材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、目錄拉 伸 實(shí) 驗(yàn)2壓 縮 實(shí) 驗(yàn)5彎 曲 實(shí) 驗(yàn)8扭 轉(zhuǎn) 實(shí) 驗(yàn)13壓 桿 穩(wěn) 定 實(shí) 驗(yàn)17組 合 變 形 實(shí) 驗(yàn)22疊 梁 彎 曲 實(shí) 驗(yàn)26套 裝 彈 簧 變 形 實(shí) 驗(yàn)28偏 心 拉 伸 實(shí) 驗(yàn)31金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗(yàn)方法（靜態(tài)法）34梁 的 主 應(yīng) 力 實(shí) 驗(yàn)41沖 擊 實(shí) 驗(yàn)47拉 伸 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)了解電子萬能試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，并進(jìn)行操作練習(xí)。2.確定低碳鋼試樣的屈服極限、強(qiáng)度極限、伸長率、面積收縮率。3.確定鑄鐵試樣的強(qiáng)度極限。4.觀察不同材料的試樣在拉伸過程中表現(xiàn)的各種現(xiàn)象。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：    電子萬能

2、試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、記號(hào)筆。三試驗(yàn)原理：塑性材料和脆性材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能。塑性材料和脆性材料在拉伸試驗(yàn)中，顯示出來的力學(xué)性能有顯著的不同。 塑性材料如低碳鋼在拉伸試驗(yàn)的位伸圖中，明顯地會(huì)出現(xiàn)四個(gè)階段：第一階段，圖中為一斜直線稱為彈性階段，與P成正比例關(guān)系。通常說彈性范圍內(nèi)指的就是這一階段。第二階段，圖中出現(xiàn)平臺(tái)或波動(dòng)屈服階段。規(guī)定這一段首次下降的最小荷載與初始截面積之比： 稱為屈服強(qiáng)度。第三階段，鋼材內(nèi)部組織發(fā)生變化，抵抗變形能力又重新提高，稱為強(qiáng)化階段。第四階段，圖中，表現(xiàn)從最高點(diǎn)下降，同時(shí)試件在某一處出現(xiàn)相對明顯縮小部分頸縮階段，最后，出現(xiàn)斷裂。 其它塑性材料在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，大體上也經(jīng)歷

3、這四階段。但只是有些材料四個(gè)階段不明顯。脆性材料則變形很小，沒有四個(gè)階段，是一條較短曲線。自試驗(yàn)開始，在很小變形下就出現(xiàn)斷裂。故只有最大荷載，也就是說只有強(qiáng)度極限： 四實(shí)驗(yàn)步驟1.低碳鋼實(shí)驗(yàn)（1）量直徑、畫標(biāo)記：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。用記號(hào)筆在試樣中部畫一個(gè)或長的標(biāo)距，作為原始標(biāo)距。（2）安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下夾頭之間的位置能滿足試樣長度，把試樣放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對

4、試樣施加載荷：調(diào)整負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)計(jì)算出加載速度，其中為試樣中部平行段長度，當(dāng)測定下屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度時(shí)，并將計(jì)算結(jié)果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；在加載過程中，注意觀察屈服載荷的變化，記錄下屈服載荷的大小，當(dāng)載荷達(dá)到峰值時(shí)，注意觀察試樣發(fā)生的頸縮現(xiàn)象；直到試樣斷裂后按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，記錄下最大載荷。從夾頭上取下試樣，重新對好，量取斷后標(biāo)距和斷口處最小直徑。2.鑄鐵實(shí)驗(yàn)（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直

5、徑。（2）安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下夾頭之間的位置能滿足試樣長度，把試樣放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，加緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：調(diào)整負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；，根據(jù)計(jì)算出加載速度，其中為試樣中部平行段長度，當(dāng)只測定抗拉強(qiáng)度時(shí)，并將計(jì)算結(jié)果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；直到試樣斷裂后按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，記錄下最大載荷。五實(shí)驗(yàn)記錄試樣低碳鋼鑄鐵實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后形狀    直徑（第1次）無直徑（第2次）&

