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1、实验二 材料弹性常数E、的测定 电测法测定弹性模量E和泊松比预习要求：1、 预习电测法的基本原理；2、 设计本实验的组桥方案；3、 拟定本实验的加载方案；4、 设计本实验所需数据记录表格。一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E和泊松比；2. 验证单向受力虎克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。图一 试件示意图二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。t三、试件b中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为bt = (307.5)mm2。材料的屈服极限。图二 实验装置图四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，
2、应力与应变成正比： （1）上式中的比例系数E称为材料的弹性模量。由以上关系，可以得到： （2） 材料在比例极限内，横向应变与纵向应变之比的绝对值为一常数： （3）上式中的常数m称为材料的横向变形系数或泊松比。本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量DP作用下，产生的应变增量Dei。于是式（2）和式（3）分别变为： （4） （5）根据每级载荷得到的Ei和mi，求平均值： （6） （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。上式中n为加载级数。2、增量法 增量法可以验证力与变形之间的线性关系，如图三所示。若各级载荷增量P相同，相应的应变增量De也应大致相等，这就验证了虎克定律。eP
3、P0P10PnDeDP图三 增量法示意图 利用增量法，还可以判断实验过程是否正确。若各次测出的应变不按线性规律变化，则说明实验过程存在问题，应进行检查。采用增量法拟定加载方案时，通常要考虑以下情况：（1）初载荷可按所用测力计满量程的10%或稍大于此标准来选定；(本次实验试验机采用50KN的量程)（2）最大载荷的选取应保证试件最大应力值不能大于比例极限，但也不能小于它的一半，一般取屈服载荷的70%80%，故通常取最大载荷；（3）至少有4-6级加载，每级加载后要使应变读数有明显的变化。五、实验步骤1. 设计实验所需各类数据表格；2. 测量试件尺寸；分别在试件标距两端及中间处测量厚度和宽度，将三处测
4、得横截面面积的算术平均值作为试样原始横截面积 。3. 拟定加载方案；4. 试验机准备、试件安装和仪器调整；5. 确定组桥方式、接线和设置应变仪参数；6. 检查及试车：检查以上步骤完成情况，然后预加载荷至最大值，再卸载至初载荷以下，以检查试验机及应变仪是否处于正常状态。7. 进行试验：加初载荷，记下此时应变仪的读数或将读数清零。然后逐级加载，记录每级载荷下各应变片的应变值。同时注意应变变化是否符合线性规律。重复该过程至少两到三次，如果数据稳定，重复性好即可。8. 数据经检验合格后，卸载、关闭电源、拆线并整理所用设备。六、试验结果处理1. 在坐标纸上，在坐标系下描出实验点，然后拟合成直线，以验证虎
5、克定律；2. 用逐差法(参考公式(4) (7)计算弹性模量E和泊松比m。七、思考题1. 电测法测弹性模量E，试提出最佳布片方案？2. 在绘制图时，如何确定坐标原点？3. 本实验如果不采用增量法，应如何拟定加载方案？实验三 材料切变模量G的测定预习要求：1、 复习电测法；2、 预习扭角仪和百分表的使用方法。3、 设计本实验的组桥方案；4、 拟定本实验的加载方案；（参照实验二中增量法部分的介绍）5、 设计本实验所需数据记录表格。一 实验目的1 两种方法测定金属材料的切变模量G；2 验证圆轴扭转时的虎克定律。二 实验仪器和设备1 微机控制电子万能试验机2 扭角仪3 电阻应变仪4 百分表5 游标卡尺三
6、 试件 中碳钢圆轴试件，名义尺寸d=40mm, 材料屈服极限。 图一 实验装置图四 实验原理和方法1. 电测法测切变模量G材料在剪切比例极限内，切应力与切应变成正比， （1）上式中的G称为材料的切变模量。由式(1)可以得到： （2）圆轴在剪切比例极限内扭转时，圆轴表面上任意一点处的切应力表达式为： （3）由式(1)(3)得到：gABCDEDt图二 微体变形示意图 （4）由于应变片只能直接测出正应变，不能直接测出切应变，故需找出切应变与正应变的关系。圆轴扭转时，圆轴表面上任意一点处于纯剪切受力状态，根据图二所示正方形微体的变形分析可知： （5） 由式（2）（5）得到：图三 应变花示意图 （6）
