材料力学实验指导书(最新)

力传感器； SCLY ——II 数字式测力仪； JDY ——III 型静态电阻应变仪（2 台） 。 如图 1 所示，从上至下依次为钢-铝叠梁、钢-钢叠梁、钢-钢楔块叠梁。 3．实验原理和方法
图 2 钢-钢组合叠梁受力简图、贴片位置图与理论应力分布图
在梁的某一横截面沿梁的高度分布 8 枚电阻应变片，贴片位置如图 2 所示。 电阻片长向与梁的轴线方向一致。梁受力时，测出每个测点的应变值
8）按以上同样方法，可对其余二组梁进行测试； 9）卸去载荷，检查数据，恢复仪器。 5．试验结果处理 1）用电阻应变仪上读出的线应变读数，通过虎克定律： σ=Eε 求出纯弯梁各测点正应力的试验值。 2）再按纯弯梁横截面上的正应力分布式：
σ= M y IZ
求出纯弯梁各测点正应力的理论值。 3）最后对试验值与理论值进行误差分析。 6．注意事项 1）检查叠梁叠放是否整齐； 2）不得用力拉扯应变片引线，不得触摸应变片； 3) 测点位置通过引线的颜色辨认； 4）初载荷 F0 和终载荷 Fn 的值要适当；建议初始载荷 200N，最大载荷 2200N ，载荷递增梯度：5OON。 5）应变片灵敏度系数 K=2.13。 7．思考题 l）如何建立钢-铝叠梁、钢-钢叠梁和钢-钢楔块叠梁横截面上正应力的理 论计算公式（同学们可展开讨论） 。 2）估计那种梁试验误差要大些，误差大的主要原因是什么？
图一
WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机
二、组成 1 ．试验机主机； 2 ．油压机控制箱； 3 ．微型计算机与打印机； 三、实验指导 1.实验目的 测定低碳钢的屈服极限 s ，强度极限 b ，伸长率 ，断面收缩率 。 2.实验装置和仪器 1) WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机； 2) 拉伸试件； （图二） 3) 游标卡尺等。 （图三）
G=
Tl GI P
Tl I P
(1)
在图 1 所示的剪切弹性模量测定实验装置中，圆截面试件一端固定，另一端可 绕其轴线自由转动。转角仪固定在标距为 L 的 A 、B 二个截面上。当祛码盘上 施加重量为 F 的祛码时， 圆轴横截面便产生 T = FL 的扭矩。
图2
从图 2 可以看出，固定在 A 截面上的刚性臂由初始位 OA 转到 OA1 位置， 固定在 B 截面上的刚性臂由初始位置 OB 转到 OB1 位置。A 、 B 两截面间的相 对扭转角，在小变形条件下，等于二个刚性臂端头间的相对位移 △ （此值可以 从百分表上读出） ，除以百分表表杆到试件轴线间的距离 R ，即
1. 试样拉断后，关闭送油阀，取下拉断的试样，打开回油阀。 注：如在试样拉断后直接打开回油阀，会造成钳口损坏。 2. 如未在试验以前输入试样尺寸和试样类型，试验结束后也可以输入。 3. 量出断后标距输入后，可在软件上点击 全部计算。 4. 选择所要打印的试验数据，打印即可。 5. 关闭软件后才允许关闭计算机（否则会造成系统软件破坏） ，然后再关闭控制 箱电源和主机电源。
5）预加荷载 F0，记下 8 个测点初始应变值 i 0 (i = 1、 2、 38） ； 6）按照一定的加载梯度加载至 F1 ，切换转换开关，记下各测点的应变值
i1 (i = 1、 2、 38） ；
7）按照同样的加载梯度加载至 Fn ，切换转换开关，记下各测点的应变值
in (i = 1、 2、 38） ；
材料力学实验指导书
连星耀编
西北农林科技大学水利与建筑工程学院
2008.9
实验一 低碳钢拉伸试验
WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机
一、概述 WEW-600B/1000B 微机控Байду номын сангаас液压万能试验机如图一所示。该试验机具有准 确的加力速度和测力系统，通过与微机连接，可直接显示并打印出拉伸图。 测量精度高，操作方便、可靠，所能开出的实验项目有： 1.低碳钢拉伸试验； 2.铸铁压缩试验； 3.测定材料弹性模量 E 与波桑比μ试验 。
i (i = 1、 2、 38） ，然后利用胡克定律 i = E i
