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1、材料力学实验,力学性能试验 一、拉伸试验 二、压缩试验 三、剪切试验 四、扭转试验,应力分析实验 电测法基本原理 五、矩形截面梁的纯弯曲 六、圆筒的弯扭组合变形,一、试验目的,1测定低碳钢拉伸弹性模量E；,2测定低碳钢拉伸力学性能(ss、 sb 、 d、 y )；,3测定灰铸铁抗拉强度sb。,二、试验仪器,1万能材料试验机；,2引伸仪；,3游标卡尺。,拉 伸 试 验,三、试样,1材料类型 低碳钢： 灰铸铁：,2标准试样：,塑性材料的典型代表 脆性材料的典型代表,标距：等截面测试部分长度,尺寸符合国标的试样,拉 伸 试 验,拉 伸 试 验,1)圆形截面,2)矩形截面,l0=10d0,l0= 5d
2、0,或,四、试验原理,1低碳钢拉伸弹性模量E,等量逐级加载法：,拉 伸 试 验,2测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 sb 、 d、 y ),屈服点：,抗拉强度：,伸长率：,断面 收缩率：,拉 伸 试 验,低碳钢拉伸试验现象：,低碳钢拉伸试验动画：,屈服：,颈缩：,断裂：,tmax引起,拉 伸 试 验,3测定灰铸铁抗拉强度 sb,抗拉强度：,灰铸铁拉伸试验动画：,拉 伸 试 验,一、试验目的,1测定低碳钢压缩屈服点ssc；,2测定灰铸铁抗压强度sbc。,二、试验仪器,万能材料试验机。,三、试样,标准试样：,粗短圆柱体： h0=13d0,压 缩 试 验,四、试验原理,1测定低碳钢压缩屈服点ssc,压
3、缩屈服点：,压 缩 试 验,低碳钢压缩试验现象：,低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两端摩擦力影响，形成“腰鼓形”。,压 缩 试 验,2测定灰铸铁抗压强度sbc,强度极限：,灰铸铁压缩 试验现象：,tmax引起,压 缩 试 验,一、试验目的,1测定低碳钢名义抗切强度tb；,2测定灰铸铁名义抗切强度tb。,二、试验仪器,1万能材料试验机；,三、试样,试样：,剪 切 试 验,2剪切器。,四、试验原理,名义抗切强度：,双剪：,试件有两个剪切面,剪 切 试 验,低碳钢剪切试验现象：,灰铸铁剪切试验现象：,剪切、挤压、弯曲引起,弯曲拉应力引起,剪 切 试 验,一、试验目的,1测定低碳钢切变模量G；,2测定低
4、碳钢屈服切应力ts、抗切强度tb；,3测定灰铸铁抗切强度tb；,二、试验仪器,1扭转试验机；,2扭角仪。,4分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破 坏情况。,扭 转 试 验,三、试样,1测低碳钢G采用自制试样：,2测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试样：,扭 转 试 验,四、试验原理,1低碳钢切变模量G,等量逐级加载法：,扭 转 试 验,2测定低碳钢屈服切应力ts、抗切强度tb,屈服切应力：,抗切强度：,扭 转 试 验,低碳钢扭转试验现象：,低碳钢扭转试验动画：,屈服：,tmax引起,断裂：,扭 转 试 验,3测定灰铸铁抗切强度tb,抗切强度：,灰铸铁扭转试验现象：,断裂：,灰铸铁扭转试验动画
5、：,拉应力引起,扭 转 试 验,一、电阻应变片,由试验发现：,K电阻应变片的 灵敏度系数,应变片：将力学量(应变)转换为 电量(电阻)的传感器,电阻应变片种类： 丝式(绕线式)、箔式、半导体式,电测法基本原理,二、电阻应变仪,应变测量原理：,利用电桥平衡测量电阻改变， 从而进一步得到应变。,电桥平衡(UBD=0)：,若R1R4为四个阻值相同应变片，受力后，BD间电压改变为：,电测法基本原理,两种接法中的应变片型号、阻值尽可能相同或接近，固定电阻与应变片阻值也应接近。,1电桥接法：,由于温度对电阻值变化影响很大，利用电桥特性，可以采用适当的方法消除这种影响。,三、电桥接法及温度补偿,2温度补偿：
