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1、材料力学实验指导书张应红 编桂林电子科技大学机电工程学院力学室2013 年 3 月1目 录第一章 绪 论.211 实验内容.212 实验标准、方法和要求 .2第二章 材料的力学性能测定.421 液压式万能材料实验机.422 微机控制电子万能试验机.723 碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验（实验一）.9第三章 电测应力分析.1731 概 述.1732 电阻应变片.1733 应变电桥.1934 电阻应变仪.2335 NH-3 材料力多功能组合实验装置 .3036 弯曲正应力实验（实验二）.3237 等强度梁测定实验（实验三）.3638 电阻应变片粘贴技术（开放性实验）.39第四章设计性、综合性实验.42
2、41 概述.4242 实验方案的制定.4343 实验数据与误差分析.4444 桥路实验（实验四）.4645 弯扭组合的主应力和内力的测试（实验五）.4846 附录 .502第一章 绪 论1-1 实验内容材料力学实验，按性质可分为以下四类。一、测定材料的力学性能，材料的各项机械性能指标都是设计构件的基本参数和依据，而这些参数一般都要通过实验来测定，这类实验包括拉伸、压缩、扭转、冲击等实验。二、验证理论的实验，将实际问题简化为力学模型，再根据科学的假设，推导出材料力学计算公式是否能推广到工程设计中去应用。必须通过实验来验证，例如弯曲正应力实验就是验证理论的实验。三、验应力分析。当构件形状和受力复杂
3、时，应力计算并无适用的理论。这时，用电测实验应力分析的方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法、实验包括贴片实验、桥路实验、弯扭组合实验。四、设计性、综合性实验。 “理论是知识，实践也是知识，而且是更重要的知识” 。为使学生的知识结构得到调整，使知识向更深层次、更高阶段发展，培养学生的实际动手能力，理论联系实际的能力，工程设计能力，开展设计性实验是很有必要的。实验有桥路实验、弯扭组合实验。1-2 实验标准、方法和要求材料的力学性能虽是材料的固有属性，但往往与试件的形状和尺寸，表面加工精度，加载速度、周围环境（温度、介质）等有关，为了使试验结果能互相比较，国家对试样的取材、形状尺寸、加工精度、试
4、验手段和方法以及数据处理等都作了统一规定，这就是国家标准，我国的国家标准的代号是 GB。 3破坏性试验，考虑到材料质地的不均匀性，应采用多根试样；然后综合多根试样的结果得出材料的性能指标。非破坏性试验，因为要借助于变形放大仪表，为减小测量系统引入的误差，一般要多次重复进行，然后综合多次测量的数据得到所需结果。实验是工程师的基本功训练，实验课前必须与预习实验内容，实验时经教师提问合格才能参加实验。实验要勤于动手，要注意安全，养成工程师的严谨作风。实验数据处理要注意单位和有效数字的运算法则，例 F121914 厘米 2 写成 122 厘米 2 即可：实验曲线应当根据多数点的所在位置，描绘出光滑的曲
5、线，而不要用直线逐点联成折线；实验结果应进行误差分析，实验报告一定要独立完成，一个好的报告应当数据完整、曲线、图表齐全、计算无误，并有讨论分析。材力实验报告包括以下几个内容。一、实验名称；实验日期；班级；实验小组成员及报告人。二、实验目的。三、实验设备：应注明机器设备、仪器的名称、型号、精度及装置简图。四、试验原理及试验步骤简述。五、原始数据、实验记录、计算结果及实验曲线。六、分析及讨论。4第二章材料的力学性能测定2-1 液压式万能材料试验机材料试验机是测定材料的力学性能的主要设备。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机等。能兼作拉伸、压缩、弯曲等多种试验的试验机称为
6、万能材料试验机，简称万能机； 供静力试验用的普通万能材料试验机， 按其传递载荷的原理可分为液压式和机械式两类， 现以国产 wE 系列为例， 介绍液压式万能机。 本实验室所使甩的液压万能机有 WE-300、WE-100、WE-600B 等型号，其结构简图如图 2-1 所示。下面分别介绍其加载系统和测力系统。 5图 2-11-丝杆；2- 手轮； 3-底座；4- 下夹头；5-立柱； 6-上夹头； 7-活动平台； 8-固定横梁；9- 工作油缸；10-工作活塞；11-上横梁；12- 活动立柱；13- 承压垫板；14-弯曲支座；15-绘图笔；16-滚筒；17-回油管；18-送油管；19- 送油阀；20-
7、油泵；21- 油箱；22-摆锤；23-测力活塞；24-摆杆；25-测力油缸； 26-回油阀；27-拉杆；28-推杆；29- 指针；30- 度盘；31-齿杆；32-拉绳 、加载系统在底座 3 上由两根立柱 5 和固定横梁 8 组成承载框架，工作油缸 9 固定于框架上，在工作油缸的活塞 10 上，支承着由上横梁 11、活动立柱 12 和活动平台 7 组成的活动框架，当油泵 20 开动时，油液通过送油阀 19，经送油管 18 进入工作油缸，把活塞 10 连动活动平台 7 一并顶起。这样，如把试样安装于上夹头 6 和下夹头 4 之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升；试样将受到拉伸。若把试样置放于
