電測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電測(cè)法就是將物理量、力學(xué)量、機(jī)械量等非電量通過(guò)敏感元件轉(zhuǎn)換成電量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的一種方法，是實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的重要方法之一。電測(cè)法以測(cè)量精度高、傳感元件小和測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在民用建筑，醫(yī)學(xué)，道路，橋梁等工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解電測(cè)法的基本原理；2.熟悉懸臂梁的結(jié)構(gòu)及應(yīng)變特性；3.學(xué)會(huì)用電測(cè)法測(cè)量。

4.制作一電子秤，并確定其量程，計(jì)算線性度和靈敏度。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備和工具

等強(qiáng)度懸臂梁實(shí)驗(yàn)儀，精密數(shù)字測(cè)量?jī)x，砝碼，砝碼盤(pán)，數(shù)據(jù)線，游標(biāo)卡尺，鋼板尺。三、實(shí)驗(yàn)原理1.主要儀器介紹

以彎曲為主要變形的桿件稱為梁。一端固定，另一端自由的梁為懸臂梁。為了使懸臂梁各個(gè)截面的彎曲應(yīng)力相同,隨著彎矩的大小相應(yīng)地改變截面尺寸,以保持相同強(qiáng)度，這樣的懸臂梁稱為等強(qiáng)度懸臂梁。

等強(qiáng)度懸臂梁實(shí)驗(yàn)儀由已粘貼好電阻應(yīng)變片的等強(qiáng)度梁、支座、水平儀、調(diào)節(jié)螺釘和加載砝碼等組成，如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)用電測(cè)法測(cè)量等強(qiáng)度懸臂梁的應(yīng)力、應(yīng)變。

電阻應(yīng)變片是能將被測(cè)試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化的敏感元件。它由敏感柵、基片、覆蓋層、引線四部分組成，如圖2所示。其中，敏感柵是用金屬絲制成的應(yīng)變轉(zhuǎn)換元件，是構(gòu)成電阻應(yīng)變片的主要部分；引線作為測(cè)量敏感柵電阻值時(shí)與外部導(dǎo)線連接之用；基底的作用是保持敏感柵的幾何形狀和相對(duì)位置；覆蓋層是用來(lái)護(hù)敏感柵的；粘貼劑用來(lái)將敏感柵固結(jié)在覆蓋層和基底之間。

精密數(shù)字測(cè)量?jī)x是常用的應(yīng)變傳感器測(cè)量?jī)x。當(dāng)電阻應(yīng)變片將電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化后，經(jīng)過(guò)精密數(shù)字測(cè)量?jī)x放大器的放大處理，最后換算成輸出與應(yīng)變成正比的模擬電信號(hào)。再經(jīng)放大處理，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。

2.電測(cè)法基本原理

電測(cè)法基本原理，是將金屬絲等制成的電阻應(yīng)變片貼在構(gòu)件待測(cè)應(yīng)變處，當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí)，金屬絲亦隨之伸縮，因而其電阻也隨之改變。電阻改變量與金屬絲的線應(yīng)變之間存在一定的關(guān)系。通過(guò)電阻應(yīng)變儀將電阻改變量測(cè)出，進(jìn)而可得到構(gòu)件所測(cè)部位的應(yīng)變。電阻改變量與構(gòu)件應(yīng)變之間存在如下關(guān)系：

RRK(1)式中，

RR為電阻應(yīng)變片電阻值的相對(duì)變化量；K為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，對(duì)于本實(shí)驗(yàn)K為常數(shù)；

為構(gòu)件應(yīng)變。

圖1等強(qiáng)度懸臂梁實(shí)驗(yàn)儀圖2應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)

3.測(cè)量等強(qiáng)度懸臂梁應(yīng)力的電路

由于懸臂梁產(chǎn)生的應(yīng)變一般都很小,引起應(yīng)變片的電阻變化也很小，要想把這種應(yīng)變直接測(cè)量出來(lái)很困難。因此,需要有專用的測(cè)量電路來(lái)測(cè)量這種由應(yīng)變變化而引起的電阻變化。一般情況下，將懸臂梁上的應(yīng)變片連接成電橋進(jìn)行測(cè)量，可將一枚、二枚或四枚應(yīng)變片接入到橋臂中，分別稱作單橋、半橋和全橋電路，如圖3所示。接入應(yīng)變片的橋臂稱為工作臂，在輸入端加電壓E，則在輸出端有輸出電壓U。本實(shí)驗(yàn)采用全橋電路，四個(gè)橋臂均接有應(yīng)變片，電阻值分別為R1，R2、R3和R4。在等強(qiáng)度懸臂梁的自由端掛有砝碼盤(pán)，不加砝碼時(shí)，電路為惠斯登電橋，則有