6、#160; 無直徑（第3次）  無標(biāo)距長度無屈服載荷無極限載荷 六數(shù)據(jù)處理 七實(shí)驗(yàn)結(jié)論 八預(yù)習(xí)思考題1.為什么拉伸試樣兩端較粗，中間較細(xì)？中間和兩端采用光滑曲線過度，而不是直角連接？這樣便于試件的安裝，中間和兩端采用光滑曲線是為了防止應(yīng)力集中而導(dǎo)致扭斷。2.什么是屈服點(diǎn)？在拉伸實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該如何讀取屈服載荷？如果沒有明顯的屈服點(diǎn)應(yīng)該怎樣處理？試樣在拉伸時(shí)，應(yīng)力超過材料彈性極限后，材料剛要開始發(fā)生塑性形變的最小應(yīng)力叫做屈服點(diǎn)。材料表面出現(xiàn)45°方向的滑移線時(shí)的載荷即為屈服載荷。取極限強(qiáng)度的85%作為屈服點(diǎn)3.在低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)中，在

7、試樣中部平行段上做了一個(gè)或長的標(biāo)距，這是用來干什么的？如果試樣中部平行段長度小于，怎么辦？如果試樣中部平行段長度大大地長出，又怎么辦呢？為了使實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果可以相互比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)作成標(biāo)準(zhǔn)試件，4.如果拉伸試樣是屈服失效，請用最大剪應(yīng)力理論分析一下，試樣的可能斷口形狀。最大剪應(yīng)力應(yīng)是與試件斷面平行，如果是屈服失效，則端口形狀應(yīng)是平面。5.如果拉伸試樣是斷裂失效，請用最大拉應(yīng)力理論分析一下，試樣的可能斷口形狀。根據(jù)最大拉應(yīng)力理論，如果試件是斷裂失效，則會(huì)出現(xiàn)=45°時(shí)，拉應(yīng)力最大，這時(shí)斷口形狀應(yīng)是45°斜面。6.什么是塑性材料？什么是脆性材料？伸長率5%的材料稱為塑性

8、材料，伸長率5%的材料稱為脆性材料。九分析思考題1拉伸實(shí)驗(yàn)中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？你有其他方法測量直徑嗎？你的依據(jù)是什么？利用游標(biāo)卡尺，在試件上三個(gè)不同位置各垂直測量兩次直徑，取其平均值的最小值作為試件的直徑。這樣做的目的是消除偶然性誤差，保證試件直徑測量的準(zhǔn)確性，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。也可以采用螺旋測微器進(jìn)行同樣的測量。2.兩種試樣的斷口形狀是什么樣的？怎樣解釋這種結(jié)果？低碳鋼塑性大，拉伸時(shí)經(jīng)變形延長斷裂的過程。所以斷口變形嚴(yán)重，細(xì)長。鑄鐵件塑性極差，一般不變形，斷口呈突然整齊斷裂。3.通過拉伸實(shí)驗(yàn)?zāi)阌X得低碳鋼的塑性性能如何？你的依據(jù)是什么？鑄鐵呢？低碳鋼屬于塑性材料，

9、拉伸過程中有明顯的屈服階段，有明顯的頸縮間斷（又稱斷裂階段）。鑄鐵屬于脆性材料，拉伸過程中沒有明顯的屈服階段，沒有明顯的頸縮間斷。4.低碳鋼的極限載荷是斷裂時(shí)的載荷嗎？在頸縮階段，試樣的應(yīng)力是增大還是減??？不是，此時(shí)試件已經(jīng)發(fā)生縮頸，其最小截面面積小于初始測量截面面積。所需要的拉力相應(yīng)減小，其應(yīng)力也相應(yīng)減小5.結(jié)合你已經(jīng)做過的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)，請分析低碳鋼的載荷-位移曲線有什么共同點(diǎn)和不同點(diǎn)？低碳鋼在拉伸和壓縮過程中都經(jīng)歷屈服點(diǎn)，并且在圖像上都有一段荷載基本不變（小范圍的波動(dòng)），但其長度有所變化的階段。并且經(jīng)過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，壓縮時(shí)的彈性模量和屈服極限s都與拉伸時(shí)大致相同。6.對于拉伸實(shí)驗(yàn)，你有什

