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实验力学实验指导书内容 在机械、化工、土建、航空等工业中得到广泛的作用。 实验力学通过理论教学及相应的实验，使大家对实验应力分析的两种最主要的方法电测法和光测法的基本理论和主要方法有一个基本的了解，从而使大家初步具备用实验力学的手段解决工程实际问题的能力。 实验力学的学习方法是以实验为主，重点培养动手能力。 因此要求大家重视实验，认真做好每一次实验。 实验前要认真预习，实验过程中要勤于思考和动手，并要独立认真地完成每一次实验报告。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-3-第一章电阻应变测量技术电阻应变测量技术科用于测定构件的表面应变，根据应力与应变之间关系。 确定构件的应力状态。 它具有下列优点1.测量灵敏度与精度高，其最小应变读数为10-6，在测量常温下静态应变时精度可达1%；2.频率影响好，可以测量从静态到数十万赫的动态应变；3.测量应变范围广，一般可测量从10-6到2%的应变值；4.易于实现测量数字化、自动化、及无线电遥测；5.可在高（低）温、高速旋转、高压液下、强磁场及核辐等环境条件下进行测量；6.可制成各种传感器，测量力、压力、位移、加速度等物理量，在工业中作为控制或监视的敏感元件。 其主要缺点是:1.一个应变片只能测定构件表面上一点某一方向的应变；2.现在应变片最小栅长为0.2毫米，但仍有一定的长度，只能测量栅长范围内的平均应变。 按作用原理电阻应变片测量技术可看成由电阻应变片、电阻应变仪及记录器三部分组成，它的工作原理大致如下将电阻应变片固定在被测的构件上，当构件变形时，电阻应变片的电阻值发生相应的变化。 通过电阻应变仪中的电桥将此电阻值变化转化为电压或电流的增量，并经放大器放大，最后换算成应变数值或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），输入记录器进行记录，也可输入计算机按预定的要求进行处理，得到所需的应力和应变数值。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-4-实验1电阻应变片的粘贴技术 一、实验目的。 1、初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术。 2、为后续电子应变测量的实验做好在试件上粘贴应变片、界限、防潮、检查等准备工作。 二、实验设备和器材。 1常温用电阻应变片，每一组一包约20枚。 2四位电桥（测量应变片电阻值用）。 3502或501粘贴剂（氰基丙烯酸酯粘结剂）。 425瓦电烙铁、镊子等工具。 5等强度梁试件，温度补偿块。 6丙酮等清洗器材，防潮用石蜡。 7测量导线若干。 8100伏兆欧表（测量缘电阻用）。 9万用表。 三、实验方法和步骤1用四位电桥测量各应变片电阻值，选择电阻值差在0.5欧姆内的1415枚应变片供粘贴用。 2将新购买或净冰箱保存的性能有效的502或501粘结剂、瓶口打一小细孔，以便只流出少量胶液。 3先将试件待贴位置用细砂打成45交叉纹，并用丙酮蘸棉球将贴片位置附近擦洗干净直到棉球洁白为止，按图1-1所示布片图用钢笔画方向线，画线晾干后再用棉球擦一下。 4一手捏住应变片引出线，一手拿502粘结剂瓶，将瓶口向下在应变片基底底面上涂抹一层粘结剂，涂粘结剂后，立即将应变片底面向下平放在试件贴片部位上，并使应变片基准对准方向线，将一小片聚四氟乙烯膜（0.050.1mm厚）盖在应变片上，用手指按在应变片挤出多于粘结剂（注意按住时不要使应变片以东）手指保持不动约1分钟后再放开，轻轻掀开薄膜，检查有无气泡，翘曲，脱胶等现象，否则需重贴。 注意粘结剂不要用得过多或过少，过多，则胶层太厚影实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-5-响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。 可事先用废片试贴练习，掌握时间和用力。 如用力过大，胶几乎全部被挤出，粘结不牢，甚至压坏应变片敏感栅。 