UER1R3R2R4(R1R2)(R3R4)0

所以R1R3R2R4

當(dāng)在砝碼盤(pán)上加上砝碼時(shí)，梁發(fā)生彎曲變形。電阻應(yīng)變片也產(chǎn)生相同的應(yīng)變，阻值發(fā)生變化。電阻應(yīng)變片在懸臂梁上的粘貼位置如圖4。R1、R3受到的是拉伸變形，R2、R4受到的擠壓變形，則R1、R3的電阻增加，R2、R4的電阻減少。假設(shè)各個(gè)應(yīng)變片電阻的變化量為△R1，△R2、△R3和△R4，△R1和△R3的符號(hào)為正，△R2和△R4的符號(hào)為負(fù)。這時(shí)有

U1R1R2R3R4（--）(2)E4R1R2R3R4若四個(gè)橋臂上應(yīng)變片的靈敏系數(shù)均為K,由（1）式可知

R1R1RRRK1，2K2，3K2，4K4

R2R3R4則（2）式變?yōu)?/p>

UEK（1-23-4）4(3)

本實(shí)驗(yàn)中，電路中的應(yīng)變片均是相同的，因此R1=R2=R3=R4=R,△R1=-△R2=△R3=-△R4=△R，ε1=-ε2=ε3=-ε4=ε。則(3)式變?yōu)?/p>

UEK(4)式中

UES，為傳感器的輸出靈敏度，單位為mV/V，所以

SK(5)

實(shí)驗(yàn)中，S的值可由精密數(shù)字測(cè)量?jī)x直接讀出,K作為已知的常數(shù)給出。

(a)單橋（b）臨臂半橋

（c）對(duì)臂半橋（d）全橋

圖3電阻應(yīng)變片的連接方式

4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

等強(qiáng)度懸臂梁所受的正應(yīng)力與應(yīng)變之間有如下的關(guān)系式：

E（6）

式中ε等強(qiáng)度懸臂梁所受的應(yīng)變；

σ等強(qiáng)度懸臂梁所受的應(yīng)力；

E彈性模量。

又因?yàn)?/p>

MW（7）

式中M被測(cè)點(diǎn)的力矩,M=P(L-x)，P為對(duì)懸臂梁所施加的力，既載荷，P=mg。L為力的作用點(diǎn)到固定點(diǎn)的距離。x為力的作用點(diǎn)到待測(cè)點(diǎn)的距離。

W抗彎截面系數(shù)，W=bh2/6，b為梁的寬度，h為梁的厚度。所以（7）式變?yōu)?/p>

6mg(Lbh22x)

由（5）（6）（8）式得mES讀bh6Ks(Lx)g或S6mKs(Lx)gEbh2(9)

實(shí)驗(yàn)中，在砝碼盤(pán)上逐級(jí)加砝碼，在測(cè)量?jī)x上讀出每一級(jí)時(shí)傳感器的靈敏度S，多組實(shí)驗(yàn)取平均值。LR1PR3hR2R4b圖4等強(qiáng)度懸臂梁以及應(yīng)變片的粘貼位置四、實(shí)驗(yàn)步驟(一)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1.按規(guī)定位置粘貼電阻應(yīng)變片，焊線、防護(hù)（己預(yù)先準(zhǔn)備好）。2.制定加載方案，四級(jí)加載：0.2Kg、0.4Kg、0.6Kg、0.8Kg。3.將精密數(shù)字測(cè)量?jī)x與等強(qiáng)度懸臂梁實(shí)驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)線連接起來(lái)，開(kāi)啟測(cè)量?jī)x，預(yù)熱10分鐘。4.測(cè)量并記錄等強(qiáng)度懸臂梁外形尺寸，見(jiàn)附表1。（二）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.加砝碼之前按下“清零”鍵，清除由于砝碼盤(pán)重量帶來(lái)的S值的變化。2.逐級(jí)增加砝碼，每增加一次砝碼，記錄測(cè)量?jī)x的輸出數(shù)值S（mV/V）（見(jiàn)附表2），重復(fù)三次。注意加載緩慢，勿超載。

