2所示，觀察試樣和拉伸圖可以看到下列變形過程。 1、彈性階段 OA 2、屈服階段 BC 3、強化階段 CD 4、頸縮階段 DE由實驗可知彈性階段卸荷后，試樣變形立即消失，這種變形是彈性變形。當負荷增加到一定值時，測力度盤的指針停止轉動或來回擺動，拉伸圖上出現了鋸齒平臺，即荷載不增加的情況下，試樣繼續伸長，材料處在屈服階段。此吁可記錄下屈服點Ps。當屈服到一定程度后，材料又重新具有了抵抗變形的能力，材料處在強化階段。此階段

9、：強化后的材料就產生了殘余應變，卸載后再重新加載，具有和原材料不同的性質，材料的強度提高了。但是斷裂后的殘余變形比原來降低了。這種常溫下經塑性變形后，材料強度提高，塑性降低的現象稱為冷作硬化。當荷載達到最大值Pb后，試樣的某一部位截面開始急劇縮小致使載荷下降。至到斷裂，這一階段叫頸縮階段。 實驗中可測得： Ps一屈服荷重。 Pb 最大荷重。 L1 一斷后標距部分長度。 A1 一斷后最細部分截面積。由此可計算 1、屈服極限： 2、強度極限： 3、延伸率：4、截面收縮率： 其中A、L均為拉伸前試件的截面面積及標距。五、低碳鋼的拉伸步驟1、試件的準備，試件中段取標距L=50mm，在標距兩端刻線（或沖

10、眼）做為標志。用游標卡尺在試件標距范圍內，測量中間和兩端三處直徑d0。取最小值作為計算截面面積用。2、試驗機的準備（液壓萬能試驗機構造原理參看附錄一）：首先學習試驗機操作規程。估計低碳鋼b，計算打斷試件所需的最大荷載。根據最大荷載選定試驗機測力表盤和錘錘A、B、C、并調節緩沖手柄到相應的位置。按需要放大倍數調節好自動繪圖器，裝上繪圖紙，以備畫出PL曲線。裝好試件，調整指針對準零點。3、檢查試車：由教師檢查以上準備情況，開動試驗機，加少量荷載（勿使超過比例極限）檢查試驗機，繪圖機構工作是否正常。然后卸載（可保留少量荷載），視情況指針調零。4、進行試驗：慢速加載。使試驗機指針緩慢均勻的轉動。自動繪

11、圖裝置可繪出試件受力和變形的關系圖，如圖1。觀察測力盤指針轉動情況，當指針不動或擺動，倒退時，說明材料發生流動（屈服）測力指針倒退的最小值。即為流動荷載Ps，如圖BC段，試驗者應記錄下此值，以備計算屈服點應力值s 流動階段結束，試件可以繼續承受更大的外力和發生變形，稱為強化階段如圖C至D段。D段所對應的荷載即試件能承擔的最大荷載Pb，試驗者記錄好Pb，值以備計算。當荷載達到Pb之后，試件開始頸縮，測力指針開始回轉，表明試件承載能力減少，到E點斷裂。5、試驗結束關閉試驗機，取下試件和圖紙，打開試驗機回油閥，使試驗機回到原位。6、測量試件：將斷裂試件緊對在一起，測量端口處直徑d1,在斷口兩個互相垂

12、直方1/3處區段內。可直接量取；若不在此區，按國家標準采用斷口移中辦法，計算L1的長度。具體方法是：如圖3所示，斷口靠近左端部，在靠近斷口端部處測量長度a，應使斷口靠近a之中部，然后緊靠a測量距離b，b之格數為：（nm）/2,n為L內總格數，m為a所占格數，則試件拉斷后正確計算長度為1、b的格數為偶數量 L1=a2b （如圖3）2、b的格數為奇數量 L1=ab1b2 （如圖4） 圖四六、鑄鐵拉伸試驗步驟 1、試件的準備：測量試件中間和兩端之處直徑d，取最小值計算截面積· 2、試驗機準備：估計鑄鐵b值，估算拉斷試件最大荷載。試驗機調整與低碳鋼拉伸試驗相同。 3、檢查及試車：與低碳鋼拉伸

13、試驗相同。 4、進行試驗：開動好試驗機。用慢速加載直到試件斷裂，記錄最大荷載Pb值。觀察自動繪圖器上的曲線。 5、試驗結束：關閉試驗機，取下試件，使試驗機回原位。 6、測量試件：測量斷裂后試件的直徑和長度，可以發現O，O。 7、計算鑄鐵拉伸強度極限： 七、結束工作1、清理并復原試驗機、工具和現場。2、描下拉伸曲線，按要求填寫試驗報告，整理數據，寫出結論。八、思考題： 1、低碳鋼拉伸圖大致可分幾個階段?每個階段力和變形有什么關系? 2、低碳鋼和鑄鐵兩種材料斷口有什么不同?它們的力學性能有何不同?(比較強度和塑性) 3、拉伸試驗為什么要采用標準試件? 4、試件載面直徑相同而標距長度不同，試件的延伸

