《基础工程力学》-第七章实验

实验一质心与转动惯量实验一、实验目的1.本实验是自主实验，同学们独立完成实验;2.用称重法测定汽车连杆的质心;3.用三线扭摆法测定汽车连杆对质心的转动惯量，并计算汽车连杆对滑块连接轴中心(小头圆孔中心)的转动惯量;4.用复摆法测连杆悬挂点的转动惯量，并利用平行轴定理计算连杆对质心的转动惯量;5.对两种方法测量汽车连杆对质心的转动惯量的结果进行分析比较。返回下一页实验一质心与转动惯量实验二、实验用品1.汽车连杆2.三线扭摆3.复摆装置4.秒表5.电子秤6.卷尺、直尺7.刀架(三菱尺带)上一页返回下一页实验一质心与转动惯量实验三、实验原理1.利用静力学平衡条件测定连杆质心(公式自行推导)。2.三线扭摆测转动惯量所依据的理论公式:(1)空盘对质心的转动惯量上一页返回下一页实验一质心与转动惯量实验(2)被测物与盘对质心的总转动惯量(3)被测物对质心的转动惯量上一页返回下一页实验一质心与转动惯量实验3.用复摆法测连杆悬挂点的转动惯量，如图7-1所示。四、注意事项1.三线摆测量连杆转动惯量时，连杆质心应与圆盘中心重合;2.扭摆做扭振时，其扭转角应较小;3.复摆法测量连杆转动惯量时，其摆动角应较小。上一页返回实验二拉伸性实验一、实验目的测定塑性材料的上下屈服强度Reh，Rel、抗拉强度Rm断后延伸率A和截面收缩率Z;测定脆性材料的抗拉强度Rm;2.掌握用引伸计测定塑性材料的弹性模量的方法;3.绘制材料的载荷一位移曲线;4.观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并比较它们力学性质的差异;5.了解电子万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。返回下一页实验二拉伸性实验二、实验用品Zwick万能材料试验机，引伸计，游标卡尺等。最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图7一3(a)、(b)所示。三、实验原理

1.塑性材料弹性模量的测试在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。因此金属材料拉伸时弹性模量E地测定是材料力学最主要最基本的一个实验。

上一页返回下一页实验二拉伸性实验

测定材料弹性模量E一般采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为:

若已知载荷F及试件尺寸，只要测得试件标距内的伸长量△l或纵向应变即可得出弹性模量E上一页返回下一页实验二拉伸性实验2.塑性材料的拉伸(低碳钢)

实验原理如图7-4(a)所示，首先，实验各参数的设置由PC传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接到测控中心，经相关程序计算后，再在PC机上显示出各相关实验结果。当试件开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率较小，它并不反映真实的载荷一变形关系;载荷加大后，滑动消失，材料的拉伸进人弹性阶段。上一页返回下一页实验二拉伸性实验四、实验步骤塑性材料的拉伸（圆形截面低碳钢）(1)确定标距(2)试样的测量(3)仪器设备的准备(4)安装试件(5)试加载、卸载、注意试加载值不能超过比例极限。(6)测试过程采用ZWICK万能材料上一页返回下一页实验二拉伸性实验2.脆性材料的拉伸(圆形截面铸铁)

铸铁等脆性材料拉伸时的载荷一变形曲线不像低碳钢拉伸那样明显地分为弹性、屈服、颈缩和断裂四个阶段，而是一根接近直线的曲线，且载荷没有下降段。它是在非常小的变形下突然断裂的，断裂后几乎不到残余变形。因此，测试它的Rel,A,Z就没有实际意义，只要测定它的强度极限Rm就可以了。上一页返回实验三扭转实验一、实验目的1.掌握典型塑性材料(低碳钢)和脆性材料(铸铁)的扭转性能;2.绘制扭矩一扭角图;3.观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种现象，并比较它们性质的差异;4.了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。二、实验用品扭转材料试验机，游标卡尺等。圆截面扭转试件的结构如图7-6所示。返回下一页实验三扭转实验三、实验原理由材料力学可知，圆轴扭转时横截面上任一点的剪应力和单位扭转角分别为最大剪应力产生在试件的外表层，表达式为:上一页返回下一页实验三扭转实验

圆轴扭转时，其表面上任意一点都处于平面应力状态(图7-7)。沿任意斜截面上的正应力和剪应力为各种材料抵抗剪切与抵抗拉伸的能力不同，因此不同材料的扭转破坏方式也不相同。低碳钢圆试件扭转到破坏时，因已超过屈服阶段，如作为理想塑性考虑(图7一8)，横截面上的剪应力的分布趋于均匀如图7-9所示。假设应力均达到r破坏应力(强度极限)，则这时截面上应力τmax与破坏时扭矩Mnmax的关系为上一页返回下一页实验三扭转实验