3.卸掉載荷，儀器復(fù)原。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

1.確定其量程由

6mg(Lx)bh2知，令x=0，max150MPa,1.5，可求得最大量程為mmax3.26kg

2.計(jì)算線性度和靈敏度

見(jiàn)下附表3,(數(shù)據(jù)利用了excel軟件處理)

附表1等強(qiáng)度懸臂梁尺寸和有關(guān)參數(shù)

計(jì)算長(zhǎng)度L＝250mm梁的寬度bmax＝300mm梁的厚度h＝4mms150MPa彈性模量E＝70GPa電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)K＝2.06安全系數(shù)1.5載荷P級(jí)別0Kg(置零)0.2Kg0.4Kg0.6Kg0.8Kg

附表2測(cè)量?jī)x輸出數(shù)據(jù)（mV/V）測(cè)量次數(shù)1230(置零)0(置零)0(置零)733668696144314381387224121582204266527733038

平均值06991422.6672201*825.3載荷-應(yīng)變關(guān)系40003000y=3620.3x+16.133擬合直線應(yīng)變201*1000000.20.40.6載荷（kg）0.81載荷-應(yīng)變

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材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：江西理工大學(xué)（南昌）

力學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)則及要求

一、作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

（1）按各次實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)要求，認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)復(fù)習(xí)有關(guān)理論知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，掌握�?shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的步驟和方法。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器、實(shí)驗(yàn)裝置等應(yīng)了解其工作原理，以及操作注意事項(xiàng)。（3）必須清楚地知道本次實(shí)驗(yàn)須記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)目及其數(shù)據(jù)處理的方法。

二、嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度

（1）課程規(guī)定的時(shí)間準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。保持實(shí)驗(yàn)室整潔、安靜。（2）未經(jīng)許可，不得隨意動(dòng)用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的機(jī)器、儀器等一切設(shè)備。

（3）作實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作機(jī)器、儀器，如發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)報(bào)告，不得擅自處理。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將所用機(jī)器、儀器擦拭干凈，并恢復(fù)到正常狀態(tài)。

三、認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)

（1）接受教師對(duì)預(yù)習(xí)情況的抽查、質(zhì)疑，仔細(xì)聽(tīng)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，要嚴(yán)肅認(rèn)真、相互配合，仔細(xì)地按實(shí)驗(yàn)步驟、方法逐步進(jìn)行。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要密切注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄好全部所需數(shù)據(jù)，并交指導(dǎo)老師審閱。

四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一般要求

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)所完成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成書(shū)面形式的綜合資料。通過(guò)實(shí)

驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確有效地用文字來(lái)表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，要求學(xué)習(xí)者在自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用自己的語(yǔ)言扼要地?cái)⑹鰧?shí)驗(yàn)?zāi)康�、原理、步驟和方法，所使用的設(shè)備儀器的名稱與型號(hào)、數(shù)據(jù)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、問(wèn)題討論等內(nèi)容，獨(dú)立地寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并做到字跡端正、繪圖清晰、表格簡(jiǎn)明。

目錄

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

一、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容…………………………………………………………………………………3二、試驗(yàn)方法和要求……………………………………………………………………………3三、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)……………………………………………………………4

材料力學(xué)電測(cè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一、純彎曲梁的正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………6實(shí)驗(yàn)二、材料彈性模量E和泊松比的測(cè)定…………………………………………………9實(shí)驗(yàn)三、懸臂梁實(shí)驗(yàn)…………………………………………………………………………12

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

一、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為材料力學(xué)課程的一個(gè)重要組成部分，對(duì)于提高學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力具有重要意義，電測(cè)實(shí)驗(yàn)具體包含以下兩個(gè)方面內(nèi)容：

1、驗(yàn)證理論

材料力學(xué)常將實(shí)際問(wèn)題抽象為理想模型，再由科學(xué)假設(shè)推導(dǎo)出一般公式，如純彎曲梁和純扭轉(zhuǎn)圓軸的分析都使用了平面假設(shè)。用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些理論的正確性和適用范圍，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論的理解和認(rèn)識(shí)。

