力学测试课后习题答案.ppt

实验一 机械性能,实验地点：A3-101 时间:17周 周二 13:30 2108011101-19 19人 14:35 2108011120-38 19人 周二 15:40 2108011201-19 19人 16:45 2108011220-37 18人,对于脆性材料还要做压缩试验,脆性材料,铸铁,铸造合金,高碳钢,拉伸时,没有一点韧性现象，压缩时表现出韧性,4.3 金属材料压缩时的力学性能,压缩性能指标 :,压缩屈服强度 ReHc ReLc,上压缩屈服强度,下压缩屈服强度,同样有规定压缩强度指标，两项，均要加脚注 规定非比例压缩强度 Rpc 例： Rpc0.2 规定总压缩强度 Rtc 例：Rtc0.5,对以上性能指标计算方法分别为,压缩弹性摸量 Ec,抗压强度 Rmc,对压缩试样要求： d0为试样直径，L为试样长度,do （1020 ） mm 短压缩试样 L （12）d0 长压缩试样 L （2.53.5)do,试验速度 线弹性范围 110 N/mm2 S-1 按应力速率加载 塑性范围 0.00050.001/S 按应变速率（5001000 /S） 试验温度 1035,压缩弹性摸量（装引伸计） L (58) d0,试验条件,测定压缩性能一般也都用作图法、割线法、逐次逼近法等方法，拉伸性能测定能用的方法，压缩性能测定都能用。,习题：4.2，4.3，4.4，4.6，4.8,复 习 题,3.18 如图所示为起重吊车，其吊钩可在L长度范围内移动。现 欲测定吊车的载荷F，试问在吊车梁上应如何布片？如何 接桥？并说明理由。,测载荷F，吊车在L范围内移动，在布片时要考虑F 在L范围内移动不会改变。,由材料力学知 FRA+FRB=F,如图布片，R1与R3，R2与R4在A、B点正反两面，并互相相差90，且都在中性层上,A、B两点应力状态,A,B,A、B点为工字梁的腹板，由材料力学知工字梁上切应力主要由腹板承担，因此，若腹板高度为h，厚度为b，则A、B点切应力为,确定A、B点45方向线应变,R4,R3,R2,R1,广义虎克定律,组成全桥测量电路,因为,所以,3.19 图示矩形截面的悬臂梁，F作用在xoy纵向平面内，有一偏 心距e，已知材料的弹性模量E，问如何布片、组桥方可测 出e及F力的大小。,1. 测F,R1、R2与R补偿片组成 对臂全桥,R1,R2,2. 测e,R1、R2组成双臂半桥,因为,所以,3.20 如图是一个测力传感器的钢制圆筒。其上贴有八个应变片。 试将该八个应变片接成全桥以消除力的偏心影响。,消除力偏心影响的全桥，八个片安排如桥路图,3.21 有一偏心受压短杆如图。欲得到载荷作用点位置，在杆上 贴有四个应变片，确定组桥方案，并写出载荷位置与读数 应变ed之间的关系式。,设F 距 z 轴距离为a 距 x 轴距离为b,Mz=F a Mx=F b,1. 确定a,2、4 组成双臂半桥,2. 确定b,1、3 组成双臂半桥,3.22 拐臂结构受载如图，设几何尺寸、材料常数均已知，用电 测法如何贴片组桥能测得Fx、Fy、Fz，并写出各方向力F 与读数应变ed的关系式。,- 截面上下各粘贴一片应变片R1，R2。并粘贴两片补偿片。,- 截面和- 在中性层各粘贴一片应变片R3，R4。,R1、R2在MXZ和FZ对- 截面弯矩的中性层上。 R1、R2分别感受的应变有：,1. 将R1、R2和R组成对臂全桥,R1,R2,因为,所以,2. 将R1、R2组成双臂半桥,因为,所以,3. 将R3、R4组成双臂半桥,R3、R4在Fy对- 、-截面弯矩的中性层上。 R3、R4分别感受的应变有：,R3,R4,因为,所以,1分析各种测量方法中温度补偿的实现方法。,单臂半桥、对臂全桥组桥均由温度补偿片实现温度补偿；双臂半桥、四臂全桥、串、并联半桥组桥均由工作片实现温度自补偿。,2采用串联或并联组桥方式，能否提高测量灵敏度？为什么？,采用串联或并联组桥方式，不能提高测量灵敏度。因为无论串、并联均不能改变 ，不能提高读数应变。,3当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致时，将粘贴在被测件 上的应变片组成单臂半桥测量电路，被测件受力后，应变仪读 到的应变是否是被测件表面的应变？,实验二思考题,电桥测量灵敏度是测量电桥所感受被测件上应变的灵敏程度。P66,当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致，组成单臂半桥测量电路时，应变仪读到的应变即为被测件表面的应变。,4电桥测量灵敏度是否指用应变片组成的测量电桥所感受被测 件上应变的灵敏程度？,5. 将粘贴在被测件上的应变片组成测量电桥接至应变仪上， 未对被测件作用外力，但应变仪有读数应变，问该读数应变 是由什么原因引起的？,该读数应变是由于四桥臂电阻阻值不完全相等，造成电桥不平衡所引起的。,1. 比较应变片6和7（或应变片4和5）的应变值，可得到什么结 论？,4和5，6和7应变相等，符号相反，对称于中性层，纵向纤维间无挤压。,实验三思考题,2. 应变片测量的应变是：a. 应变片栅长中心处的应变？ b. 应变片栅长长度内的平均应变？ c. 应变片栅长两端点处的平均应变？,应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变,3. 本实验中对应变片的栅长尺寸有无要求？为什么？,本实验中对应变片的栅长尺寸无要求。因为应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变，而纯弯曲梁在纯弯曲段内沿梁轴线方向应变是均匀的，沿梁横截面高度应变是线性分布的。,根据公式 ，实测应变分别为：274.5、206、137。,4应变片的灵敏系数K为2.24，应变仪的灵敏系数K仪为2.12，已知 读数应变分别为290，218，145，问实测应变为多少？,5能通过加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻 值来改变应变片的灵敏系数？为什么？,用加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻值，不能改变应变片的灵敏系数，因为应变片的灵敏系数与电阻变化率有关， 即,实验四讨论,1. 不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征有何不同？,不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征不同，两端铰支撑时，变形对称，在 处，变形最大，为失稳截面；而一端固定一端铰支撑时，则在 处，变形最大，为失稳截面；后者的临界力,2. 临界力测定结果和理论计 算结果之间的差异主要是 由哪些因数引起的？,临界力测定结果和理论计算结果之间的差异主要影响因素有：,a）压杆受一对P力作用，P力 作用偏心会影响测量结 果；,b）压杆反复测试，产生预弯曲，会影响测量结果；,c）应变片粘贴位置与失稳截面有差异，会影响测量结果；,d）理论计算力学模型与实际不完全一致，会引起计算结果与实 测结果的差异，比如压杆长度，在一端固定一端铰支撑时， 压杆长度的实际尺寸是小于350mm的。,实验一思 考 题 1. 测定材料的力学性能为什么要用标准试件？ 为了排除试件尺寸对材料塑性指标 A 测试结果的影响，便于进行不同材料间的塑性指标 A 的比较。 2材料拉伸时有哪些力学性能指标？ 材料拉伸时的力学性能指标有强度指标：上屈服强度ReH、下屈服强度ReL；规定非比例延伸强度Rp，规定残余延伸强度Rr，规定总延伸强度Rt，抗拉强度Rm ；塑性指标：断后伸长率A，断面收缩率Z；弹性指标：弹性模量E，泊松比。,3测定断后伸长率 A11.3 时，若断面邻近标距点的距离小于或等于1/3L0时，应如何处理？ 应进行断口移中处理，按 或按 来进行计算。 4试述低碳钢、铸铁拉伸、压缩、扭转时，主要是由哪些应力引起破坏的，为什么？ 低碳钢拉伸时，首先出现颈缩，由于颈缩中心部分处于三向应力状态，因此，中心部分被拉坏，边缘部分仍是单向应力状态，因此，边缘部分沿45 方向由切应力引起破坏；压缩时，越压越扁，不会破坏；扭转时，沿与轴线垂直的截面由切应力引起破坏。因为低碳钢属于拉、压强度相等的材料，而剪切强度低于拉、压强度。,铸铁拉伸时由拉应力引起破坏；压缩时，沿45方向由切应力引起破坏；扭转时，沿45 方向由拉应力引起破坏。因为铸铁的抗拉强度低于抗剪强度，抗剪强度低于抗压强度。 5规定强度指标Rp、Rr、Rt是在受力还是在卸力的情况下测定的？ Rp0.2和Rr0.2有何区别？ 规定非比例延伸强度Rp和规定总延伸强度Rt是在受力的条件下测定的；规定残余延伸强度Rr是在卸力后测定的. Rp 0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力，在受力的情况下测定；而Rr 0.2则表示规定残余延伸率为0.2%时的应力，在卸力的情况下测定。对于大多数金属材料，Rp 0.2与Rr 0.2非常接近。,实验八思考题 1.试件尺寸、形状对测定弹性模量和泊松比有无影响？为什么？ 试件尺寸对测定弹性模量有影响，对测定泊松比无影响；试件形状对测定弹性模量和泊松比均无影响，因为计算弹性模量时与试件的横截面尺寸有关，与试件形状无关。计算泊松比时，与试件形状和尺寸都无关。 2.试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移或角度差，对实验结果有无影响？ 试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移，对实验结果基本没有影响；出现角度差对实验结果就有影响。,3.本实验为什么采用全桥接线法？ 采用全桥接线法可以消除试件预弯曲的影响，同时也可以消除载荷作用不在同一轴线上造成试件弯曲的影响。 4.比较本实验的数据处理方法。 由于本实验在材料弹性范围内测定，材料在弹性范围内的应力-应变呈线性关系，因此三种数据处理（端值法、平均值法、最小二乘法）的结果差异不大。所以遇到类似线性的测试，数据处理用端值法比较好，既简单又保证一定的数据处理精度。,1. 