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1、BX3002 材料力学多功能实验台实验指导说明书0335-4046705秦皇岛渤鑫测试技术开发有限公司1力学实验规则及要求一、 做好实验前的准备工作（1） 按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。（2） 对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。（3） 必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。二、严格遵守实验室的规章制度（1） 课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。（2） 未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。（3） 作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪
2、器、 ，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。（4） 试验结束后，应将所有机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。三、认真做好实验（1） 接受老师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。（2） 实验时，要严肃认真、互相配合，仔细按实验步骤、方法逐步进行。（3） 实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。四、实验报告的一般要求实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称
3、与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。目 录第一章 绪论第二章 实验设备及测试原理2-1 组合式材料力学多功能试验台2-2 电测法的基本原理第三章材料力学电测实验1：矩形梁纯弯曲正应力的分布规律实验 2：等强度梁实验 3：电阻应变片灵敏系数的标定 4：材料弹性常数 E、 的测定 5：偏心拉伸实验 6：弯扭组合受力分析 7：悬臂梁实验 8：压杆稳定实验 2第一章 绪 论1-1 实验的内容实验教学作为材料力学课程的一个重要组成部分，对于提高学生实践能力、设计能力、具有重要意义，电测实验具体包含以下两个方面内容：1、 验证理论材料力学常将
4、实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般公式，如纯弯曲梁和纯扭转圆轴的分析都使用了平面假设。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加强学生对理论的理解和认识。2、 实验应力分析工程上许多实际构件的形状和受载情况，都十分复杂。关于它们的强度问题，仅依靠理论计算，不容易得到满意的结果。近几十年来出现了用实验分析方法确定构件在受力情况下应力状态的学科。它可用于研究固体力学的基本定律，为发展新理论提供依据，同时又是提高工程设计质量，进行失效分析的一种重要手段。1-2 实验方法和要求材料力学实验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，
5、因此，实验时应注意以下几方面：（一） 实验前的准备工作要明确实验目的、原理和实验步骤，了解实验的方法、拟定加载方案，设计实验表格以备使用。实验小组成员，应分工明确，分别有记录、测变形和测力者。（二） 进行实验未加载前，首先检查仪器安放是否稳定，按要求接好传感器和试件；接通电源后，力&应变综合测试仪中拉压力和应变量是否调零；检查无误后即可进行实验，实验过程严格按照学生实验守则来完成。（三） 书写实验报告实验报告应当包括下列内容：1、 实验名称、实验日期、实验者及同组成员2、 实验目的及装置3、 适用的仪器设备4、 实验原理及方法5、 实验数据及其处理6、 计算和实验结果分析第二章 实验设备及测试
6、原理2-1 组合式材料力学多功能试实验台组合式材料力学多功能实验台是方便同学们自己动手作材料力学电测实3验的设备，一个实验台可做七个以上电测实验，功能全面，操作简单。一、构造及工作原理1、 外形结构实验台为框架式结构，分前后两片架，其外形结构如图 2-1 。前片架可做弯扭组合受力分析，材料弹性模量、泊松比测定，偏心拉伸实验，压杆稳定实验，悬臂梁实验、 ；后片架可做纯弯曲梁正应力实验，电阻应变片灵敏系数标定，叠梁实验等。图 2-1 组合式材料力学多功能实验台外形结构图主要配件 传感器；弯曲梁附件；弯曲梁；三点挠度仪；百分表（用户选配） ； 悬臂梁附件；悬臂梁；扭转附件；扭转筒； 加载机构； 手轮
7、； 拉伸附件 拉伸试件；可调节底盘等。2、 加载原理加载机构为内置式，采用蜗轮蜗杆及螺旋传动的原理。在不产生对轮齿破坏的情况下，对试件进行施力加载，该设计采用了两种省力机械机构组合在一起，将手轮的转动变成了螺旋千斤加载的直线运动，具有操作省力，加载稳定等特点。3、 工作机理实验台采用蜗杆和螺旋复合加载机构，通过传感器及过渡加载附件对试件进行施力加载，加载力大小经拉压力传感器由力& 应变综合参数测试仪的测力部分测出所施加的力值；各试件的受力变形，通过力& 应变综合参数测试仪的测试应变部分显示出来，该测试设备有微机接口，所有数据可由计算机分析处理打印。二、操作步骤1、 将所作实验的试件通过有关附件