此外注意不要被502胶粘结住手指或皮肤，如被粘上可用丙酮泡洗掉。 502粘结剂有刺激性气味，不宜多吸入，切不要滴及眼睛。 5每个小组在补偿块上粘贴2片，再等强度梁上粘贴10片，共12片应变片。 6用万用表检查应变片是否通路，如属敏感栅断开则需重贴，如属焊点与引出线脱开尚可补焊。 将引出线与试件轻轻脱离。 7.将测量导线用胶布固定在等强度梁上，使导线一端与应变片引出线靠近，并事先将导线塑料皮剥去约3mm和涂上焊锡，每组应变花可用一根公线，纵向四枚应变片因今后需做电桥接法实验，不用公线。 然后用电烙铁将应变片引出线与测量导线锡焊，焊点要求光滑小巧，防止虚焊，再用万用表检查应变片是否通路，必要时用四位电桥测量应变片电阻值并作记录，然后用兆欧表检查各应变片（一根导线）与试件之间的绝缘即可。 应大于200兆欧为好。 将导线编号，画布片和编号图。 导线应布置整齐，并留出安装挠度计位置。 8.用烙铁溶化石蜡覆盖应变片区域，作防潮层，再检查通路和绝缘，将等强度梁和补偿块收存好。 9.如果用其它粘结剂粘结应变片则粘结工艺不同，应按具体情况改变。 四、实验报告要求1.简述贴片、接线、检查等主要步骤。 2.画布片和编号图。 这里推荐1.等强度梁尺寸，厚度6mm0.02mm宽度b40mm，长度L(固定端到加载点)约350mm。 2.补偿片尺寸，厚度56mm长宽约6040mm。 40807050等强度梁（正反面）补偿块L45图1-1实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-6-实验2电阻应变片的灵敏系数测定 一、实验目的 1、进一步了解电阻应变片相对电阻变化与所受应变之间的关系。 2、掌握电阻应变片灵敏系数测定方法。 二、实验仪器、设备和工具 1、组合实验台等强度梁实验装置 2、静态电阻应变仪（DH3818） 3、游标卡尺、钢板尺 4、挠度计（带有千分表） 三、实验原理电阻应变片粘贴在试件上受应变?时，其电阻产生的相对变化RR?与?有下列关系。 ?KRR?由此可分别测量RR?及?值求得应变计的灵敏系数。 本实验采用等强度梁装置、挠度计和电阻应变仪测定电阻应变片的灵敏系数。 简图如下图2-1hP等强度梁挠度计千分表lR 1、R2R 3、R4图2-1等强度梁装置等强度梁上下表面的轴向应变?（即所粘贴应变计承受的应变）可用挠度计上千分表在测量时所得读数而同下式计算得实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-7-24lhf?其中f为千分表的读数，h为等强度梁的厚度，l为挠度计的跨度，此公式由材料力学推出。 电阻应变片的相对电阻变化RR?由电阻应变仪测出指示应变?仪和应变仪所设定的灵敏系数值仪K，用下式计算而得仪仪?KRR综合起来用下式可求出应变片的灵敏系数24lhfKRRK仪仪?此外，可采用分级加载的方式，分别测量在不同应变值时应变片的相对电阻变化，进一步了解应变片的相对电阻变化与所受应变之间的关系。 四、实验步骤 (一)、实验准备 1、按规定位置粘贴电阻应变片，焊线、防护（己由生产厂家准备好）。 2、制定加载方案，三级加载1Kg、2Kg、3Kg。 3、接通电阻应变仪，预热10分钟。 4、记录等强度梁外形尺寸及各应变片的位置。 附表1 (二)、进行实验 1、选择温补接桥方法，R14R分别与补偿片R接成温补半桥桥路。 将应变仪所接各点读数预调到零位. 2、加初载荷0P，记下初读数，然后逐级加载，每增加一级载荷，依次记录各点应变仪的i?，直至终载荷。 重复二次。 见附表 23、按加力对照表，分三级加载，注意加载缓慢，勿超载。 4、记录挠度计上千分表的初读数0f分别加1Kg、2Kg、3Kg砝码，测量千分表读数ef和各应变片指示应变仪?读数，列表记录和数据。 见附表2，取三次平均值，计算每个应变片的实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-8-灵敏系数。 5、取各应变片的总平均值为灵敏系数K并计算相对标准偏差。 ?%1001112?nK KKnii? 五、实验报告要求 1、简述实验步骤 2、按表记录和计算各应变计灵敏系数，灵敏系数平均值及相对标准偏差。 