2、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析

工程上許多實(shí)際構(gòu)件的形狀和受載情況，都十分復(fù)雜。關(guān)于它們的強(qiáng)度問(wèn)題，僅依靠理論計(jì)算，不易得到滿意的結(jié)果。近幾十年來(lái)出現(xiàn)了用實(shí)驗(yàn)分析方法確定構(gòu)件在受力情況下應(yīng)力狀態(tài)的學(xué)科。它可用于研究固體力學(xué)的基本規(guī)律，為發(fā)展新理論提供論據(jù)，同時(shí)又是提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)行失效分析的一種重要手段。

二、實(shí)驗(yàn)方法和要求

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要是測(cè)量作用在試件上的載荷和試件產(chǎn)生的變形，它們往往要同時(shí)測(cè)量，要求同組同學(xué)必須協(xié)同完成，因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾方面：

（一）實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、原理和�?shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)的方法、擬訂加載方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格以備使用。實(shí)驗(yàn)小組成員，應(yīng)分工明確，分別有記錄、測(cè)變形和測(cè)力者。

（二）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

未加載前，首先檢查儀器安放是否穩(wěn)定，按要求接好傳感器和試件；

接通電源后，力＆應(yīng)變綜合測(cè)試儀中拉壓力和應(yīng)變量是否調(diào)零；檢查無(wú)誤后即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則來(lái)完成。

（三）書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告:實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容

1.實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)者及同組成員2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康募把b置3.使用的儀器設(shè)備4.實(shí)驗(yàn)原理及方法5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理

6.計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

三、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)

組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)是方便同學(xué)們自己動(dòng)手作材料力學(xué)電測(cè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)可做七個(gè)以上電測(cè)實(shí)驗(yàn)，功能全面，操作簡(jiǎn)單。

(一)構(gòu)造及工作原理1.外形結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)臺(tái)為框架式結(jié)構(gòu)，分前后兩片架，其外形結(jié)構(gòu)如圖2-1。前片架可做彎扭組合受力分析，材料彈性模量、泊松比測(cè)定，偏心拉伸實(shí)驗(yàn)，壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)，懸臂梁實(shí)驗(yàn)、等強(qiáng)度梁實(shí)驗(yàn)；后片架可做純彎曲梁正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)標(biāo)定，組合疊梁實(shí)驗(yàn)等。

前面后面

圖2-1組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)外形結(jié)構(gòu)圖

1.傳感器；2.彎曲梁附件；3.彎曲梁；4.三點(diǎn)撓度儀；5.千分表（用戶需另配）；6.懸臂梁附件；7.懸臂梁；8.扭轉(zhuǎn)筒；9.扭轉(zhuǎn)附件；10.加載機(jī)構(gòu)；11.手輪；12.拉伸附件；13.拉伸試件；14.可調(diào)節(jié)底盤(pán)

2.加載原理

加載機(jī)構(gòu)為內(nèi)置式，采用蝸輪蝸桿及螺旋傳動(dòng)的原理，在不產(chǎn)生對(duì)輪齒破壞的情況下，對(duì)試件進(jìn)行施力加載，該設(shè)計(jì)采用了兩種省力機(jī)械機(jī)構(gòu)組合在一起，將手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變成了螺旋千斤加載的直線運(yùn)動(dòng)，具有操作省力，加載穩(wěn)定等特點(diǎn)。

3.工作機(jī)理

實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用蝸桿和螺旋復(fù)合加載機(jī)構(gòu)，通過(guò)傳感器及過(guò)渡加載附件對(duì)試件進(jìn)行施力加載，加載力大小經(jīng)拉壓力傳感器由力＆應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀的測(cè)力部分測(cè)出所施加的力值；各試件的受力變形，通過(guò)力＆應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀的測(cè)試應(yīng)變部分顯示出來(lái)，該測(cè)試設(shè)備備有微機(jī)接口，所有數(shù)據(jù)可由計(jì)算機(jī)分析處理打印。

(二)操作步驟

1.將所作實(shí)驗(yàn)的試件通過(guò)有關(guān)附件連接到架體相應(yīng)位置，連接拉壓力傳感器和加載件到加載機(jī)構(gòu)上去。

