建筑力学实验指导书

1/23建筑力学实验指导书建筑力学规定实验指导书专业：班级：小组：姓名：浙江同济科技职业学院XX年3月目录1.实验守则22.实验项目实验一金属材料的拉伸与压缩实验3实验二梁的纯弯曲正应力实验13实验守则.实验前，预习实验指导书和有关理论。.进入实验事不得高声喧嚷，不得擅动机器、仪器；不做与本实验无关的事项。.实验时应严肃认真，遵守操作规程和注意事项；仪表安装、测试线路连接完成后，必须严格检查无误后才能进行实验。2/23.机器、仪表发生故障，应立即报告指导人员及时检查处理。若有违反操作规程而造成机仪损坏的学生，将按学校有关规定处理，包括赔偿损失。.实验完毕后，应将仪器、工具清理归还，实验记录经指导教师阅后方得离开实验室。实验一金属材料的拉伸与压缩实验拉伸与压缩实验是建筑力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力变形断裂的这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。拉伸实验这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。利用电液伺服液压万能试验机自动绘出的载荷变形图，及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。图电液伺服液压万能试验机一、实验目的1.研究低碳钢、铸铁的应力应变曲线拉伸图。2确定低碳钢在拉伸时的机械性能。3.确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。3/23二、实验原理拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。在单向拉伸时F?L曲线的形式代表了不同材料的力学性能，利用：?F?L?S0L0可得到?-?曲线关系。三、实验所用的设备、仪器和工具1、300KN电液伺服液压万能试验机2、游标卡尺3、记号笔一台一支一支各一个4、低碳钢、铸铁试件四、试件试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响，就是同一材料由于试件的计算长度不同，其延伸率变动的范围就很大。例如：对45#钢：当L010d0时，延伸率A102429%，当L05d0时，A52325%。为了能够准确的比较材料的性质，对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。按国标GB/T228-2002的要求，拉伸试件一般采用下面两种形式：图试件形式10倍试件；4/23圆形截面时，L010d0矩形截面时，L0?建筑力学实验指导书实验一金属材料拉伸与压缩实验一拉伸实验拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。一、实验目的要求测定低碳钢的流动极限?S、强度极限?b、延伸率?、截面收缩率?和铸铁的强度极限?b。碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线。较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。二、实验设备和仪器材料试验机、游标卡尺、两脚标规等三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头5/23内。为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即l?5d或l?10d。对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为l?或l?，A为标距段内的截面积。四、实验方法与步骤1、低碳钢的拉伸实验：）试件的准备：在试件中段取标距l?10d或l?5d在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d取最小值作为计算试件横截面面积用。）机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限?b及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。）进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F和变形?L的关系曲线如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到A点时，拉伸图上OA段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成6/23比例关系，即符合虎克定律的弹性变形范围。当载荷增加到B?点时，测力计指针停留不动或突然下降到B点，然后在小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动与B?点相应的应力叫上流动极限，与B相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以B点相对应的载荷值FS除以试件的原始截面积A即得到低碳钢的流动极限?S，?S?FS流动阶段后，试件要承受更大的A外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C点至D点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值Fb时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值Fb，用Fb除以试件的原始截面积A，就得到低碳钢的强度极限?b?b?Fb/A。在试件发生“颈缩”后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，到E点试件断裂。关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度l1，按下式可计算出低碳钢的延伸率?l1?l?100%。l将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口处的直径d1，计算出面积A1；按下式可计算出低碳7/23钢的截面收缩率?，?A?A1?100%A图1-2图1-3从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得l1的数值与断口的部位有关。为了统一?值的计算，规定以断口在标距长度中央的区段内为准，来测量l的值，若断口不在区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：设两标点C到C?