1、精品資料推薦建筑力學實驗指導書基本實驗1低碳鋼和灰口鑄鐵的拉伸、壓縮實驗一、實驗目的1 .試樣在拉伸或壓縮實驗過程中，觀察試樣受力和變形兩者間的相互關系，并注意觀察材料的彈性、屈服、強化、頸縮、斷裂等物理現象。2 .測定該試樣所代表材料的PSPb和AL等值。3 .對典型的塑性材料和脆性材料進行受力變形現象比較，對其強度指標和塑性指標進行比較。4 .學習、掌握電子萬能試驗機的使用方法及其工作原理。二、儀器設備和量具電子萬能材料試驗機，x-y函數記錄儀，鋼板尺，游標卡尺。三、低碳鋼的拉伸和壓縮實驗1 .低碳鋼的拉伸實驗在拉伸實驗前，測定低碳鋼試件的直徑d和標距L。試件受拉伸過程中，觀察屈服(流動)

2、、強化，卸載規律、頸縮、斷裂等現象；繪制pAL曲線如圖21(a)所示；記錄試件的屈服抗力Ps和最大抗力Ph試件斷裂后，測量斷口處的最小直徑d1和標距間的距離L1。依據測得的實驗數據，計算低碳鋼材料的強度指標和塑性指標。圖2一 1低碳鋼拉伸圖及壓縮圖強度指標:屈服極限強度極限塑性指標：fb延伸率甚，其中A100%d222d2d12d2100%斷面收縮率2 .低碳鋼的壓縮實驗實驗前，測量試件的直徑 d和高度ho實驗時，觀察低碳鋼試件壓縮過程中的現象，繪 出PAL曲線，測定試件屈服時的抗力Ps,從而計算出低碳鋼的屈服極限：Ps四、灰口鑄鐵的拉伸和壓縮實驗2 .灰口鑄鐵的拉伸實驗實驗前測定試件的直徑d

3、o試件在拉伸過程中注意觀察與低碳鋼拉伸試驗中不同的現象(如變形小、無屈服、無頸縮、斷口平齊等)；繪出PAL曲線如圖22(a)所示；記錄斷裂時的最大抗力Pb,從而計算出灰口鑄鐵的拉伸強度極限：Pb圖22灰口鑄鐵拉伸圖及壓縮圖3 .灰口鑄鐵的壓縮實驗實驗前測定試件的直徑d和高度ho實驗時觀察灰口鑄鐵試件在壓縮過程中的現象，尤其是斷口形狀；繪出PAL曲線如圖22(b)所示；記錄壓縮破壞時的最大抗力Pb,計算灰口鑄鐵壓縮強度極限。即bA五、實驗操作1 .準備工作(1)打開試驗機總電源和負載測量單元、位移測量單元、x-y記錄儀的電源開關進行預熱。(2)測量拉伸試樣的標距長度L和直徑d,測量低碳鋼壓縮試樣

4、的長度H和直徑d,作好原始數據的記錄。2 .安裝試件和調整荷載單元(1)調整荷載測量單元。按下傳感器選擇鍵：“拉”。根據低碳鋼(A3)試件直徑為10mm勺承載力，大約在40kN左右即可拉斷，故選擇50kN為滿量程，按下50kN鍵。然后調整荷載的零點，檢查標定值。(2)將試件夾持于材料試驗機的上夾頭中，為了夾持方便可用速度100mm/min或250mm/min向下或向上運行調節下夾頭的位置，使下拉伸夾頭能夾住試件時立即停機，將橫梁速度轉到2mm/min擋，然后把試件夾持于下夾頭中(此時試件可能已受到了夾緊過程中少量的軸力，故不要再調整儀器荷載的零點)。3 .安裝位移計和夾式引伸計(1)低碳鋼試件

