附录一万能材料试验机简介

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1、 附录一附录一 万能材料试验机简介万能材料试验机简介 一、 概述概述： 在材料力学实验中，一般都要给试件加载，并示出荷载大小，这种试验设备称为材料试验机。它是材料试验的主要设备，在生产厂矿和科研机构有着广泛的应用，通过学习应该初步掌握它的原理和使用方法。 根据加载性质的不同，可分为静荷载试验机，例如拉力试验机、压力试验机、扭转试验机等；动荷载试验机，例如冲击试验机、疲劳试验机等。如果在同一台试验机上能分别进行拉力、压力，变曲等多种试验，则称万能材料试验机。 万能试验机类型很多，有油压摆式、杠杆摆式万能试验机等。不同工厂生产的这类试验要具体形式也不相同，但基本原理是一样的。其主要组成分为加力和测

2、力两大部分，此外许多试验机还备有试验曲线自动记录装置。下面仅介绍常见的夜市万能试验机。 二、 二、 油压摆式万能试验机油压摆式万能试验机： ： （一） 结构原理 这里最常用的一种试验机。类型较多，但一般只是外形不同，基本原理可表示如图 1。 1. 加载部分 在机器底座 1 上，装有两个固定立柱 2，它支撑着固定横头 3 和工作油缸 4。开动油泵电动机带动油泵 5 工作，将油液从邮箱经油管（1）和送油阀送入工作油缸，从而推动工作活塞 6、上横头 7；活动立柱 8 和活动台 9 上升。若将试件两端装卡在上下夹头 10 和 11 中，因下夹头固定不动，当活动台上升时便使试件承受拉力。输油管路中的送油

3、阀门用来控制进入工作油缸中的油量，以便调节对试件加载的速度。加载时回油阀门至于关于关闭位置。回油阀门打开时，则可将工作油缸中的油液泄回油箱，活动台由于自重而下落，回到原始位置。 如果拉伸试件的长度不同时，可用下夹头电动机转动底座中涡轮，使螺柱 13 上下移动，调节下夹头的位置。注意当试件已卡紧或受力后不能再开动下夹头电视。否则，就要造成用下夹头对事件加载，以致损伤机件。活动台的行程对拉伸和压缩区间都有规定，使用者必须遵守。 2. 测力部分 加载时，工作油缸中的油压推动活塞 6 的力与试件受的力成正比。如果用油管（2）1 将工作油缸和测力油缸连通，此油压便推动测力活塞 15 向下移动，使拉杆拉动

4、摆钟 16绕支点转动而抬起，同时摆上的推杆便推动齿杆 17，使齿轮和指针 18 旋转。指针旋转的角度与油压，亦即与实践上所承受载荷成正比，因此在测力度盘 19 上，便可读出试件受力的大小。 油压相同，即表示试件受力相同，如果增加或减少摆锤的重量，指针将旋转不同的角度。即说明指针指针旋转角度所指出的载荷大小与摆锤重量有关。一般试验机可以更换三种锤重。它对应的有三种刻度的测力度盘，分别表示三种测力范围。例如卧室的 30吨万能试验机的三种度盘为 0-60KN、0-150KN、0-300KN。实验时，要根据试件需载荷 A、B、C。也有些试验机是采用调节摆杆长度的办法，而不是变更摆锤重量。 加载前，应调

5、整测力指针对准度盘上的零点。方法是，开动油泵电机、送油、将活动台 9 升起 1 厘米左右，然后移动摆杆上的平衡砣 20，使摆杆达到铅重位置，再旋转度盘（或转动齿杆）使指针对准“零”点。所以先升起活动台再调零点，原因是由于上横头，活动立柱、活动台等有相当大的重量，要一定油压才能将它们升起。但是这部分油压并为用来给试件加载，不应反映到试件载荷的读书中去。 1. 操作步骤 （1） 检查油路上各阀门于关闭位置，换上试件相配合的夹头形式；保险开关应当有效。 （2） 根据所需要最大荷载，选择测量度盘，放置相应的锤重。相应的调节好缓冲器。2 缓冲器的作用，使保证加载后，泄油时或试件断裂时使摆锤缓慢落回，避免