14、率和載面收縮率是否相同? 5、施工中為什么把10以下的鋼筋拉伸？實驗二 金屬壓縮試驗 工程上除了有許多受拉構件外，還有許多構件是承受壓力酌，如機座、橋墩：屋柱等，其材料的強度指標必須通過壓縮試驗測得。通過壓縮試驗可與拉伸試驗相比較。例如，由拉、壓試驗知道灰鑄鐵在拉伸、壓縮、彎曲時的強度極限各不相同。工程上就利用鑄鐵壓縮強度高這一特點，用它制造機床底座，泵體等受壓構件。(一)低碳鋼的壓縮試驗 圖1一、實驗且的1、測定壓縮時的屈服極限s。2、驗證低碳鋼在壓縮時的虎克定律。二、設備萬能材料試驗機、游標卡尺。三、試件 柱形(圖1)，規定1 3，試件不能太細或太短，因減少試件端面與墊板間摩擦約束力對試件

15、承載能力的影響，試件兩端面加工光潔度要高一些(一般要為79)，試驗時接觸面要適當潤滑。試件和機器平臺間加球形墊板，以便壓力自動調中。 圖2四、試驗步驟l、用游標卡尺測量試件直徑，估計最大荷 裁，選擇測力度盤及相應擺錘，方法與拉伸試驗相同。2、安放試件，注意使荷載對中，試驗機調零。3、均勻加載，注意記下Ps值。低碳鋼試件壓縮時有較短的屈服過程圖2，不如拉伸時指針有明顯的波動現象。因此試驗時要注意觀察，測力度盤指針停頓或稍后退時，此時指針所示荷載即為屈服荷載Ps值，應立即記下，以便計算s值。由于低碳剛是塑性材料，屈服之后繼續加載，試件截面逐漸增大，試件被壓成餅而不斷裂，故無壓縮強度極限，屈服后試件

16、稍有鼓形即可停止試驗，以免過載使試驗機損壞。4、試驗結束，清理工具現場，復原試驗機，填寫試驗報告。(二)鑄鐵的壓縮試驗一、實驗目的1、測定鑄鐵的強度極限s。2、比較鑄鐵的拉、壓力學性能及破壞形式。二、實驗設備萬能材料試驗機，游標卡尺。三、試件(同低碳鋼)四、實驗原理鐵鑄壓縮時和拉伸樣，也是在很小變形下發生破壞，只能測出最大荷載Pb(圖3)，故壓縮強度極限。鑄鐵試件的斷口接近45°斜面，這是因為45°斜面為最大剪應力平面，故鑄鐵壓縮試驗試件斷口為剪切破壞。其荷載與變形如圖4。五、實驗步驟 l、測量試樣直徑，估計最大荷載，選擇量程及相應擺錘，方法與拉伸試驗相同。 2、試樣安放在

17、下壓板中心位置上。3、開機試樣接近上模板時減速，將要靠近時，立刻停車，關閉油門，測力度盤調零，調整繪圖器。4、開機均勻緩慢加載，試件出現裂紋立刻停車，記下Pb值。5、試驗結束復原試驗機，清理工具，現場，整理實驗記錄。六、思考題1、為什么不能測取低碳鋼的壓縮強度極限?2、比較鑄鐵在拉伸和壓縮下的強度極限并得出必要的結論。 3、為什么鑄鐵試件沿著與軸線約成45°的斜截面破壞? 實驗三 金屬扭轉試驗在機械傳動中的軸類部件，大多數是在純扭或彎扭聯合情況下工作的。設計扭轉軸所用的允許剪應力，是根據材料在扭轉破壞試驗時，所測出的扭轉(剪切)流動極限a ，或扭轉(剪切)強度極限b而求得的。出于材料

18、不同，桿件在受拉或受壓而破壞時，其斷口形狀不同。扭轉破壞時也是這種情況，例如低碳鋼(或普通碳素鋼)與鑄鐵的扭轉破壞，其斷口形狀是不同的。 一、實驗目的1、測定低碳銹的a、b ，鑄鐵的b 。2、觀察斷口形狀，進行比較分析。二、設備扭轉材料試驗機，游標卡尺。三、原理和裝置 l、低碳鋼扭轉破壞試驗 試驗采用標距L=lOOmm，直徑d=lO±O1mm圓截面標準試件，如圖1。 低碳鋼件裝到扭轉試驗機上（試驗機的構造原理見附錄二扭轉試驗機簡介)，由電動機構施加扭矩Mn。試驗機上的自動繪圖裝置可記錄試件的Mn關系圖，如圖2，其中為扭轉角。扭矩在Mp以內，材料處于彈性狀態，應力應變關系服從虎克定律，