5、拉伸時，把夾式引伸計直接安裝在試件上。試件受拉力后，標距內的伸長量通過夾式引伸計轉換為電量，經放大后輸入給x-y函數記錄繪制曲線圖(力輸入信號線接入y座標，伸長輸入信號線接入x座標)。(2)做灰口鑄鐵拉伸、壓縮實驗和低碳鋼壓縮實驗時，用固定在動橫梁上的位移計。先關閉支持平臺的磁性開關使之失磁，將平臺支持住位移計芯軸并使其上下移動，使x-y函數記錄儀上畫筆接近零位時，打開磁性開關固定于柱上（平臺須基本水平）。（3）實驗時，位移計將試驗機動橫梁下降量作為試件的伸長量或壓縮量轉變為電壓，經放大后把電壓信號輸入給x-y函數記錄儀繪圖。4調整x-y函數記錄儀（1）將紙放到x-y記錄儀的畫板上擺正，紙開關

6、置于HOLDa住記錄紙。（2）檢查或調整量程旋鈕Y2或Y1坐標應置于10mV/cm）輸入開關置于MEAS調節POSITION使畫筆到下邊緣某零位置。（3）檢查或調整x軸的量程旋鈕應置于50mV/cm,將x軸的輸入開關置于MEAS調節POSITION旋鈕使筆架移到圖紙左邊某零點位置。（4）最后將筆開關置于DOWN放下筆準備繪圖。5加載試驗（1）檢查速度選擇鍵應置于2mm/min（在210mm/min速度范圍內可任意選擇）；荷載單元應為拉傳感器，量程50kN；x-y記錄儀的筆已在左下角放下。（2）按橫梁下降開關，即開始加載實驗。在此實驗中注意彈性范圍和屈服現象，記下屈服時的荷載。屈服段之后，可提高

7、加載速度，按下5mm/min鍵或按下10mm/min。注意觀察材料的強化和頸縮現象，記錄荷載極限值。6儀器復原實驗完后要使儀器復原，尤其是要使x-y記錄儀的筆開關置于UP,Y2或Y1軸和x軸的輸入開關置于ZEROa防止畫筆亂畫亂動。7鑄鐵拉伸試驗操作步驟與低碳鋼試驗基本相同，不同之處有：（1）速度選擇置于2mm/min直至斷裂。（2）在實驗中注意讀取荷載極限值。8低碳鋼壓縮實驗其操作步驟與拉伸時基本相同，不同之處有：（1）試件放于下壓頭的中心處，移動橫梁使上壓頭逐漸接近試樣。但不能接觸試樣。（2）調好荷載單元，用壓力傳感器，量程為100kN。（3）用速度2mm/min加壓，使上壓頭接觸試樣（荷

8、載單元可顯23kN的預壓力）。然后安裝位移傳感器芯軸支持平臺。（4）試驗速度在屈服前用2mm/min,屈服后用5mm/mirio（5）試樣不會斷裂，曲線畫到一定程度即可結束試驗；在實驗中注意讀取屈服時的荷載值。9鑄鐵壓縮實驗操作步驟與低碳鋼壓縮相同，不同的是試件破斷后停機。10其它（1）兩根拉伸試件的PAL曲線繪在一張圖紙上，兩根壓縮試件的PAL曲線繪在一張圖紙上。因為它們的坐標相同好作比較。（2）全部實驗完畢后，機器和儀器的各開關按鍵應置于原始位置，然后關掉電源。六、預習思考題1試比較低碳鋼和鑄鐵在拉伸時的力學性能。2壓縮時為什么必須將試件對準試驗機壓頭的中心位置，如沒有對中會產生什么影響？

9、3說明鑄鐵和低碳鋼斷口的特點。4低碳鋼和鑄鐵在拉伸、壓縮中，各要測得哪些數據？觀察哪些現象？精品資料推薦精品資料推薦基本實驗2低碳鋼拉伸時彈性模量E與泊桑比仙的測定實驗一、實驗目的學習使用雙向引伸計測量材料的彈性模量E和泊桑比科。學習使用電阻應變儀。再次熟悉電子萬能試驗機的使用。二、儀器設備電子萬能試驗機、電阻應變儀、雙向引伸計。三、雙向引伸計簡介雙向引伸計是用于測量材料拉伸試件變形的一種裝置，其特點是能同時測量試件的軸向應變和橫向應變。雙向引伸計外形結構及其與試件的安裝關系見圖23。由于雙向引伸計是一個嬌弱的儀器，可調范圍小，裝卡時易損壞，故不由學生裝卡，在這里也就不介紹雙向引伸計的裝卡過程