3、用分级载荷下测量各应变计的RR?和梁应变仪?数据，作图并计论?RR?之间的关系。 4、讨论这种测定灵敏系数方法的误差。 附表1试件相关数据等强梁尺寸和有关参数计算长度Lmm应变仪灵敏系数K仪2.0（设定值）梁的宽度bmm梁的厚度hmm挠度计跨度l100mm附表2实验数据应变计P(Kg)0f ef0f ffe?计算?仪?RR?K平均值iK1R1232R1231实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-9-3R234R123实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-10-实验3电阻应变片横向效应系数的测定 一、实验目的 1、学会一种测定电阻应变片横向效应系数的方法。 2、练习使用静态电阻应变仪。 二、实验仪器、设备 1、组合实验台等强度梁实验装置 2、静态电阻应变仪（DH3818） 3、游标卡尺、钢板尺 三、实验原理在等强度梁上下表对称贴有轴向和横向应变片（见图3-1）1R、2R和，1R、2R。 当等强度梁受力弯曲时应变片1R受拉应变1?，应变片2R受压应变12?。 应变片1R受压应变-1?，应变片2R受拉应变12?。 R21R图3-1等强度梁上贴片电阻应变仪分别测量其相对电阻变化21?RRRR和，有下列公式?2B1L1B1L11K K K K?仪仪KRR?1B2L1L1B212K KKK?仪仪KRR其中仪K为电阻应变仪灵敏系数设定值（一般令0.2K仪），实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-11-LK为应变片纵向灵敏系数BK为应变片横向灵敏系数?为材料的泊松比，已知285.0?（钢材）应变片的横向效应系数LBKKH，?仪仪HH1H KH1K1L1L21?由此可解得?仪仪21H1H?仪仪仪仪1221H?%100H2112?仪仪仪仪?其中如仪1?为正，则.2仪为负。 四、实验步骤 1、等强度梁正反面对称贴有一对应变片，21R R、和对应的21R R、，补偿块上有应变片R，将21R R、和21R R、与R温补半桥接法接入应变仪，预调零点。 2、加载3Kg，用应变仪测出每个应变片的三次应变，并计算出平均应变。 3、按公式计算横向效应系数，将正反面两对应变计所算得的H，取平均值。 实验数据应变片号P（Kg）1仪?2仪?3仪?平均仪?计算H%正面纵向1R正面横向2R反面纵向1R反面横向2R实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-12- 五、实验报告要求 1、简述实验步骤 2、按表记录和计算应变片横向效应系数，横向效应系数平均值。 3、讨论用这种方法测定应变片横向效应系数的结果和测量误差。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-13-实验4应变测量电路的接法 一、实验目的1掌握在静载下使用静态电阻应变仪的单点应变测量方法。 2.学会电阻应变片半桥、全桥接法。 二、实验仪器、设备1等强度梁装置，连加载砝码。 2.应变片，在等强度梁上下粘贴四枚，在补偿块上粘贴二枚，如图4-1所示。 3.静态电阻应变仪（DH3818） 三、实验原理与方法。 电阻应变仪电桥输出U与各桥臂应变片的指示应变有下列关系)(44321?EKU（4-1）其中 1、 2、 3、4分别各桥臂应变片的指示应变，k为应变片灵敏系数，E为桥压。 R56RR3,41,2R图4-1布片图对于半桥接法如应变片R1（正面、受拉应变1）与温度补偿片R5接成半桥，另外半桥为应变仪内部固定桥臂电阻，则输出只有应变1；如梁上表面应变片R1（正面、受拉应变1）与梁下表面应变片R2（反面受压应变2），接成半桥，则输出为1-221。 （2-1）对于全桥接法如应变片R1和R3（正面、受拉）与R2和R4（反面、受压）接成全桥，则输出为1-2+3-441（24-1-3）。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-14- 四、实验步骤分别按图4-2所示各种接法接成桥路。 