8、连接到架体相应位置，连接拉压力传感器和加载件到加载机构上去。纯弯曲梁即其它选配等实验台结构框架加载手轮弯扭组合实验等截面梁实验测 E、 即偏心拉伸和压杆稳定实验高精度力传感器可调节支撑地脚加载小梁万向连接件支撑座蜗轮蜗杆变速箱42、 连接传感器电缆线到仪器传感器输入插座，连接应变片导线到仪器的各个通道接口上去。3、 打开仪器电源，预热约 20 分钟，输入传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般首次使用时已调好，如实验项目及传感器没有改变，可不必重新设置） ，在不加载的情况下将测力量和应变量调至零。4、 在初始值以上对各试件进行分级加载，转动手轮速度要均匀，记下各级力值和试件产生的应变值进行计算
9、、分析和验证，如已与计算机连接，则全部数据可由计算机进行简单的分析并打印。三、注意事项1、 每次实验最好先将试件摆放好，仪器接通电源，打开仪器预热约 20 分钟左右，讲完课再作实验。2、 各项实验不超过规定的终载的最大拉压力。3、 加载机构作用形成为 50mm，手轮转动快到行程末端时应缓慢转动，以免撞坏有关定位件。4、 所有实验进行完后，应释放加力机构，最好拆下试件，以免闲杂人员乱动损坏传感器和有关试件。5、 蜗杆加载机构每三个月或定期加润滑机油，避免干磨损，缩短适用寿命。第三章 材料力学电测试验实验一弯曲正应力实验一、实验目的1.熟悉电阻应变测量技术的基本原理和方法；2.分别测量纯弯曲梁矩形
10、截面上的正应力；3. 熟悉平面图形的几何性质的分析方法，比较正应力分布规律。二、实验装置1、静态应变测试仪。2、游标卡尺和钢尺等（自配）。三、实验原理与方法如图 1-1 所示，纯弯曲梁形截面材料为 45 钢调质处理，弹性模量 E=206GPa，在其长度方向上制成矩形截面，每段梁的侧面沿与轴线平行的不同高度上均粘贴有单向应变片，截面的尺寸及应变片位置如图所示。通过材料力学多功能试验装置如图 1-2 实现等量逐级加载，载荷大小由数字载荷显示仪显示。5图 1-1图 1-2 纯弯曲梁实验装置在载荷 P 的作用下梁发生弯曲变形，截面上所承受的弯矩均为 aPM21横截面上的正应力理论计算公式为 zIy理式
11、中 为欲求应力点到中性轴的距离。对于矩形截面梁的中性轴（ 轴）位置均在其几何中心y z线上。截面的惯性矩 为：zI矩形截面的惯性矩 312BHz图 1-3 1/4 桥接法将梁上的应变片以 1/4 桥形式分别接入应变仪的通道中，公用一个温度补偿片，组成如图1-3 所示的电桥。当梁在载荷 P 的作用下梁发生弯曲变形时，工作片的电阻随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变量 。根据胡克定律可计算出相实应的应力值。 实实E四、实验步骤1.测量梁的截面尺寸、应变片位置参数及其它有关尺寸，预热应变仪和载荷显示仪。计算中性轴位置及截面的惯性矩 。zI2.检查各种仪器是否连接好，按
12、顺序将各个应变片按图 1-3 所示的 1/4 桥接法接入应变仪的所选通道上。63.逐一将应变仪的所选通道电桥调平衡。 4.摇动多功能试验装置的加载机构，采用等量逐级加载（可取 kN） ，最大 5000N，1P每加一级载荷，分别读出各相应电阻应变片的应变值。加载应保持缓慢、均匀、平稳。5.将实验数据记录在实验报告的相应表格中。6.整理仪器，结束实验。附表1五、实验数据记录与计算实验台加载最大 10000N，为了增加弯曲梁的使用寿命最好加载5000N.实验二 等强度梁实验一、 实验目的测定等强度悬臂梁上下表面的应力，验证梁的弯曲理论。二、实验仪器设备和工具1. 材料力学组合实验台中等强度悬臂梁实验
13、装置与部件 2. 力&应变综合参数测试仪3. 游标卡尺、钢板尺三、实验原理和方法将试件固定在实验台架上，梁在纯弯曲时，同一截面上表面产生压应变，下表面产生拉应变，上下表面产生的拉压应变绝对值相等。计算公式应变片至中性层距离（mm） 梁的尺寸和有关参数Y1 -20 宽度 b 20 mmY2 -10 高度 h 40 mmY3 0 跨度 L 620 mmY4 10 载荷距离 a 150 mmY5 20 弹性模量 E 206GPa泊松比 0.28 左右惯性矩 IZ b h3 / 12 1.06710 -7 m4矩形截面206 GPa， 150 mm， 20 mm， 40 mmEaBH应变( )载荷(k
14、N)11 点ymm22 点ymm33 点ymm44 点ymm55 点ymm读数 增量 读数 增量 读数 增量 读数 增量 读数 增量 读数 增量PN 实MPa 理MPa误差= %726FLEbh式中： F 梁上所加的载荷 L 载荷作用点到测试点的距离E 弹性模量 b 梁的宽度 h 梁的厚度在梁的上下表面分别粘贴上应变片 R1 、R 2 ；如图 2-1 所示，当对梁施加载荷 P 时，梁产生弯曲变形，在梁内引起应力。图 2-1 等强度梁外形图及布片图四、实验步骤 1. 设计好本实验所需的各类数据表格。2. 测量悬臂梁的有关尺寸，确定试件有关参数。见附表 13. 拟定加载方案。选取适当的初载荷 P0
15、 ，估算最大载荷 Pmax（该实验载荷范围100N） ，一般分 46 级加载。 4. 实验采用多点测量中半桥单臂公共补偿接线法。将悬臂梁上两点应变片按序号接到电阻应变仪测试通道上，温度补偿片接电阻应变仪公共补偿端。5. 按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个系统是否处于正常工作状态。6. 实验加载。用均匀慢速加载至初载荷 P0 。记下各点应变片初读数，然后逐级加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变仪的 i ，直到最终载荷。实验至少重复三次。见附表 27. 作完试验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。 附表 1 （试件相关数据）梁的尺寸和有关参数梁的高度 h 8 mm梁的宽度 b 48 mm载荷作用点到测试点距离 L 400 mm8弹性模量 E = 206 GPa泊松比 0.28附表 2 （实验数据）P 10 20 30 40