2.連接傳感器電纜線到儀器傳感器輸入插座，連接應(yīng)變片導(dǎo)線到儀器的各個(gè)通道接口上去。

3.打開(kāi)儀器電源，預(yù)熱約20分鐘左右，輸入傳感器量程及靈敏度和應(yīng)變片靈敏系數(shù)（一般首次使用時(shí)已調(diào)好，如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及傳感器沒(méi)有改變，可不必重新設(shè)置），在不加載的情況下將測(cè)力量和應(yīng)變量調(diào)至零。

4.在初始值以上對(duì)各試件進(jìn)行分級(jí)加載，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪速度要均勻，記下各級(jí)力值和試件產(chǎn)生的應(yīng)變值進(jìn)行計(jì)算、分析和驗(yàn)證，如已與微機(jī)連接，則全部數(shù)據(jù)可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析并打印。

(三)注意事項(xiàng)

1.每次實(shí)驗(yàn)最好先將試件擺放好，儀器接通電源，打開(kāi)儀器預(yù)熱約20分鐘左右，講完課再作實(shí)驗(yàn)。

2.各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)不得超過(guò)規(guī)定的終載的最大拉壓力。

3.加載機(jī)構(gòu)作用行程為50mm，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)快到行程末端時(shí)應(yīng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，以免撞壞有關(guān)定位件。

4.所有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完后，應(yīng)釋放加力機(jī)構(gòu)，最好拆下試件，以免閑雜人員亂動(dòng)損壞傳感器和有關(guān)試件。

5.蝸桿加載機(jī)構(gòu)每半年或定期加潤(rùn)滑機(jī)油，避免干磨損，縮短使用壽命。

材料力學(xué)電測(cè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一純彎曲梁的正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.測(cè)定梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力大小和分布規(guī)律2.驗(yàn)證純彎曲梁的正應(yīng)力計(jì)算公式二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具

3.組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)中純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置4.力＆應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀5.游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實(shí)驗(yàn)原理及方法

在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維間無(wú)擠壓的假設(shè)，可得到梁橫截面上任一點(diǎn)的正應(yīng)力，計(jì)算公式為σ=My/Iz式中M為彎矩，Iz為橫截面對(duì)中性軸的慣性矩；y為所求應(yīng)力點(diǎn)至中性軸的距離。

為了測(cè)量梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側(cè)面不同高度，平行于軸線貼有應(yīng)變片（如圖3-1）。

△P/2△P/2

1

2h3

4

aab5L#####圖3-1應(yīng)變片在梁中的位置

實(shí)驗(yàn)可采用半橋單臂、公共補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載荷△P，測(cè)出各點(diǎn)的應(yīng)變?cè)隽俊鳓牛�然后分別取各點(diǎn)應(yīng)變?cè)隽康钠骄�值△ε�?shí)i，依次求出各點(diǎn)的應(yīng)變?cè)隽?/p>

σ實(shí)i=E△ε實(shí)i

將實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論應(yīng)力值進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格。

2.測(cè)量矩形截面梁的寬度b和高度h、載荷作用點(diǎn)到梁支點(diǎn)距離a及各應(yīng)變片到中性層的距離yi。見(jiàn)附表1

3.擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0=10％Pmax左右），估算Pmax（該實(shí)驗(yàn)載荷范圍Pmax≤4000N），分4～6級(jí)加載。

4.根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。

5.按實(shí)驗(yàn)要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。

6.加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點(diǎn)應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后

分級(jí)等增量加載，每增加一級(jí)載荷，依次記錄各點(diǎn)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值εi，直到最終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次。見(jiàn)附表2

7.作完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。

附表1（試件相關(guān)數(shù)據(jù)）應(yīng)變片至中性層距離（mm）Y1－20Y2－10Y30Y410Y520附表2（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）載荷P500N△P500εP1△εP各平均值測(cè)εP點(diǎn)2△εP電平均值阻εP應(yīng)3△εP變平均值儀εP讀4△εP數(shù)平均值εεP5△εP平均值梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)寬度b=20mm高度h=40mm跨度L=600mm載荷距離a=125mm彈性模量E=210GPa泊松比μ=0.26慣性矩Iz=bh3/12=1.067×10-7m4