10、。雙向引伸計主要由ARCD桿、主體和弓形曲板組成。圖中AC桿間和RD桿間用于測量試件軸向應變度量，弓形曲板是測量試件橫向應變的彈性元件。圖23雙向引伸計與試樣（尺寸單位：mm當試件承受軸力伸長時，裝夾在試件上的雙向伸計的AC桿和B、D桿懸臂距離隨之變化，由于C桿和D桿的剛度大，可以認為不變形，而A桿和B桿在軸向厚度很小，因此試件受力后的伸長量引起A桿和B桿的彎曲變形，在A桿和B桿的根部粘貼有應變片，并組成電橋線路。當AB桿產生彎曲變形時，電橋就有電信號輸出，經過換算可以得到試件的縱向應變值。試件承受軸向拉伸后，橫向尺寸要減小，即A、B桿及GD桿間的距離縮短，這時貼在弓形曲板上的應變片被拉伸，電

11、橋就有電信號輸出，經換算后可以得到試件的橫向應變值。試驗加載方式，采用加一初載后，按等量荷載遞增加載的方法，其每次的荷載增量為一常值AP。在每一級荷載下，電阻應變儀輸出縱向應變值和橫向應變值，進而可得與AP對應的縱向應變增量縱和橫向應變增量橫。為了保證測量的可靠性，需重復做三次試驗，選其中一次線性較好的數據計算平均應變值縱平與橫平。平均應變增量必須乘以轉換系數，才能得到試件的真實應變增量，即縱Ki縱縱平橫K2橫橫平注意：式中的K1縱和K2橫，對于每一只雙向引伸計來說都不相同）從而可以計算出材料的彈f莫量E值和泊桑比W值：E_P_橫縱A|縱四、實驗操作步驟1 .SY-ni型應變儀調試(1)把雙向

12、引伸儀裝卡在試件上，并把試件夾于萬能試驗機的上、下拉伸夾頭中。(2)把雙向引伸儀的引線ABCD分別接于應變儀背板上ARCD柱上。(3)應變儀按鍵置于“系數”位置，用改錐調節系數電位器，使其顯示值為1000(4)按下系數鍵，把應變儀按鍵置于“調零”位置，用改錐調節調零電位器，使其顯示值為零或1均可。(5)按下平衡鍵，用改錐調節調零電位器，使顯示值為零或1均可。(6)應變儀調試工作結束后，等待加載讀數。2 .WD-10A萬能機的調試(1)負荷單元：按下“2”、調零、標定。(2)速度單元：按下“2mm/miA鍵。3 .力口載順序5kN一100mV或5kN-10mV10kN一200mV或10kN-20

13、mV15kN一300mV或15kN-30mV20kN一400mV或20kN-40mV4 .實驗操作(1)在“速度單元”按“下降”按鈕進行加載。負載表顯示為規定數值時，按“停”按鈕，分別在應變儀上讀出縱向應變值和橫向應變值。(2)重復(1)的操作方法，繼續加載，讀取縱、橫向應變值。(3)實驗完畢。卸負荷：按速度單元的“上升”按鍵，負荷顯示為“0”左右時，按“停”按鈕，松開下拉伸夾頭，關閉試驗機及應變儀電源。五、預習思考題1 .試驗時為什么要加初荷載？2 .測定E值時，最大荷載如何確定？為什么應力不能超過比例極限？3 .電阻應變儀是以什么原理制造的？專門用來測試何種參量？能否直接測得“應力”？基本

14、實驗3矩形梁純彎曲時正應力分布電測實驗、實驗目的1 .學習使用電阻應變儀，掌握測試技能。2 .測量純彎曲梁上應變隨高度的分布規律，驗證平面假設的正確性。、儀器設備彎扭試驗臺、電阻應變儀。圖28純彎曲試驗裝置三、彎扭試驗臺彎扭試驗臺可以做彎曲試驗、扭轉試驗，以及彎曲-扭轉的組合試驗。這里暫時只敘述其彎曲試驗部分，其純彎曲的加載系統如圖28,試樣簡支于A、B兩點。在對稱的C、D兩點通過拉桿和橫桿螺旋加載使梁產生彎曲變形，CD段試件受純彎的作用。采用轉動手輪使螺旋下移加載，總荷載的大小用荷載傳感器來測量。試件的受力如圖29。I1一Ii-3即_300NIOOON)500N-2000N圖29試件的受力圖