先在初荷载下将应变仪调零，加载10公斤测量指示应变仪仪记录在表4-1中，加载三次并进行数据处理，检查仪与应变值得倍数。 R RBC ADDCBRRRR1或R2,3,4A56或R1R2R补偿片R5R1DA CB3R6R R4R3BCAD1R2R补偿片仪1(a)=(b)=21仪(c)=21仪仪1(d)=4补偿片图4-2应变片的各种接桥方法表4-1各种接法测量结果(a)(b)(c)(d)1kg2kg1kg2kg1kg2kg1kg2kg1接法荷载次数实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-15-23平均应变 五、实验报告要求 1、讨论应变片各种接桥方法，比较其优缺点。 2、按实验步骤完成实验，并各种接法的实验数据。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-16-实验5静态应变的多点应变测量（一）实验目的 1、掌握多点静态应变测量技术。 2、学会用电阻应变花方法求解主应变和主方向。 （二）实验仪器、设备 1、组合实验台等强度梁实验装置。 2、应变计，在等强度梁上粘贴成电阻应变花如图5-1。 3、静态电阻应变仪。 （三）实验原理用电阻应变仪将等强度梁上两组电阻应变花与补偿块上温度补偿片R接成温补半桥，预调零点后，在3Kg载荷下测量应变，加卸载三次，分别记录各应变计读数，按表数据，并根据应变花公式计算主应变。 R450R00R900正反面各一组应变花图5-1电阻应变花布片图电阻应变花测量数据载荷次数0R45R90R3Kg3Kg3Kg123实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-17-平均应变?（四）实验报告要求1.按材料弹性模量Pa E111010.2?，计算等强度梁在3Kg载荷下纵向表面应变值。 2.将电阻应变花测量数据计算主应变和主方向，与计算纵向应变值比较，并计论电阻应变花测量结果。 主应变及主方向的计算公式?290452450900min max000000222?0000090090045022?tg式中00090450?、分别为 00090450、方向所贴应变计测得的应变值，?min max?为主应变，00090?或为主应变方向。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-18-实验6动态应变测量 一、实验目的 1、掌握动态应变测量的基本方法。 2、学会动态应变测试系统（DH3817）的操作。 3、对动态应变曲线进行分析。 二、概述随时间而变的应变称为动态应变。 在工程中经常可以看到一些构件在工作时其应变为动态应变，例如汽车在山路上行驶时，底盘上的大梁由于荷载而引起动态应变。 在研究这些构件的强度时，需要测定其动态应变。 在电阻应变测量技术中，动态应变与静态应变的测量基本原理相同，但由于动态应变随时间而变化，因此必需采用记录器，同时对应变仪有不同的要求。 本系统已实现微机自动采集数据。 本测量系统表示在图6-1中。 在动态应变测量时，须根据应变的频率选择合适的仪器。 应变片电桥电阻应变仪200HE动静态控制器图6-1DH3817采集系统 三、实验装置与仪器 1、可提供动态应变的加载装置。 2、动态应变仪。 3、控制器及与动态应变仪相匹配的控制软件。 动态应变测量的实验系统（图6-2）由加载装置动态电阻应变仪和控制器三部分组成。 其中加载装置为一个等强度梁在悬臂端部附加一个重物作单质点体系，通过给予单质点一个初始位移使体系自由振动。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-19-应变片应变片R1R2动态电阻应变仪控制器初始位移等强梁图6-2动态应变仪测量实验装置 四、实验方法与步骤在本实验中重点通过对悬臂端单质点体系自由振动的动态应变采集，掌握电阻动态应变仪控制控作系统的操作方法。 分两步，第一部熟悉控制软件操作过程过程及动态电阻应变仪（见随机说明书）的使用。 第二步，电桥，接线，通过控制器控制实验过程，采集数据。 