6、突然下落冲击机身。 （3） 装好自动绘图器的传动装置、笔和纸等。 （4） 开动油泵电机，检查运转是否正常。然后打开送油阀门，向工作油缸缓慢输油。待活动台升起 1 厘米左右时，将送油阀门关到最小，并按上段所说方法，调整测力指针对准“零”点。并调整被动指针与之重合，被动指针的作用是当试件最大载荷时留下，指出试件受的最大载荷。 （5） 安装试件，压缩试件必须放置垫板。拉伸试件则须调整下夹头位置，使上下夹头之间距离与试件长度适应，并进行加紧，试件加紧之后，就不得再调整下夹头了。 （6） 打开送油阀，用慢速度加载，此时测力指针应匀速转动。 （7） 实验完毕，关闭送油阀，并立即停车。然后取下试件（有时要在

7、泄油后，再取下试件） 。缓慢打开回油阀，将油液泄回油箱。使活动台回到原始位置，并使一切机构复原。 2. 注意事项 （1） 开车前和停车后，送油阀均应缓慢进行。 （2） 拉伸试件夹住后，不得再调整下夹头位置。 （3） 机器运转时，操纵者不得离开。实验时不得触动摆锤。 （4） 使用时，听见异声或发生任何故障应立即停车。 三、 试验机试件的装卡技术 三、 试验机试件的装卡技术 对于拉伸试件多采用三种方法，如图 2 为将试件卡入 V 型夹板中，此类夹头可以直接接夹住质地较软的圆棒试件，夹持比较方便，夹持力随着作用到试件上荷载的增加而增大，缺点是如果试验机上下夹头不同心，对试件将增生偏心载荷，不是完全轴

8、向拉伸，给实验带来误差。图 3 为将试件做成台阶状，然后用球面垫环垫起，此法的优点是球面垫环可以自动调节中心，也克服了试件从夹头重活脱的现象，此种夹持方法，既适用于软质试件，而特别适于卡硬脆材料。我室 10B 试验机就是这种装卡。图 4 为螺纹卡问，将试件两端车制成螺纹，拧入带有球面的螺纹卡头中，此法也可自动调中，也可适用于硬脆材料。 对于压缩试验，试件安装如图 5，试验时一定要把试件准确的至于试验机压板中心球形承垫上，以保证压力通过试件中心。试件的上下端再放置平整的垫板，使试件不与试验面压板直接接触，以保护机件不损伤和原来精度。 3 弯曲试件的安装，儒图，将弯曲试件置于试验机活动台支座上，支

9、座距离可以根据需要来调节，载荷是通过带有圆柱形的加力头来施加的。 4 附录二附录二 扭转试验机简介扭转试验机简介 扭转试验机是对试件施加扭矩，并能测出扭矩大小的设备，现将实验室所用 NJ-100B 型扭转试验机简介如下。 NJ-100B 型扭转试验机，采用直流电机无级调速机械传动加载，可以反正两个方向施加扭矩进行扭转试验，电子自动平衡随动系统测取扭矩。最大载荷是 100 公斤一米，有四个测力读盘，分别是 0-10，0-20，0-50，0-100 公斤一米，度盘上最小刻度分别表示.0.20、0.50、0.2、0.2 公斤一米。扭转速度为 0-36 度/分钟和 0-360 度/分钟两个范围。试件最

10、长可达 650毫米。 （一）结构原理 （一）结构原理 其测力原理如图 1，本机由加载机构、测力计、自动记录器组成。 1. 加载机构是由六个滚珠轴承支持在机座导轨上，它可以左右自由滑动。加载时，操纵直流电机转动，经过变速箱减速，使夹头旋转而施加扭矩。转速由电表指出。 2. 测力计，这是一个较复杂的系统，如图 4 所示。测力计内有杠杆测力系统，试件受扭后夹头 8 传来扭矩，使杠杆 9 逆时针旋转，通过 A 点将力传给变支点杠杆 11(C 支点和杠杆10 是传递反向扭矩用的)，使杠杆 12 和杠杆 13 左端相互压力为 P，杠杆 13 则以 B 为支点而右端抬起，推动差动变压器的点心移动发出一个信号