15、四、純彎曲梁電測實驗原理已知試件受純彎時的正應力公式為：MyIz式中，M為橫截面上的彎矩，Iz為梁橫截面對中性軸z的慣性矩，y為由中性軸到欲求應力點的距離。本實驗在施加初荷載后，采用逐級等量加載的方法，每次增加等量的荷載為AP,測定各點相應的應變增量一次，分別取應變增量的平均值實平，求出各點應力增量實。實E實平，理把實與理論公式算出的應力增量理加以比較，從而可驗證公式的正確性，上述理論公式的AM按下式求出：1 ，MP170(Nmm)2五、電阻應變片的粘貼位置電阻應變片及電阻應變儀的有關說明請參看指導書的第一部分。為了測量應變隨試件截面高度的分布規律，應變片的粘貼位置如圖210。這樣可以測量試件

16、上下邊緣處的最大應變和中性層無應變的特殊點，及其它中間點便于了解應變沿截面高度變化的規律。六、SY-ni型數字應變儀及DSP-10型平衡箱操作使用方法應變儀的使用方法見第一章有關內容。圖工一應交片位置離f尺寸單位：mm)七、試驗結果的整理1 .求出各測量點在等量荷載作用下，應變增量的平均值。2 .以各測點位置為縱座標，以應變增量為橫坐標，畫出應變隨試件高度變化曲線。3 .根據各測點應變增量的平均值，可計算出測量的應力值。4 .根據實驗裝置的受力圖和截面尺寸，應用彎曲應力的理論公式，可計算出在等量荷載作用下，各測點理論應力值。5 .比較試件上下邊緣處的理論計算值和試驗測定值，并計算相對誤差，其計

17、算公式為:100%6 .比較梁中性層的應力。由于電阻應變片是測量一個區域內的平均應變，粘貼時又不可能剛好貼到中性層上。所以只要實測的應變是一個很小的數值，就認為測試是可靠的。八、預習思考題1 .影響實驗結果準確性的主要因素是什么？2 .在中性層上理論計算應變值理0,而實際測量實0,這是為什么?基本實驗4彎扭組合作用下的電測試驗、實驗目的1 .用實驗方法測定平面應力狀態下一點處的主應力。2 .在彎扭組合作用下，用電測分離法單獨測量彎矩和扭矩。3 .進一步熟悉使用電阻應變儀的測量方法。二、儀器設備彎扭試驗臺，電阻應變儀。三、彎扭試驗裝置彎扭試驗臺用于彎曲試驗，已在上一節中談到。現在主要敘述其彎扭組

18、合試驗系統，其彎扭加載的裝置如圖211。彎扭試樣的一端固定于機架上，另一端在垂直于軸線的方向上連接有一扇形加力桿，由鋼絲繩繞扇形桿的園弧端面，與加載系統相連。這樣的做法是使試樣發生較大變形時，仍能保持加載的力臂不變。加載和卸載用旋轉加載手輪來實現，荷載的大小由傳感器將信號送出，經放大后顯示。為了使在荷載不太大的情況下產生較大的應力，彎扭試樣選用薄壁圓管截面，管狀試樣的受力如圖212。圖211彎扭試驗裝置圖四、彎扭組合作用時主應力的測量1.應變片布置由圖213可看出，A點與C點單元體都承受由M產生的彎曲應力（TW和由扭矩Mt產生的剪應力r的作用。B點單元體處于純剪切狀態，其剪應力由扭矩Mt和剪力

19、Q兩部分產生。這些應力可根據下列公式計算。圖212試樣受力圖（尺寸單位：mmMWD34(14)32Mt t WpD3Wp (116QSzmaxbI z從上面分析看來，在試件的4)2QAA點、B點、C點上分別粘貼一個三向應變片如圖214,圖213 單元體圖圖2 14 應變片的布置就可以測出各點的應變值，并進行主應力的計算。2 .實驗主應力的計算電阻應變片的應變測量只能沿應變片軸線方向的線應變。按圖215的應變片和坐標,能測得x方向、y方向和45。方向的三個線應變x、y、45。為了計算主應力還要利用平面應力狀態下的虎克定律和主應力計算公式，即45y)x)12( xy)圖215應變片和坐標1,3tg