19、因為0A部分呈線性。低碳鋼在純剪受力時也存在屈服階段，因此當圓軸試件上的扭矩超過Mp后，在試件橫截面上外沿處，材料發生屈服，形成環形塑性區，試件橫截面上的剪應力分布如圖3(b)此后使試件繼續扭轉變形，塑性區不斷向內擴展，Mn一曲線趨于平坦，圖上出現近似于直線的BC水平段，此時測力度盤上的指針幾乎不動，扭角卻在繼續不斷增加，塑性區占據了大部分截面。這樣就可以近似地假定此時整個圓截面上各點處的剪應力已同時到屈服極限s值。若令Ms表示整個截面上應力處于屈服極限s作用的扭矩值，則： 式中表示截面上任意一點dA離圓心的距離；是試件的彈性抗扭截面模量，由此可得s的近似值為： 試件連續變形，材料進步強化，達

20、到Mn曲線上D點時，試件剪斷。由測力度盤上的被動針讀出最大扭矩Mb。此時截面上應力到達強度極限b 。與求相似s ，b值可近似的按下式計算： 2、鑄鐵扭轉破壞試驗鑄鐵Mn曲線圖如圖4所示，試件由開始受扭至到破壞，近似直線，按彈性公式計算 四、試驗步驟： l、在試件標距內的中問和兩端三處測量直徑，取最小值為直徑尺寸d0 。計算抗扭截面模量 。 2、根據材料性質估算所需最大扭矩,選好扭矩試驗機的測力表盤。測力指針調好零點。調好自動繪圖裝置。裝上試件。 3、經教師檢查準備情況，并加步量扭矩試車后，正式試驗。測出Ms、Mb，取下試件觀察斷口。 4、按上述步驟試驗鑄鐵試件。 5、試驗完成后，將試驗機、工具

21、和現場清理復原。 五、討論： 總結低碳鋼(塑性材料)鑄鐵(脆性材料)兩種材料，在拉伸，壓縮和扭轉時的強度指標以及破壞斷口的情況，進行分析比較，說明原因。 六、思考題： 1，低碳鋼與鑄鐵扭轉時的破壞情況有什么不同?根據不同現象分析原因。 2、根據低碳鋼和鑄鐵拉伸、壓縮、扭轉試驗的強度指標和斷口形狀，分析總結兩種材料的抗拉、抗壓、抗剪能力。實驗四 測定彈性模量E彈性模量E是材料的彈性常數。對于使用在重要部門（如軍工）的某些材料，要嚴格測定E。在新材料機械性能測定中，E也是重要的內容。彈性模量E幾乎貫穿于材料力學的全部計算之中，通過本次實驗對這個彈性常數建立一定的感性認識和數量概念。一、實驗目的1、

22、測定鋼的彈性模量E。2、學習E的測定方法及球鉸引伸儀的使用。二、實驗儀器和設備測E實驗臺和球鉸引伸儀。測E實驗臺通過兩級杠桿放大，放大率為100，增量為10N。當砝碼為10N時，作用在試件上的拉力為1KN。三、試樣圓形截面標準拉伸試件四、實驗內容與原理只要測得試樣縱方向上的應變，材料彈性模量E便可求出。由于在彈性范圍內，應力和應變成正比，因此可得：其中K引伸儀放大倍數（K=2000）引伸儀標距（）縱向變形量A試樣橫截面積載荷增量為了檢驗載荷與變形的關系是否符合虎克定律，并減少測量誤差，試驗時一般采用增量法加載荷。即把載荷分成若干相等的載荷，逐級加載。為了保證載荷不超了比例極限，加載前可估計算出

23、試樣的屈服載荷。以屈服載荷的70%80%作為測定彈性模量的最高載荷。五、實驗方法和步驟1、記錄有關實驗步驟。2、加載荷，記錄千分表讀數（加砝碼時，應尺量輕放，使其平穩）。3、共分三級加載，依次記錄千分表讀數，并計算出平均變形量。4、卸掉砝碼，整理實驗結果。六、實驗結果整理1、根據實驗結果，繪制曲線，驗證虎克定律。2、計算出彈性模量E的實驗值。實驗數據記錄載荷P(KN)第一次第二次123平均實例：測定彈性模量E實例：號鋼試樣直徑,橫截面積，標距，使用的球鉸引伸儀進行測定，實測數據見下表。實驗數據記錄載荷P(KN)第一次第二次111.512.512122241224.512.533636平均12.

