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材料力学实验说明

2021-03-21 来源:爱问旅游网
弯曲实验

一.实验目的

测定纯弯曲梁的正应力,并与理论计算结果进行比较,以验证弯曲正应力公式。

二.实验仪器

组合实验台弯曲梁实验装置,电阻应变仪,预调平衡箱,数字测力仪。

三.实验原理

示意图请参见两端铰支的矩形截面钢梁,在距两端支座为处,分别作用相同大小的力。梁的AB段为纯弯曲,其弯矩为

。为了实测正应力,可在

梁的AB段内沿横截面表面均匀粘贴7个电阻应变片(7个测点)。

当梁受到荷载作用时,可从电阻片的变形测得各点的应变值。在比例极限范围内,应力与应变之间存在着正比关系,即可计算出该点正应力的数值。

关于电阻应变片和应变测量电路的原理参见电阻应变仪。

四.实验步骤

1.观察预调平衡箱后面板的接线,将测点与通道的对应关系记录下来。 2.数字测力仪的量程设为20KN,初始调零。

3.将电阻应变仪的“基零、测量”开关置在“基零”位置,调节“基零平衡”,使显示为零。

4.将电阻应变仪的“基零、测量”开关置在“测量”位置,旋转“换点开关”,调节相应的通道,使其电桥平衡(显示为零)。将所用的7个通道同时调零。

。因而通过测得应变值便

5.逐级加载,每增加0.5KN记录7个通道的应变仪读数。 6.加载到4KN后,卸载。

7.根据应变仪读数求出各测点应变差值的算术平均值,然后计算应力值。

五.实验记录 宽度

高度

加力点到支座的距离

弹性模量 通道 荷载 测点1

通道 测点2 通道 测点3 通道 测点4 通道 测点5 通道 测点6 通道

测点7

0

0.5 0.5

1.0 0.5

2.0 2.5 3.0 3.5

4.0

平均值

注:先求出各测点应变差值的算术平均值,然后计算应力值。

六.预习思考题

1) 分析在纯弯曲状态下,梁截面的应力分布情况。

2) 如果将电阻应变片的灵敏系数由2.0改为2.1,则测出的应变值会有什么影响?

3) 电阻应变片由金属电阻丝制成,测量应变时电阻丝是有电流的;弯曲实验中的钢梁也是金属,由于电阻应变片是直接粘贴在钢梁表面的,所以实验时钢梁中也会有电流通过,这是正常现象,不会影响测量结果。你是否同意这种看法?为什么?

4) 一位同学在操作中有这样一个过程:将电阻应变仪的“基零、测量”开关置在“基零”位置,调节“基零平衡”,使显示为零,然后旋转“换点开关”,调节所有通道,使其电桥平衡,接着就开始加载测量应变。请问,这位同学的操作正确吗?为什么?

5) 如果电阻应变仪的显示窗口的读数为“-200”,这是什么意思?

6) 我们知道,在拉伸、压缩、弯曲、扭转作用下物体都会产生应变,那么电阻应变片可以用来测量那些应变呢?为什么? 7) 温度补偿片有什么作用?

七.分析思考题

1) 在弯曲实验中采用的是全桥测量还是半桥测量? 2) 如果加载前应变有初读数,应该怎样处理测量结果? 3) 对于本次实验,你的体会是什么?你有什么建议吗?

扭转实验

一、实验目的

1.学习扭转实验机的构造原理,并进行操作练习。 2.测定低碳钢的剪切屈服极限

、剪切强度极限

和铸铁的剪切强度极限

3.观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏情况。

二、实验仪器

扭转实验机,游标卡尺。

三.实验原理

塑性材料和脆性材料在扭转时的力学性能。(参考材料力学课本及其它相关书籍)

四、实验步骤 1.低碳钢实验

(1)量取试件直径。在试件上选取3个位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均直径值中取最小值作为试件的直径。 (2)将扭转实验机刻度盘的从动针调至靠近主动针。主动针的调零方式为自动调整,如果主动针不在零位,应通知老师,由老师进行调整。绝对不能用调从动针的方法,将两针调至零位。

(3)把试件安装在扭转试验机的夹头内,并将螺丝拧紧(勿太用力)。安装时,一定要注意主动夹头的夹块要保持水平(固定夹头的夹块总是水平的),以避免引起初始扭矩。如果已经出现小量的初始扭矩,只要不超过5N*m,可以开始加载。另外,试件在水平面和垂直面上不能歪斜,否则加载后试件将发生扭曲。 (4)打开绘图记录器的开关;将调速旋钮置于低速位置。开始用