动态电阻应变仪接线 （1）接桥，采用半桥（卧桥电路）见图6-3桥路。 R2R1图6-3桥路（卧桥） （2）开通电源，使电阻应变仪预热20分钟。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-20- （3）调查电阻应变仪测量通道平衡。 （4）开始实验。 通过控制器用控制软件实现自动采集。 五、实验报告要求 1、简述动态应变测量。 2、采集单质点时振动曲线。 六、思考题 1、动态应变测量有哪些特点？ 2、实验中动态应变测量引起误差分析。 3、定性分析所采集应变图形特点。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-21-第二章光弹性实验方法光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法。 它是采用具有双折射性能的透明材料作成与实际构件形状相似的模型，并在其上施加与实际构件荷载相似的外力，置于偏振光场中，由于偏振光的干涉，形成明暗相同的条纹，这些条纹指示了模型内部各点的应力情况，可用来确定模型各点的应力，再根据模型相似的理论，换算成实际构件中的应力，其精度一般能满足工程设计要求。 光弹性法是全域性的实验方法，直观性强；能有效和准确的确定结构或零件的应力集中；从强度观点寻求零构件合理的几何形状比较迅速、经济；可用来确定零构件表面和内部各点的应力，不仅能用于平面问题的应力分析而且能用于三维问题以及动应力、热应力和塑性变形等的研究。 在机械、土建水利、交通运输、化工容器及航空等方面有较广泛的应用。 实验7光弹性实验方法观察实验 一、实验目的。 1了解光弹性仪各部分的名称和作用，掌握光弹性仪的使用方法。 2观察光弹性模型受力后再偏振光场中的光学效应。 二、基本原理概述。 光弹性实验所使用的仪器为光弹性仪，一般由光源（包括单色光源和白光光源）、一对偏振镜、一对四分之一波片以及透镜和屏幕等组成，其装置简图如图7-1。 LP QQ ALLOSI图7-1光弹性仪装置简图S光源L透镜P起偏镜Q四分之一波片实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-22-A检偏镜O试件I屏幕光弹性实验中最基本的装置是平面偏正光装置，它主要由光源和一对偏正镜组成，靠近光源的一块称为起偏镜，另一块称检偏镜，如图7-3所示。 当两偏振镜正交时形成暗场，通常调整一偏振镜轴为竖直方向，另一为水平方向。 当两偏振镜轴互相平行时，则呈亮场。 光源起偏镜模型检偏镜AP12o图7-3平面偏振光装置在正交平面偏振光场中，由双折射材料制成的模型受力后，则使入射到模型的平面偏振光分解为沿各店主应力方向振动的两列平面偏振光，且其传播速度不同，通过模型后，产生光程差，此光程差与模型的厚度h及主应力差（?1?2）成正比，即Ch（?1?2）（7-1）其中C为比例系数，此式称为平面应力光学定律。 当光程差为光波波长整数倍时，即NN0，1，2，(7-2)产生消光干涉，呈现暗点。 同时满足光程差为同一整数倍波长的诸点，形成黑线，称为等差线，由式(7-1)和（7-2）可得到?1?2hNf(7-3)其中Cf?称为材料纹值。 由此可知，等差线上各点的主应力差相同，对应于不同的N值则有0级、1级、2级等差线。 此外，在模型内凡主应力方向与偏振镜轴重合的点，亦形成一暗干涉条纹，称为等倾线，等实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-23-倾线上各点的主应力方向相同，由等倾线可以确定各点的主应力方向。 当二偏振镜轴分别为垂直水平放置时，对应的为零度等倾线，这表明，等倾线上各点的主应力方向皆与基线（水平方向）成零度夹角，此时若再将偏振镜同步反时针方向旋转10即得10等倾线，其上各点主应力方向与基线夹角为10，其他依此类推。 等差线和等倾线是光弹性实验提供的两个必要的资料，据此可根据模型的受力特性计算其应力。 为了消除等倾线以便获得清晰的等差线图，在两偏振镜之间加入一对四分之一波片，以形成正交圆偏振镜光场，各镜片的相应位置如图7-4所示。 