材料力学试验参考指导书工科类专业.doc

试验一 拉伸试验一、 试验目标1.测定低碳钢屈服强度（）、抗拉强度（）、断后伸长率A11.3（10）和断面收缩率Z（）。2.测定铸铁抗拉强度（）。3.比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在拉伸时力学性能和断口特征。注：括号内为GB/T228-金属材料 室温拉伸试验方法公布前旧标准引用符号。二、 设备及试样1.电液伺服万能试验机。2.0.02mm游标卡尺。3.低碳钢圆形横截面百分比长试样一根。把原始标距段L0十等分，并刻画出圆周等分线。4.铸铁圆形横截面非百分比试样一根。注：GB/T228-要求，拉伸试样分百分比试样和非百分比试样两种。百分比试样原始标距和原始横截面积关系满足。百分比系数取5.65时称为短百分比试样，取11.3时称为长百分比试样，国际上使用百分比系数取5.65。非百分比试样和无关。三、试验原理及方法低碳钢是指含碳量在0.3以下碳素钢。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸时表现出力学性能也最为经典。低碳钢拉伸图（FL曲线）以轴向力F为纵坐标，标距段伸长量L为横坐标，所绘出试验曲线图称为拉伸图，即FL曲线。低碳钢拉伸图如上图所表示，FeL为下屈服强度对应轴向力，FeH为上屈服强度对应轴向力，Fm为最大轴向力。FL曲线和试样尺寸相关。为了消除试样尺寸影响，把轴向力F除以试样横截面原始面积S0就得到了名义应力，也叫工程应力，用表示。一样，试样在标距段伸长L除以试样原始标距O得到名义应变，也叫工程应变，用表示。曲线和FL曲线形状相同，但消除了儿何尺寸影响，所以代表了材料本质属性，即材料本构关系。低碳钢应力应变图（曲线）经典低碳钢拉伸曲线，如上图所表示，可显著分为四个阶段：（1）弹性阶段oa：在此阶段试样变形是弹性，假如在这一阶段终止拉伸并卸载，试样仍恢复到原先尺寸，试验曲线将沿着拉伸曲线回到初始点，表明试样没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即式中百分比系数E代表直线斜率，称为材料弹性模量，其常见单位为GPa。它是代表材料发生弹性变形关键性能参数。E大小反应材料抵御弹性变形一个能力，代表了材料刚度。另外，材料在发生杆轴向伸长同时还发生横向收缩。反应横向变形横向应变和之比绝对值称为材料泊松比。它是代表材料弹性变形另一个性能参数。（2）屈服阶段ab：在超出弹性阶段后出现显著屈服过程，即曲线沿一水平段上下波动，即应力增加极少，变形快速增加。这表明材料在此载荷作用下，宏观上表现为临时丧失抵御继续变形能力，微观上表现为材料内部结构发生急剧改变。从微观结构解释这一现象，是因为组成金属晶体材料结构晶格间位错，在外力作用下发生有规律移动造成。假如试样表面足够光滑、材料杂质含量少，能够清楚地看出试样表面有450方向滑移线。依据GB/T228标准要求，试样发生屈服而力首次下降前最大应力称为上屈服强度，记为“ReH”；在屈服期间，不计初始瞬时效应时最低应力称为下屈服强度，记为“ReL”，若试样发生屈服而力首次下降最小应力是屈服期间最小应力时，该最小应力称为初始瞬时效应，不作为下屈服强度。通常把试验测定下屈服强度ReL作为材料屈服极限S，S是材料开始进入塑性标志。不一样塑性材料其屈服阶段曲线类型有所不一样，其屈服强度按GB/T228-要求确定。结构、零件外加载荷一旦超出这个应力，就能够认为这一结构或零件会因为过量变形而失效。所以，强度设计中常以屈服极限S作为确定许可应力基础。因为材料在这一阶段已经发生过量变形，肯定残留不可恢复变形（塑性变形），所以，从屈服阶段开始，材料变形就包含弹性和塑性两部分。 （3）强化阶段bc：屈服阶段结束后，曲线又出现上升现象，说明材料恢复了对继续变形抵御能力，材料若要继续变形必需施加足够载荷。假如在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留。强化阶段卸载路径和弹性阶段平行。