11、，放大器 15 使伺服电机 16 转动，通过钢丝 17 拉动游铊 18 水平移动。 当游铊移动到对支点 B 的力矩 Qs=Pf时杠杆 13 达到平衡， 恢复水平状态，差动变压器的铁芯也恢复零位，此时差动变压器无信号输出，伺服电机 16 停止转动。由上述可知扭矩与激铊的移动距离成正比。游铊的移动又通过钢丝带动滑轮 19 和指针 20转动，这样在度盘 21 上便可读出时间所受扭矩的大小。 3. 自动记录器 22 它由记录笔记 3 和滚筒 24 等构成。记录笔的移动亮表示扭矩值得大小，它的移动式滑轮 19 带动指针转动的同时，带动钢丝 25 使记录笔水平移动。记录滚筒的转动表示时间加力端卡头绝对转角

12、，它的转动是由装在卡头上的自整角机 26 发出正比于卡头转动的点信号，经过放大器放大，带动伺服电机 28 和自整角变压器 29，而是记录滚筒转动。转动量正比于试件的转角。 （二） 操作步骤和注意事项 （二） 操作步骤和注意事项 1. 操作步骤 （1） 检查试验机卡头的形式是否与试件相配合。将速度范围开关置于 0-360 ，调速05 电位器置于零位（调速电位器在操纵板面上） 。 （2） 根据所需最大扭矩，转动量程旋扭，选取相应的测力度盘。按下电源开关，接通电源。转动调零施扭（在设备操纵版面上） ，使指针对准“零”点。 （3） 装好自动记录器的笔和纸， 挂好活动齿轮 35， 打开记录器开关 （在操

13、纵台面上） 。 （4） 安装试件：先将试件的一端插入夹头重调整加载机构水平移动，使试件另一端插入夹头中后再予以夹紧。 （5） 加载：按动加载开关（在操纵台面上） ，逐渐怎大调整电位器的刻度值，操纵电流电机转动对试件施加扭矩。 （6） 实验完毕：停车、取下试件，将机器复原并清理现场。 2. 注意事项 （1） 施加扭矩后，禁止再转动量程选择施扭。 （2） 使用 V 型卡板夹持试件时，必须尽量夹紧，以免实验过程中试件打滑。 （3） 机器运转时，操纵者不得离开。听见异声或发生任何故障应立即停车。 6 附录三附录三 WJ-3KN型拉伸测型拉伸测E值测试仪值测试仪 7 8 附录四附录四 材料力学实验装置材

14、料力学实验装置 1 组合实验台 2 等强度组件 3 标准测力显示器 4 标准测力传感器 5 纯弯曲梁组件 6 弯扭组合梁组件 7 悬臂梁组件 8 静态电阻应变仪 9 螺旋加载组件 附录五附录五 常用工程材料的力学性质和物理性质常用工程材料的力学性质和物理性质 材料 弹性模量 E(10材料 弹性模量 E(106 6N/mN/m2 2） 剪切弹性模量G(10） 剪切弹性模量G(109 9N/mN/m2 2) 屈服极限) 屈服极限s s(MN/m(MN/m2 2) 拉伸强度极限) 拉伸强度极限b b(MN/m(MN/m2 2) 剪切强度极限) 剪切强度极限b b(MN/m(MN/m2 2) 剪切屈服

15、极限) 剪切屈服极限s s(MN/m(MN/m2 2) 延伸率 密度(kg/m) 延伸率 密度(kg/m2 2) 线膨胀系数（10) 线膨胀系数（10-6-6/G/G0 0）铝合金 69 26 230 390 240 _ 23% 2770 23 黄铜 102 38 _ 350 _ _ 40% 8350 18.9 青铜 115 45 210 310 _ _ 20% 7650 18 灰铸铁 90 41 _ 210 _ _ 8% 7640 10.5 可锻铸铁 170 83 248 370 330 166 12% 7640 12 低碳钢 207 80 280 480 350 175 25% 7800

16、11.7 镍铬钢 280 82 1200 1700 950 650 12% 7800 11.7 木料(顺纹)9 1 48 70 _ _ _ 550 _ 37 附录六附录六 应用应用ANSYS计算简支梁的计算简支梁的APDL程序程序 /PREP7 d=10 pi=3.1415926 s=pi*d*d/4 ii=(pi*d*d*d*d)/64 ET,1,BEAM3 R,1,s,ii,d, , , , MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,210e3 MPDATA,PRXY,1,0.3 K, ,0,0,0, K, ,100,0,0, LSTR, 1, 2 ESIZE,0,30, LMESH, 1 FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1 DK,