工程力学实验报告书

1工程力学实验报告书姓名学号班级指导教师江西理工大学（南昌）年月日2力学实验规则及要求一、作好实验前的准备工作（1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。（2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。（3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。二、严格遵守实验室的规章制度（1）课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。（2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。（3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。（4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。三、认真做好实验（1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。（2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。（3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。四、实验报告的一般要求实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。3实验一纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的1测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2验证纯弯曲梁的正应力计算公式二、实验仪器设备和工具3组合实验台中纯弯曲梁实验装置4力应变综合参数测试仪5游标卡尺、钢板尺三、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为MY/IZ式中M为弯矩，IZ为横截面对中性轴的惯性矩；Y为所求应力点至中性轴的距离。为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片（如图31）。P/2P/2HAABL图31应变片在梁中的位置实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷P，测出各点的应变增量，然后分别取各点应变增量的平均值实I，依次求出各点的应变增量实IE实I将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。四、实验步骤1设计好本实验所需的各类数据表格。2315442测量矩形截面梁的宽度B和高度H、载荷作用点到梁支点距离A及各应变片到中性层的距离YI。见附表13拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P010PMAX左右），估算PMAX（该实验载荷范围PMAX4000N），分46级加载。4根据加载方案，调整好实验加载装置。5按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值I，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表27作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。附表1（试件相关数据）附表2（实验数据）P50010001500200025003000载荷NP500500500500500PP1平均值PP2平均值PP3平均值PP4平均值PP各测点电阻应变仪读数5平均值应变片至中性层距离（MM）梁的尺寸和有关参数Y120宽度B20MMY210高度H40MMY30跨度L600MMY410载荷距离A125MMY520弹性模量E210GPA泊松比026惯性矩IZBH3/121067107M45五、实验结果处理1实验值计算根据测得的各点应变值I求出应变增量平均值I，代入胡克定律计算各点的实验应力值，因1106，所以各点实验应力计算I实EI实EI1062理论值计算载荷增量P500N弯距增量MPA/23125NM各点理论值计算I理MYI3绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力I实和I理，以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置YI，选用合适的比例绘出应力分布图。4实验值与理论值的比较测点理论值I理（MPA）实际值I实（MPA）相对误差12345IZZZ6实验二薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定一、实验目的1用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向，并与理论值进行比较。2测定薄壁圆筒在弯扭组合变形作用下的弯矩和扭矩。3进一步掌握电测法。二、实验仪器设备和工具1组合实验台中弯扭组合实验装置2力应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺三、实验原理和方法1测定主应力大小和方向薄壁圆筒受弯扭组合作用，使圆筒发生组合变形，圆筒的M点处于平面应力状态（图32）在M点单元体上作用有由弯矩引起的正应力X,由扭矩引起的剪应力N，主应力是一对拉应力1和一对压应力3,单元体上的正应力X和剪应力N可按下式计算XMNMN式中M弯矩，MPLMN扭矩，MNPAWZ抗弯截面模量，对空心圆筒WZD31D4WT抗扭截面模量，对空心圆筒WTD31（D）4由二向应力状态分析可得到主应力及其方向X/2（X/2）22NTG202N/XWZWT32D16D137LAMNBMAMNP图32圆筒M点应力状态本实验装置采用的是450直角应变花，在M、M点各贴一组应变花（如图33所示），应变花上三个应变片的角分别为450、00、450，该点主应力和主方向TG204545/20454545YCA0BBMXMAC45图33测点应变花布置图2测定弯矩薄壁圆筒虽为弯扭组合变形，但M和M两点沿X方向只有因弯曲引起的拉伸和压缩应变，且两应变等值异号。因此将M和M两点应变片B和B，采用不同组桥方式测量，即可得到M、M两点由弯矩引起的轴向应变M，则截面MM的弯矩实验值为MEMWZE（D4D4）M113313E（4545）2（1）2E2（1）（450）2（450）232D1383测定扭矩当薄壁圆筒受纯扭转时，M和M两点45方向和45方向的应变片都是沿主应力方向。且主应力1和3数值相等符号相反。因此，采用不同的组桥方式测量，可得到M和M两点由扭矩引起的主应变N。因扭转时主应力1和剪应力相等。则可得到截面MM的扭矩实验值为MNEN（D4D4）四、实验步骤1设计好本实验所需的各类数据表格。