10、么體會(huì)？你有什么建議？壓 縮 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)了解電子萬能試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，并進(jìn)行操作練習(xí)。2.確定壓縮時(shí)低碳鋼試樣的屈服極限和鑄鐵試樣的強(qiáng)度極限。3.觀察不同材料的試樣在壓縮時(shí)的變形和破壞現(xiàn)象。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：    電子萬能試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。三試驗(yàn)原理：    塑性材料和脆性材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能。（既在實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理時(shí)所支撐的理論依據(jù)。參考材料力學(xué)、工程力學(xué)課本的介紹，以及相關(guān)的書籍介紹，自己編寫。）四實(shí)驗(yàn)步驟1.低碳鋼實(shí)驗(yàn)（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣中部位置互相垂直地測量2次直徑。取其平均值。（

11、2）安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下壓板之間的位置能滿足試樣高度的要求，把試樣放在兩壓板的正中間位置上。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：調(diào)整負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)計(jì)算出加載速度，其中為試樣高度，并將計(jì)算結(jié)果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；在加力過程中，注意觀察屈服載荷的變化，記錄下屈服載荷的大小，由于低碳鋼壓縮時(shí)沒有強(qiáng)度極限，不會(huì)斷裂，因此，在記錄下屈服點(diǎn)對應(yīng)的載荷后，就可以停止加載了，按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，手動(dòng)立柱上的“上升”鍵，使活動(dòng)橫梁上升，取出試樣。（5）觀察試

12、樣屈服后的形狀。2.鑄鐵實(shí)驗(yàn)（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣中部位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值。（2）安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下壓板之間的位置能滿足試樣高度的要求，把試樣放在兩壓板的正中間位置上。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：調(diào)整負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)計(jì)算出加載速度，其中為試樣高度，并將計(jì)算結(jié)果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；直到試樣斷裂后按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，記錄下最大載荷，手動(dòng)立柱上的“上升”鍵，使活動(dòng)橫梁上升，取出試樣。（5）觀察試樣

13、斷裂后的形狀。五實(shí)驗(yàn)記錄試樣低碳鋼鑄鐵直徑載荷破壞形式     六數(shù)據(jù)處理七實(shí)驗(yàn)結(jié)論 八預(yù)習(xí)思考題1.做壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么要將試樣放在兩壓板正中間位置上？如果放偏了，會(huì)產(chǎn)生什么后果？2.脆性材料壓縮時(shí)有那些失效的形式？3.低碳鋼壓縮的失效形式是什么樣的？能測定其抗壓強(qiáng)度嗎？為什么？ 低碳鋼是塑性材料，在單向應(yīng)力狀態(tài)下，其失效形式為屈服，失效判據(jù)為=s,壓縮時(shí)無抗壓強(qiáng)度。在進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，低碳鋼達(dá)到屈服點(diǎn)后不斷強(qiáng)化，由于壓縮變形使試樣的橫截面積不斷增大，盡管載荷不斷增大，但是直至將試樣壓成餅形也不會(huì)發(fā)生斷裂破壞，因此無法測量低碳鋼的抗壓

14、強(qiáng)度。4.如果壓縮試樣是剪應(yīng)力破壞，請分析一下，試樣的可能斷口形狀。 5.萬能試驗(yàn)機(jī)控制電腦顯示屏的“峰值”表頭，在低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)中各有什么作用？6.如果試樣上、下表面不規(guī)整，對測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有什么影響？九分析思考題1.壓縮實(shí)驗(yàn)中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？2.圓形橫截面壓縮試樣的高度與直徑的比值應(yīng)該在什么范圍內(nèi)？矩形橫截面壓縮試樣呢？金屬的壓縮試件一般制成很短的圓柱，以免被壓彎。圓柱高度約為直徑的1.5-3倍。其他形狀的試件一般采用立方體。3.在作壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么要嚴(yán)格控制施加載荷速度？4.兩種材料試樣的斷口形狀是什么樣的？怎樣解釋這種結(jié)果？鑄鐵的端口基本為整齊的平面

15、，斷面法線與軸線成45度的傾角。而低碳鋼試樣最后會(huì)越壓越遍，無法得到其壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限和斷口。 5.通過拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)，請你總結(jié)一下低碳鋼的抗拉、抗壓強(qiáng)度的大小關(guān)系。同樣地，請總結(jié)一下鑄鐵抗拉、抗壓強(qiáng)度的大小關(guān)系。6.對于壓縮實(shí)驗(yàn)，你有什么體會(huì)？你有什么建議？彎 曲 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解應(yīng)變片、應(yīng)變儀的基本工作原理。2.學(xué)習(xí)電測法測定應(yīng)力的基本原理和方法。3.確定彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力大小，并與理論值進(jìn)行比較。4.學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖方法，確定彎曲梁橫截面上的應(yīng)力分布規(guī)律。5.測量簡支梁的撓度，并與理論值進(jìn)行比較。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1.XL3418型多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)一套2.XL2101型程控靜態(tài)