卸载后若重新加载，材料弹性阶段线将加长、屈服强度显著提升，塑性将降低。这种现象称作应变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵性质之一。塑性变形和应变强化二者结合，是工厂强化金属关键手段。比如：喷丸、挤压，冷拔等工艺，就是利用材料冷作硬化来提升材料强度。强化阶段塑性变形是沿轴向均匀分布。随塑性变形增加，试样表面滑移线亦愈趋显著。曲线应力峰值Rm为材料强度极限b。对低碳钢来说b是材料均匀塑性变形最大抵御能力，也是材料进入颈缩阶段标志。（4）颈缩阶段cd：应力抵达强度极限后，开始在试样最微弱处出现局部变形，从而造成试样局部截面急剧颈缩，承载面积快速降低，试样承受载荷很快下降，直至断裂。断裂时，试样弹性变形消失，塑性变形则遗留在断裂试样上。塑性材料和脆性材料拉伸曲线存在很大差异。低碳钢和铸铁是工程材料中最具经典意义两种材料，前者为塑性材料，后者为脆性材料。观察它们在拉伸过程中变形和破坏特征有利于正确、合理地认识和选择材料。依据试验机绘制拉伸FL曲线确定低碳钢、和铸铁。（1）原始横截面面积（S0）测定：圆形横截面试样，应分别在标距内两端及中部测量直径。测量某处直径时，应在该处测量两个互垂方向直径，取其算术平均值。原始横截面面积S0取三处测得最小直径计算，并最少保留4位有效数字。（2）强度指标（、）测定：从低碳钢FL曲线读取试样FeL和Fm值，将其分别除以试样原始横截面面积S0得低碳钢屈服强度和抗拉强度；从铸铁FL曲线读取试样Fm值，将其除以试样原始横截面面积S0得铸铁抗拉强度；依据拉断后低碳钢试样断口直径及标距段长度确定A11.3 和Z（1）原始标距L0标识：低碳钢拉伸试样标距段原始长度为100mm，分十等分，用划线机划细圆周线作为标识。（2）低碳钢断面收缩率Z测定：断裂后试样横截面最大缩减量S0Su和原始横截面面积S0之比百分率为断面收缩率。测量时将试样断裂部分仔细地配接在一起，使其轴线处于同一直线上。测量圆形横截面缩颈处最小直径计算缩颈后试样最小横截面面积Su。（3）低碳钢断后伸长率A11.3测定：断后标距残余伸长LuL0和原始标距L0之比百分率为断后伸长率。对于百分比试样，若原始标距不为，则符号A应附下标注明所使用百分比系数，比如A11.3表示原始标距L0为试样断后伸长率。测量时将试样断裂部分仔细地配接在一起，应使试样二段轴线处于同一直线上，而且断裂部分合适接触。当断裂处和最靠近标距标识距离大于原始标距三分之一时，标距段长度Lu按要求配接后直接测量，不然应按下述移位方法测量Lu。试验前将原始标距L0细分为N等分，把每一等分细圆周线称为标距等分标识试验后，以符号X表示断裂后试样短一段距离试样夹持部最近标距等分标识，以符号Y表示断裂试样长一段标距等分标识，要求Y和断裂处距离最靠近X和断裂处距离，X和Y之间标距等分格数为n。若Nn为偶数，以符号Z表示断裂试样长一段标距等分标识，要求Z和Y标距等分格数为。分别测量X和Y之间距离记为XY、Y和Z之间距离记为YZ，则试样断后标距段长度LuXY2YZ，以下图（a）所表示。若Nn为奇数，以符号Z 和Z表示断裂试样长一段标距等分标识，要求Z和Y标距等分格数为，Z和Z标距等分格数为1。分别测量X和Y之间距离记为XY、Y和Z之间距离记为Y Z、Z和Z之间距离记为Z Z，则试样断后标距段长度LuXY2Y Z Z Z，以下图（b）所表示。四、试验步骤1按要求测量试样原始横截面面积S0。低碳钢标距段原始长度不用测量，为100mm。铸铁不定标距，不用测量。2按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。3按指导老师要求选择“试验方案” “新建试验” “金属圆棒拉伸试验”进行试验，具体操作要求见电液伺服万能试验机使用说明。4试样拉断后拆下试样，重新调整试验机活动台合理高度（通常为10mm），按要求装夹另一根试样，选择“继续试验” 进行第二根试样拉伸试验。5第二根试样拉断后拆下试样，依据电液伺服万能试验机使用说明把两根试样FL曲线添加不一样颜色一起显示在微机显示器上。