材料力学实验课件.ppt

材料力学实验 力学性能试验 l一、拉伸试验 l二、压缩试验 l三、剪切试验 l四、扭转试验 应力分析实验 l电测法基本原理 l五、矩形截面梁的纯 弯曲 l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 标点 l0 标距 d0 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 试验机读数表盘 主动指针：反映载荷瞬时大小； 被动指针：反映最大载荷； 拉 伸 试 验 拉 伸 试 验 1)圆形截面 2)矩形截面 l0=10d0 l0= 5d0 l0 t b 或 四、试验原理 1低碳钢拉伸弹性模量E O F Dl DF l F Dl 等量逐级加载法： DF d(Dl)1 d(Dl)2 拉 伸 试 验 2测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 sb 、 d、 y ) O F Dl Fe Fp Fs Fb 线弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段 屈服点： 抗拉强度： 冷作硬化 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 O F Dl 抗拉强度： Fb 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： d0 h0 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 O F Dl Fsc 压缩屈服点： 拉伸试验 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 O F Dl 强度极限： 拉伸试验 Fbc 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 Fb 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： d l 2测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试样： d0 扭 转 试 验 四、试验原理 1低碳钢切变模量G O T j d b a l F F Dd 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 O T j Tb Ts T Ts r dr T= Ts 屈服切 应力： 抗切 强度 ： T= Tb ts ts tb tb 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 ： O T j Tb 灰铸铁扭转试验现象： 断裂： 灰铸铁扭转试验动画： 拉应力引起 扭 转 试 验 一、电阻应变片 引出线 电阻丝(丝栅) 基底 由试验发现： l 应变片 FF l+Dl 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。 B A D C E R1R2 R3 R4 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： 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 B A D C E R1R2 R3R4 工作片 温度补偿片 固定电阻 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 FF 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 FF R1 R2 R1R2 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 R1 R2 45o 45o 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： 90o 0o 45o 电测法基本原理 120o 0o 60o 60o3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 h b F F/2F/2 aa + - FQ F/2 F/2 m m mm截面： 纯弯曲 z y 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 33 22 44 11 55 温度补偿片 外接 DF 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。 4 3 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 a l F I I I-I截面 d D 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 A、B两点各贴-45o 、0o、45o应变花 D R12 R11 R10 C R9 R8 R7 B R6 R5 R4 A R3 R2 R1 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)： B ss t t 内力 应力 按平面应力状态分析得到： s1、 s2、 s3、 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 B A D C R5R11 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 B A D C R3R1 R7R9 R3 R1 A R7 R9 C FQ TAC 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