之间共刻有n格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d起，向右取n/2格，标记为a，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a点至C1点有多少格，就由a点向左取相同的格数，标以记号b，令L?表示C到b的长度，则L?2L?的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n，故l1?L?2L?。当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验结果无效，需要重作实验。2、铸铁的拉伸实验：）试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限?b，估计拉伸试8/23件的最大载荷。）试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同1)进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷Fb，观察自动绘图装置上的曲线，如图1-3所示。将最大载荷值Fb除以试件的原始截面积A，就得到铸铁的强度极限?b?b?Fb/A。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。二压缩实验在工程实际中，有些构件承受压力，而材料由于载荷形式的不同其表现的机械性能也不同，因此除了通过拉伸实验了解金属材料的拉伸性能外，有时还要作压缩实验来了解金属材料的压缩性能，一般对于铸铁、水泥、砖、石头等主要承受压力的脆性材料才进行压缩实验，而对于塑性金属或合金进行压缩实验是主要目的是为了材料研究。例如灰铸铁在拉伸和压缩时的强度极限不相同，因此工程上就利用铸铁压缩强度较高这一特点用来制造机床底座、床身、汽缸、泵体等。一、实验目的和要求）测定在压缩时低碳钢的流动极限?S二、实验准备：9/23材料试验机、游标卡尺三、试件四、实验方法与步骤1低碳钢的压缩实验）试件准备：用游标卡尺测量试件的直径d。）试验机的准备：首先了解试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。选择合适的测力刻度盘，配置相应的摆锤，开动机器，将刻度盘指针调到零点，然后将试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，使试件承受轴向压力。）进行实验：开动机器，使试件缓慢均匀加载，低碳钢在压缩过程中产生流动以前基本情况与拉伸时相同，载荷到达B时，测力盘指针停止不动或倒退，这说明材料产生了流动，当载荷超过B点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐明显地增大，试件最后被压成鼓形而不断裂，故只能测出产生流动时的载荷FS，由?S?FS/A得出材料受压时的流动极限而得不出受压时的强度极限。图2-22、铸铁的压缩实验图2-3铸铁压缩与低碳钢的压缩实验方法相同，但铸铁受压时在很小的变形下即发生破坏，只能测出Fb，由?b?Fb/A得出材料强度极限。铸铁破坏时的裂缝约与轴线成45?角左右。10/23五、注意事项）试件一定要放在压头中心以免偏心影响）在试件与上压头接触时要特别注意减小油门，使之慢慢接触，以免发生撞击，损坏机器。）铸铁压缩时，应注意安全，以防试件破坏时跳出打伤。六、讨论题）低碳钢压缩图与拉伸图有何区别？说明什么问题？）铸铁的破坏形式说明什么问题？）碳钢压缩后为什么成鼓形？四川大学锦城学院基础力学实验实验指导书及实验报告专业班级：姓名：学号：指导教师：四川大学锦城学院土木与建筑工程系建筑力学实验室年月日目录建筑力学实验规则.111/23建筑力学实验报告填写要求.2建筑力学实验指导书.3基本实验：低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验.3基本实验：扭转实验.5基本实验：冲击实验.8基本实验：纯弯曲梁截面上正应力的分布规律实验.10基本实验：材料弹性模量E的测定.13基本实验：弯扭组合作用下的电测试验.15建筑力学实验报告.1912/23实验报告：金属的拉伸实验报告.19实验报告：金属的压缩实验报告.20实验报告：材料扭转实验报告.21实验报告：冲击实验报告.22实验报告：梁的纯弯曲实验报告.23实验报告：弹性模量E的测定实验报告.25实验报告：弯扭组合作用下的电测试验.26建筑力学实验规则一、每次实验前要做好准备，必须做到：1、复习有关理论知识。2、阅读实验指导书，基本上了解实验目的、内容、程序及有关仪器设备的主要原理和使用方法。3、实验前指导教师按上述要求，检查学生准备情况，不合格者不得参加实验。二、按照实验课程表所指定的时间，准时进入实验13/23室，不得迟到早退。三、以小组为单位，在老师的指导下进行实验。1、实验小组长负责保管所有用具，组织分工，按实验步骤操作规程进行实验。2、小组成员要有分工，并要互相配合，认真地进行实验，不得独自的无目的地随意动作，以保证实验正常进行。四、严格遵守操作规程，爱护实验设备。1、对仪器设备的使用方法不清楚时，应向指导教师提出询问，避免造成设备损坏。2、按规定的实验步骤进行实验，不得随意改变实验方法和步骤。3、对所用仪器，工具要注意保持整洁，不得随意乱丢。4、实验中遇到异常情况或仪器损坏，小组长应立即报告指导教师进行处理，不得使用非指定仪器。五、实验准备完毕请指导老师检查允许后方可开动机器进行实验六、遵守课堂纪律，保持实验室内安静和清洁实验完必要整理机器、工具、桌椅，按规定位置摆放好。七、实验数据要有指导教师检查后，学生才可离开实验室。14/23八、按规定时间提交实验报告，报告要独立完成，书写工整，计算、图表等要清晰整齐。建筑力学实验报告填写要求建筑力学实验是工程类专业力学课程的重要组成部分，是学习理论和解决工程实际问题的有力方法，通过认真填写实验报告又可培养科学分析和计算能力，在填写报告必须注意以下几点：一、实验数据须按实验步骤、方法测得，经指导教师检查无误后才可填入报告。二、同一小组记录数据相同，但计算结果应由每个实验者独立完成。三、填写报告时，字迹要工整，图表清晰、整齐，不许随意改动。四、计算时，有效数字取一位小数即可，有关单位应注明。五、按规定时间提交实验报告，不得无故延误。建筑力学实验指导书基本实验：低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验一、实验目的1试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。