10001500201*25005005005007

30005五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理

1.實(shí)驗(yàn)值計(jì)算

根據(jù)測(cè)得的各點(diǎn)應(yīng)變值εi求出應(yīng)變?cè)隽科骄�值△εi，代入胡克定律計(jì)算各點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力值，因1ε=10-6ε，所以

各點(diǎn)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力計(jì)算：

σ

2.理論值計(jì)算

載荷增量△P=500N

彎距增量△M=△Pa/2=31.25Nm各點(diǎn)理論值計(jì)算：σ

i理i實(shí)

=Eεi實(shí)=E×△εi×10-6

=△Myi

Iz3.繪出實(shí)驗(yàn)應(yīng)力值和理論應(yīng)力值的分布圖分別以橫坐標(biāo)軸表示各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力σ

i實(shí)

和σ

i理

，以縱坐標(biāo)軸表示各測(cè)

點(diǎn)距梁中性層位置yi，選用合適的比例繪出應(yīng)力分布圖。

4.實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較測(cè)點(diǎn)12345六、思考題

1.影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素是什么？2.彎曲正應(yīng)力的大小是否受彈性模量E的影響？3.實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有考慮梁的自重，會(huì)引起誤差嗎？為什么？

4.梁彎曲的正應(yīng)力公式并未涉及材料的彈性模量E，而實(shí)測(cè)應(yīng)力值的計(jì)算卻用上了彈性模量E，為什么？

理論值σi理（MPa）實(shí)際值σi實(shí)（MPa）相對(duì)誤差實(shí)驗(yàn)二材料彈性模量E和泊松比的測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.測(cè)定常用金屬材料的彈性模量E和泊松比。2.驗(yàn)證胡克（Hooke）定律。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具1.組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)中拉伸裝置2.力＆應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀3.游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實(shí)驗(yàn)原理和方法

試件采用矩形截面試件，電阻應(yīng)變片布片方式如圖3-4。在試件中央截面上，沿前后兩面的軸線方向分別對(duì)稱的貼一對(duì)軸向應(yīng)變片R1、R1和一對(duì)橫向應(yīng)變片R2、R2，以測(cè)量軸向應(yīng)變?chǔ)藕蜋M向應(yīng)變?chǔ)�。PP

R1R1R1RRR2R2R2bh補(bǔ)償塊

PP

圖3-4拉伸試件及布片圖

1.彈性模量E的測(cè)定

由于實(shí)驗(yàn)裝置和安裝初始狀態(tài)的不穩(wěn)定性，拉伸曲線的初始階段往往

是非線性的。為了盡可能減小測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)宜從一初載荷P0（P0≠0）開(kāi)始，采用增量法，分級(jí)加載，分別測(cè)量在各相同載荷增量△P作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽俊鳓�，并求出△ε的平均值。設(shè)試件初始橫截面面積為A0，又因ε=△l/l，則有

E=

△P△εA0上式即為增量法測(cè)E的計(jì)算公式。式中A0試件截面面積

△ε軸向應(yīng)變?cè)隽康钠骄��?/p>

2.泊松比μ的測(cè)定

利用試件上的橫向應(yīng)變片和縱向應(yīng)變片合理組橋，為了盡可能減小測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)宜從一初載荷P0（P0≠0）開(kāi)始，采用增量法，分級(jí)加載，分別測(cè)量在各相同載荷增量△P作用下，

橫向應(yīng)變?cè)隽俊鳓藕涂v向應(yīng)變?cè)隽俊鳓�。求出平均值，按定義

△εμ=△ε便可求得泊松比μ。四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格。

2.測(cè)量試件尺寸。在試件標(biāo)距范圍內(nèi)，測(cè)量試件三個(gè)橫截面尺寸，取三處橫截面面積的平均值作為試件的橫截面面積A0。見(jiàn)附表1

3.擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0（一般取P0=10%Pmax左右），估算Pmax（該實(shí)驗(yàn)載荷范圍Pmax≤5000N），分4～6級(jí)加載。4.根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。

5.按實(shí)驗(yàn)要求接好線（為提高測(cè)試精度建議采用圖3－5d所示相對(duì)橋臂測(cè)量方法），調(diào)整好儀器，檢查整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。