20、(2a)計算中應注意應變片貼片的實際方向，靈活運用此公式。3 .實驗步驟實驗中加載過程和應變讀取方法與純彎曲實驗相同，請參閱前面有關內容。五、截面內力的分離測量在工程實踐中應變片電測方法不僅廣泛用于結構的應變、應力測量，而且也把它當作應變的敏感元件用于各種測力傳感器中。有時測量某一種內力而舍去另一種內力就需要采用內力分離的方法。1 .彎矩的測量在彎扭組合的構件上，只想測量構件所受彎矩的大小，可利用應變片接橋方法的改變就可實現。圖216測量彎矩的接橋方式利用圖216的應變片布置，選用A點沿軸線方向的應變片接入電橋的測量橋臂AB。選用C點沿軸線方向的應變片接入電橋的溫度補償臂B，C,這樣組成儀器測

21、量的外部半橋如圖216。此接橋方式，A片受彎曲拉應力，C片受彎曲壓應力，而測量結果與扭轉內力無關。又由于分別接于相鄰橋臂，既可以滿足溫度補償的要求，還使應變讀數增加一倍。這樣就可計算出彎矩的大小，然后與理論計算相比較。2.扭轉力矩的測量點應力狀擊罰相轉矩摟播用圖217扭轉力矩的測量在彎扭組合的構件上，只想測量構件所受的扭轉力矩，也可利用應變片的接橋方式來實現。以圖217中B點的應變片為例，將B點沿軸線呈45。的兩個應變片接入相鄰的兩個橋臂如圖217。由于B點處于彎曲的中性層，所以彎矩的作用對應變片沒有影響。在扭轉力矩作用下應變片a受到伸長變形接于橋臂AB，應變片b受到壓縮變形接于橋臂BC。由于

22、接入相鄰橋臂既自身溫度補償，又使應變讀數增加一倍。此處彎曲剪應力較小而未加考慮。11二讀數32再根據廣義虎克定律求得1和3。由于在純剪切狀態下1,則可進一步計算出內力一一扭轉力矩。除了以上接橋之外，利用A點或C點的應變片也要組成同樣功能的電橋來測量扭轉力矩，現以A點來說明，在只有彎矩的作用下，A點沿軸線呈土45。的方向上的伸長是相等的，即a片b片伸長量相等而連接于電橋的相鄰臂，則相互抵消電橋輸出為零，其道理與溫度補償是一樣的。所以如此接橋方式可消除彎矩的影響，而只測量出扭轉力矩。3.操作與結果計算(1)實驗方法與純彎曲電測應力相同，只是應按現在目的將應變片接入預調箱。(2)計算內力時應寫出計算

23、的各步驟，不能只寫出答案。(3)最后要比較測量值與理論值的相對誤差。由于實驗中各種因素影響，誤差在10蛆內都是正常的。六、預習思考題1 .主應力測量時，直角應變花是否可以沿任意方向粘貼？為什么？2 .電測實驗中，采用半橋測量時，為什要溫度補償片？全橋測量時，為什么不要溫度補償？基本實驗5壓桿穩定實驗一.實驗目的1 .觀察并用電測法確定兩端錢支撐條件下細長壓桿的臨界力Pj。2 .理論計算兩端錢支撐條件下細長壓桿的臨界力Pj并與實驗值測試值進行比較。二.實驗儀器和設備1 .拉壓實驗裝置一臺2 .矩形截面壓桿一根(已粘貼應變片)3 .YJ-4501靜態數字電阻應變儀一臺三.實驗原理和方法圖1圖2壓力

24、實驗裝置見圖1,它由座體1,蝸輪加載系統2,支承框架3,活動橫梁4,傳感器5和測力儀6等組成。通過手輪調節傳感器和活動橫梁中間的距離，將已粘貼好應變片的矩形截面壓桿安裝在傳感器和活動橫梁的中間，見圖2,壓桿尺寸為：厚度h=3mm寬度b=20mm長度l=350mm,見圖3(a),材料為65Mn彈性模量E=210GN/m2。對于兩端錢支的中心受壓的細長桿，其臨界壓力為Pj2EIminl一壓桿長度Imin-壓桿截面的最小慣性矩2C羋橋測言D-義器內出電用M圖3假設理想壓桿，若以壓力P為縱坐標，壓桿中點撓度f為橫坐標，按小撓度理論繪出的P-f曲線圖，見圖4。當壓桿所受壓力P小于試件的臨界壓力Pj時，中

