華中科技大學(xué)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)理論課1

1、1工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn) 土木工程與力學(xué)學(xué)院 力學(xué)系魏俊紅 南一樓E326http:/ 2內(nèi)容概述：內(nèi)容概述：本門課程共16個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論課4個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課12學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)，振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 金屬材料的拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)金屬材料的拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 電阻應(yīng)變片的粘貼與應(yīng)變測(cè)量電阻應(yīng)變片的粘貼與應(yīng)變測(cè)量實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 梁的彎曲正應(yīng)力測(cè)量與位移互等定理驗(yàn)證梁的彎曲正應(yīng)力測(cè)量與位移互等定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 薄壁圓筒的彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)薄壁圓筒的彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)3時(shí)間安排：時(shí)間安排：第二周：理論課

2、（實(shí)驗(yàn)一，實(shí)驗(yàn)二，實(shí)驗(yàn)三）第3周第8周，實(shí)驗(yàn)一、二、三第九周 理論課（實(shí)驗(yàn)四，實(shí)驗(yàn)五，實(shí)驗(yàn)六)第10周第16周，實(shí)驗(yàn)四、五、六17周或18周考試最后成績(jī)?cè)O(shè)定：最后成績(jī)?cè)O(shè)定：平時(shí)成績(jī)70%，考試30%要求：要求：每次實(shí)驗(yàn)前做好預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)后認(rèn)真寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告4實(shí)驗(yàn)一、理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一、理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1-2 單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的剛度和固有頻率測(cè)定單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的剛度和固有頻率測(cè)定1-1 用實(shí)驗(yàn)方法求不規(guī)則物體重心用實(shí)驗(yàn)方法求不規(guī)則物體重心附附 比較漸加、突加、沖擊和振動(dòng)四種不同類型載荷比較漸加、突加、沖擊和振動(dòng)四種不同類型載荷1-3 用用“三線擺三線擺”法驗(yàn)證均質(zhì)圓盤

3、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論公式法驗(yàn)證均質(zhì)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論公式1-4 測(cè)定梁的各階固有頻率測(cè)定梁的各階固有頻率5實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1 用垂吊法測(cè)取不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)的重心位置用垂吊法測(cè)取不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)的重心位置 2 用稱重法測(cè)取連桿的重心位置并用力學(xué)方法計(jì)算其重量用稱重法測(cè)取連桿的重心位置并用力學(xué)方法計(jì)算其重量（1）垂吊法）垂吊法 利用柔軟細(xì)繩受力特點(diǎn)和二力平衡原理利用柔軟細(xì)繩受力特點(diǎn)和二力平衡原理1-1 用實(shí)驗(yàn)方法求不規(guī)則物體重心用實(shí)驗(yàn)方法求不規(guī)則物體重心實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理6（2）稱重法）稱重法 利用平面一般力系的平衡條件利用平面一般力系的平衡條件12NNWFF重量：120NcMF lW x根據(jù)：2NcF lxW

4、重心位置：7一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康挠盟矐B(tài)激振法測(cè)定梁的各階固有頻率。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)：指物體在平衡位置附近所作的具有周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。任何具有彈性的結(jié)構(gòu)物或機(jī)器的各組成部分，如離開其平衡位置后就會(huì)發(fā)生振動(dòng)。周期周期：指物體在平衡位置附近完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。頻率頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。固有頻率：固有頻率：物體做自由振動(dòng)自由振動(dòng)時(shí)，其位移隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化，振動(dòng)的頻率與初始條件無(wú)關(guān)，而僅與系統(tǒng)的固有特性有關(guān)（如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等），稱為固有頻率，其對(duì)應(yīng)周期稱為固有周期1-4 測(cè)定梁的各階固有頻率測(cè)定梁的各階固有頻率8 實(shí)驗(yàn)裝置及儀器框?qū)嶒?yàn)裝置及儀器

5、框圖如圖所示。通過(guò)變換圖如圖所示。通過(guò)變換支承塊可改變梁的支承支承塊可改變梁的支承結(jié)構(gòu)，移動(dòng)支架的位置結(jié)構(gòu)，移動(dòng)支架的位置可改變梁的長(zhǎng)短，因此可改變梁的長(zhǎng)短，因此該裝置不僅可作為簡(jiǎn)支、該裝置不僅可作為簡(jiǎn)支、固支系統(tǒng)，還可作為一固支系統(tǒng)，還可作為一端自由的懸臂系統(tǒng)。端自由的懸臂系統(tǒng)。 傳感器支承塊試件數(shù)據(jù)采集及分析電荷放大器測(cè)振儀力錘基座支架bla 實(shí)驗(yàn)裝置及儀器框圖b 梁模型9 試件是一組矩形截面梁，從理論上說(shuō)，它應(yīng)有無(wú)限個(gè)固試件是一組矩形截面梁，從理論上說(shuō)，它應(yīng)有無(wú)限個(gè)固有頻率。如果給梁一個(gè)大小合適的瞬態(tài)力，相當(dāng)于用所有頻有頻率。如果給梁一個(gè)大小合適的瞬態(tài)力，相當(dāng)于用所有頻率的正弦信號(hào)同時(shí)激