光源起偏镜模型P12ou145454545慢轴快轴慢轴快轴1/4波片1/4波片检偏镜A图7-3平面偏振光片装置一般观察等差线时，首先采用白光光源，此时等差线为彩色，故亦称为等色线，当N0呈现黑色，等差线的级数即可根据零级确定，非零级条纹均为彩色，色序按黄红绿次序指示着主应力差（?1?2）的增加，并以红绿之间的深紫色交线为整数条纹，在具体描绘等差线时，可采用单色光源如纳光，以提高测量精度。 三、实验设备与模型1光弹性仪一台。 2光弹性模型数个梁，圆盘，圆环，吊钩，框架等等。 四、实验步骤1.观看光弹性仪的各个部分，了解其名称和作用。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-24-2取下光弹性仪的两块四分之一波片，将二偏振镜轴正交放置，开启白光光源，然后单独旋转检偏振镜，反复观察平面偏振镜光场光强变化情况，分析各光学元件的布置和作用，并正确布置出正交和平行两种平面偏振光场。 3.调整加载杆杠，放入圆盘模型，使之对径受压，逐级加载，观察等差线与等倾线的形成。 同步旋转两偏振镜轴，观察等倾线的变化及特点。 4.在正交平面偏振镜场中加入两片四分之一波片。 先将一片四分之一波片放入并转动之使再成暗场，然后转45，再将另一四分之一波片放入并转动使再成暗场，即得双正交圆偏振光场。 此时等倾线消除，在白光光源下，观察等差线条纹图，分析其特点。 再单独旋转检偏镜90，则为平行圆偏振光场，观察等差线的变化情况。 5.熄灭白光，开启单色光源，观察模型中的等差线图，比较两种光源下等差线的区别和特点。 6.换上其他一至二个模型。 重复步骤3至5，观察在不同偏振镜光场和用不同光源情况下，模型内等差线和等倾线的特点和变化规律。 7.关闭电源，取下模型，清理仪器、模型及有关工具。 四、实验报告要求1.绘出光弹性仪装置简图，简述各光学元件的作用。 2.简要说明仪器调整过程，并绘出正交和平行平面偏振光场以及圆偏振光场布置简图。 3.简述在不同偏振光场和不同光源下观察到的模型中的干涉条纹现象。 附录对径受压圆盘条纹图实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-25-图7-7（a）等差线图7-7（b）等差线与主应力迹线实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-26-实验8梁的弯曲实验 一、实验目的1通过梁的纯弯曲实验，测定光弹性材料条纹值f。 2通过简支梁弯曲实验，掌握等差线和等倾线的绘制方法，并计算不同截面的剪应力。 二、实验原理和方法1矩形截面梁在弯矩M作用下，如图8-1所示。 根据光弹性实验的等差线图测得纯弯区段邻近上下边缘某整级数条纹N之间的距离H0，如图8-2，对应的应力理论值为)(6,02HHkHM?其中M弯矩，h为梁厚度，H为梁高度，H0为等差线图上条纹级数N之间的距离，H为等差线图上梁边界间的距离。 又根据光弹性实验的基本关系式有hNf?则可得到)(602HHNHMf?（8-1）2两端简支的矩形截面梁，跨中承受集中荷载P，根据光弹性实验提供的等差线条纹图和等倾线条纹图，可通过下式计算得到各点的剪应力值?2sin212sin)(2121?hNf（8-2）其中h为梁的厚度，f为材料条纹值，N为等差线条纹级数，为等倾线参数。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-27-a a模型上横梁支座LhH图8-1纯弯曲模型及加载装置012341234H0H图8-2纯弯曲梁等差线示意图LhH5D BAL/4图8-3简支梁受跨中集中荷载实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-28- 三、实验设备及模型1光弹性仪一台。 2矩形截面梁一个。 四、实验步骤（一）纯弯梁实验1将二偏振镜轴水平垂直放置，将一对四分之一波片放入，令其轴与偏振镜轴成45角，使成暗场，即得正交圆偏振光场。 2测得模型尺寸H，h并划线。 3调整加载杠杆使之平衡，根据划线位置将模型按图8-1所示安装成纯弯受力形式。 