上式可用于计算塑性材料的剪切强度极限。对于铸铁等脆性材料在扭转至破坏时其变形也较小，无屈服现象，故仍可用破坏时的扭矩Mmax来获得剪切强度极限为上一页返回下一页实验三扭转实验

四、实验方法与步骤

1.低碳钢扭转实验

(1)量好试件尺寸(直径d)后，将试件安装于机器夹头中，可在试件表面上画一条纵向粉笔线，以观察它的变形。

(2)选定试验机的测力范围及转速。

(3)预先加载荷Mn=20N.m，以消除夹具与试件两端间的间隙，并将扭转角调零。

(4)缓慢均匀地施加扭矩△Mn，记录相应的扭转角φ。

(5)整理数据，作Mn-φ图。上一页返回下一页实验三扭转实验2.铸铁扭断实验步骤与低碳钢扭转实验相同，不同的是只采用扭转角控制，即每增加一个扭转角增量△φ(一般选△φ=2°~3°)，记录对应的扭矩△Mn

。直至试件被扭断时，记下最大扭矩△Mnmax。五、注意事项

1.加载时要均匀缓慢。

2.变换扭矩测量范围，要在加载前停机进行。若要调整机器转速，也要停机进行，以免损坏传动齿轮。上一页返回下一页实验三扭转实验六、预习要求1.了解扭转实验的日的。2.复习扭转变形的理论及实验原理。3.自行设计实验记录格式。上一页返回实验四工字梁弯曲实验一、实验目的

1.掌握电阻应变测试技术的基本原理和方法;2.测试对称和非对称工字型截面梁在纯弯曲时正应力的大小及分布规律，并与理论计算值进行比较。二、实验用品多功能电测实验台，电阻应变仪，载荷仪。返回下一页实验四工字梁弯曲实验三、实验原理本实验的试件为对称和非对称工字型截面梁(铝合金)，加载方式及应变测点位置布置如图7-10所示。集中载荷F作用在小梁上，被测梁的中段承受纯弯曲载荷作用。在弹性范围内纯弯曲梁的正应力公式为在各测点沿轴线方向贴上电阻应变片，可测得各点的线应变。，由于各点处于单向应力状态，由虎克定律得各点正应力为上一页返回下一页实验四工字梁弯曲实验

实验时采用等幅、分级加载的方式，即每增加一次等量载荷△F，测定一次各点响应的应变增量△

εi。因此在计算应力的实验值及理论值时，均应根据载荷增量△F及相应的弯矩增量△

M和应变增量△

εi的平均值代入,即上一页返回下一页实验四工字梁弯曲实验四、实验方法及步骤

1.安装实验梁及加载小梁，梁的各测点上应事先贴上电阻应变片(一般此工作已由实验室完成)。

2.测量、记录梁截面的尺寸、支点及力点的距离。

3.将各测点的工作应变片及补偿应变片按顺序接入应变仪，并逐点调整零位。

4.检查各项准备工作及线路无误后，即可均匀缓慢加载，载荷大小及载荷增量的选定应根据梁的尺寸及材料的比例极限估算确定。加载的同时，读出并记录相应的应变值。

上一页返回下一页实验四工字梁弯曲实验5.按规定载荷测试，可重复三遍，观察实验结果。

6.测毕，关闭各仪器的电源。

7.根据实验数据计算各测点正应力，在坐标纸上按比例绘制实验应力分布曲线，并与理论计算应力比较。五、注意事项

1.操作电阻应变仪，应遵守操作规程。

2.加载要缓慢均匀，操作稳着，切忌急躁。在实验台压头与加载小梁即将接触时，加载速度要放慢，以确保加载数值的准确。

3.实验前应调整应变仪的K值(数值一般由实验室指定)，如没有调整，实验后可按下式进行换算:上一页返回下一页实验四工字梁弯曲实验六、预习要求1.直梁弯曲正应力公式的意义和推导方法。2.了解电阻应变片和电阻应变仪的基本原理和多点测量的方法。3.已知梁的尺寸、载荷方式及材料的比例极限，如何确定实验的最大载荷?七、实验报告要求实验报告应包括:实验名称;实验日的;实验装置草图;仪器名称、规格;原始数据;实验数据记录，计算结果，曲线绘制，比较实验、理论计算结果，问题讨论等。上一页返回下一页实验四工字梁弯曲实验八、问题讨论1.根