6、勵(lì)。使用錘擊進(jìn)行瞬態(tài)激勵(lì)時(shí)，要求響率的正弦信號(hào)同時(shí)激勵(lì)。使用錘擊進(jìn)行瞬態(tài)激勵(lì)時(shí)，要求響應(yīng)時(shí)間應(yīng)時(shí)間T5%的材料稱為塑的材料稱為塑性材料，性材料， 把把5%的材料稱為脆性材料的材料稱為脆性材料 斷面收縮率斷面收縮率 式中式中A0和和Au分別是試樣原始橫截面積和斷后最小橫截面積分別是試樣原始橫截面積和斷后最小橫截面積 u00100%LLL%10000AAAu36移位法測(cè)定斷后標(biāo)距長(zhǎng)度移位法測(cè)定斷后標(biāo)距長(zhǎng)度 如果斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于如果斷口到鄰近標(biāo)距端距離小于或等于L0 /3，就需要用移位法，就需要用移位法測(cè)定斷后標(biāo)距長(zhǎng)度，因?yàn)閿嗫诟浇l(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，近的測(cè)定斷后標(biāo)距長(zhǎng)度，因?yàn)閿嗫诟浇?/p>

7、發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形，近的一端的頸縮端就只有一部分在標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)一端的頸縮端就只有一部分在標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi),如果直接測(cè)量，塑性如果直接測(cè)量，塑性伸長(zhǎng)量就小。伸長(zhǎng)量就小。37鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn) 鑄鐵拉伸時(shí)沒有屈服階段，鑄鐵拉伸時(shí)沒有屈服階段，拉伸曲線微微彎曲，在變形拉伸曲線微微彎曲，在變形很小的情況下即斷裂，斷口很小的情況下即斷裂，斷口為平端口。因此對(duì)鑄鐵只能為平端口。因此對(duì)鑄鐵只能測(cè)得其抗拉強(qiáng)度，即測(cè)得其抗拉強(qiáng)度，即 鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于低碳鑄鐵的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于低碳鋼的抗拉強(qiáng)度鋼的抗拉強(qiáng)度 bb0FALFFb0圖圖1-4鑄鐵拉伸鑄鐵拉伸38低碳鋼（低碳鋼（Q235鋼）和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)鋼）和鑄鐵

8、的壓縮實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼（測(cè)定低碳鋼（Q235）的壓縮屈服點(diǎn)）的壓縮屈服點(diǎn)sc和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度bc 。2觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過(guò)程中的各種現(xiàn)象。觀察、分析、比較兩種材料在壓縮過(guò)程中的各種現(xiàn)象。 二、設(shè)備和儀器二、設(shè)備和儀器1材料試驗(yàn)機(jī)。材料試驗(yàn)機(jī)。2游標(biāo)卡尺。游標(biāo)卡尺。39三、試樣三、試樣 一般細(xì)長(zhǎng)桿壓縮時(shí)容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在金屬壓縮實(shí)驗(yàn)一般細(xì)長(zhǎng)桿壓縮時(shí)容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此在金屬壓縮實(shí)驗(yàn)中常采用短粗圓柱形試樣。其公差、表面粗糙度、兩端面的中常采用短粗圓柱形試樣。其公差、表面粗糙度、兩端面的平行度和對(duì)試樣軸線的垂直度在國(guó)標(biāo)平行度和對(duì)試樣軸線的

9、垂直度在國(guó)標(biāo)GB/T7314-2005中均有中均有明確規(guī)定。明確規(guī)定。 目前常用的壓縮實(shí)驗(yàn)方法是兩端平壓法。由于試樣兩端面不目前常用的壓縮實(shí)驗(yàn)方法是兩端平壓法。由于試樣兩端面不可能理想地平行，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用球形承墊（見圖），可能理想地平行，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用球形承墊（見圖）， 試樣應(yīng)置于球形承墊中心，藉球形承墊自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軸向試樣應(yīng)置于球形承墊中心，藉球形承墊自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)軸向受載。受載。 由于試樣的上下兩端與試驗(yàn)機(jī)承墊之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦由于試樣的上下兩端與試驗(yàn)機(jī)承墊之間會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導(dǎo)致測(cè)得的力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導(dǎo)致測(cè)得的抗壓強(qiáng)度較實(shí)