从低碳钢FL曲线上读取FeL、Fm值，从铸铁FL曲线上读取Fm值。并比较两条曲线特征。6测量低碳钢拉断后断口最小横截面面积Su。7依据低碳钢断口位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度Lu。8比较低碳钢和铸铁断口特征。9试验机复原。五、试验数据及处理要求1试样直径测量和测量工具精度保持一致。2横截面面积计算值取4位有效数字。3拉伸力学性能指标数值确定应保留计算过程，最终止果值按下表要求修约。性能名称范围修约间隔屈服强度和抗拉强度200MPa1MPa2001000MPa5MPa1000MPa10MPa断后伸长率0.5断面收缩率0.5六、思索题1、为何在试验前需要测试件原始尺寸，包含哪些数据，怎样测？2、假如试件直径为10mm ,按标准短百分比试件要求，标距应定为多少？ 3、哪种材料需要在试件拉断后测量试件尺寸？4、 铸铁拉伸变形为何没有屈服、强化及缩颈等阶段？5、 测定材料屈服强度意义？哪些材料需要测定屈服强度？6、应变强化是哪类材料特点，发生在拉伸过程哪个阶段，有何作用和意义？试验二 压缩试验一、试验目标1、测定低碳钢压缩时屈服强度s。2、测定铸铁压缩时抗压强度by。3、比较低碳钢和铸铁在压缩时变形规律和破坏现象，并进行比较。二、设备及试样1、电液伺服万能试验机（自行改造）。2、游标卡尺。3、低碳钢、铸铁圆形横截面短试样各一枚。注：材料压缩短试样试样标距段原始高度h0和标距段原始直径d0 比值通常要求为：1h0/ d03。而长试样通常见于拉伸试验。三、试验原理及方法当试样承受压缩时，其上下端面和试验机垫板之间产生很大摩擦力，以下图，这些摩擦力阻碍试样上部和下部横向变形，使其抗压能力有所提升，故试验时试样两端面应涂以润滑剂以减小摩擦力影响。另外，当h0/ d0增大时，摩擦力影响也会降低，所以试样抗压能力将随比值h0/ d0增大而略有降低。由此可见，只有在相同试验条件下，才能对不一样材料压缩性能进行比较。施加载荷时，要求其协力作用线和试样轴线一致，为此试样两端面必需平行且和轴线垂直；同时，在试验机下垫板底部有球形承垫，见上图。当试样两端面稍有不平行时，会自动调整下垫板平面方位，使接触面载荷均匀分布。 低碳钢压缩试验中，屈服现象不及拉伸时那样显著，从Fl曲线读下屈服载荷Fs，由此可求得屈服极限。以后因为材料良好塑性，使其压成饼状而不致破坏，故低碳钢不存在压缩强度极限。 铸铁压缩试验则在出现较大（相对于拉伸而言）塑性变形后发生破坏，其裂纹方向和轴线约成450角，此时载荷即为最大载荷Fby，由此可算得压缩强度极限。四、试验步骤1、测量试样原始尺寸。2、安装试样并保持上下对中。3、依据试样负荷和变形水平，按试验机操作软件设定试验具体步骤加载试验。4、观察试样变形和破坏特征。五、试验数据及处理要求（同轴向拉伸试验）六、思索题1、说明铸铁压缩破坏原因？2、总结低碳钢、铸铁拉伸、压缩力学性能。试验三 扭转试验一、试验目标1、测定低碳钢剪切屈服点s，抗扭强度b。2、测定铸铁抗扭强度b。3、比较低碳钢和铸铁在扭转时变形和破坏特征。二、设备及试样1、伺服电机控制扭转试验机（自行改造）。2、0.02mm游标卡尺。3、低碳钢10圆试件一根，画有两圈圆周线和一根轴向线。4、铸铁10圆试件一根。三、试验原理及方法塑性材料试样安装在伺服电机驱动扭转试验机上，以6-10/min主动夹头旋转速度对试样施加扭力矩，在计算机显示器上即可得到扭转曲线（扭矩-夹头转角图线），以下图为低碳钢部分扭转曲线。试样变形先是弹性性，在弹性阶段，扭矩和扭转角成线性关系。弹性变形到一定程度试样会出现屈服。扭转曲线扭矩首次下降前最大扭矩为上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl，通常把下屈服扭矩对应应力值作为材料屈服极限s，即：s=sl= Tsl/W。当试样扭断时，得到最大扭矩Tb，则其抗扭强度为b= Tb/W式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有W=d03/16。