24、2512.25把表中的二次平均再取平均值為除以2000之后即得伸長。由虎克定律得電測應力分析一、電測法的基本原理與方法電阻應變測量技術可用于測定構件的表面應變，根據應力與應變之間的關系，確定構件的應力狀態。按作用原理，電阻應變片測量技術可看成由電阻應變片、電阻應變儀及記錄器三部分組成。它的工作原理是將電阻應變片固定在被測的構件上，當構件變形時，電阻應變片的阻值發生相應的變化，能通過電阻應變儀的電橋將此電阻值的變化轉化為電壓或電流的變化，并經放大器的放大，最后換算成應變數或輸出與應變成正比的模擬電信號。l 應變片(1)概念：能將被測試件的應變量轉換成電阻變化量的敏感元件。(2)組成：由敏感柵、基

25、底、覆蓋層、引線四部分組成。(3)原理：電阻變化與彈性體應變有確定的線性關系。這種電阻值隨同變形發生變化的現象叫電阻應變效應。關系表達式：應變片的靈敏系數l 電橋由于被測構件變形引起應變片電阻的變化是很小，必須通過儀器來測量，這種儀器就是電阻應變儀。在電阻應變儀中一般有電橋將應變片的電阻變化轉換為電壓或電流的變化。如圖：(1)無載荷工作狀態當 則電橋處于平衡狀態，稱為電橋的平衡條件（2）有載荷工作狀態 各臂阻值分別有R1、R2、R3、R4變化通過儀器轉換直接輸出應變值： 電阻應變儀電橋輸出U與各橋臂應變計的指示應變有下列關系：其中 分別為各橋臂應變計的指示應變，為應變片的靈敏系數，為橋壓。二、

26、電阻應變片各種接橋方法（一）接橋方法（1）溫補半橋接法 （2）互補半橋接法 （3）溫補全橋接法 （4）互補全橋接法（二）溫度補償在測量時，粘貼了應變片的被測試件總是處在一定溫度環境中。應變計片由于溫度改變而產生的電阻變化相當于應變片產生應變輸出。這種由于溫度變化引起的應變輸出，一是由應變片電阻柵材料本身的電阻溫度系數引起的，二是由于電阻柵材料與被測試件材料的線膨脹系數不同所引起的。顯然，這是非被測（虛假）的應變，必須設法排除。排除溫度效應的措施，稱為溫度補償。根據電橋的性質，溫度補償并不困難。只要用一個應變片作為溫度補償片，將它粘貼在一塊與被測試件材料相同但不受力的試件上。將此試件和被測構件放

27、在一起，使它們處于同一溫度場中。粘貼在被測構件上的應變片稱為工作片。在連接電橋時，使工作片與溫度補償片處于相鄰的橋臂。因為工作片和溫度補償片的溫度始終相同，所以它們因溫度變化所引起的電阻值的變化也相同，又因為它們處于電橋相鄰的兩臂，所以并不產生電橋的輸出電壓，從而使得溫度效應的影響被消除。必須注意，工作片和溫度補償片電阻值、靈敏系數及電阻溫度系數應相同，分別粘貼在構件上和不受力的試件上，以保證它們因溫度變化所引起的應變片電阻值的變化相同，如上圖（1）。實驗五 純彎曲梁正應力的測定一、實驗目的1. 初步掌握電測法的基本原理和方法。2. 測定梁在純彎曲時橫截面上正應力大小和分布規律；驗證純彎曲梁的

28、正應力計算公式。二、實驗儀器、設備和工具1、組合實驗臺純彎曲梁實驗裝置。2、靜態電阻應變儀。3、游標卡尺、鋼板尺。 三、實驗原理梁受純彎曲時，純彎曲正應力計算公式為： 式中：M彎矩 橫截面對中性軸的慣矩y所求應力點到中性軸的距離由上述可知，梁在純彎曲時，各點處的正應力沿橫截面高度按直線規律分布。如將電阻應變計粘貼在距中性層不等的位置上（見圖），測得純彎曲時沿橫截面高度各點的縱向應變。根據理論推導可知，各縱向纖維層只受簡單拉伸或壓縮，由單向應力狀態的虎克定律，可求出各點處的實驗應力。 要測純彎曲梁沿截面高度各點的應變值，可采用溫補半橋組橋方法，見電阻應變片各種接橋方法(1)。加載采用增量法，即每

29、增加等量的載荷，測出各點的應變增量，然后分別取各點應變增量的平均值，記錄應變儀讀數并填入表中，依次求出各點的應變增量. 將實測應力值與理論應力值進行比較，以驗證彎曲正應力公式。 四、實驗步驟(一)、實驗準備1、 按規定位置粘貼電阻應變計，焊線、防護（己由生產廠家準備好）。2、 制定加載方案，四級加載：20Kg、40Kg、60Kg、80Kg。3、 接通傳感器和負荷顯示器及電阻應變儀，預熱10分鐘。4、 記錄梁的截面尺寸，載荷作用點到支點距離及各應變計的位置。見附表15、 加初載荷（一般取10%左右）估算，記下初讀數。(二)、進行實驗1、 均勻緩慢加載到初載荷，記下各點應變的初始讀數：后分級等量加