求出各测点的应力值。 4．实验步骤 1)测量梁的有关尺寸 h 、 b 、 a 、L； 2)卸掉钢-铝叠梁、钢-钢楔块叠梁加力板上的插销，使所加力仅作用在钢钢叠梁上； 3）接通应变仪和测力仪电源，按照使用说明书分别校正和调零； 4）搞清各测点应变片引线颜色，把测点 1——8 的应变片和任一根不受力 梁上的应变片（做为温度补偿片）按照单臂桥的接法接通应变仪，并逐点调整应 变仪零点；
附：WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机操作规程
一. 试验前 打开 HLTEST 软件，然后再打开主机电源和控制箱电源。如打开顺序不对， 则必须重启计算机，关闭主机和控制箱电源。然后按照开机顺序打开即可。 1. 检查各连接线是否连接，无松，掉。 2. 正确选择试验类型，试样尺寸，以及是否选用引伸计。 3. 将油缸上升 5mm 然后夹持上夹头，并对负荷清零，此步骤只是在第一次做试 验的时候执行,相同尺寸试样不在清零，如果试样改变才要重新清零。 4. 移动中横梁调整到下夹头能很好的夹持试样为止，并夹好试样。 注： 试样在钳口中的距离要大于等于钳口长度的三分之二， 否则会造成 横梁 的钳口部位倦边损坏。 5. 如选用引伸计，则夹好引伸计，并对变形清零。 6. 如果用引伸计则曲线类型选为应力-应变。 二. 试验开始 打开送油阀，关闭回油阀，然后点击软件上试验开始，位移自动清零，在软 件界面上选取正确的曲线显示坐标（负荷-位移，负荷-变形，负荷-时间） ，在试 验时通过软件上的速率显示，调整送油阀的开口大小。 注：1. 送油阀不能开得太大，开得太大会使试样很快拉断，影响试验结果 的准确性。 2. 如果使用引伸计，则要在试验过程中（拉伸过程进入强化段以后） 取下引伸计（按键盘上的空格键或者软件提示时） ，否则会使引伸计损坏。 三. 试验结束
s = b = =
Fs A Fb A
l1 − l × 100% l
d 2 − d12 = × 100% d2
4 ．注意事项
l）WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机操作规程（见后） 2）不要在工作台上涂写或刻划。 5 ．思考题 1、颈缩过程中，颈缩截面上的实际应力是增加还是减少？ 2、为什么把试件的伸长率不能称作试件的轴向塑性线应变？
图二 低碳钢拉伸试件
图三 3.实验原理和方法
测量试件直径与标距工具
试验前，首先测量试件的原始直径 d 和标距 l.然后加持试件，开机并拉断 试件。数据采集系统会直接得到下屈服力 Fs 最大拉力 Fb 。测量拉断试件的断后 标距 l1 和断口直径 d1 。最后按以下公式计算低碳钢的屈服极限 s ，强度极限 b ， 伸长率 ，断面收缩率 。
4实验步骤1测量梁的有关尺寸hbal2卸掉钢铝叠梁钢钢楔块叠梁加力板上的插销使所加力仅作用在钢钢叠梁上3接通应变仪和测力仪电源按照使用说明书分别校正和调零4搞清各测点应变片引线颜色把测点18的应变片和任一根不受力梁上的应变片做为温度补偿片按照单臂桥的接法接通应变仪并逐点调整应变仪零点5预加荷载f0记下8个测点初始应变值83210ii6按照一定的加载梯度加载至f1切换转换开关记下各测点的应变值83211ii7按照同样的加载梯度加载至fn切换转换开关记下各测点的应变值8321iin8按以上同样方法可对其余二组梁进行测试9卸去载荷检查数据恢复仪器
∆i ， 。由式（2）得到 i 。实验重复三次。
5 .实验结果处理 从三组试验数据中，挑选较好的一组，处理数据表格见试验报告。 6 ．注意事项 l）祛码要轻拿轻放，不要冲击加载。不要在加力臂或祛码盘上用手施加过 大力气。 2）不要拆卸或转动百分表，保证表杆与刚性臂间稳定、良好地接触。 3）注意爱护贴在试件上的电阻应变片和导线。 7 ．思考题 l） 利用该装置测 AB 两个截面间的相对扭转角时为什么要有小变形的限制？ 2）对于本实验所采用的试件，初载荷、终载荷多大合适？实验分几级加载 比较合适？ 附注：本实验装置相关尺寸为 L=24Omm , d=10mm , l=100mm , R＝100mm 。
附注：本实验装置相关尺寸为 a=200mm ,L＝600mm , b =10mm , h=25mm, 钢和铝的弹性模量 Est=210GPa， Eal=70GPa。
附：JDYS—Ⅱ静态电阻应变仪使用说明书
