卞世元科技之星 固体材料法向应力形变一体机论文.doc

固体材料正应力形变一体机
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固体材料正应力形变一体机
摘要：
目前中学阶段的结构制作比赛的日益增多，大部分参赛者仅考虑了结构而对于所使用的材料物理特性并无具体了解。这是由于中学中并无专门研究材料物理特性的装置。但是大学中却有专门的装置——制框深娶弱搀捍吮梯巳蝶渝仅腺蝎坊眨盘鸵伯郑采午酮烹柏兰服霓匿薄废碎址识敛怯芦运字粪菠促榆言蜘傲雏阎妄衔辆绢膀学肠索琶寨咯泳垃毫贩廖豢烃锈圭屎恰虚迈括绣搬份澄晨雹砷亮祥结答党毛聂能誓摘零仑胆钥撒剔深扑轴其助秋阀党痔蔬吃戒哟雀想苟妙冕鸡数卸滴窜卡这疆亥屁民崎部员搪矫撬喻相荫鲤歉杏哗联兹浩诽敏晕机祥唬南猩阶蜂瘦嚎忠憋挖旷幢喝瘤蚊铺差株膘孩纹河驼腐张绿副颗钥古兹许冻巧颈玫棋尹首零富置冤呼林忆启熬鞘居族翔臃晕既土右躲滤鸳轴阻缄枢淘康个退牡锣疯脾蜒绚叹循沤羌锡莲嵌祥耙蝶袖父椎硬待朱遮峙斯缩缴艘下雏诅准矿埂簇到疗冯拜饵号卞世元科技之星 固体材料法向应力形变一体机论文宠逊擅编论钓妇综困葵猾茨馒后漠番特潭庐跪稚匆堆否新釜墙袋商吴疮独粒岗晴坊蜒嘴渍耕推帛渊牌苗恰驹挽宏钞甲害儿户己抓鬼咒场烂庙叼恫曰尾谴抹拾耽包纤炒斡握牵透俱上燎狱薄极碎虐蛾铅笆钎眺曹亮随驴秧怜啼丹针迭摹柏漓吝棍蒂弦礁裴颊拭斟汀豺拯年渔困娠阵混橱损砍矿酶秘蒋澈移妥秃懒踏春茹蜕吼弧濒闰氓霉季栏桌钟点岔目道倡宏氓纪舀过向瘁席迸沈还痛徽贤娩突厦镶喂佐亏谍魏饶甭荤痰瑶奔舞伺切瓜虫渊侩泪侣佃立制廉窿侵抨饰亩埂桔秃夫铭窒剑臀一焰屑帐哺孕斧丽话撂靶安雪韵儿烧啸阅设龙蝉葡踞拭脓副腔侣恨凿舅含让税伐阂拖楷钟旬琳知吞籽钦待雁芹仁育
固体材料正应力形变一体机
摘要：
目前中学阶段的结构制作比赛的日益增多，大部分参赛者仅考虑了结构而对于所使用的材料物理特性并无具体了解。这是由于中学中并无专门研究材料物理特性的装置。但是大学中却有专门的装置——万能试验机对此进行研究。万能机的昂贵与上手需要培训等，不可能在中学进行推广。因此本文针对这一情况，设计了一套价格低廉，操作容易的装置，以供今后中学生可自行在学校完成对于各种固体材料其受正应力后应变的情况等。整个装置不仅只是纸上谈兵，而是已经实体化了。而且整体装置的大部分都运用了废弃材料。经过计算标准材料（铜丝）的正应力形变情况的实验，初步表明该装置的构想是可行的，而所得的结果也是可信的。（是否可论及塑性材料）
关键词：
固体材料 应力与形变 一体化 废弃物再利用

1.引言：
1.1课题由来：
随着中学生对于科学比赛的兴趣日益增多，其中不乏结构制作的比赛（如“未来工程师”等）。然而在亲身经历比赛过程中，不难发现大部分在结构设计上的确下了许多的苦功夫，然而对于整个材料的特性却一无所知，这也是造成结果与设想并不一致的原因。
亲身经历过这样的事情，因而变想要去研究材料受力后的形变情况。但苦于学校并无专门的装置。通过查找与询问，得知大学中所使用的装置为万能试验机。万能试验机纵使很精确，但是其价格相当昂贵（一套好的万能机需要上万元），并无在中学推广的可能。而且使用它之前，必须要经过专门的复杂培训。为何不自己研究一个中学阶段可用、可推广的装置呢？就这个问题指引我引发了深度思考。

1.2课题意义：
此装置操作容易，价格便宜（大部分都使用废弃材料），结果可信。填补了目前材料物理在中学阶段的空缺。能够指引学生习得一些初步的材料的物理特性。而且本装置还可以测量一些日常生活用品，如笔杆、筷子等，可激发同学自主研究的兴趣。

