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1、材料力学实验绪论课工程力学系 材料力学实验室电测室一.学生实验课守则 学生进入实验室应遵守实验课守则。实验时应严 肃认真，保持课堂安静。 实验课前必须预习实验指导书，未经预习不得进 行实验。 爱护机、仪器及其他设备，并应严格遵守操作规 程，如发生故障应及时报告任课教师。 实验完毕应整理实验现场，实验设备恢复实验前 状态，实验记录必须经教师审阅后方可离开实验室 。二.机、仪器使用规则 在实验前必须了解所使用机、仪器的一般原理及 操作方法，实验时应严格遵守操作规程。 非本实验所用机、仪器切勿任意动用。 实验过程中，如发生故障，应立即停止实验，及 时报告教师；切忌自作主张，擅自处理。 实验完毕后，应
2、将机、仪器恢复到实验前状态， 关闭电源。三.材料力学实验绪论 实验课的作用。 实验课是材料力学教学中的一个重要环节。 巩固、加深和运用讲课中的基本理论知识。 掌握测定材料机械性能及测定应力和变形的基 本原理和方法。 了解有关的机、仪器的工作原理，掌握操作规 程及正确使用。 培养独立确定实验方案;正确处理实验结果； 严肃认真的科学作风，分析问题和解决问题的 能力2.材料力学实验的主要内容： 测定材料机械性能的实验：拉伸、压缩、扭转、冲击等。实验目的：巩固概念、增强感性认识，掌握实验 方法。 验证理论的实验：将实际问题抽象为理想模型，再根据科学假设， 推导出一般性公式。假设是否正确，理论公式是否能
3、 实际运用需要通过实验验证。弯曲应力、压杆稳定、 弯扭组合受力等实验属于验证性实验。实验目的：巩固理论概念、学会验证方法。 综合性实验：工程中实际构件的形状和受力情况复杂，单 凭理论计算比较困难。通常采用实验的方法测定应 力和变形。综合性实验包括：组合梁、框架、薄壁 构件、组合柱等实验。实验目的：着重训练用电测法测定应力应变、正 确使用电阻应变仪 ，掌握电测法的基本技术。培养 学生运用基本理论确定实验方案，分析实验现象， 独立进行综合性实验的能力。3.做好实验应注意的几个问题（1）做好预习和课前的准备工作,应做到： 课前预习，明确实验目的、原理和步骤； 确定实验的具体方法，如要求理论计算的实验
4、，都应 进行理论计算。 设计记录实验数据的表格。 （2）实验过程中应做到： 充分动手：掌握有关的实验技术，能独立操作机、仪 器。 充分动脑：密切结合、灵活运用基本理论知识。善于 观测实验现象和对实验结果的分析，加深对基本理论知 识的理解。电测实验：23人；性能实验：34人一组 。 （3）实验结束后：应认真做好实验报告，报告独立完成。4.对实验报告的要求 实验名称，实验日期，实验成员姓名及学号。 实验目的。 实验设备及装置简图：应注明所用机、仪器的名称、型号 、精度、量程等，并画出实验装置简图。 原始实验数据：包括所用材料的力学性能指标，如：材料 名称及牌号、弹性模量E。机、仪器的量程，加载速度
5、、应 变仪的灵敏系数、电阻片的灵敏系数、试样的几何尺寸等。 实验数据的处理：实验数据应列表和以曲线形式给出，注 明测量单位，给出最终实验结果。对结果应定性分析实验误 差，分析主要误差来源。 实验结果的讨论：应将实验中所观测到的主要现象、实验 结果进行总结归纳；并运用基本理论，分析实验中观测到的 实验现象，以便巩固和加深基本理论概念。 在报告中可以表达对实验的体会及对实验的意见。5.实验曲线的正确表示 实验曲线的正确画法，左图不正确，右图正确。图1 理论曲线与实验曲线2003年春季学期材力实验课进度表 2002,12,30实验教室安排：电测在1515 （五层） 强度在 3104（一层） 理力在
6、3120（一层）实验课进度表2003年春季学期材力实验课进度表 2002,12,30班级12345678910111213141516力学1 （3） 机1(4)电测 1 （术 ）理力1 （王 ）强度1 （付 ）理力2 （王 ）电测 2 （蒋 ）强度2 （付 ）电测 3 （蒋 ）理力 31 （王 ）理力32 （王）电测 41 （蒋 ）电测 42 （蒋 ）强度 31 （付 ）强度 32 （付 ）光学1 （谢 ）光学1 （谢 ）汽1（4 ）， 机仪1 （4）电测 1 （胡 ）理力1 （王 ）强度1 （付 ）理力2 （王 ）电测 2 （胡 ）强度2 （付 ）电测 3 （胡 ）理力 31 （王 ）理力3