16、電阻應(yīng)變儀一臺(tái)3.XL2116A型測力儀一臺(tái)，XL1155-1t型應(yīng)變式傳感器一只。4.撓度計(jì)、百分表三試驗(yàn)原理：   1）參閱材料力學(xué)、工程力學(xué)課程的教材及其他相關(guān)材料。2）彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置如圖：圖示AB梁為兩端鉸支的四點(diǎn)彎曲矩形截面鋼梁，在距兩端支座為a處，分別作用等量的力。梁的AB段為純彎曲，其彎矩為。為了實(shí)測正應(yīng)力，在梁的AB段內(nèi)分別沿橫截面表面均勻粘貼57個(gè)電阻應(yīng)變片。當(dāng)梁受到載荷F作用時(shí)，可從電阻片的變形測得各點(diǎn)的應(yīng)變值。在比例極限范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著正比關(guān)系，即=E·。因而通過測得應(yīng)變值便可計(jì)算出該點(diǎn)正應(yīng)力的數(shù)值。CD梁為兩端鉸支的三點(diǎn)彎曲矩形

17、截面鋼梁，在距兩端支座為a1處，作用有載荷F。在距支撐點(diǎn)X距離遠(yuǎn)處分別沿橫截面表面均勻粘貼57個(gè)電阻應(yīng)變片，其彎矩為。為了實(shí)測正應(yīng)力，當(dāng)梁受到載荷F作用時(shí)，可從電阻片的變形測得各點(diǎn)的應(yīng)變值。在比例極限范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著正比關(guān)系，即=E·。因而通過測得應(yīng)變值便可計(jì)算出該點(diǎn)正應(yīng)力的數(shù)值。關(guān)于應(yīng)變片和應(yīng)變測量電路的原理，參見靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。（請自己編寫）四實(shí)驗(yàn)步驟1.量尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要（三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲或純彎曲實(shí)驗(yàn)），量取彎曲梁的相關(guān)尺寸，以及加力點(diǎn)、支撐點(diǎn)的距離。2.將撓度儀和百分表安裝被測梁上，調(diào)整百分表零點(diǎn)。3.將應(yīng)變片導(dǎo)線分別接到應(yīng)變儀的橋路上（注意應(yīng)變片編號(hào)與應(yīng)變儀通

18、道編號(hào)的關(guān)系）。4.打開應(yīng)變儀電源開關(guān)，當(dāng)程序結(jié)束后，按下“自動(dòng)平衡”鍵使應(yīng)變儀各通道清零。5.打開測力計(jì)電源開關(guān)，確定檔位（SCLY-2數(shù)字測力計(jì)選20KN檔，XL2116A測力儀選N檔）。在確認(rèn)沒有給彎曲梁加力的情況下，按下“清零”鍵。6.逐級(jí)加載，每增加0.5KN記錄一次應(yīng)變儀各測點(diǎn)的讀數(shù)以及百分表讀數(shù)。載荷加至4KN后，卸載。7.根據(jù)應(yīng)變儀讀數(shù)和百分表讀數(shù)分別計(jì)算出各點(diǎn)讀數(shù)差與算術(shù)平均值，然后計(jì)算應(yīng)力值和撓度值。8.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理要求，繪制彎曲梁橫截面上的應(yīng)力分布圖。五實(shí)驗(yàn)記錄1.梁的有關(guān)數(shù)據(jù)：梁的寬度 b=      &#

19、160;               高度 h=梁的有效長度 LS=                 撓度的有效長度Le=加力點(diǎn)到支撐點(diǎn)A的距離a=        加力點(diǎn)到支撐點(diǎn)B的距離a=加力點(diǎn)到支點(diǎn)C的距離 a1=支點(diǎn)C到應(yīng)變