铸铁为脆性材料，无屈服现象，扭矩-夹头转角图线如左图，故当其扭转试样破断时，测得最大扭矩Tb，则其抗扭强度为：b= Tb/W四、试验步骤1、测量试样原始尺寸 分别在标距两端及中部三个位置上测量直径，用最小直径计算抗扭截面模量。2、安装试样并保持试样轴线和扭转试验机转动中心一致。3、低碳钢扭转破坏试验，观察线弹性阶段、屈服阶段力学现象，统计上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，统计最大扭矩值，观察断口特征。4、铸铁扭转破坏试验，试样扭断后，统计最大扭矩值，观察断口特征。五、试验数据处理1、试样直径测量和测量工具精度一致。2、抗扭截面模量取4位有效数字。3、力学性能指标数值修约要求同拉伸试验。六、思索题1、低碳钢扭转时圆周线和轴向线怎样改变？和扭转平面假设是否相符？2、如用木材或竹材制成纤维平行于轴线圆截面试样，受扭时它们将按怎样方法破坏？3、依据低碳钢和铸铁破口特征，分析两种材料扭转破坏原因？1、 比较低碳钢拉伸和扭转试验，从进入塑性变形阶段到破坏全过程，二者变形有何显著区分？试验四 等强度梁试验一、试验目标：1、学习应用应变片组桥，检测应力方法2、验证变截面等强度试验3、掌握用等强度梁标定灵敏度方法4、学习静态电阻应变仪使用方法图21 等强度梁安装图二、试验梁安装示意图1.等强度梁正应力分布规律试验装置其装置图2-1所表示。 2.等强度梁安装和调整：在图2-1所表示位置处，将6.拉压力传感器安装在5.蜗杆升降机构上拧紧，顶部装上7.压头。摇动4.手轮使之降到合适位置，方便不妨碍等强度梁安装。将等强度梁图放置，调整梁位置使其端部和2.紧固盖板对齐，转动手轮使6.压头和梁接触点落在试验梁对称中心线上。调整完成，将1.紧固螺钉（共四个）用扳手全部拧紧。图22 等强度梁实物注意：试验梁端部未对齐或压头接触点不在试验梁对称中心线上，将造成试验结果有误差，甚至错误。3.等强度梁贴片：图等强度梁实物图2-2图23 等强度梁贴片图1、2、3片分别在梁水平上平面纵向轴对称中心线上，1、3片相关2片成左右对称分布，图2-3所表示三、试验原理1 电阻应变测量原理电阻应变测试方法是用电阻应变片测定构件表面应变，再依据应变应力关系（即电阻-应变效应）确定构件表面应力状态一个试验应力分析方法。这种方法是以粘贴在被测构件表面上电阻应变片作为传感元件，当构件变形时，电阻应变片电阻值将发生对应改变，利用电阻应变仪将此电阻值改变测定出来，并换算成应变值或输出和此应变值成正比电压（或电流）信号，由统计仪统计下来，就可得到所测定应变或应力。图24 电阻应变片基础结构示意图2 电阻应变片电阻应变片通常由敏感栅、引线、基底、覆盖层和粘结剂组成，图2-4所表示为其结构简图。3 测量电路原理图25 测量电桥经过在试件上粘贴电阻应变片，能够将试件应变转换为应变片电阻改变，不过通常这种电阻改变是很小。为了便于测量，需将应变片电阻改变转换成电压（或电流）信号，再经过电子放大器将信号放大，然后由指示仪或统计仪指示出应变值。这一任务是由电阻应变仪来完成。而电阻应变仪中电桥作用是将应变片电阻改变转换成电压（或电流）信号。电桥依据其供电电源类型可分为直流电桥和交流电桥，下面以直流电桥为例来说明其电路原理。31 电桥平衡直流电桥图2-5所表示，电桥各臂R1、R2、R3、R4能够全部是应变片（全桥式接法），也能够部分是应变片，其它为固定电阻，如当R1、R2为应变片，R3、R4接精密无感固定电阻时，称为半桥式接法。桥路AC端供桥电压为E，则在桥路BD端输出电压为： 由上式可知，当桥臂电阻满足: R1R3=R2R4时，电桥输出电压U=0 ，称为电桥平衡。32 电桥输出电压设起始处于平衡状态电桥各桥臂（应变片）电阻值全部发生了改变，即此时电桥输出电压改变量为：可深入整理为对以下常见测量电路，该输出电压改变可作深入简化：a) 全等臂电桥在上述电桥中，各桥臂上应变片起始电阻值全相等，灵敏系数K也相同，于是 ，以代入上式，得b) 半等臂电桥当R1、R2为起始电阻值和灵敏系数K全部相同应变片，R3、R4接精密无感固定电阻，此时 c) 1/4电桥当R1、R2起始电阻值相同，R1为灵敏系数K应变片，R2、R3、R4接精密无感固定电阻，此时 33 电桥电路基础特征a）在一定应变范围内，电桥输出电压和各桥臂电阻改变率或对应应变片所感受（轴向）应变成线性关系；b）各桥臂电阻改变率或对应应变片所感受应变对电桥输出电压改变影响是线形叠加,其叠加方法为: 相邻桥臂异号, 相对桥臂同号。