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1、实验七实验七 金属材料泊松比测定金属材料泊松比测定1 1、实验的意义实验的意义在工程中设计中,可以查机械设计手册利用泊松比粗略设计零件使其达到 相应的应力要求,但是此时的泊松比只是一个范围,需要对其泊松比进行反算 和修正。例如:一个梁,选定材料后按照相应的泊松比设计出尺寸,但是做拉 伸试验时发现其应力不满足要求,这时便需要对设计出的材料的泊松比进行精 确测定,进行反算,设计出符合要求的梁。2 2、实验设备及工具实验设备及工具1、应变片、加力机构。三、电测法原理三、电测法原理1 1、应变片测试原理、应变片测试原理 电测法是工程上常用的对实际构件进行应力分析实验的方法之一。它是通 过贴在构件被测点
2、处的电阻应变片(以下简称应变片),将被测点的应变值转换 为应变片的电阻变化,再利用电阻应变仪测出应变片的电阻变量,并直接转换 输出应变值,然后依据虎克定律计算出构件被测点的应力值的大小。在电测法 中,主要设备是电阻应变片和电阻应变仪。其中,电阻应变片是将应变变化量 转变成电阻变化量的转换组件。应变电测发具有感受元件重量轻,体积小;量 测系统信号传递迅速、灵敏度高、可遥感,便于与计算机连用及实现自动化等 优点。它的工作原理很简单,是依据金属丝的电阻R 与其本身长度L 成正比, 与其横截面积A成反比这一物理学定律而得,用公式表示其电阻即为: R=L/A 当电阻丝受到轴向拉伸或压缩时,上式中的L、A
3、、均将发生变化。若此 时对上式两端同取对数,即有:lnlnlnlnRLA对其进行数学求导,有:/dR RddL LdA A因为金属电阻线受轴向拉伸(或压缩)作用时,式中:所以上式可写成:并令 式中:u-电阻丝材料的泊松比K。单丝灵敏系数。 则对大多数电阻丝而言,K0为常量,对丝栅状应变片或箔式应变片,考虑到已不是单根丝,故改用灵敏系数K代替代。 可见,应变片的电阻变化率与应变值呈线性关系。当把应变片牢固粘贴于 试件上,使之与试同步变形时,便可由式(中的电量非电量转换关系调得试件 的应变。2 2、惠斯登路桥应用、惠斯登路桥应用图5-1 惠斯登电桥1/4桥 温度补偿片(R2); 半桥; 全桥。五、
4、泊松比的测定五、泊松比的测定 1、应变片的粘贴步骤、应变片的粘贴步骤(1)选片;(2)测点表面的清洁处理;(3)贴片;(4)干燥处理;(5)接线;(6)防潮处理。2 2、实验原理、实验原理材料在弹性阶段服从胡克定律,其关系为,若已知载荷 P 及试件横E截面面积 A,只要测得试件表面轴向应变 p,同时测得试件表面横向应变 p ,则 。 pp u 测定试件见图 1-2,是由铝合金(或钢等材料)加工成的板试件,在试 件中间的两个面上,沿试件的轴线方向和横向共粘贴四片应变片,分别为 R1、R2、R1、R2,采用 1/4 桥接线法。由轴向应变测量桥和横向应变测量桥 可分别测得 p 和 p,也就可计算得到
5、泊松比 u。图 5-2 试件、应变片布置图及桥路布置图 3、实验步骤及结果测试 (1)实验步骤 用游标卡尺测量试件横截面尺寸。 接通测力仪电源, 将测力仪开关置开。 按图 1-2 将应变片按 1/4 接线法接至应变仪通道上(应变仪操作可参考 应变仪使用说明书) 。 检查应变仪灵敏系数是否与应变片一致,若不一致,重新设置。 实验: a.本实验取初始载荷 P0=0.5kN(50N) ,Pmax=1.2kN(1200N) , P=0.2kN(100N 或 150N 或 200N) ,共分 6 次加载;b.加初始载荷 0.2kN(200N) ,通道置零;c.逐级加载,记录各级载荷作用下的读数应变。实验
6、数据记录可参考下面 记录表。 试验结束后,实验机卸载,切断应变仪电源。取下试件。 (2)实验结果处理 根据记录表记录的各项数据,每级相减,得到各级增加量的差值(从这些 差值可看出力与应变的线性关系) ,然后计算这些差值的算术平均值 P 均 、P 均,可由下式计算出泊松比 u。均均PP 六、问题思考六、问题思考(1)实验时,为什么要加初载荷?答:为了消除试验机机构之间的空隙与加载机构的间隙,在实验开始时,必 须加一定量的初载荷。按有关实验方法的规定,初载荷应为试验机所选 度盘量程的 10%左右。另外,不加初载荷,机构本身的自重也会影响实验 结果。(2)载荷为什么要分级多次加载?答:出于实验可靠性和精确性的考虑,要分级多次加载载荷。a.可靠性:必须要求 Pd|3|才行b.精确性:做两遍,误差带要求在同一个数量级记录表:序号载荷轴向应变()横向应变()PPdPdPdPd初载100067-19651912000132-38641823000196-56661834000262-74641845000326-92初载100065-20641912000129-39661923000195-58651834000260-76641945000324-95均值p均64.75p均18.5实验结果: 泊松比 u=0.285714