测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方 法，请画出测量电桥的接法。,实验六思考题,a测量弯矩引起的应变，还可以用R5 或R11与补偿片组成单臂半桥，见图；,b测量扭矩引起的应变见下图；,c测量剪力引起的应变见下图；,2. 本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确定主 应力的大小和方向？为什么？,本实验中A、C两点可以用二轴450应变花替代三轴450应变花，B、D两点不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知的，只要求主应力大小，两个未知数，只要用两个应变片就可以了。,3. 本实验中，测定剪力FS引起的剪应力时，是否有其他力的影 响？若存在其他力的影响，请画出仅测定剪力FS引起的剪应 力的布片图以及组桥接线图。,有弯矩引起的应变的影响,1. 随机误差大都服从 正态 分布，它会随着测量次数的增加而 。 2. 在应变电桥中，按应变片在桥臂中的数量，电桥的接线方法分为半桥和全桥接线法。其中，半桥接线法在实际测量时，又分为两种情况： 单臂半桥 和 双臂半桥 。 3. 测量系统的输出与输入变化量之比称为测量系统的 灵敏度 。 4. 电测法中测点处的测量应变与应变片的 成正比。 5.设应变片的灵敏度系数为2.17，静态应变仪的灵敏度系数为2.00。已知读数应变为290，则实测应变应为 267.28 。,1.如图所示为低碳钢的-曲线。与a点对应的应力称为 非比例延伸强度RP ，与屈服阶段b点对应的应力称为 下屈服强度 ，与最高点c相对应的应力称为 上屈服强度 。,1. 根据下图中测量列的剩余误差判断系统误差类型，按次序依次判断正确的是（ C ） A 分别是线性系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、复杂系统误差 B 分别是恒定系统误差、线性系统误差、复杂系统误差、周期性系统误差 C 分别是恒定系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、复杂系统误差 D 分别是恒定系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、周期性系统误差,1. 如下图所示杆件受力、应变片分布以及应变电测连接线路，则该电桥测量的应变是（ B ） A 由弯矩M引起的正应变 B 由力P引起的正应变 C 由弯矩M和P引起的正应变 D 由弯矩M和P引起的剪应变,1. 下列关于电测法电桥温度补偿的说法正确的是：（ D ） A 单臂半桥测量法，有两片工作片，其中一片为温度补偿片 B 双臂半桥测量法，有一片工作片，一片温度补偿片 C 对臂全桥测量法，有四片工作片，两片温度补偿片 D 四臂全桥测量法，有四片工作片，且它们相邻两对相互温度补偿 2. 铸铁压缩实验中，铸铁的破坏是由（ C ）引起的。 A 正应力 B 与轴线垂直的切应力 C 与轴线成45的切应力 D 以上皆是,1. 材料的扭转实验中，下列关于试件各点应力状态和主应力说法正确的是（ ）。 A 受扭部分处于纯剪切状态，主应力方向为轴线方向和垂直轴线方向 B受扭部分处于纯剪切状态，主应力方向为轴线方向，大小为切应力的倍 C 受扭部分处于纯剪切状态，主应力方向为轴线方向，大小和切应力相等 D杆件各部分均为纯剪切状态，主应力方向为轴线方向和垂直轴线方向，大小和切应力相等 2. 下列关于应变电测电桥桥臂串联和并联电阻说法正确的是（ C ） A 串联电阻会放大测试应变，并联电阻会缩小测试应变 B 串联电阻会放大测试应变，并联电阻基本不会改变测试应变 C 串联电阻和并联电阻均基本不会改变测试应变 D 串联电阻基本不会改变测试应变，并联电阻会缩小测试应变,1.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈 截平面 状，首先 部分 破坏，然后 部分 破坏。 2. 铸铁圆棒在外力作用下，发生图示的破坏形式，其破坏前的受力状态如图（D ）。,1. 受扭圆轴上贴有3个应变片，如图所示, 实验时测得应变片( C )的读数为0。 A：1和2； B：2和3； C：1和3； D：1、2和3。 2. 圆轴受扭矩T的作用，用应变片测出的是 （A ) A.剪应变 剪应力 线应变 扭矩,1. 电阻应变片的灵敏度系数K指的是（ )。 A. 应变片电阻值的大小 B. 单位应变引起的应变片相对电阻值变化 C. 应变片金属丝的截面积的相对变化 D. 应变片金属丝电阻值的相对变化 2以下结论中正确的是：。 （1）对低碳钢进行压缩试验，能测出材料的屈服极限，但测不出强度极限。 （2）对铸铁进行压缩试验，能测出材料的强度极限，但测不出屈服极限。 （3）对低碳钢进行压缩试验，试件不会断裂。 A（1），（2） B（2），（3） C（1），（2），（3） D（1），（3）,1图1所示拉伸试件上电阻应变片R1和R2互相垂直，采用半桥接法，R1接AB桥，R2接BC桥。在拉力F作用下，R1和R2的应变值分别为 1和2，若材料的泊松比为 ，则读