20、片的距離 X=彈性模量 E=2.實(shí)驗(yàn)記錄載荷通道通道通道通道通道通道通道百分表讀數(shù)測點(diǎn)1測點(diǎn)2測點(diǎn)3測點(diǎn)4測點(diǎn)5測點(diǎn)6測點(diǎn)7FC1c1C2c2C3c3C4c4C5c5C6c6C7c7CC                                  

21、60;                                                 

22、60;                                                 

23、60;                  平均值         六數(shù)據(jù)處理 七實(shí)驗(yàn)結(jié)論 八預(yù)習(xí)思考題1.被測彎曲鋼梁在跨距內(nèi)可以移動(dòng)嗎？其結(jié)果會(huì)怎么樣？2.如果加載前應(yīng)變儀顯示有數(shù)字怎么辦？3.電阻應(yīng)變片是由金屬泊膜或電阻絲制成，測量應(yīng)變時(shí)電阻絲是有電流通過的；彎曲實(shí)驗(yàn)中鋼梁也是金屬的，由于電阻應(yīng)變片直接粘

24、貼在鋼梁表面，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)鋼梁中也有電流通過，這是正?，F(xiàn)象，不會(huì)影響測量結(jié)果。你同意這種看法嗎？為什么？ 4.如果應(yīng)變儀的一個(gè)窗口顯示數(shù)字“-200”，這是什么意思？5.彎曲正應(yīng)力的大小是否會(huì)受材料彈性模量的影響？為什么？6.為什么要把溫度補(bǔ)償片貼在與被測彎曲梁相同的材料上？九分析思考題1.在彎曲實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)變儀采用全橋測量還是半橋測量？2.如果應(yīng)變片的靈敏系數(shù)是2.0，而應(yīng)變儀卻選定是2.1，實(shí)驗(yàn)測出的結(jié)果是大了？還是小了？3.怎樣使用等值增量方法處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果？4.主要引起實(shí)驗(yàn)誤差有哪些因素？5.應(yīng)變片除了可以測量應(yīng)力外，還可以做什么？ 6.對于本次實(shí)驗(yàn)，你有什么體會(huì)？你有什么建議？&

25、#160; 扭 轉(zhuǎn) 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)了解微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理，并進(jìn)行操作練習(xí)。2.確定低碳鋼試樣的剪切屈服極限、剪切強(qiáng)度極限。3.確定鑄鐵試樣的剪切強(qiáng)度極限。4.觀察不同材料的試樣在扭轉(zhuǎn)過程中的變形和破壞現(xiàn)象。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具： 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、扳手。三試驗(yàn)原理： 塑性材料和脆性材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的力學(xué)性能。（在實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理時(shí)所支撐的理論依據(jù)。參考材料力學(xué)、工程力學(xué)課本的介紹，以及相關(guān)的書籍介紹，自己編寫。）四實(shí)驗(yàn)步驟1.a低碳鋼實(shí)驗(yàn)（華龍?jiān)囼?yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個(gè)

26、位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)控制器上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、夾頭間轉(zhuǎn)角、時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)你所安裝試樣的材料，在“實(shí)驗(yàn)方案讀取”中選擇“教學(xué)低碳鋼試驗(yàn)”，并點(diǎn)擊“加載”而確定；用鍵盤輸入實(shí)驗(yàn)編號(hào)，回車確定（按Enter鍵）；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始測試”鍵，給試樣施加扭矩；在加載過程中，注意觀察屈服扭矩的變化，記錄屈服扭矩的下限值，當(dāng)扭矩達(dá)到最大值時(shí)，試樣突

27、然斷裂，后按下“終止測試”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂后，從峰值中讀取最大扭矩。從夾頭上取下試樣。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。1.b低碳鋼實(shí)驗(yàn)（青山試驗(yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)“試驗(yàn)機(jī)測控儀”上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、夾頭間轉(zhuǎn)角、切應(yīng)變

28、1、切應(yīng)變2、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；選擇“實(shí)驗(yàn)方案1”；用鼠標(biāo)“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗(yàn)編號(hào)”、“實(shí)驗(yàn)員”、“鋼筋長度”、在“實(shí)驗(yàn)材料”中選擇“塑性”、“材料形狀”中選擇“實(shí)心”和“鋼筋直徑”等信息后，點(diǎn)擊“確定”；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；在加載過程中，注意觀察試樣屈服時(shí)扭矩的變化，并記錄屈服扭矩的下限值，當(dāng)扭矩達(dá)到最大值時(shí)，試樣突然斷裂，后按下“停止”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂后，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。2.a鑄鐵實(shí)驗(yàn)（華龍?jiān)囼?yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測量2次直徑，取