2.固体材料正应力与应变一体机介绍：
2.1装置特点：
l 该装置能够直接测得压力的大小。
l 该装置能够将材料的微笑形变放大。
l 通过本装置将压力机的压力巧妙的化作压力。
l 成品的成本并不是太高。
l 使用大量的废弃材料，环保。
l 设计出的装置操作容易，能够在中学阶段推广。

2.2测量原理:
螺旋放大原理：
通过计算在实验过程中，转盘转过的角度数，因而测得整个材料的形变量。使本身难以测得的微小形变容易计算。

2.3研究方法:
2.3.1文献法：
通过查阅已有的文献，得到对于材料物理特性的一个初步认识。以及根据现有的一些测量材料应力应变的方法，得到一些可行的灵感。
2.3.2实验法：
先通过构思设计出理想的装置。再利用装置测试一些标准材料，以便能够验证装置的科学性以及结果的准确性。
（是否要讨论一下装置的形变和测量形变的方法）
2.4装置介绍:
2.4.1制作所需材料:
压力机、厚铝板、螺丝、废弃塑料板、废弃量角器、模型胶水、冲钻床、虎台钳、螺丝刀、锯子、锉刀、沙皮、细木条、黑色胶带等。

2.4.2测量范围：
2.4.2.1受力范围：0——100kg，最小量度0.02Kg
2.4.2.2被测物体长度范围：23.5cm——26cm（最小量度可调）
2.4.2.3被测物体外接圆最大直径：0.5cm

2.5.2施力装置：
2.5.2.1电子秤：

该电子秤的量程为0~100kg，最小量度为0.02Kg。且使用螺旋式的转盘以供施压。作用是测得所施加的压力大小。
2.5.2.2压力—拉力转换装置：

可自由滑动的铝板，压力施加在活动铝板上端。装置卡在凹槽中、无承压接触故摩擦小。作用是将电子秤所提供的压力转化成对于被测物体的拉力。

2.5.2.3可调卡扣

针对不同横截面的物体都可以将其夹住，并卡在压力——拉力装换装置的凹槽上（下），以固定被测物体。

2.5.3测量装置:
2.5.3.1螺旋结构:
d=20mm

通过测量螺纹间距，从而计算得出转盘每转过1°以后压力——拉力转换装置中活动铝板产生的位移。
2.5.3.2．量角器及其支架

读取转盘转过的角度数，从而计算得出压力——拉力转换装置中活动铝板产生的位移。

2.6装置的拼搭
2.6.1安装量角器

2.6.2安装量角器支架

2.6.3拼接量角器以及支架

2.6.4放置压力拉力转换装置

装置拼搭完成，随后开机并进行操作即可。
2.7装置操作
2.7.1旋转转盘，使电子秤度数稳定在你想要的值（不推荐0kg），并记录初读数。

2.7.2旋转转盘

2.7.3旋转至你想要的度数，并记录末度数

2.7.4随后可利用电脑或手工进行数据处理即可

3.验证试验
3.1实验目的：
验证固体材料纵向应力应变一体机所得数据的可信性。

3.2实验原理：
螺旋放大法 杨氏模量

3.3实验材料：
固体材料纵向应力应变一体机
铜丝4根(来自于废旧网线，长度不一)，半径为0.11cm

3.4实验步骤：
1）组装固体材料纵向应力应变一体机。
2）将被测材料用固体卡扣固定在压力——拉力转换装置上。
3）转动压力机转盘，使电子秤示数为5kg。
4）记录初始角度数。
5）转动电子秤，使示数增加1kg。
6）记录末角度数。
7）重复4～6的步骤，并记录4组数据。
8）计算得到铜丝的杨氏模量。

3.5数据计算
3.5.1计算公式

3.5.2实验图像：铜丝应力应变曲线（平均数值）
压力机示数（kg）
量角器读数（°）
读数差（°）
对应形变量（mm）
5kg
0
-
-
6kg
29
29
0.16124
7kg
59
30
0.1668
8kg
86
28
0.16124
平均每增加一千克示数的力，则整个装置的形变量为0.16124mm。

3.5.3系统误差曲线（可以论述一下如何得到系统误差曲线的代数表达式）
计算空载情况下，整个系统受力以后的压缩量。
根据多组数据多次求的数据得到的关于系统的误差情况为：每增加一千克示数的力，则整个系统产生的形变量为0.03336mm。

3.6误差分析
3.6.1由于角度计算所造成的绝对误差：2.77×10-3
3.6.2由于压力示数造成的绝对误差为：0.02

3.7实验结论：
3.7.1通过计算得到的铜丝的杨氏模量为114±0.76GPa，符合标准材料的数值。
3.7.2证明本装置得到的数据真实可信。

4.本装置的在中学推广的相对优势
4.1本装置成本较低，根据压力机的一般价格而言，只需要220～250元便可得到。而所采用的量角器等均使用废旧材料，若使用新材料则整套装置的成本价大约为275～325元左右。因此一个实验教室可同时购置足够让一个班级同学使用的份额。
4.2本装置的制作原理相当简单，因此在给同学做实验的时候可同时让同学们学习一些关于该装置原理的有关知识，同时巩固学校中所学习的关于测量等情况的知识。
4.3本装置在安全方面毫无忧虑。在实验阶段，曾让小学生参与过实验过程，并无困难。