充足利用电桥这一特征不仅能够提升应变测量灵敏度及精度，而且能够处理温度赔偿等问题。c)温度赔偿片温度改变对测量应变有着一定影响，消除温度改变影响可采取以下方法。实测时，把粘贴在受载荷构件上应变片作为R1，以相同应变片粘贴在材料和温度全部和构件相同赔偿块上，作为R2，以R1和R2组成测量电桥半桥，电桥另外两臂R3和R4为测试仪内部标准电阻，则能够消除温度影响。利用这种方法能够有效地消除了温度改变影响，其中作为R2电阻应变片就是用来平衡温度改变，称为温度赔偿片。四、试验步骤1. 把等强度梁安装于试验台上，注意加载点要在等强度梁轴对称中心。2. 将传感器连接到BZ 2208-A测力部分信号输入端，将梁上应变片导线分别接至应变仪任1-3通道A、B端子上，公共赔偿片接在公共赔偿端子上。检验并纪录各测点次序。3. 打开仪器，设置仪器参数，测力仪量程和灵敏度。4. 本试验取初始载荷P0=20N，Pmax=100N，P=20N，以后每增加载荷20N，统计应变读数i，共加载五级，然后卸载。再反复测量，共测三次。取数值很好一组，统计到数据列表中。5. 未知灵敏度应变片简单标定：沿等强度梁中心轴线方向粘贴未知灵敏度应变片,焊接引出导线并将引出导线接4通道A、B端子，反复以上3.4 步。6. 试验完成，卸载。试验台和仪器恢复原状。试验五：纯弯梁试验一、试验目标：1、测定梁在纯弯曲时某一截面上应力及其分布情况。2、观察梁在纯弯曲情况下所表现虎克定律，从而判定平面假设正确性。3、深入熟悉电测静应力试验原理并掌握其操作方法。4、试验结果和理论值比较,验证弯曲正应力公式=My/Iz正确性。5、测定泊松比。二、试验梁安装示意图图3-1 纯弯梁试验安装图1.纯弯梁正应力分布规律试验装置其装置图3-1所表示。 2.纯弯梁安装和调整：在图3-1所表示位置处，将9.拉压力传感器安装在8.蜗杆升降机构上拧紧，将2.支座(两个)放于图所表示位置,并对于加力中心成对称放置,将纯弯梁置于支座上,也称对称放置,将4.加力杆接头(两对)和6.加力杆(两个)连接,分别用3.销子悬挂在纯弯梁上,再用销子把11.加载下梁固定于图上所表示位置,调整加力杆位置两杆全部成铅垂状态并相关加力中心对称。摇动7.手轮使传感器升到合适位置，将10.压头放图中所表示位置,压头尖端顶住加载下梁中部凹槽,合适摇动手轮使传感器端部和压头稍稍接触。检验加载机构是否相关加载中心对称,如不对称应反复调整。注意：试验过程中应确保加载杆一直处于铅垂状态,而且整个加载机构相关中心对称,不然将造成试验结果有误差，甚至错误。图3-3 纯弯梁贴片图3.纯弯梁贴片：5、4分别在梁水平上、下平面纵向轴对称中心线上，1片在梁中性层上,2、3片分别在距中性层和梁上下边缘相等纵向轴线上,6片和5片垂直，图3-3所表示 三、试验原理图3-4 纯弯梁受力图图3-4为试样受力图为了测量应变随试样截面高度分布规律，应变片粘贴位置图3.3所表示。这么能够测量试件上下边缘、中性层及其它中间点应变，便于了解应变沿截面高度改变规律。表3-1原始参数表材 料弹模(GPa)几何参数应变片参数应变仪灵敏系数 K仪b（cm）h（cm）a（cm）灵敏系数 K片电阻值()碳钢2102.04.010.02.001202.0由材料力学可知，矩形截面梁受纯弯时正应力公式为 式中：M为弯矩；y为中性轴至欲求应力点距离；为横截面对z轴惯性矩。本试验采取逐层等量加载方法加载，每次增加等量载荷P，测定各点对应应变增量一次，即：初载荷为零，最大载荷为4kN，等量增加载荷P为500N。分别取应变增量平均值(修正后值)，求出各点应力增量平均值。 