29、其平均值；然后從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)控制器上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、夾頭間轉(zhuǎn)角、時(shí)間的零點(diǎn)；根據(jù)你所安裝試樣的材料，在“實(shí)驗(yàn)方案讀取”中選擇 “教學(xué)鑄鐵試驗(yàn)”，并點(diǎn)擊“加載”而確定；用鍵盤輸入實(shí)驗(yàn)編號(hào)，回車確定（按Enter鍵）；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始測試”鍵，給試樣施加扭矩；當(dāng)扭矩達(dá)到最大值時(shí)，試樣突然斷裂，后按下“終止測試”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停

30、止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂后，從夾頭上取下試樣，讀取峰值表中最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。2.b低碳鋼實(shí)驗(yàn)（青山試驗(yàn)機(jī)）（1）量直徑：用游標(biāo)卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個(gè)位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個(gè)位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)“試驗(yàn)機(jī)測控儀”上的“左轉(zhuǎn)”或“右轉(zhuǎn)”鍵，調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，夾緊試樣。（3）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調(diào)整扭矩、峰值、夾頭間轉(zhuǎn)角、切應(yīng)變1、切應(yīng)變2、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；選擇“實(shí)驗(yàn)

31、方案1”；用鼠標(biāo)“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗(yàn)編號(hào)”、“實(shí)驗(yàn)員”、“鋼筋長度”、在“實(shí)驗(yàn)材料”中選擇“脆性”、“材料形狀”中選擇“實(shí)心”和“鋼筋直徑”等信息后點(diǎn)擊“確定”；鼠標(biāo)點(diǎn)“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；當(dāng)扭矩達(dá)到最大值時(shí)，試樣突然斷裂，后按下“停止”鍵，使試驗(yàn)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（4）試樣斷裂后，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。 五實(shí)驗(yàn)記錄試樣低碳鋼鑄鐵直徑（第1次）直徑（第2次）直徑（第3次）屈服載荷極限載荷破壞形狀注：低碳鋼的剪切流動(dòng)極限和強(qiáng)度極限的計(jì)算公式中應(yīng)該乘一系數(shù)3/4。原因是這樣：圓周扭轉(zhuǎn)在彈性范圍內(nèi)剪應(yīng)力分布如圖a所示，對于塑性材料，當(dāng)扭矩增

32、大到一定數(shù)值后，試樣表面應(yīng)力先達(dá)到流動(dòng)極限，并逐漸向內(nèi)擴(kuò)展，形成環(huán)形塑性區(qū)，如圖b所示。若扭矩逐漸增大，塑性區(qū)也不斷擴(kuò)大。當(dāng)扭矩達(dá)到時(shí)，橫截面上的剪應(yīng)力都近似達(dá)到如圖c所示，在這種剪應(yīng)力分布下，流動(dòng)時(shí)剪應(yīng)力公式為。在扭矩繼續(xù)增加時(shí)，試樣繼續(xù)變形，材料進(jìn)一步強(qiáng)化，當(dāng)試樣扭斷時(shí)，整個(gè)橫截面上的剪應(yīng)力都達(dá)到，此時(shí)最大扭矩為，因此剪切強(qiáng)度極限和流動(dòng)極限一樣，近似地.由于鑄鐵是脆性材料，應(yīng)力在橫截面上從開始受力直至破壞都保持為線性分布，當(dāng)試樣邊緣上的剪應(yīng)力達(dá)到時(shí)，此時(shí)最大扭矩為，故仍有彈性階段的應(yīng)力公式計(jì)算強(qiáng)度極限。六數(shù)據(jù)處理七實(shí)驗(yàn)結(jié)論八預(yù)習(xí)思考題1.為什么扭轉(zhuǎn)試樣兩端較粗，中間較細(xì)？中間和兩端采用光滑