30、載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應變片的應變值，直到最終載荷。實驗至少重復兩次。見附表22、 按力值對照表分四級加載。3、 做完實驗后，卸掉載荷，儀器復原。五、實驗報告要求1、畫出電阻應變片布置圖。2、列表整理測量數據（見表）。3、計算各纖維層的應力，畫出應力分布圖。4、對進行比較，計算相對誤差，并分析誤差原因。附表1 試件相關數據應變片至中性層距離（mm）梁的尺寸和有關參數R1-20寬度R2-10高度R30跨度R410載荷距離R520彈性模量 泊松比=0.26附表2 實驗數據載荷 P(kg)20406080 P202020各測點電阻應儀讀數1儀儀平均12儀儀平均23儀儀平均34儀儀平均4

31、5儀儀平均5六、實驗結果處理1、實驗值計算根據測得的各點應變值求出應變增量平均值，代入胡克定律計算各點的實驗應力值，因，所以各點實驗應力計算：2、理論值計算載荷增量 彎矩增量 各點理論值計算： 3、繪出實驗應力值和理論應力值的分布圖分別以橫坐標軸表示各測點的應力和，以縱坐標軸表示各測點距梁中性層位置，選用合適的比例繪出應力分布圖。實驗值和理論值的比較測點理論值（MPa）實際值（MPa）相對誤差%12345七、思考題1、影響實驗結果準確性的主要因素是什么？2、彎曲正應力的大小是否受彈性模量E的影響？3、實驗時沒有考慮梁的自重，會引起誤差嗎？為什么？4、梁彎曲的正應力公式并未涉及材料的彈性模量E，

32、而實測應力值的計算卻用上了彈性模量E，為什么？實驗六 彎扭組合變形主應力的測定一、實驗目的1、掌握多點靜態應變測量技術。2、測定平面應力狀態下主應力的大小和方向，并與理論值進行比較。二、實驗儀器、設備和工具1、組合實驗臺彎扭組合實驗裝置。2、靜態電阻應變儀。3、游標卡尺、鋼板尺。三、實驗原理試件為一空心薄壁圓筒，它受彎矩和扭矩的作用，彎扭組合變形屬于二向應力狀態在C1C2面上的分別貼有直角應變花。在C點單元體上作用有由彎矩引起的正應力，由扭矩引起的剪應力，主應力是一對拉應力和一對壓應力，單元體上的正應力和剪應力可按下式計算1、彎矩抗彎截面系數2、 扭矩抗扭截面系數單元體圖如下：3、理論值計算公

33、式： 主應力公式： 方向角公式： 4、實驗值在工程實際中，為了簡化計算，可以把取為便于計算的數值。本實驗選取三個應變片的方向為，若測點為二向應力狀態，實測中采用直角應變花（見下圖）。電阻應變花應變計間的夾角為逆時針旋轉 主應變及其方向 根據廣義虎克定律：主應力及其方向。四、實驗步驟(一)、實驗準備1、按規定位置粘貼電阻應變計，焊線、防護（己由生產廠家準備好）。2、制定加載方案，四級加載：20Kg、40Kg、60Kg、80kg。3、接通傳感器和負荷顯示器及電阻應變儀，預熱10分鐘。4、記錄圓筒截面尺寸，載荷作用點到圓筒軸線距離及各應變計的位置。見附表1(二)、進行實驗1、 加初載荷，記下初讀數。

34、2、 選擇接橋方法， 或分別與補償片接成溫補半橋橋路，測出應變片的應變值，填入表中。附表23、加初載荷，記下初讀數。4、 按加力對照表，分四級加載，注意加載緩慢，勿超載。5、 卸掉載荷，儀器復原。五、實驗報告要求1、畫出電阻應變計布置圖。2、列表整理測量數據。（見附表2）3、計算實驗值。4、計算理論值。5、理論值實驗值相比較計算誤差。并將計算結果填入表中。附表1 試件相關數據圓筒尺寸和有關參數計算長度Lmm彈性模量E210GPa外徑D55mm泊松比=0.285內徑d51mm電阻應變片靈敏系數K2.06扇臂長度a= mm附表2 實驗數據載荷 P(kg)20406080 P202020電阻應儀讀數