6、,全桥接法(四个电阻均为应变片)；,半桥接法(R1、R2为应变片， R3、R4为固定电阻),电测法基本原理,相同应变片R1、R2，R1贴在构件受力处，R2贴在附近不受力处，环境温度对R1、R2引起的阻值变化相同，为DRT，则,电测法基本原理,1单向应力状态,四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算,轴向拉压、纯弯曲、横力弯曲上下缘,温度自补偿，测量电压得到有效放大：,电测法基本原理,2已知主应力方向的二向应力状态,扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒,沿已知主应力方向贴片，采用温度自补偿的半桥接法,电测法基本原理,3不知主应力方向的二向应力状态,45o3应变花：,电测法基本原理,60o
7、3应变花：,电测法基本原理,2CM1A10型静态数字电阻应变仪。,一、实验目的,1测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的 分布规律，并与理论值比较；,2熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用。,二、实验仪器,1纯弯曲试验装置；,矩形截面梁的纯弯曲,三、试验原理,1结构示意图及理论值计算,mm截面：,纯弯曲,矩形截面梁的纯弯曲,其中：M=a. F/2,2布片示意图及试验值,矩形截面梁的纯弯曲,1,2,3,4,5,-,+,4,3,2,布片图,应力分布图,矩形截面梁的纯弯曲,3等量逐级加载法：,对于本次实验根据各点应变值，计算最大应变点的应力，并画出该截面的理论和实验的应力分布曲线。要求取两遍地有效数
8、据作为原始实验数据，两遍数据的不重复性不大于5%；误差分析及讨论,详见书 P62。,四、数据处理,取绝对值,绝对误差,相对误差,温度补偿片（桥测量或称单点测量）,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。即单臂（桥）测量。,五、电路示意图,对臂测量（思考题）,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。,一、试验目的,1用电测法测定平面应力状态下一点主应力的 大小及方向；,2测定圆管在弯扭组合变形作用下， 由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。,二、试
9、验仪器,1弯扭组合试验装置；,2静态数字电阻应变仪。,圆筒的弯扭组合变形,三、试验原理,1结构示意图,I-I截面 内力：,圆筒的弯扭组合变形,A,B,.,.,2布片示意图,A、B两点各贴-45o、0o、45o应变花,约定黄线应变片为45o ，红线为 0o ，蓝线为-45o,圆筒的弯扭组合变形,主应力大小：,主应力方向：,a是主应力与圆管轴线的夹角,3等量逐级加载法,4指定点(B、D)的主应力大小及方向,共用温度补偿片的半桥接法，一个载荷水平下分别测B、D两点6个应变片的应变值,1)实验值：,圆筒的弯扭组合变形,2)理论值(以B点为例)：,内力,应力,按平面应力状态分析得到：,s1、 s2、 s
10、3、 a0分别与试验值比较,圆筒的弯扭组合变形,5弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量,1)由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片,2)弯矩M对应的正应力测量,取圆筒上下(B、D)两点0o应变片接成半桥线路,圆筒的弯扭组合变形,3)扭矩T对应的切应变测量,取圆筒前后(A、C)两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路,A,C,圆筒的弯扭组合变形,由胡克定律得,圆筒的弯扭组合变形,4)剪力FQ对应的切应变的测量,仍取A、C两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路，与3)不同在于R9、R7换位,圆筒的弯扭组合变形,1)I-I截面内力增量：,6相关理论值计算,2)I-I截面应力增量：,3)应变增量：,圆筒的弯扭组合变形,6纯剪切应力状态g 与e 1关系的另一推导,x,圆筒的弯扭组合变形,