25、心受壓的細長桿在理論上保持直線形狀，桿件處于穩定平衡狀態，在P- f曲線圖中即為OC段直線；當壓桿所受壓力PPj時,桿件因喪失穩定而彎曲，在P- f曲線圖中即為 CD段直線。由于試件可能有初曲率,壓力可能偏心，以及材料的不均勻等因素,實際的壓桿不可能完全符合中心受壓的理想狀態。在實驗過程中，即使壓力很小時，桿件也會發生微小彎曲，中點撓度隨壓力的增加而增大。見圖5,若令壓桿軸線為x坐標，壓桿下端點為坐標軸原點，則在x橫截面上的內力為MxL Pf，2橫截面上的應力為P JMyA Imin圖5在x2處沿壓桿軸向已粘貼兩片應變片，按圖3(b)半橋測量電路接至應變儀上，可消除由軸向力產生的應變，此時，應

26、變儀測得的應變只是由彎矩M引起的應變，且是彎矩由此可得測點處彎曲正應力mO2IminM引起應變的兩倍，即Pf-FEMImin并可導出X,處壓桿撓度f與應變儀讀數應變之間的關系式2EIminf-dPh由上式可見，在一定的力P作用下，應變儀讀數應變d的大小反映了壓桿撓度f的大小，可將圖4中的撓度f橫坐標用讀數應變d來替代，繪制出P-d曲線圖。當P遠小于Pj時，隨力P增加應變d也增加，但增加的極為緩慢(OA段)；而當力P趨近于臨界力R時,應變d急劇增加(AB段)，曲線AB是以直線CD為漸近線的，因此，可以根據漸近線CD的位置來確定臨界力Pj。四.實驗步驟1 .將壓桿安裝在兩端錢支承中間；2 .接通測

27、力儀電源，將測力儀開關置開；3 .按圖3(b)半橋測量電路將應變片導線接至應變儀上4 .檢查應變儀靈敏系數是否與應變片一致，若不一致，重新設置5 .在力P為零時將應變儀測量通道置零6 .旋轉手輪對壓桿施加載荷。要求分級加載荷，并記錄P值和d值，在P遠小于P|j段,分級可粗些，當接近Pj時，分級要細，直至壓桿有明顯彎曲變形，應變不超過1000。五.實驗結果處理1 .根據實驗設計實驗數據記錄表格2 .繪制P-d試驗曲線，確定臨界力測試值Pj3 .計算兩端錢支的臨界力值Pj六.討論壓桿臨界力測定結果和理論計算結果之間的差異主要是由哪些因數引起的？記錄表序號載荷讀數應變（g為PAPPdPd123456

28、7注：表格可根據需要添加建筑力學主要的試驗設備1、數控電液伺服試驗機該試驗機為一臺特制設備，主要用于研究生教學和科研，可以對試件同時施加縱向、橫向和軸向載荷，即可。加靜載也可加動載，目前在該試驗機上可以完成：1、模擬列車通過彎道時，在車輪隨機荷載作用下鋼軌的疲勞試驗2、車輛彈簧和橡膠彈簧的疲勞試驗3、拉壓桿件的疲勞試驗4、拆下作動器，另加框架等可作多點結構試驗。主要技術指標：1、最大動態試驗力：+500KN，試驗力精度：+1%,可以分為1、1/2、1/5三檔衰減。2、主作動器行程：S=+100mm,位移測量精度：+1%,可以分為1、1/2、1/5三檔衰減。3、頻率范圍：0.1-18Hz4、整機按照頻率8Hz,振幅可以達到+1mm的技術指標進行設計和油源配置。5、主要試驗波形：除正弦波、三角波、方波、斜波以外，能輸入列車通過軌道時采集到的隨機波（力信號和加速信號）。6、試驗空間：四立柱框架結構，底板長度方向滿足2500mm軌枕構件的試驗及1200mm鋼軌的試驗，高度方向有效2、NDW31000K機控制電子式扭轉試驗機4