慢速加载,每增加 5N*m 的扭矩,记录下相应的扭转角度。实验过程中,注意观察试件的变形情况和

图,当材料发生流动时,记录流动时的扭矩值

相应的扭转角度。另外,注意记录扭矩刚开始下降时的扭矩值和相应的扭转角度。扭矩值估读到0.1N*m。

(5)流动以后,继续加载,试件进入强化阶段,关闭记录器后,将电机速度选择在

档,加快加载速度。这时由于变形速度较快,可每增加180

,注意观察断

度取一次扭转角度。直至试件扭断为止,记下断裂时的扭矩值

口的形状。注意,试件扭断后应立即停止加载,以便记录断裂时的扭转角度。

2.铸铁实验

操作步骤与低碳钢相同。因铸铁在变形很小时就破坏,所以只能用

档慢速加载。每增加5N*m的扭矩,记录下相应的扭转角度。注意观

察铸铁试件在扭转过程中的变形及破坏情况,并记录试件扭断时的极限扭矩值

和相应的扭转角度。注意,试件扭断后应立即停止加载,以便记录断裂时的扭转角度。

五、实验记录 试件 直径(第1次) 直径(第2次) 直径(第3次) 流动荷载 破坏荷载 形 状 (请描述断口) (请描述断口) 低碳钢 铸铁 无

注:低碳钢的剪切流动极限及强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。原因是这样:圆轴扭转在弹性变形范围内剪应力分布如参考图(a)所示,对于塑性材料,当扭矩增大到一定数值后,试件表面应力首先达到流动极限

,并逐渐向

内扩展,形成环形塑性区,如参考图(b)所示。若扭矩逐渐增大,塑性区也不断扩大。当扭矩达到

时,横截面上的剪应力大小近似为

,如参考图(c)所示,

在这种剪应力分布形式下,剪应力公式为。

试件继续变形,材料进一步强化,当试件扭断时,假设整个截面的剪应力都达到

,此时最大扭矩为

,因此剪切强度极限和流动极限一样,近似地写为

由于铸铁是脆性材料,应力在截面上从开始受力直至破坏都保持线性分布,当边缘上的剪应力达到计算强度极限。

六.预习思考题

1) 分析试件在扭转状态下各点的主应力大小和方向。

2) 低碳钢屈服极限和强度极限的计算公式中为什么会出现3/4?请分析并推导计算公式。

3) 为什么扭转试件两端较粗,中间较细?中间和两端采用光滑曲线过渡,而不是直角连接

4) 如果扭转试件是屈服失效,请用最大剪应力理论分析一下试件可能的断口形状。

5) 如果扭转试件是断裂失效,请用最大拉应力理论分析一下试件可能的断口形状。

6) 什么是塑性材料?什么是脆性材料?(如果在你做的其它实验中也有此题,回答一次即可) 七.分析思考题

1) 扭转实验中你是怎样测量试件直径的?为什么采用这种方法?你有其它方法测量直径吗?你的依据是什么?

2) 扭转实验对试件的放置有什么要求?为什么?

3) 夹紧试件后,如果读数盘的主动针偏离了零位,这是什么原因造成的?对实验结果有什么影响?应该怎样解决?

4) 两种扭转试件的断口形状分别是什么样的?怎样解释这种结果? 5) 通过实验你觉得低碳钢的塑性性能如何?你的依据是什么?铸铁呢?

时。此时最大扭矩为

,故仍用弹性阶段的应力公式

6) 在拉伸、压缩、扭转三个试验中,你已经做了那些实验?请通过这些实验,总结一下低碳钢的抗拉、抗压、抗扭强度的大小关系。同样地,请总结一下铸铁的抗拉、抗压、抗扭强度的大小关系。

7) 结合你已经做过的实验(拉伸、压缩、扭转),请对比低碳钢和铸铁的抗拉、抗压、抗扭强度的大小关系。举例说明其使用范围。

8) 结合你已经做过的实验(拉伸、压缩、扭转),请分析低碳钢的荷载-位移曲线有什么共同点?

9) 对于本次实验,你的体会是什么?你有什么建议吗?

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