把测量得到应力增量和理论公式计算出应力增量加以比较，从而可验证公式正确性，上述理论公式中按下式求出：材料力学中还假设梁纯弯曲段是单向应力状态，为此在梁上（或下）表面横向粘贴6应变片，可测出，依据式中：梁材料泊松比可由（横/纵）计算得到，从而验证梁弯曲时近似于单向应力状态。材料弹性模量E值和泊松比值。 四、试验步骤1. 确定纯弯梁截面宽度 b=20mm,高度 h=40mm,载荷作用点到梁两侧支点距离c=100mm 。2. 将传感器连接到BZ 2208-A测力部分信号输入端，将梁上应变片公共线接至应变仪任意通道A端子上，其它接至对应序号通道B端子上，公共赔偿片接在公共赔偿端子上。检验并纪录各测点次序。3. 打开仪器，设置仪器参数，测力仪量程和灵敏度设为传感器量程、灵敏度。4. 本试验取初始载荷P0=0.5KN（500N），Pmax=2.5KN(2500N)，P=0.5KN(500N)，以后每增加载荷500N，统计应变读数i，共加载五级，然后卸载。再反复测量，共测三次。取数值很好一组，统计到数据列表中。5. 试验完成，卸载。试验台和仪器恢复原状。五、试验结果（1）求出各测量点在等量载荷作用下，应变增量平均值。（2）以各测点位置为纵坐标，以修正后应变增量平均值为横坐标，画出应变随试件截面高度改变曲线。（3）依据各测点应变增量平均值，计算测量应力值。（4）依据试验装置受力图和截面尺寸，先计算横截面对z轴惯性矩，再应用弯曲应力理论公式，计算在等增量载荷作用下，各测点理论应力增量值。（7）比较各测点应力理论值和试验值，并按下式计算相对误差 在梁中性层内，因，故只需计算绝对误差。（8）比较梁中性层应力。因为电阻应变片是测量一个区域内平均应变，粘贴时又不可能恰好贴在中性层上，所以只要实测应变值是一很小数值，就可认为测试是可靠。试验六：弯扭组合梁试验一、试验目标：1验证薄壁圆管在弯扭组合变形下主应力大小及方向理论计算公式2测定圆管在弯扭组合变形下弯矩和扭矩3实测剪切应力并计算剪切模量4掌握经过桥路不一样连接方案消扭测弯、消弯测扭方法 图4-1弯扭组合梁试验安装图二、试验梁安装示意图1.弯扭组合梁正应力分布规律试验装置，其装置图十二所表示。 2.弯扭组合梁安装和调整：该装置用试件采取无缝钢管制成空心轴，外径D40.5mm，内径d=36.5mm,E=206Gpa, 图4-1所表示，依据设计要求初载P0.3KN，终载Pmax1.2KN。图4-2弯扭组合梁实物图试验时将7.拉压力传感器安装在8.蜗杆升降机构上拧紧，顶部装上6.钢丝接头。观察加载中心线是否和扇形加力架相切，如不相切调整1.紧固螺钉（共四个），调整好后用扳手将紧固螺钉拧紧。将5钢丝一端挂入4.扇形加力杆凹槽内，摇动4.手轮至合适位置，把钢丝另一端插入传感器上方钢丝接头内。注意：扇形加力杆不和加载中心线相切，将造成试验结果有误差，甚至错误。3.弯扭组合梁贴片： 注意：1片在梁上边缘弧面上，2片在梁中轴层上，均为45应变花图4-3所表示。图4-3 弯扭组合图贴片三、试验原理主应力测量 1应变片部署由图44可看出，A点单元体承受由M产生弯曲应力w和由扭矩Mt产生剪应力作用。B点单元体处于纯剪切状态，其剪应力由扭矩Mt和剪力Q两部分产生。这些应力可依据下列公式计算。图44 试样受力图（尺寸单位：mm） 图45 单元体图 图46 应变片部署 从上面分析看来，在试件A点、B点上分别粘贴一个三向应变片如4-6，就能够测出各点应变值，并进行主应力计算。2主应力计算 电阻应变片应变测量只能沿应变片轴线方向线应变。能测得x方向、y方向和45方向三个线应变。为了计算主应力还要利用平面应力状态下虎克定律和主应力计算公式，即 计算中应注意应变片贴片实际方向，灵活利用此公式。截面内力分离测量 在工程实践中应变片电测方法不仅广泛用于结构应变、应力测量，而且也把它看成应变敏感元件用于多种测力传感器中。有时测量某一个内力而舍去另一个内力就需要采取内力分离方法。1弯矩测量在弯扭组合构件上，只想测量构件所受弯矩大小，可利用应变片接桥方法改变就可实现。图48 测量弯矩接桥方法利用图4-8应变片部署，选择A点沿轴线方向应变片接入电桥测量桥臂AB，选择B点沿轴线方向应变片接入电桥温度赔偿臂BC，这么组成仪器测量外部半桥图4-8。