8、两个承压垫板 13 之间，或将受 弯 试样置放于两个弯曲支座 14 上，则因固定横梁不动而活动平台上升，试样将分别受到压缩或弯曲。此外，试验开始前如欲调整上、下夹头之间的距离。则可摇动手6轮 2，驱动螺杆 1，便可使下夹头 4 上升或下降。但必须注意：当试件已夹紧或受力后，不要再摇动手轮 2。本实验室常用的 WE-300、WE-600B 液压万能机的升降靠电机带动，升降电机则安装在上横梁或低座里，当电动机转动时经减速装置带动螺母，就可使工作台上升或下降。二、测力系统 加载时，开动油泵电机，打开送油阀 19，油泵把油液送入工作油缸 9 顶起工作活塞10 给试样加载；同时，油液经回油管 17（这时
9、回油阀 26 是关闭的，油液不能流回油箱） ，进入测力油缸 25，压迫测力活塞 23，使它带动拉杆 27 向下移动，从而迫使摆杆 24 和摆捶 22 联同推杆 28 绕支点偏转。推杆偏转时，推动齿杆 31 作水平移动，于是驱动示力盘的指针齿轮，使示力指针 29 绕示力盘 30 的中心旋转，示力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力（即拉杆 27 所受拉力）成正比。因为测力油缸和工作油缸中油压压强相同。两个油缸活塞上的总压力成正比（活塞面积之比） 。这样，示力指针的转角等于工作油缸活塞上的总压力，亦即试样所受载荷成正比。经过标定便可使指针在示力度盘上直接指示载荷的大小。试验机一般配有重量不同的摆
10、锤，可供选择。对重量不同的摆锤，使示力指针转同样的转角，所需油压并不相同，即载荷并不相同。所以，示力盘上由刻度表示的测力范围应与摆锤的重量相匹配。本实验室所常用的液压万能机的测量范围、摆锤、度盘分度如表 1 所示。表 1 主要规格型号 最大载荷 测量范围 砝 码 度盘分度WE-100 100KN0-20KN0-50KN0-100KNAA + BA+ B + C50N/格100N/格200N/格WE-300 300KN0-60KN0-150KN0-300KNAA + BA + B + C0.1KN/格0.25KN/格0.5KN/格7WE-600 B 600KN0-120KN0-300KN0-60
11、0KNAA + BA + B + C0.2KN/格0.5KN/格1.0KN/格开动油泵电机。送油阀开启的大小可以调节油液进入工作油缸的快馒，因而可用以控制增加载荷的速度，开启回油阀 26，可使工作油缸中的油液经回油管 17 泄回油箱 21，从而卸减试样所受载荷。试验开始前，为消除活动框架等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台略微升高。然后调节测力部分的平衡砣，使摆杆保持垂直位置，并使示力指针指在零点。试验机上一般都配有自动绘图装置，它的工作原理是，活动平台上升时，由绕过滑轮（1）和（2）的拉绳 32 带动滚筒 16 绕轴线转动，在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标。同时，齿杆 31 的移动
12、构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，试验时绘图笔 15 在滚筒上就可自动绘出载荷位移曲线，当然，这只是一条定性曲线，不是很准确的。三、操作规程及注意事项1、根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选定相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。2、先关闭送油阀及回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台升高约 2Cm，以消除其自重，然后关闭送油阀，调整示力盘指针使它指在零点。3、安装拉伸试样时，可开动上夹头升降电机或摇动下夹头的升降手轮以调整上夹头或下夹头位置，但试样夹住后，不得再调整夹头位置，即不能用升降电机给试样加载，否则将烧坏升降电机。4、缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。应避免油阀开启过大进油太快，试验进行中，注意不要触动摆杆或摆锤。试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作，破坏性试验先取下试样，再缓缓打开回油阀将油液放回油箱。非破坏性实验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。82 一 2 微机控制电子万能材料试验机一、加载系统 加载系统也就是试验