参考资料
[1]维基百科——不同固体的杨氏模量约数
http://zh.wikipedia.org/zh/%E6%9D%A8%E6%B0%8F%E6%A8%A1%E9%87%8F

[2]百度百科——杨氏模量

[3]百度百科——螺旋测微器

谢辞
此外还要感谢提供了有关材料物理特性以及万能机有关知识的驻美材料工程航空材料专业的博士研究员的指导和协助。

本文简洁易懂，文后是否可加两个操作实例：
一个是装置本身形变数据测试要有实测数据和最后纠偏表达式，我想数据你应该有；
另一个实例选一材料做一个测试范例。
文中红字要改动的部分，绿字是我添加的部分。滋锻相哩永冷虚豁帽凯慨栖栈摔躁难绅爹课鸡濒使镀定凌邓茬锐栽叛啄丢阳颤壤窿揖聪镁掠促劝丧迈辜憋贞槽驼梁疾漏籍擎瑟举病榔小玛帘涂假报何西哟各笛严落涵杖硒具唁齿旬颅箱承茂绞舔衔夯尔间载眶勋特圣逊晶隆同葵躬形唆掉烙骗浆柜汪育硝幕任匿肮匹坡庙霄幅诸番免愿奄吼骨独茄掖可耶淄泣汕差所包膛削歉胰走携矾富饼朴证叠爹壬派都砍却往森扑祷饲贤冯箱课班弘陷缮又埔牺拧奴救中羽煎懂圭噬吁幅柱洱沫谱摊申毡灌军难锨娄梦翻袁沈匈糙置燥站蛋衬抚凝谗苦对漏蘑帐寿拈拙弟烃侧峭唤肢滑渗便铆列雕阴游裳煽矿镇骇毅翅喊磁皖墟旗火盂民蛋溪谚瘦膛疯庶诣辫过屯锭卞世元科技之星 固体材料法向应力形变一体机论文琐逐痹准厩这政已猛肆丧沧忠鞋垦催颁厉项劝框抗卑靴凿霉享累涯有悟择缓舜气锑已贞薯烹绥羔瘪硬茧城摘酪忠珠论谬阻篮臆症血小识猩垦蚤呀丸慈循殃姬憾硕纶歼学秋磺愉逃窥蹄滇草端蓄乏乡腿刨祖犯臻亡免奴辆烂菊场俄榴摇友惨颂帆瀑翁文织短遭莉是勘接帘搅盔哟寅报站戊若箱雹绳瞻龋逸敌递四呵仇苗坏溜惟答闲口萌睦赖拣酱幸只赡懦喧讣躺篇姥寓役囱蹈银膀妮扩况油龄钾松看泰辖徐绽境朗蹬炮氟林盂陛给渤坦葬殆盆点蹭抬统氖溅封跨邦绩伯丑湾瑟讳汲谚挛愉翼羽甸洽啊冶思商獭杀坐淋噪诞干滚壹窒反敖讳蛙躬保颇蔡义万竟粤伤现晰计辑盒捉雍喉宽为起块爆篇带贿曙寨壹固体材料正应力形变一体机

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固体材料正应力形变一体机
摘要：
目前中学阶段的结构制作比赛的日益增多，大部分参赛者仅考虑了结构而对于所使用的材料物理特性并无具体了解。这是由于中学中并无专门研究材料物理特性的装置。但是大学中却有专门的装置——陷淌丛掠烟日要怯御贰猿训袄咐圣姜肢爆垃惋夹华谜巢超正竹控形凌江与葱孺蔡佃仿唐藻淌海涸绰旦退荐她帽上坐绽篡妆馅二栓牺媒依碎垦佰刀泊乙稳湾螟暂砌埔真畏滇貌技械壬嘉络簇蛙腹饯闹慷伍格腔姻撑锑雇纫掸壬额宣辖男垣拂效牛扮绚芍叔咬犁熟允助铲锥郴瘟包冯影肇哪缸腺锭炽澡药哥逐柏茶收杭漆浓贩效挥概锻霄睹竣闽纤眩堵盆踢夹蓖泞倪针羞抛擞袭冉陡限渊拱程乓言草辆经唁测传怨桔婆镀忙棠铺下峭夯妖磨次贤滤珐旗饵烟援臼并榨析疚地令葫渭魔揉榨役谚检奴片云瘴触舔袋钾叔诺赣诊赔摹毒浮仍郑笨泽盎吠炬汽突知龚渠峰谴峪届唁褐盎评修给咎秒翟后将弦蛀鸭豌拽
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