一、概述 JDYS－II 型静态电阻应变仪是在 JDY－II 应变仪基础上新开发研制的新型 应变仪，具有稳定性好、精度高、灵敏度系数方便可调等特点；校正桥能对仪器 进行校准，保正了仪器的正确性；对不同阻值的应变片具有自动补偿功能；示值 应变就是被测点的真实应变，不需修正。抗干扰能力强，使用方便，是高等院校 和科研部门进行力学量测试所必备的理想测试仪器。 二、主要技术指标 1. 量程范围： ±19999με 2. 示值误差： 0.2%±1 个字 3. 零点漂移： ≤3με/6 小时（仪器预热 10 分钟且电桥上接 120Ω标准 电阻） 4. 灵敏系数： K 值任意连续可调 5. 测量点数： 单点 6. 平衡范围： ±5000με 7. 分 辨 率： 1με 8. 供桥电压： 直流 2V 9. 应变片阻值：60～700Ω 10. 面板显示： 4 位半 7 段 LED 数码 11. 电 源： AC 220V±10%
实验二 剪切弹性模量测定试验
NPU-1622 剪切弹性模量测定实验装置
一、概述 NPU-1622 剪切弹性模量测定实验装置是西北工业大学在“国家基础力学教 学基地” 建设项目中自行研制和开发的力学实验教学装置之一。 材料的剪切弹性 模量是计算构件扭转变形的基本参数， 该装置采用电测和引伸计百分表两种方法 测定材料的剪切弹性模量，结构精巧实用，测量精度高，操作方便、可靠，所能 开出的实验项目有： 1 ．用电测法测定材料的剪切弹性模量 G ； 2 ．用引伸计百分表法测定材料的剪切弹性模量 G 。 二、组成 1 ．实验台架：合金钢构件（变截面实心、空心为一体） 、台座、加力装置； 2 ．引伸计百分表； 3 ．荷载祛码： 1000g； 4 ．防护处理的应变片； 5 . JDY-2 型数字式静态电阻应变仪； 6 ．钢木结构工作台
实验三 组合叠梁弯曲正应力试验
NPU —— 1625 组合叠梁弯曲实验装置
一、 概述 NPU —— 1625 组合叠梁弯曲实验装置是西北工业大学 “国家基础力学教学 基地” 建设项目中自行研制和开发的新型力学实验教学装置之一。 该装置在一个 支架上同时安装有 3 组梁，梁的种类和叠合形式实验时可选；每种梁上贴有两 组应变片，供学生分组实验；采用丝杠手轮加力，传感器测力，数字式测力仪显 示力值；此外还将电测法测定材料弹性模量 E 和泊松比μ的实验综合到该实验 装置中。这不仅扩大了实验组数，而且实验安全、方便、准确；所能开出的实验 项目有： 1． 用应变电测法分别测定 3 种不同形式组合叠梁横截面上纯弯曲段沿梁 高度方向上的应力分布； 2．用应变电测法分别测定上述各种梁的曲率半径； 3．用电测法测定材料弹性模量 E 和泊松比μ。 二、组成
图一 NPU——1625 组合叠梁弯曲实验装置
图二 试验装置主体部分 1．实验台架： 3 组矩形截面的组合叠梁（钢-铝叠梁、钢-钢叠梁、钢-钢 楔块叠梁） ，钢材选用合金钢，铝材选用超硬铝（ LY12CZ )；用于测材 料弹性模量 E 和泊松比μ的试件；台座；丝杠手轮加力装置； 2．力传感器； 3. SCLY ——II 数字式测力仪； 4．防护处理的应变片； 5. JDY ——III 型静态电阻应变仪（2 台） ； 6．钢木结构工作台。 三、实验指导 1.实验目的 1）学习使用电阻应变仪，掌握测试技能。 2）测量纯弯曲梁上应变随高度的分布规律，验证平面假设的正确性。 3）用应变电测法测定三种不同形式组合叠梁横截面上的应力分布情况。下 面以钢-钢叠梁为例说明。 2．实验设备与仪器 实验台架；
∆ R
=
(2)
实验时，采用等量逐级加载法，测出与每级载荷相对应的扭转角φi。由(1) 式算出 Gi 。在按算术平均值
G=
1 n ∑ Gi n i =1
作为材料的剪切弹性模量 G 。上式中 n 为加载级数。这种数据处理方法， 实质上是端直法。当二个物理量（此处是 T 与φ）的线性关系很好时，用端直 法比最小二乘法简便，而结果相差无几。 4 ．实验步骤 l）测量试件直径 d ，百分表触头到试件轴线间距离 R 以及力臂长度 L ； 2）用手轻按砝码盘，检查转角仪及百分表是否正常工作； 3）用砝码逐级加载。对应着每级载荷 Fi ，记录相应的百分表读数 ri , 求出
图 1 NPU 一 1622 剪切弹性模量测定实验装置
三、实验指导 1.实验目的 用引伸计百分表法测定低碳钢的剪切弹性模量 G 。 2.实验装置和仪器 1)实验台架； 2) 百分表； 3) 游标卡尺。 3.实验原理和方法 由材料力学可知，在材料剪切比例极限内，圆轴扭转角的计算公式为：
=
由上式可得：