6.加載。均勻緩慢加載至初載荷P0，記下各點(diǎn)應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級(jí)等增量加載，每增加一級(jí)載荷，依次記錄各點(diǎn)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次。見(jiàn)附表2，半橋單臂測(cè)量數(shù)據(jù)表格,其他組橋方式實(shí)驗(yàn)表格可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)。

7.作完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。

附表1（試件相關(guān)數(shù)據(jù)）試件厚度h（mm）截面Ⅰ截面Ⅱ截面Ⅲ平均彈性模量E=210GPa泊松比μ=0.26附表2（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）

寬度b（mm）橫截面面積A0=bh（mm2）載荷（N）軸向應(yīng)變讀數(shù)μεP△Pε1△ε1△ε1平均值ε1△ε1△ε1平均值△ε1平均值△ε1平均值平均值10001000201*30004000500010001000100010

續(xù)附表2（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）橫向應(yīng)ε2變讀數(shù)△ε2με△ε2平均值ε2△ε2△ε2平均值△ε2平均值△ε2平均值平均值五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1.彈性模量計(jì)算△PE==△εA0

2.泊松比計(jì)算△εμ==

△ε

六、思考題

1.分析縱、橫向應(yīng)變片粘貼不準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的E實(shí)、μ實(shí)值與已知E理、μ理值作對(duì)比，分析誤差原因。

3.采用什么措施可消除偏心彎曲的影響？

實(shí)驗(yàn)三懸臂梁實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

測(cè)定懸臂梁上下表面的應(yīng)力，驗(yàn)證梁的彎曲理論。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與工具

1.材料力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)中懸臂梁實(shí)驗(yàn)裝置與部件2.力＆應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀3.游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實(shí)驗(yàn)原理與方法

將試件固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，梁在純彎曲時(shí)，同一截面上表面產(chǎn)生壓應(yīng)變，下表面產(chǎn)生拉應(yīng)變，上下表面產(chǎn)生的拉壓應(yīng)變絕對(duì)值相等。此時(shí)，可得到不同橫截面的正應(yīng)力σ，計(jì)算公式

Mσ=

W

式中：M彎矩M=PL（L載荷作用點(diǎn)到測(cè)試點(diǎn)的距離）W抗彎截面矩量W=bh2/6

在梁的上下表面分別粘貼上應(yīng)變片R1，R2；如圖3-10所示，當(dāng)對(duì)梁施加載荷P時(shí)，梁產(chǎn)生彎曲變形，在梁內(nèi)引起應(yīng)力。

LR1hR2bP

圖3-10懸臂梁受力簡(jiǎn)圖及應(yīng)變片粘貼方位四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格。

2.測(cè)量懸臂梁的有關(guān)尺寸，確定試件有關(guān)參數(shù)。見(jiàn)附表1

3.擬訂加載方案。選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0，估算最大載荷Pmax(該實(shí)驗(yàn)載荷范圍≤50N)，一般分4～6級(jí)加載。

4.實(shí)驗(yàn)采用多點(diǎn)測(cè)量中半橋單臂公共補(bǔ)償接線法。將懸臂梁上兩點(diǎn)應(yīng)變片按序號(hào)接到電阻應(yīng)變儀測(cè)試通道上，溫度補(bǔ)償片接電阻應(yīng)變儀公共補(bǔ)償端。

5.按實(shí)驗(yàn)要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是否處于正常

工作狀態(tài)。

6.實(shí)驗(yàn)加載。用均勻慢速加載至初載荷P0。記下各點(diǎn)應(yīng)變片初讀數(shù)，

然后逐級(jí)加載，每增加一級(jí)載荷，依次記錄各點(diǎn)應(yīng)變儀的εi，直至終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)三次。見(jiàn)附表2

7.作完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。

附表1（試件相關(guān)數(shù)據(jù)）梁的寬度梁的厚度載荷作用點(diǎn)到測(cè)試點(diǎn)距離彈性模量泊松比附表2（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）載荷P1020（N）△P1010應(yīng)ε1變R1△ε1儀平均值讀ε2數(shù)R2△ε2με平均值五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1.理論計(jì)算6△PLMσ==2bhW

2.實(shí)驗(yàn)值計(jì)算σ=Eε均

3.理論值與實(shí)驗(yàn)值比較σ理-σ實(shí)e=×100%

σ理

梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)b=mmh=mmL=mmE=210GPaμ=0.263010401050

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