2测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。附表13将薄壁圆筒上的应变片按不同测试要求接到仪器上，组成不同的测量电桥。调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。（1）主应力大小、方向测定将M点的所有应变片按半桥单臂、公共温度补偿法组成测量线路进行测量。附表2（2）测定弯矩将M和M两点的B和B两只应变片按半桥双臂组成测量线路进行测量（D/2）。附表3（3）测定扭矩将M和M两点的A、C和A、C四只应变片按全桥方式组成测量线路进行测量（D/4）。附表44拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P010PMAX左右），估算PMAX（该实验载荷范围PMAX700N），分46级加载。5根据加载方案，调整好实验加载装置。6加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。7作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。8实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。附表1（试件相关数据）16D（1）9附表2（实验数据）M点三个方向线应变P100200300400500600载荷（N）P10010010010010045平均值0平均值电阻应变仪读数45平均值附表3（实验数据）MM截面弯距应变P载荷（N）PD应变仪读数弯矩M平均值附表4（实验数据）MM截面扭矩应变P载荷（N）PD应变仪读数扭矩N平均值五、实验结果处理1主应力及方向M点实测值主应力及方向计算圆筒的尺寸和有关参数计算长度LMM弹性模量E210GPA外径D40MM泊松比026内径D35MM扇臂长度AMM13E（4545）2（1）2E2（1）（450）2（450）210TG2TG204545/204545M点理论值主应力及方向计算X/2（X/2）22NTG202N/X2弯矩及扭矩MM实测值弯曲应力及剪应力计算弯曲应力MEM剪应力N1EN/（1）弯矩MEMWZM扭矩MNNMM理论值弯曲应力及剪应力计算弯曲应力32MD/（D4D4）剪应力116MND/（D4D4）弯矩MPL扭矩MNPA3实验值与理论值比较M点主应力及方向比较内容实验值理论值相对误差/1/MPA3/MPA0/（）MM截面弯矩和扭矩比较内容实验值理论值相对误差/M/NMMN/NM1332D16D（1）E（D4D4）E（D4D4）11实验三材料弹性模量E和泊松比的测定一、实验目的1测定常用金属材料的弹性模量E和泊松比。2验证胡克（HOOKE）定律。二、实验仪器设备和工具1组合实验台中拉伸装置2力应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺三、实验原理和方法试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图34。在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片R1、R1和一对横向应变片R2、R2，以测量轴向应变和横向应变。PPR1R1R1RRR2R2R2BH补偿块PP图34拉伸试件及布片图1弹性模量E的测定由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量P作用下，产生的应变增量，并求出的平均值。设试件初始横截面面积为A0，又因L/L，则有E上式即为增量法测E的计算公式。式中A0试件截面面积轴向应变增量的平均值用上述板试件测E时，合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。下面PA012讨论几种常见的组桥方式。（1）单臂测量（图35A）BR1R工作片UABAC补偿片R3R4机内电阻DEABBR1RR1R2R1RR1R2UABUABACACR3R4R3R4DDEEBCBBR1RR1R2UABUABACACRR1R2R1DDEEDE图35几种不同的组桥方式实验时，在一定载荷条件下，分别对前、后两枚轴向应变片进行单片测量，并取其平均值（11）/2。显然（N0）代表载荷（PNP0）作用下试件的实际应变量。而且消除了偏心弯曲引起的测量误差。（2）轴向应变片串连后的单臂测量（图35B）为消除偏心弯曲引起的影响，可将前后两轴向应变片串联后接在同一桥臂（AB）上，而1913邻臂（BC）接相同阻值的补偿片。受拉时两枚轴向应变片的电阻变化分别为R1RMR1RMRM为偏心弯曲引起的电阻变化，拉、压两侧大小相等方向相反。根据桥路原理，AB桥臂有R/RR1RMR1RM/R1R1R1/R1因此轴向应变片串联后，偏心弯曲的影响自动消除，而应变仪的读数就等于试件的应变即PD，很显然这种测量方法没有提高测量灵敏度。（3）串联后的半桥测量（图35C）将两轴向应变片串联后接AB桥臂；两横向应变片串联后接BC桥臂，偏心弯曲的影响可自动消除，而温度影响也可自动补偿。根据桥路原理D1234其中1P；2P,P代表轴向应变，为材料的泊松比。由于3、4为零，故电阻应变仪的读数应为DP（1）有PD/（1）如果材料的泊松比已知，这种组桥方式使测量灵敏度提高（1）倍。（4）相对桥臂测量（图35D）将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂（AB、CD），两温度补偿片接在相对桥臂（BC、DA），偏心弯曲的影响可自动消除。根据桥路原理D2P测量灵敏度提高2倍。（5）全桥测量按图35（E）的方式组桥进行全桥测量，不仅消除偏心和温度的影响，而且测量灵敏度比单臂测量时提高2（1）倍，即D2P（1）2泊松比的测定利用试件上的横向应变片和纵向应变片合理组桥，为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量P作用下，横向应变增量和纵向应变增量。求出平均值，按定义R14便可求得泊松比。四、实验步骤1设计好本实验所需的各类数据表格。2测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A0。见附表13拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P010PMAX左右），估算PMAX（该实验载荷范围PMAX5000N），分46级加载。4根据加载方案，调整好实验加载装置。5按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图35D所示相对桥臂测量方法），调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2，半桥单臂测量数据表格,其他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。7作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。附