7、根据上式，实验时，我们在试件表面沿45o方向贴应变片（一般贴二向应变花，如图三所示），即可测出材料的切变模量G。本实验采用增量法加载，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量DT作用下，产生的应变增量De。于是式（6）变为： （7）根据本实验装置，有 （8）a力的作用线至圆轴轴线的距离 最后，我们得到： （9）2扭角仪测切变模量G。等截面圆轴在剪切比例极限内扭转时，若相距为L的两横截面之间扭矩为常数，则此梁横截面间的扭转角为： （10）由上式可得： （11）本实验采用增量法，测量在各相同载荷增量DT作用下，产生的转角增量Df。于是式（11）变为：bj图四 实测j的示意图 （12）根据本实验装置，按
8、图四所示原理，可以得到： （13）百分表杆移动的距离b百分表杆触点至试件轴的距离最后，我们得到： （14）五、实验步骤1设计实验所需各类数据表格；2 测量试件尺寸3 拟定加载方案；4 试验机准备、试件安装和仪器调整；5 测量实验装置的各种所需尺寸；6 确定组桥方式、接线、设置应变仪参数；7 安装扭角仪和百分表；8 检查及试车；检查以上步骤完成情况，然后预加一定载荷（一般取试验机量程的15%左右），再卸载，以检查试验机、应变仪、扭角仪和百分表是否处于正常状态。9 进行试验；加初载荷，记录此时应变仪的读数或将读数清零，并记录百分表的读数。逐级加载，记录每级载荷下相应的应变值和百分表的读数。同时检查
9、应变变化和位移变化是否基本符合线性规律。实验至少重复三到四遍，如果数据稳定，重复性好即可。10. 数据检查合格后，卸载、关闭电源、拆线、取下百分表并整理所用设备。六、试验结果处理1 从几组实验数据中选取线性最好的一组进行处理；在坐标纸上，分别在坐标系和坐标系下描出实验点，并拟合成直线，以验证圆轴扭转时的虎克定律；2 用作图法计算两种实验方法所得切变模量G；3 用逐差法计算两种实验方法所得切变模量G；七、思考题1 电测法测切变模量G，试提出最佳布片方案。2 在安装扭角仪和百分表时，应注意什么问题？实验四 直梁弯曲实验预习要求：1、 复习电测法的组桥方法；2、 复习纯弯梁理论；3、 设计本实验的组
10、桥方案；4、 拟定本实验的加载方案；5、 设计本实验所需数据记录表格。一、 实验目的：1. 用电测法测定纯弯梁横截面上的正应力分布规律，并与理论计算结果进行比较，以验证纯弯理论。2. 用电测法测定纯弯梁载荷作用面附近处横截面上的正应力分布规律，与理论计算结果进行比较，并对实验结果进行分析（选作）。3学习电测法的多点测量。二、实验设备：1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；三、实验试件： 本实验所用试件为中碳钢矩形截面梁，其横截面设计尺寸为hb=(5030)mm，a=50mm (见图一 ), 材料的屈服极限, 弹性模量E=210GPa，泊松比m=0.28。图一 实验装置图BBAAhba
11、a四.实验原理及方法：处于纯弯曲状态的梁，在比例极限内，根据平面假设和单向受力假设，其横截面上的正应变为线性分布，距中性层为 y 处的纵向正应变和横向正应变为： （1）距中性层为 y 处的纵向正应力为： （2）本实验采用重复加载法，多次测量在一级载荷增量DM作用下，产生的应变增量De和De。于是式（1）和式（2）分别变为： （3） （4）在本实验中， （5）最后，取多次测量的平均值作为实验结果： （6）本实验采用电测法，在梁纯弯曲段某一横截面AA的不同高度（梁的顶面、底面、中性层及距中性层10mm、20mm）处粘贴纵向电阻应变片（见图一），并在梁的上下表面处粘贴横向应变片。 五、实验步骤1 设计实验所需各类数据表格；2 拟定加载方案(参考P0=5KN，Pmax=25KN，DP=20KN)；3 试验机准备、试件安装和仪器调整；4 确定组桥方式、接线、设置应变仪参数；5 检查及试车；检查以上步骤完成情况，然后预加一定载荷，再卸载，以检查试验机和应变仪是否处于正常状态。6 进行试验；将载荷加至初载荷，记下此时应变仪的读数或将读数清零。逐级加载，每增加一级，记录一次相应的应变值。同时检查应变变化是否符合线性。实验至少重复两次，如果