此接桥方法，A片受弯曲拉应力，B片无弯曲应力作用，而测量结果和扭转内力无关。这种接法能够满足温度赔偿要求，这么就可计算出弯矩大小，然后将实测结果和理论计算相比较。 2扭转力矩测量图49 扭转力矩测量在弯扭组合构件上，只想测量构件所受扭转力矩，也可利用应变片接桥方法来实现。以图4-9中B点应变片为例，将B点沿轴线呈45两个应变片接入相邻两个桥臂图4-9。因为B点处于弯曲中性层，所以弯矩作用对应变片没有影响。在扭转力矩作用下,应变片a受到伸长变形接于桥臂AB，应变片b受到压缩变形接于桥臂BC。因为接入相邻桥臂既本身温度赔偿，又使应变读数增加一倍。此处弯曲剪应力较小而未加考虑。再依据广义虎克定律求得。因为在纯剪切状态下，则可深入计算出内力扭转力矩。除了以上接桥之外，利用A点应变片也要组成一样功效电桥来测量扭转力矩，在只有弯矩作用下，A点沿轴线呈45方向上伸长是相等，即a片b片伸长量相等而连接于电桥相邻臂，则相互抵消电桥输出为零，其道理和温度赔偿是一样。所以如此接桥方法可消除弯矩影响，而只测量出扭转力矩。另外，A点和B点也可组成全桥来测量扭矩。四、试验步骤1. 将传感器连接到BZ2208-A测力部分信号输入端，打开仪器，设置仪器参数，测力仪量程和灵敏度设为传感器量程、灵敏度。2. 主应力测量：将两个应变花公共导线分别接在仪器前任意两个通道A端子上，其它各导线按次序分别接至应变仪1-6通道B端子上，设置应变仪参数。3. 本试验取初始载荷P0=0.2KN（200N），Pmax=1KN(1000N)，P=0.2KN(200N)，以后每增加载荷200N，统计应变读数i，共加载五级，然后卸载。再反复测量，共测三次。取数值很好一组，统计到数据列表中。4. 弯矩测量：将梁上A点沿轴线应变片公共线接至应变仪1通道B端子上，另一端分别接1通道A端子上；梁上A点沿轴线应变片公共线接至应变仪1通道B端子上，另一端分别接1通道C端子上。设置应变仪参数到半桥，未加载时平衡一次，然后转入测量状态。5. 本试验取初始载荷P0=0.2KN（200N），Pmax=1KN(1000N)，P=0.2KN(200N)，以后每增加载荷200N，统计应变读数i，共加载五级，然后卸载。再反复测量，共测三次。取数值很好一组，统计到数据列表中。6. 扭矩测量：将梁上B点沿轴线呈45两个应变片公共线接至应变仪1通道B端子上，另一端分别接1通道A端子和C端子上。设置应变仪参数为半桥；未加载时平衡测力通道和所选测应变通道电桥（应变部分按平衡键，测力部分按增键），然后转入测量状态。7. 本试验取初始载荷P0=0.2KN（200N），Pmax=1KN(1000N)，P=0.2KN(200N)，以后每增加载荷200N，统计应变读数i，共加载五级，然后卸载。再反复测量，共测三次。取数值很好一组，统计到数据列表中。8. 试验完成，卸载。试验台和仪器恢复原状。试验七：偏心拉杆试验一、试验目标：1分别测量偏心拉伸试样中由拉力和弯矩所产生应力2熟悉电阻应变仪电桥接法，及其测量组合变形试样中某一个内力原因通常方法。测定偏心拉伸试样杨氏模量E和偏心距e。二、试验梁安装示意图1偏心拉杆试验装置图7-1为偏心拉杆试验安装图图7-1 偏心拉杆试验安装图2. 偏心拉杆安装和调整：图7-1所表示，将3.拉压力传感器安装在2.蜗杆升降机构上拧紧，将4拉伸杆接头(两个)安装在图所表示位置拧紧,摇动1.手轮使传感器升到合适位置，将5.偏心拉杆用销子安装在拉伸杆接头凹槽内,应调整支座位置，使同心拉杆处于自由悬垂状态。图7-2 偏心拉杆实物图注意：试验过程中应确保同心拉杆处于自由悬垂状态,不然将造成试验结果有较大误差，甚至错误。3. 偏心拉杆贴片：采取图7-2所表示偏心拉伸试样。图7-3 偏心拉杆贴片图贴片方法图7-3所表示，Ra和Rb为两侧平面沿纵向粘贴应变片，其它三片在横向四等分位置处，另外有两枚粘贴在和试样材质相同但不受载荷试件上应变片，供全桥测量时组桥之用。尺寸b=30mm，t=5mm。三、试验原理由电测原理知： 式中为仪器读数。