10、際偏高。當(dāng)試樣的高度相對(duì)增加時(shí)，摩擦力抗壓強(qiáng)度較實(shí)際偏高。當(dāng)試樣的高度相對(duì)增加時(shí)，摩擦力對(duì)試樣中部的影響就會(huì)相應(yīng)變小，因此抗壓強(qiáng)度與比值對(duì)試樣中部的影響就會(huì)相應(yīng)變小，因此抗壓強(qiáng)度與比值hodo有關(guān)有關(guān). 同時(shí)考慮壓桿的穩(wěn)定性因素，為此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣高度同時(shí)考慮壓桿的穩(wěn)定性因素，為此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣高度ho與直徑與直徑do之比規(guī)定在之比規(guī)定在13的范圍內(nèi)。本次實(shí)驗(yàn)采用的范圍內(nèi)。本次實(shí)驗(yàn)采用1015的圓柱形試樣。的圓柱形試樣。4041四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理 試驗(yàn)時(shí)對(duì)試樣緩慢加載，試驗(yàn)機(jī)自試驗(yàn)時(shí)對(duì)試樣緩慢加載，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪出試驗(yàn)力動(dòng)繪出試驗(yàn)力F位移位移L曲線。低碳曲線。低碳鋼試樣壓縮圖如圖鋼試樣壓縮

11、圖如圖1-5b所示。所示。 暫時(shí)的恒定值或減小的最小值即為暫時(shí)的恒定值或減小的最小值即為壓縮屈服載荷壓縮屈服載荷FSC。有時(shí)屈服階段出。有時(shí)屈服階段出現(xiàn)多個(gè)波峰波谷，則取第一個(gè)波谷現(xiàn)多個(gè)波峰波谷，則取第一個(gè)波谷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷之后的最低載荷為壓縮屈服載荷FSC 隨著塑性變形的增長(zhǎng)，試樣橫截面隨著塑性變形的增長(zhǎng)，試樣橫截面相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受相應(yīng)增大，增大了的截面又能承受更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至更大的載荷。試樣愈壓愈扁，甚至可以壓成薄餅形狀（如圖可以壓成薄餅形狀（如圖1-5a所示所示）而不破裂，因此測(cè)不出抗壓強(qiáng)度）而不破裂，因此測(cè)不出抗壓強(qiáng)度。 42 鑄鐵試樣壓縮圖如

12、圖鑄鐵試樣壓縮圖如圖1-6a所示，其開始時(shí)接近于直所示，其開始時(shí)接近于直線，以后曲率逐漸增大，線，以后曲率逐漸增大，載荷達(dá)最大值載荷達(dá)最大值Fbc后稍有下后稍有下降，然后破裂，能聽到沉降，然后破裂，能聽到沉悶的破裂聲。悶的破裂聲。 鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，鑄鐵試樣破裂后呈鼓形，破裂面與軸線大約成破裂面與軸線大約成45，如圖，如圖1-6b所示，這主要所示，這主要是由切應(yīng)力造成的。是由切應(yīng)力造成的。 43低碳鋼壓縮低碳鋼壓縮, , 愈壓愈扁愈壓愈扁鑄鐵壓縮鑄鐵壓縮, , 約約4545 開裂開裂44實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 漸加載荷、突加載荷、沖擊載荷和振動(dòng)載荷是常漸加載荷、突加載荷、沖擊載荷和振動(dòng)載荷是常見

13、的四種載荷。將不同類型的載荷作用在同一臺(tái)秤上，見的四種載荷。將不同類型的載荷作用在同一臺(tái)秤上，可以方便地觀察到各自的作用力與時(shí)間的關(guān)系曲線，可以方便地觀察到各自的作用力與時(shí)間的關(guān)系曲線，進(jìn)行相互比較，可清楚地了解不同類型的載荷對(duì)承載進(jìn)行相互比較，可清楚地了解不同類型的載荷對(duì)承載體的作用力是不同的。體的作用力是不同的。 附附 比較漸加、突加、沖擊和振動(dòng)四種不同類型載荷比較漸加、突加、沖擊和振動(dòng)四種不同類型載荷45漸加載荷漸加載荷:將重物緩慢、漸漸地倒入臺(tái)秤上的托盤中將重物緩慢、漸漸地倒入臺(tái)秤上的托盤中 ；振動(dòng)載荷振動(dòng)載荷:打開偏心振動(dòng)裝置上的電源開關(guān)，然后輕輕置于打開偏心振動(dòng)裝置上的電源開關(guān)，然后輕輕置于臺(tái)秤的托盤上。仔細(xì)觀察臺(tái)秤指針的運(yùn)動(dòng)臺(tái)秤的托盤上。仔細(xì)觀