开启白光光源，对模型施加少许载荷，调整成像系统，使在屏幕上成适宜大小和清晰的映像，并观察条纹的对称性，若不对称，则调整加载装置直到对称为止。 4逐级加载，观察等差线的生成和变化规律，加载至纯弯区段上下边缘的等差级数为45级，停止加载。 分析等差线的特点，找到零级条纹位置及条纹变化规律，判断边界应力符号。 5在屏幕上用描图纸描绘模型边界线及等差线条纹图标明级数，记下荷载P。 （二）简支梁弯曲实验1等差线描绘 （1）将仪器调整为正交圆偏振光场。 （2）在梁上划出支座及加载位置线，以及计算截面AB，CD位置线。 （3）在加载架上按装试件如图8-3，开启白光光源，并加少许载荷，调整成像系统使在屏幕上成清晰的映像，并调整加载装置使条纹对称。 （4）逐级加载，至AB截面出现4-5级等差线为止，观察与分析等差线的特点和变化规律，判断边界应力符号。 （5）在屏幕上用描图纸描出模型边界线及等差线的条纹，标明级数。 （6）单独旋转检偏镜90，即成平行圆偏振光场，得到半级数条纹图案，继续划在屏幕的描图纸上，标明级数。 记下荷载P。 2等倾线的描绘 （1）将四分之一波片取去，使二偏振镜轴分别为水平垂直放置，即得平面偏振光场，利用白光光源，适当减少载荷，使模型呈现浅兰色背景，同步反时针方向转动二偏振镜，观察等倾线变实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-29-化规律。 （2）以水平为基准，同步反时针方向转动偏振镜轴，在屏幕上用描图纸依次描出0，5，15，30，45，60，75，85等倾线，标明度数，并反复检查核对。 3将实验结果交指导教师检查签字。 4清理实验现场。 五、实验报告要求1简述实验目的及过程。 2绘出纯弯梁等差线分布图，量出图8-2所示H，H0再根据P、a、N、H值由式（8-1）计算出f值。 3绘制简支弯曲梁的等差线和等倾线图。 并划出AB，CD截面的N，曲线，将AB，CD截面分成若干等分（如六等分），根据N，曲线求出各分点的N，值，再由式（8-2）计算各点的剪应力值，绘出剪应力分布曲线，并与材料力学计算结果比较。 数据表格点号AB截面AB截面N条实计N条实计01264.结果讨论 （1）实验值与材料力学计算结果比较分析。 （2）实验结果误差分析。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-30-附录:梁弯曲的条纹图图8-4纯弯曲梁等差线图图8-5简支梁等差线图图8-6简支梁德等倾线（a）(a)0(b)10(c)20(d)30(e)45(f)60(g)75实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-31-（b）实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-32-实验9对径受压圆盘的应力分析 一、实验目的利用圆盘对径受压测量材料条纹f.掌握用剪应力差法计算任一截面的应力分量，本实实验计算水平直径的应力分布。 二、实验原理与方法圆盘在对径压力作用下的应力分析，是一较典型的平面应力问题，由于模型和载荷是对称的，在水平直径上没有剪应力，在圆心处，根据弹性力学理论解有12PDh?26PDh?其中P为载荷，D为直径，h为模型厚度。 又由光弹性实验测得圆心处的等差线条纹级数N，则在圆心处有12Nfh?由以上各关系式，可以得到材料条纹值8PfDN?（9-1）由于圆心处时间边缘效应很小，用对径受压圆盘来测定材料条纹值往往精度较高。 为了计算水平直径的英里可采用剪应力差法，考虑到受力的对称性，只取一辅助截面如图9-1，将水平半径OM及辅助截面AB分为若干等分，则由测得各分点的N、值，根据下列公式计算各分点的应力值。 AB截面的剪应力iixyhf Ni?2sin21?,i a b c?为轴与1?的夹角，并自x轴逆时针方向转道1?为正。 实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-33-图9-1圆盘对径受压剪应力差2xy xy?OM截面的正应力yxaixy xoxj?.?0,1,2,3j?，x y?、与坐标轴的正方向一致为正，0x?为边界应力值。 ijxj yjhfN?2cos? 