35、儀儀平均0儀儀平均45儀儀平均90六、實驗結果處理1、主應力和方向(1) C1或C2點實測值主應力和方向計算說明： 此公式求得的主方向角是主應力方向與直角應變花x軸的夾角，最終應換算出主應力與軸線的夾角或，使其與理論計算主應力的方向角方向相同。(2) C1或C2點理論值主應力和方向計算主應力公式：方向角公式：2、實驗值和理論值比較C1或C2點主應力和方向比較內容實驗值理論值相對誤差%C1（MPa）（MPa）C2（MPa）（MPa）七、思考題1、測量單一內力分量引起的應變，可以采用哪幾種橋路接線法？2、主應力測量中，直角應變花是否可沿任意方向粘貼？3、對測量結果進行分析討論，誤差的主要原因是什么

36、？附錄一 萬能材料試驗機簡介一、 概述：在材料力學實驗中，一般都要給試件加載，并示出荷載大小，這種試驗設備稱為材料試驗機。它是材料試驗的主要設備，在生產廠礦和科研機構有著廣泛的應用，通過學習應該初步掌握它的原理和使用方法。根據加載性質的不同，可分為靜荷載試驗機，例如拉力試驗機、壓力試驗機、扭轉試驗機等；動荷載試驗機，例如沖擊試驗機、疲勞試驗機等。如果在同一臺試驗機上能分別進行拉力、壓力，變曲等多種試驗，則稱萬能材料試驗機。萬能試驗機類型很多，有油壓擺式、杠桿擺式萬能試驗機等。不同工廠生產的這類試驗要具體形式也不相同，但基本原理是一樣的。其主要組成分為加力和測力兩大部分，此外許多試驗機還備有試驗

37、曲線自動記錄裝置。下面僅介紹常見的夜市萬能試驗機。二、 油壓擺式萬能試驗機：（一） 結構原理這里最常用的一種試驗機。類型較多，但一般只是外形不同，基本原理可表示如圖1。1. 加載部分在機器底座1上，裝有兩個固定立柱2，它支撐著固定橫頭3和工作油缸4。開動油泵電動機帶動油泵5工作，將油液從郵箱經油管（1）和送油閥送入工作油缸，從而推動工作活塞6、上橫頭7；活動立柱8和活動臺9上升。若將試件兩端裝卡在上下夾頭10和11中，因下夾頭固定不動，當活動臺上升時便使試件承受拉力。輸油管路中的送油閥門用來控制進入工作油缸中的油量，以便調節對試件加載的速度。加載時回油閥門至于關于關閉位置。回油閥門打開時，則可

38、將工作油缸中的油液泄回油箱，活動臺由于自重而下落，回到原始位置。如果拉伸試件的長度不同時，可用下夾頭電動機轉動底座中渦輪，使螺柱13上下移動，調節下夾頭的位置。注意當試件已卡緊或受力后不能再開動下夾頭電視。否則，就要造成用下夾頭對事件加載，以致損傷機件。活動臺的行程對拉伸和壓縮區間都有規定，使用者必須遵守。2. 測力部分加載時，工作油缸中的油壓推動活塞6的力與試件受的力成正比。如果用油管（2）將工作油缸和測力油缸連通，此油壓便推動測力活塞15向下移動，使拉桿拉動擺鐘16繞支點轉動而抬起，同時擺上的推桿便推動齒桿17，使齒輪和指針18旋轉。指針旋轉的角度與油壓，亦即與實踐上所承受載荷成正比，因此

39、在測力度盤19上，便可讀出試件受力的大小。油壓相同，即表示試件受力相同，如果增加或減少擺錘的重量，指針將旋轉不同的角度。即說明指針指針旋轉角度所指出的載荷大小與擺錘重量有關。一般試驗機可以更換三種錘重。它對應的有三種刻度的測力度盤，分別表示三種測力范圍。例如臥室的30噸萬能試驗機的三種度盤為0-60KN、0-150KN、0-300KN。實驗時，要根據試件需載荷A、B、C。也有些試驗機是采用調節擺桿長度的辦法，而不是變更擺錘重量。加載前，應調整測力指針對準度盤上的零點。方法是，開動油泵電機、送油、將活動臺9升起1厘米左右，然后移動擺桿上的平衡砣20，使擺桿達到鉛重位置，再旋轉度盤（或轉動齒桿）使

40、指針對準“零”點。所以先升起活動臺再調零點，原因是由于上橫頭，活動立柱、活動臺等有相當大的重量，要一定油壓才能將它們升起。但是這部分油壓并為用來給試件加載，不應反映到試件載荷的讀書中去。1. 操作步驟（1） 檢查油路上各閥門于關閉位置，換上試件相配合的夾頭形式；保險開關應當有效。（2） 根據所需要最大荷載，選擇測量度盤，放置相應的錘重。相應的調節好緩沖器。緩沖器的作用，使保證加載后，泄油時或試件斷裂時使擺錘緩慢落回，避免突然下落沖擊機身。（3） 裝好自動繪圖器的傳動裝置、筆和紙等。（4） 開動油泵電機，檢查運轉是否正常。然后打開送油閥門，向工作油缸緩慢輸油。待活動臺升起1厘米左右時，將送油閥門

