材料弹性模量及泊松比测试实验教案.

材料弹性模量及泊松比测试实验

教学内容：

一、电测法原理 1、应变片测试原理 2、惠斯登路桥应用

（1）1/4桥 温度补偿片(R 2) （2）半桥 （3）全桥

二、应变片的粘贴步骤 1、选片

2、测点表面的清洁处理

3、贴片

4、干燥处理

5、接线

6、防潮处理

三、材料弹性模量和泊松比的测定

包括实验目的、实验内容、实验（设计）仪器设备和材料清单、实验原理、实验步骤及结果测试等。

四、应变仪的操作方法 教学要求：

理解电测法的原理、应变片的粘贴步骤；掌握材料弹性模量和泊松比测定的原理及应变仪的使用。

重点：电测法原理，实验原理，应变仪的使用。

一、电测法原理

1、应变片测试原理

电测法是工程上常用的对实际构件进行应力分析实验的方法之一。它是通过贴在构件被测点处的电阻应变片(以下简称应变片)，将被测点的应变值转换为应变片的电阻变化，再利用电阻应变仪测出应变片的电阻变量，并直接转换输出应变值，然后依据虎克定律计算出构件被测点的应力值的大小。在电测法中，主要设备是电阻应变片和电阻应变仪。其中，电阻应变片是将应变变化量转变成电阻变化量的转换组件。应变电测发具有感受元件重量轻，体积小；量测系统信号传递迅速、灵敏度高、可遥感，便于与计算机连用及实现自动化等优点。它的工作原理很简单，是依据金属丝的电阻R 与其本身长度L 成正比，与其横截面积A 成反比这一物理学定律而得，用公式表示其电阻即为：

/(R L A ID ρ=为电阻系数）

当电阻丝受到轴向拉伸或压缩时，上式中的L 、A 、p 均将发生变化。若此时对上式两端同取对数，即有：

ln ln ln ln R L A ρ=+-

对其进行数学求导，有：

////dR R d dL L dA A ρρ=+-

因为金属电阻线受轴向拉伸(或压缩)作用时，式中：

所以上式可写成：

并令

式中：u--电阻丝材料的泊松比

K。—单丝灵敏系数。则：

对大多数电阻丝而言，K0为常量，对丝栅状应变片或箔式应变片，考虑到已不是单根丝，故改用灵敏系数K代替代。

可见，应变片的电阻变化率与应变值呈线性关系。当把应变片牢固粘贴于试件上，使之与试同步变形时，便可由式(中的电量—非电量转换关系调得试件的应变。

2、惠斯登路桥应用

图1 惠斯登电桥

（1）1/4桥温度补偿片(R

)

2

（2）半桥

（3）全桥

二、应变片的粘贴步骤

1、选片

2、测点表面的清洁处理

3、贴片

4、干燥处理

5、接线

6、防潮处理

三、材料弹性模量和泊松比的测定

1、实验目的

（1）用电阻应变片测量材料弹性模量E 和泊松比μ； （2）验证虎克定律；

（3）掌握电测方法的组桥原理与应用。 2、实验内容

用应变电测法测定钢材的弹性模量E 和泊松比μ。 3、实验（设计）仪器设备和材料清单

（1）1。YE15002 多功能材料力学电测实验台。 （2）YE2538A 程控静态应变仪一台。 （3）试件一根（已粘贴好应变片）。 （4）游标卡尺。 4、实验原理

实验装置见图1-1，它由手轮（施加力）、试件、支承框架、拉压力传感器等组成。

材料在弹性阶段服从虎克定律，其关系为ε

σ

=

E ，若已知载荷P 及试件横截面面积A ，只要测得试件表面轴向应变εp 就可得p

A P

E ε=， 若同时测得试件表面横向应变εp ’

，则p

p εεμ'=

。

图3 实验装置

1.手轮（施加力）；

2.试件；

3. 支承框架；

4.拉压力传感器

E 、u 测定试件见图1-2，是由铝合金（或钢等材料）加工成的板试件，在试

件中间的两个面上，沿试件的轴线方向和横向共粘贴四片应变片，分别为R 1、R 2、R 1′、R 2′，采用1/4桥接线法。由轴向应变测量桥和横向应变测量桥可分别测得εp 和εp ′，也就可计算得到弹性模量E 和泊松比u 。

图1-2 试件、应变片布置图及桥路布置图

5、实验步骤及结果测试

（1）实验步骤

①用游标卡尺测量试件横截面尺寸。

②接通测力仪电源， 将测力仪开关置开。

③按图1-2将应变片按1/4接线法接至应变仪通道上（应变仪操作可参考应变仪使用说明书）。

④检查应变仪灵敏系数是否与应变片一致，若不一致，重新设置。 ⑤实验：

a.本实验取初始载荷P 0=0.5kN （50N ），P max =1.2kN （1200N ），ΔP=0.2kN （100N 或150N 或200N ），共分6次加载；

b.加初始载荷0.2kN （200N ），通道置零；

c.逐级加载，记录各级载荷作用下的读数应变。实验数据记录可参考下面记录表。

⑥试验结束后，实验机卸载，切断应变仪电源。取下试件。 （2）实验结果处理

根据记录表记录的各项数据，每级相减，得到各级增加量的差值（从这些差值可看出力与应变的线性关系），然后，计算这些差值的算术平均值ΔP 均、ΔεP 均 、ΔεP 均′，可由下式计算出弹性模量E 和泊松比u 。

均

均

P O A P E ε∆∆=

均均P P εεμ∆∆=' 6、考核形式

（1）考核的方式

指导教师对每一个实验学生进行考核，并要求学生认真完成实验报告，考核成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五等。

（2）成绩评定标准

A 、认真、正确完成实验，实验报告写的字迹秀美，条理阐述清楚、得当，程序完善，顺理成章。出勤率达90%以上，能够熟练掌握各种测量仪器的应用者，考核成绩定为优秀；

B 、认真、正确完成实验，实验报告写的字迹工整，条理阐述清楚，程序完