以后式看出：相邻两臂应变符号相同时，仪器读数相互抵销；应变符号相异时，仪器读数绝对值是二者绝对值之和。相对两臂应变符号相同时，仪器读数绝对值是二者绝对值之和；应变符号相异时，仪器读数相互抵销。此性质称为电桥加减特征。利用此特征，采取合适布片和组桥，能够将组合载荷作用下各内力产生应变成份分别单独测量出来，且降低误差，提升测量精度。从而计算出对应应力和内力。这就是所谓内力素测定。图7-3中Ra和Rb应变均由拉伸和弯曲两种应变成份组成，即图7-4 全桥方法组桥式中和分别为拉伸和弯曲应变绝对值。若图7-4全桥方法组桥，则由上式得若图7-5半桥方法组桥，则得图7-5半桥方法组桥通常将仪器读出应变值和待测应变值之比称为桥臂系数。故上述两种组桥方法桥臂系数均为2。为了测定弹性模量E，可图7-4组桥，并等增量加载，即Pi=P0+iP(i=1,2,5) ,末级载荷P5不应使材料超出弹性范围。初载荷P0时将应变仪调零，每级加载后统计仪器读数，用最小二乘法计算出弹性模量E：式中为桥臂系数。为了测定偏心距e，可按图7-5方法组桥。初载荷P0时应变仪调平衡，载荷增加P后。统计仪器读数。据虎克定律得弯曲应力为：由上式得四、试验步骤1试验台换上拉伸夹具，安装试样。应变片电阻R=120，灵敏系数K=2.00。2打开仪器电源,将力传感器和仪器测力部分连接,设置参数。3测弹性模量E按图7-3将相关应变片接入所选BZ2208A应变仪通道。每增加载荷200N统计应变读数，共加载五级，然后卸载。数据列表统计。4测偏心距e按图7-4将相关应变片接入所选BZ2208A 应变仪通道。对所选通道设置为半桥。5本试验取初始载荷P0=0.5KN（500N），Pmax=2.5KN(2500N)，P=0.5KN(500N)，以后每增加载荷500N，统计应变读数，共加载五级，然后卸载。再反复测量，共测三次。取数值很好一组，统计到数据列表中。6卸载。试验台和仪器恢复原状。注意：偏心拉杆共贴片5枚，以上只用其中2枚，其它3枚接成不一样方法电桥也可验证结果，方法和上述类似。试验八：同心拉杆试验一、试验目标：1测定低碳钢弹性模量E。2验证虎克定律（最大载荷4KN）二、试验梁安装示意图1.同心拉杆试验装置图8-1 同心拉杆试验安装图图8-1 为同心拉杆试验安装图2. 同心拉杆安装和调整：图8-1所表示，将3.拉压力传感器安装在2.蜗杆升降机构上拧紧，将4拉伸杆接头(两个)安装在图所表示位置拧紧,摇动1.手轮使传感器升到合适位置，将5.同心拉杆用销子安装在拉伸杆接头凹槽内,应调整支座位置，使同心拉杆处于自由悬垂状态。注意：试验过程中应确保同心拉杆处于自由悬垂状态,不然将造成试验结果有较大误差，甚至错误。3. 同心拉杆贴片：图8-2 同心拉杆实物图图8-2 为同心拉杆实物图只贴一枚应变片，贴于梁水平上平面纵向轴对称中心线上。三、试验原理低碳钢弹性模量E测定由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力和应变比值，即因为，所以弹性模量E又可表示为 式中：E 材料弹性模量 应力， 应变，P 试验时所施加载荷，A以试件截面尺寸平均值计算横截面面积对于两端铰接同心拉杆，加力点全部在拉杆纵向轴线上，所贴应变片也在拉杆纵向轴线上，此时该测点应力状态可认为是单向应力状态，即只有一个主应力，满足虎克定律，因为材料在弹性变形范围内，和成正比，所以当试件受到载荷增量P和应变增量 比值即为E：所以，用游标卡尺测量试件截面尺寸可计算出横截面面积A，由拉压力传感器接测力仪即可得到所加载荷增量P大小，再把应变片引线和应变仪相连，就可得到该截面处以加载荷增量P改变时应变增量。这么就可计算出弹性模量E。四、试验步骤1. 将拉压力传感器和测力仪连接, 接通电源, 打开仪器开关，设置测力仪参数，测力仪量程、灵敏度（设为传感器量程、灵敏度）。2. 将试件上应变片接至应变仪一通道A端子上，公共赔偿片接在公共赔偿端子上。3. 设置应变仪，然后转入测量状态。4. 本试验取初始载荷P0=200N，Pmax=1000N，P=200N，以后每增加载荷200N，统计应变读数，共加载五级，然后卸载。试验台和仪器恢复原状。