41、關到最小，并按上段所說方法，調整測力指針對準“零”點。并調整被動指針與之重合，被動指針的作用是當試件最大載荷時留下，指出試件受的最大載荷。（5） 安裝試件，壓縮試件必須放置墊板。拉伸試件則須調整下夾頭位置，使上下夾頭之間距離與試件長度適應，并進行加緊，試件加緊之后，就不得再調整下夾頭了。（6） 打開送油閥，用慢速度加載，此時測力指針應勻速轉動。（7） 實驗完畢，關閉送油閥，并立即停車。然后取下試件（有時要在泄油后，再取下試件）。緩慢打開回油閥，將油液泄回油箱。使活動臺回到原始位置，并使一切機構復原。2. 注意事項（1） 開車前和停車后，送油閥均應緩慢進行。（2） 拉伸試件夾住后，不得再調整下夾

42、頭位置。（3） 機器運轉時，操縱者不得離開。實驗時不得觸動擺錘。（4） 使用時，聽見異聲或發生任何故障應立即停車。三、 試驗機試件的裝卡技術對于拉伸試件多采用三種方法，如圖2為將試件卡入V型夾板中，此類夾頭可以直接接夾住質地較軟的圓棒試件，夾持比較方便，夾持力隨著作用到試件上荷載的增加而增大，缺點是如果試驗機上下夾頭不同心，對試件將增生偏心載荷，不是完全軸向拉伸，給實驗帶來誤差。圖3為將試件做成臺階狀，然后用球面墊環墊起，此法的優點是球面墊環可以自動調節中心，也克服了試件從夾頭重活脫的現象，此種夾持方法，既適用于軟質試件，而特別適于卡硬脆材料。我室10B試驗機就是這種裝卡。圖4為螺紋卡問，將試

43、件兩端車制成螺紋，擰入帶有球面的螺紋卡頭中，此法也可自動調中，也可適用于硬脆材料。對于壓縮試驗，試件安裝如圖5，試驗時一定要把試件準確的至于試驗機壓板中心球形承墊上，以保證壓力通過試件中心。試件的上下端再放置平整的墊板，使試件不與試驗面壓板直接接觸，以保護機件不損傷和原來精度。彎曲試件的安裝，儒圖，將彎曲試件置于試驗機活動臺支座上，支座距離可以根據需要來調節，載荷是通過帶有圓柱形的加力頭來施加的。 圖四附錄二 扭轉試驗機簡介扭轉試驗機是對試件施加扭矩，并能測出扭矩大小的設備，現將實驗室所用NJ-100B型扭轉試驗機簡介如下。NJ-100B型扭轉試驗機，采用直流電機無級調速機械傳動加載，可以反正

44、兩個方向施加扭矩進行扭轉試驗，電子自動平衡隨動系統測取扭矩。最大載荷是100公斤一米，有四個測力讀盤，分別是0-10，0-20，0-50，0-100公斤一米，度盤上最小刻度分別表示.0.20、0.50、0.2、0.2公斤一米。扭轉速度為0-36度/分鐘和0-360度/分鐘兩個范圍。試件最長可達650毫米。（一）結構原理其測力原理如圖1，本機由加載機構、測力計、自動記錄器組成。1. 加載機構是由六個滾珠軸承支持在機座導軌上，它可以左右自由滑動。加載時，操縱直流電機轉動，經過變速箱減速，使夾頭旋轉而施加扭矩。轉速由電表指出。2. 測力計，這是一個較復雜的系統，如圖4所示。測力計內有杠桿測力系統，試

45、件受扭后夾頭8傳來扭矩，使杠桿9逆時針旋轉，通過A點將力傳給變支點杠桿11(C支點和杠桿10是傳遞反向扭矩用的)，使杠桿12和杠桿13左端相互壓力為P，杠桿13則以B為支點而右端抬起，推動差動變壓器的點心移動發出一個信號，放大器15使伺服電機16轉動，通過鋼絲17拉動游鉈18水平移動。當游鉈移動到對支點B的力矩Qs=Pf時杠桿13達到平衡，恢復水平狀態，差動變壓器的鐵芯也恢復零位，此時差動變壓器無信號輸出，伺服電機16停止轉動。由上述可知扭矩與激鉈的移動距離成正比。游鉈的移動又通過鋼絲帶動滑輪19和指針20轉動，這樣在度盤21上便可讀出時間所受扭矩的大小。3. 自動記錄器22它由記錄筆記3和滾