2测定该试样所代表材料的PS、Pb和L等值。15/233对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。4学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。二、仪器设备和量具微机控制电子万能材料试验机，钢板尺，游标卡尺。三、低碳钢的拉伸和压缩实验1低碳钢的拉伸实验在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中，观察屈服、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象；绘制pL曲线如图21所示；记录试件的屈服抗力Ps和最大抗力Pb。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。图21低碳钢拉伸图及压缩图强度指标：Ps?d2?s?,其中A?A4屈服极限P?b?bA强度极限塑性指标：延伸率?10?L1?L?100%L16/2322d1?d?d2?100%断面收缩率2低碳钢的压缩实验实验前，测量试件的直径d和高度h。实验时，观察低碳钢试件压缩过程中的现象，绘出PL曲线，测定试件屈服时的抗力Ps，从而计算出低碳钢的屈服极限：P?s?sA第一章绪论工程力学实验的内容实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化，实际构件典型化，公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度，刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状17/23和载荷都十分复杂，构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据，这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此，材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容：1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料在变形、强度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈服极限、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。此外，材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展，各种新型合金材料、合成材料不断涌现，力学性能的测定，是研究每一中新型材料的重要任务。2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的，例如杆件的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。3.实验应力分析某些情况下，例如因构件几何形状不规则，受力复杂或精确的边界条件难以确定等，应力分析计算难于获得准确结果。这时，用诸如电测、光弹性18/23等实验应力分析方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。材料力学试验的标准、方法和要求材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等，虽是材料的固有属性，但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境等有关。为使实验结果能相互比较，国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。对破坏性试验，如材料强度指标的测定，考虑到材料质地的不均匀性，应采用多根试样，然后综合多根试样的结果，得出材料的性能指标。对非破坏性试验如构件的变形测量，因为要借助于变形放大仪表，为减小测量系统引入的误差，一般也要多次重复进行，然后综合多次测量的数据得到所需结果。实验应力分析除前面提到的电测法和光弹性法外，还有激光全息光弹性法、散斑干涉法、云纹法、声弹法等。采用何种方法取决于试验的目的和对试验精度的要求。一般说，如仅需了解构件某一局部的应力分布，电测法比较合适；如需了解构件的整体应力分布，则以光弹性法为宜。有时也可把几种方法联合使用，例如可用光弹性法判定构件危险截面的位置，再使用电测法测出危险截面的局部应19/23力分布。关于试验应力分析，本书主要介绍电测法。整理试验结果时，应剔除明显不合理的数据，并以表格或图线表明所得结果。若试验数据中两个量之间存在线性关系，可用最小二乘法拟合为直线，然后进行计算。数据运算的有效位数要依据机器、仪表的测量精度来确定。最后要求写出试验报告，并对试验结果进行分析。第二章材料的力学性能测定WDW电子式万能材料试验机测定材料的力学性能的主要设备是材料试验机。能兼作拉伸、压缩弯曲等多种实验的试验机称为万能试验机，或简称万能机。供静力实验的万能材料试验机有液压式、机械式、电子机械式等类型。下面着重介绍微机控制电子万能试验机。电子万能材料试验机是现代电子测量、控制技术与精密机械传动相结合的新型试验机。它对载荷、变形、位移的测量和控制有较高的精度和灵敏度。与计算机联机还可进行试验进程模式控制、检测和数据处理自动化，并有低周载荷循环、变形循环、位移循环的功能。国产电子万能材料试验机以WDW系列为基础，不同厂家生产的主机结构、信号转换元件配置、传动系统、检测控制原理基本相同，唯软件功能和操作系统有一些差异。本文介绍的WDW电子万能试验机装载的是基于20/23Windows平台的AutoCTS500全数字多通道闭环测控系统，其用户界面呈现与Windows风格一致的中文窗口系统，掌握和使用都比较方便。图21WDW200C电子万能试验机一、加载控制系统图21为WDW200C外形图，图22是其主机结构、检测、控制系统原理示意图。在加载系统中，由上横梁、四根导向立柱和工作平台组成门式框架。活动横梁把门式框架分成拉、压两个试验空间，拉伸夹具安装在活动横梁与工作平台之间，压缩和弯曲辅具则安装在活动横梁和上横梁之间。活动横梁由滚珠丝杠副驱动。根据试验要求控制系统得到控制信号，经调速系统放大后驱动伺服电机带动传动系统及滚珠丝杠转动，使活动横梁上升或下降运动，从而实现对试样的加载。图22WDW万能试验机结构原理示意图二、测量与显示系统测量系统包括载荷测量、试样变形测量和活动横梁的位移测量三部分。试样受力变形时，通过负荷传感器、应变式引伸仪分别把机械量转换为电压信号，横梁的移动通过随滚珠丝杠转动的光电编码器