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压杆稳定实验等指导书 Microsoft Word 文档 (2) 压杆稳定临界力测定（开放性实验一） 一、概述两个材料和横截面形状、尺寸相同的直杆，如果杆的长度不同，其抵抗轴向压力的能力将有很大的差异。 这是由于随着杆长度的增加，杆的承压能力由原来取决于杆的强度而变为取决于杆的长度及稳定性。 这就是短粗杆的承压能力远大于细长杆承压能力的原因。 由于压杆失稳破坏往往突然发生，故其危害性较大。 因此对于细长受压杆件的稳定性问题必须引起重视。 二、实验目的1观察受压杆件丧失稳定的现象；2.绘制几种支座条件下细长压杆的压力和杆中部侧移关系曲线；2确定不同支座情况下压杆的临界压力值F cr。 3.比较实验结果与理论计算结果，分析误差原因。 三、实验设备1压杆稳定实验台；2百分表、测力仪； 四、实验原理对于两端铰支受有轴向压力的细长杆，由欧拉公式得其临界载荷为22crEIFl=式中I为杆件截面的最小轴惯性距，E为杆件材料的弹性模量。 欧拉公式是在线弹性，小变形及假定杆无初曲率，压力作用无偏心的理想条件下导出的。 故当压力FF cr时，压杆始终能保持其原来的直线平衡状态；当F=F cr时，压杆就处于临界状态，若给予一微小的横向干扰力作用，杆就会偏离原来的直线平衡状态，而在微弯状态保持平衡；当FF cr时，则压杆的弯曲变形将显著增大而直到破坏。 但在实际的实验过程，由于杆的初曲率及载荷作用有偏心，这些因素使得即使在FF cr时就会引起杆件的弯曲变形，且随着压力的增大而增大，只有当F远小于F cr时，弯曲变形的挠度增长较慢；当F接近F cr时，则挠度就急剧增大如图（1-2）所示。 在实验过程中，随着测图1-1压杆稳定试验百分表装置简图出载荷F与值，根据F曲线的渐近线AB，即可确定临界载荷F cr。 对于其他支座情况下细长杆的临界压力可由下面的欧拉公式普遍公式计算，式中为压杆的长度系数，在不同的支座条件下，长度系数不同。 对于两端铰支条件1=；对于一端铰支一端固支条件7.0=；一端自由一端固定条件下，长度系数2=；两端固定条件下；长度系数0.5=。 当中间没有支撑时n应取1，当两端为球铰时，中间有一个支撑时n=2。 五、实验装置本实验采用矩形截面的细长杆试件，试件两端制成刀刃，将试件垂直安放在V型槽中，如图1-1所示，其约束相当于两端铰支。 实验前，由于不知道加载后试件弯曲的方向，所以在试件中间处，沿厚度两侧面各装一个图1-2F曲线百分表或各贴一个电阻应变片；加载后，试件挠度朝向哪一面，就可从该面的百分表读取挠度值或从应变仪上读出应变值。 实验时，为了较好的绘制F曲线，在预估临界载荷值的80%以内，可分为4级等量加载，以后继续加载时，应减小载荷增量，并读取相应的挠度值，要特别注意，当挠度值增加迅速时，就应根据一定大小的挠度增量来读取载荷，以保证绘制F曲线时数据点的均匀分布。 当载荷接近临界载荷时，压杆的弯曲变形较大，因而引起较大的弯曲应力，为了不损伤试件，故应力不得超过比例极限。 因此，当挠度达到一定数值时，应停止加载。 六、实验步骤1试件准备测量试件长度l，宽度b和厚度t；2确定加载方案为保证实验失稳后应力不超过屈服极限，实验前应根据欧拉公式估算实验时的最大许可载荷F max，并根据max0cr crFFA W+计算试件允许的最大挠度max。 3调整多功能实验台放置好安装试件的V型槽支座；4安装试件将试件垂直放入V型槽中，并细心调整，尽可能使压力通过试件的轴线；5安装百分表先将百分表的零点（方法是转动表盘）或调好应变测试系统。 6进行实验按拟定的加载方案，缓慢转动加载螺杆加载，每加一级载荷，读取百分表读数或应变值，当挠度增大较快时，应改用根据一定大小的挠度增量读取载荷，直到规定的挠度值为止；7实验结束卸载到零，取下试件，现场。 七、实验数据的处理根据实验记录，将载荷与挠度读数填写到实验报告中，用坐标纸画出F曲线，并由此确定临界载荷F cr，并与用欧拉公式计算的理论值进行比较。 八八注意事项1.加载时应保持平稳缓慢；2.试件的弯曲变形不宜过大，以免超出比例极限而损坏试件。 压杆稳定实验台示意图偏心拉伸实验（开放性实验二） 一、实验目的1.测定偏心受拉构件某一横截面上的应变（应力）分布曲线；2.将理论计算结果与实验测试结果进行比较； 二、设备名称1.材料力学多功能实验台及偏心受拉构件；2.静态应变仪、电阻应变片、卡尺等； 三、实验原理作用在直杆构件上的外拉力，当其作用线与杆件的轴线平行但不重合时，将引起偏心拉伸，如图2-1。 在材料力学上解决这一问题是应用等效力的概念，将其等效成作用在轴线上的一个力和一个力矩，用解决组合变形的方法，应用叠加原理进行理论分析，即得yzF e yFI?=+，式中F为作用在构件上的外力。 A为构件的横截面积。 ey为外力在构件上作用点到形心在y轴上的偏心距。 I z为构件横截面对z轴的形心主惯性矩。 y为所分析点到形心在z轴的距离，计算时注意y值的坐标正负号。 本实验是用电阻应变测量技术将构件被测试截面在外力作用下的应变测试出来，然后再应用虎克定律而获得应力，即=式中E为构件材料的拉伸弹性模量。 为测试出的应变。 四、实验方法与装置本实验采用低碳钢制成的矩形截面偏心受拉构件（图2-1所示），在构件中部任意N-N截面，沿构件宽度方向的表面上均匀布置5个测试点，既 1、 2、 3、 4、5点，其中3点位于构件轴线上。 在这5个测试点上平行于轴线方向各粘贴一个单向电阻应变片。 将粘贴好电阻应变片的构件置于材料力学多功能实验台上，施加偏心受拉荷载F。 从静态应变仪上可测出各点应变的大小。 五、实验及操作步骤1.用卡尺测量实验构件横截面几何尺寸、宽度b、厚度h，用直尺测量各应变片到中性图2-1偏心受拉构件轴的距离和构件的偏心距。 2参考梁弯曲实验的CM-1A-12型静态应变仪的使用操作方法。 3.将实验构件装在材料力学多功能实验台上，并根据材料的比例极限p，确定最大许用荷载，拟定加载方案。 4.接好各仪器的连接线和电源线，并将各测点处应变片接在电桥上（单臂）。 5.检查试验构件处于无荷载状态，调节加载机构使得载荷为零待用。 6.打开CM-1A-12型静态应变仪后面板上的电源开关。 7.确认屏显液压万能试验机载荷为零时，按一下静态应变仪的前面板上的总清键，各测点自动清零。 若按一下清零键，当前测点清零。 8.按测量键（双功能键，可以转换状态，检查各点K值或显示各点应变值）一下，数字表显示2.000或大于2.000，为K值显示状态，按P/k减或p/k增键，调整某点的K值为应变片的实际K值。 按一次测量键，数字表则为应变值显示状态，此时，按P/k减或p/k增键，