46、筒24等構成。記錄筆的移動亮表示扭矩值得大小，它的移動式滑輪19帶動指針轉動的同時，帶動鋼絲25使記錄筆水平移動。記錄滾筒的轉動表示時間加力端卡頭絕對轉角，它的轉動是由裝在卡頭上的自整角機26發出正比于卡頭轉動的點信號，經過放大器放大，帶動伺服電機28和自整角變壓器29，而是記錄滾筒轉動。轉動量正比于試件的轉角。（二） 操作步驟和注意事項1. 操作步驟（1） 檢查試驗機卡頭的形式是否與試件相配合。將速度范圍開關置于0-3600，調速電位器置于零位（調速電位器在操縱板面上）。（2） 根據所需最大扭矩，轉動量程旋扭，選取相應的測力度盤。按下電源開關，接通電源。轉動調零施扭（在設備操縱版面上），使指

47、針對準“零”點。（3） 裝好自動記錄器的筆和紙，掛好活動齒輪35，打開記錄器開關（在操縱臺面上）。（4） 安裝試件：先將試件的一端插入夾頭重調整加載機構水平移動，使試件另一端插入夾頭中后再予以夾緊。（5） 加載：按動加載開關（在操縱臺面上），逐漸怎大調整電位器的刻度值，操縱電流電機轉動對試件施加扭矩。（6） 實驗完畢：停車、取下試件，將機器復原并清理現場。2. 注意事項（1） 施加扭矩后，禁止再轉動量程選擇施扭。（2） 使用V型卡板夾持試件時，必須盡量夾緊，以免實驗過程中試件打滑。（3） 機器運轉時，操縱者不得離開。聽見異聲或發生任何故障應立即停車。 附錄三 WJ-3KN型拉伸測E值測試儀附錄

48、四 材料力學實驗裝置1 組合實驗臺 2 等強度組件 3 標準測力顯示器 4 標準測力傳感器 5 純彎曲梁組件 6 彎扭組合梁組件 7 懸臂梁組件 8 靜態電阻應變儀 9 螺旋加載組件附錄五 DH3818 靜態電阻應變儀 目 錄1、概述：12、技術指標：13、工作原理：24、數據采集箱的使用方法：55、儀器維護及故障排除：9 1、概述： DH3818靜態應變測量儀由數據采集箱、微型計算機及支持軟件組成。可自動、準確、可靠、快速測量大型結構、模型及材料應力試驗中多點的靜態應變（應力）值。廣泛應用于機械制造、土木工程、橋梁建設、航空航天、國防工業、交通運輸等領域。若配接適當的應變式傳感器, 也可對多

49、點靜態的力、壓力、扭矩、位移、溫度等物理量進行測量。 特點: * 為學生實驗室專門設計; * 手控狀態時,大屏數碼管顯示測量通道和輸入應變量,且可通過功能鍵設置顯示通道、修正系數及平衡操作; * 程控狀態時,和筆記本電腦RS-232口進行數據通訊,最大程度上滿足了對便攜式儀器的要求,可方便地應用于野外測試; * 自動平衡; * 內置120標準電阻, 14橋（公用補償）、半橋、全橋連接方便。2、技術指標：2.1 測量點數:有可測10點和20點兩種, 每臺計算機可控制十六臺靜態應變測量儀;2.2 程控狀態下采樣速率:10測點/秒;2.3 測試應變范圍:±19999;2.4 分辨率:1;2

50、.5 系統不確定度:不大于0.5%±3;2.6 零漂:4/2h(程控狀態);2.7 自動平衡范圍:±15000,靈敏度系數K2.00，120應變計阻值誤差的±1.5%;2.8 測量結果修正系數范圍:0.00009.9999(手動狀態);2.9 適用應變計電阻值: 5010000;2.10應變計靈敏度系數: 1.03.0可進行任意修正;長導線電阻修正范圍: 0.0100;2.11 交流電源電壓: 220V±10, 50Hz±2。2.12 儀器功率：約15W ;2.13 外形尺寸: 353mm(長)×291mm(寬)×105mm(高);2.14自重：約4kg ;3、工作原理：3.1 測量原理: 以1/4橋、120橋臂電阻為例對測量原理加以說明。如圖1所示:圖1 測量原理圖中: Rg 測量片電阻, R 固定電阻, KF 低漂移差動放大器增益, 因 Vi=0.25EgK, 即 Vo=KFVi=0.25KFEgK,所以 = (1)式中: Vi 直流電橋的輸出電壓; Eg 橋壓(V); K 應變計靈敏度系數; 輸入應變量(); Vo 低漂移儀表放大器的輸出電壓(V); KF 放大器的增益;當Eg=2.000V K=2.00時 =Vo/KF()對于半橋電路 = (2) 對于全橋電路 = (3)這樣, 測量結果由軟件加以修正