三、实验设备及模型1.光弹性仪一台2.圆盘模型一个，参考尺寸为h=6mm,D=4-6cm. 四、实验步骤1.按图9-1所示，用铅笔在模型上画出计算截面OM位置线，并将其分成五等分，各分点记作0，1，2，3，4，5。 在OM截面上方取辅助截面AB，AB与OM截面的相应分点中间。 量测试件直径D，厚度h。 2.等倾线测量 （1）调整仪器为平面偏振光场，开启白光光源。 （2）将模型放入加载架，加一初始载荷，调整偏振镜，使圆盘中呈现水平垂直的十字形等倾线，即实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-34-零度等倾线。 （3）同步反时针旋转偏振镜，逐点测量AB截面上各分点的等倾线度数，并记录之。 3.等差线测量 （1）加入一对四分之一波片，调整仪器为正交圆偏振光场，开启白光光源。 （2）对模型逐级加载，直至圆盘中心出现4-5级条纹为止，观察等差线的形成过程，数清条纹级数。 （3）换用单色光（钠光），利用单独旋转检偏镜方法逐点测量AB，OM截面上各分点的等差线条纹级数N，并记录之。 （4）记录载荷P。 4.将实验结果交指导教师检查签字。 5.关闭电源，卸去载荷，取下模型，现场。 五、实验报告要求1.简述实验目的与步骤2.根据圆盘中心点等差线条纹级数，由式（9-1）计算材料条纹值。 3利用剪应力差法计算OM截面的正应力，画出应力分布曲线。 计算数据表格点号Nxy?xyxy?点号x?Nx?abc de0123454.静力平衡校核内力的合理可根据y?曲线所包围的面积求得，近似为实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-35-)2121(254321y y yyy yoxh P?与外力P比较误差为100%P PP?5.与弹性力学计算结果比较有弹性力学可解得水平直径各点的应力为22221414xPDh?2224114yPDh?其中,xxD?的原点在圆心。 数据表格点号012345/x Dy?理y?实0.50.40.30.20.10附录对径受压圆盘条纹图图9-2对径受压圆盘等差线图实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-36-图9-3对径受压圆盘等差线实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-37-实验10冻结切片法 一、实验目的掌握用冻结切片法确定三维模型应力的方法。 二、实验原理与方法光弹性法用语三维物体的应力分析时，通常采用冻结切片方法，即将光弹性模型加热到一定的高温，施加载荷，再缓慢冷却至室温后卸载，则模型中英里仍被保存，且可将模型切成薄片来进行应力分析。 在三维模型中，任一点的应力状态可用六个应力分量表示，当光线沿着某一方向照射切片时，只有与照射方向垂直平面内的应力分量产生光学效应，此平面内的最大和最小正应力称之为次主应力，用1?和2?表示，次主应力差与条纹级数间有如下关系12Nfh?（10-1）式中f为冻结材料植，h为切片厚度，此式称为三维应力光学定律。 圆轴受纯纽时的应力分析可采用冻结切片法。 采用圆柱坐标系统r、?、z，等截面圆轴受纯扭转后，由弹性力学可知仅有剪应力z?，其他应力分量均为零。 当采用斜射时，取旋转坐标为x,y,1Z，如图10-1,1Z轴均在0?的子午面内,1Z轴与Z轴的夹角为?,则两个坐标系间的关系为图10-1坐标关系r?Z xcos cos?cos sin?sin?实验力学实验指导土木工程学院力学实验室-38-y sin?cos?01z sincos?sin sin?cos?当光线沿1Z方入射时,应力x?、y?、xy?起光学效应，则有12212()()4z xy xy?（10-2）x?、y?和xy?可以用r、?、Z坐标中的应力分量来表示，且考虑到0r ZrZ r?则2cos sinsinx Z?0y?（10-3）?cos sin?z xy将式（10-3）代入式（10-2），则得到1222212()sin2sin4sin cosZZ?（10-4）按图10-2所示选取切片，垂直于轴线的切片成为横切片，与轴线成