7、2 （王）电测 41 （胡 ）电测 42 （胡 ）强度 31 （付 ）强度 32 （付 ）光学1 （谢 ）光学1 （谢 ）热动 1 （3） 建管1 （1）电测 1 （胡 ）理力1 （王 ）强度1 （付 ）理力2 （王 ）电测 2 （胡 ）强度2 （付 ）电测 3 （胡 ）理力 31 （王 ）理力32 （王）电测 41 （胡 ）电测 42 （胡 ）强度 31 （付 ）强度 32 （付 ）光学1 （谢 ）光学1 （谢 ）四.电测法的基本原理（一）电测应变技术在科研和生产实践中的地位：电测技术是利用敏感元件电阻应变片，把机械量转换成电量的一 种测量方法，由于它测量方法简便、精度高、稳定性好、便于携带
8、、可 进行野外现场测量等特点，目前运用极为广泛。 （二）电阻应变片：（1）应变片的分类：根据敏感元件的材料和型式可分为以下几类。根据温度可分为： 低温：30以下；常温：3060 ；中温：60 300 ；高 温：300 以上。 （2）应变片的优点： 电阻变化率 与应变成线性关系；尺寸小，重量轻，对构件的工作状 态影响极微小； 测量范围：05000 ；频响好：响应时间0.2s, 05000Hz。 精度高、通用性好：精度在0.11，可测应变、力、位移、加速度 、压力、扭矩等物理量。 （3）金属丝的应变效应: 根据物理学可知，物体的几何尺寸与电阻值有如下关系： 对上式微分后可得： 根据金属的物理性质有
9、：C-在常温常压条件下为常数 。-体积变化率 。金属丝在受单向拉伸时电阻变化率与轴向应变有如下关系：由上式可见，当电阻片粘贴在构件上并一起变形，金属丝的电阻变化与被 测点的应变成正比。电阻片就是利用这一原理，将机械量转换成电量进行 测量。（4）应变片的结构形式及主要性能指标：应变片的结构如图，主要参数如下：基长：应变敏感栅的轴向长度；原始电阻值：60、120、350、600、1000，其中以120 为常用。图1电阻片的结构图绝缘电阻：指敏感栅和基底的电阻值，一般 在500M以上。灵敏系数K：应变片最重要的技术参数，应变片的K值抽样检测。允许电流：静荷测量25mA，动荷75100mA，电流大应变
10、片温度升高，影响测量精度。（三）应变仪及基本原理：1.桥式电路原理：已知应变片电阻变化率与被测点应变成正比，即一般应变片的K值在2.0左右，机械应变在10-310-6,电阻变化率很小，通常 采用桥式电路精确测量，即惠斯顿电桥ABCDR1R2R3R4可以证明输出电压与桥臂阻值的关系：若电桥的四个臂均与粘贴于构件上的电阻片相连，当构件变形时，桥臂上的 阻值分别变为： R1+R1 、R2+R2、 R3+R3、 R4+R4。此时BD点的输出电压 为：当在小应变、等桥臂（R1= R2= R3 = R4 ）、相同的灵敏系数时，上式简化成 下式：式中： 1、 2、 3、 4分别代表四个应变片所感受的应变值。
11、2.几种常用的组桥方式： （1） 单臂测量：桥路中只有一个桥臂参与构件的机械变形。输出的 桥压为：（2）半桥测量：桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变形。输出 的桥压为：（3） 对臂测量：桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形。输出的 桥压为：（4）全桥测量：桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。输出的桥 压为： 温度补偿片引起电阻片的阻值改变的因素：1.机械变形；2.温度变化。温度 变化引起阻值改变的量是无用的量。可以利用电桥加减特性，通过 温度补偿片来消除。duBDEABCD工作片补偿片R+Rt+ R1R+Rt 半桥测量在桥路中AB,BC臂接工作片，CD,DA接仪器内部标准电阻。两枚 工作片处在相同温度场，温度影响自动消除，无需另接补偿片。EBduBDACD工作片工作片R+Rt+ R1R+Rt R2 对臂测量在AB,CD两个臂上接工作片，BC,DA接温度补偿片。四个臂的电 阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。EduBD ABCD工作片补偿片R+Rt+ R1R+Rt R+Rt 补偿片R+Rt+ R1工作片 全桥测量电桥的四个臂上接工作片，都参与机械变形，同处一个温度场 ，温度影响相互抵消。 BEACD工作片工作片R+Rt+ R1R+Rt+ R2 R+Rt+ R4工作片R+Rt+ R3工作片duBD