33、曲線過度，而不是直角連接？2.在計(jì)算低碳鋼屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的公式中為什么會(huì)出現(xiàn)3/4，而不是其他系數(shù)呢？3.如果扭轉(zhuǎn)試樣是屈服失效，請用最大剪應(yīng)力理論分析一下，試樣可能的斷口形狀。4.如果扭轉(zhuǎn)試樣是斷裂失效，請用最大正應(yīng)力理論分析一下，試樣可能的斷口形狀。5.安裝扭轉(zhuǎn)試樣為什么要“把試樣水平地放在兩夾頭之間”？6.低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形要經(jīng)歷哪3個(gè)階段？九分析思考題1.扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？2.兩種試樣的斷口形狀分別是什么樣的？怎樣解釋這種結(jié)果？3.鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)破壞斷口的傾斜方向與施加扭矩的方向有無直接關(guān)系？為什么？4.通過你已經(jīng)做過的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，

34、請總結(jié)一下低碳鋼抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度的大小關(guān)系。同樣地，請總結(jié)一下鑄鐵的抗拉、抗壓、抗剪性能。5.結(jié)合你已經(jīng)做過的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，請分析低碳鋼的載荷-變形曲線有什么共同點(diǎn)。6. 對于本次實(shí)驗(yàn)，你有什么體會(huì)？你有什么建議？壓 桿 穩(wěn) 定 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 觀察壓桿喪失穩(wěn)定的現(xiàn)象。2. 用繪圖法測定兩端鉸支壓桿的臨界荷載，并與理論值進(jìn)行比較。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：電子萬能試驗(yàn)機(jī)、程控電阻應(yīng)變儀三試驗(yàn)原理：對于兩端鉸支受軸向壓力的細(xì)長桿，根據(jù)歐拉公式，其臨界荷載為式中為最小慣性矩，l為壓桿長度。當(dāng)時(shí)壓桿保持直線形式，處于穩(wěn)定平衡。當(dāng)時(shí)，壓桿即喪失穩(wěn)定而彎曲。對于中柔度壓桿，其臨界應(yīng)力公式為式

35、中a、b為常數(shù)。由于試樣的初曲率往往很難避免，所以加載時(shí)壓力比較容易產(chǎn)生偏心，實(shí)驗(yàn)過程中，即使壓力很小時(shí)，桿件也發(fā)生彎曲，其撓度也隨著荷載的增加而不斷增加。本實(shí)驗(yàn)采用由碳鋼制成的矩形截面的細(xì)長試件，表面經(jīng)過磨光，試件兩端制成刀刃形，如圖a所示：實(shí)驗(yàn)前先在試樣中間截面的左右兩側(cè)各貼一個(gè)應(yīng)變片1和2，以便測量其應(yīng)變,見圖b，假設(shè)壓桿受力后向左彎曲，以和分別表示壓桿中間截面左、右兩點(diǎn)的壓應(yīng)變，則除了包括由軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)變外，還附加一部分由彎曲產(chǎn)生的壓應(yīng)變，而則等于軸向力產(chǎn)生的壓應(yīng)變減去由彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)變，故略小于。隨著彎曲變形的增加，與差異愈來愈顯著。當(dāng)時(shí)，這種差異尚小，當(dāng)F接近時(shí)，迅速增加，迅速

36、減小，兩者相差極大。如以載荷F為橫坐標(biāo)，壓應(yīng)變?yōu)榭v坐標(biāo)，可繪出-F和-F曲線（見下圖所示）。由圖中可以看出，當(dāng)達(dá)到某一最大值后，隨著彎曲變形的繼續(xù)發(fā)生而迅速減小，朝著與曲線相反的方向變化。顯然，根據(jù)此兩曲線作出的同一垂直漸近線AB，即可確定臨界荷載的大小。以載荷P為橫坐標(biāo)，壓應(yīng)變?yōu)榭v坐標(biāo)，人工繪制-P和-P曲線，兩曲線的同一垂直漸近線與力軸的交點(diǎn)，即為臨界荷載 四實(shí)驗(yàn)步驟1.測量試樣尺寸，在試樣的兩端及中部分別測量試樣的寬度和厚度，取用三次測量的算術(shù)平均值2.啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下壓板之間的位置相對比較小，把試樣放在兩壓槽的正中間位置上

37、。3.將應(yīng)變片分別接在應(yīng)變儀2個(gè)通道上。4.打開應(yīng)變儀電源開關(guān)，當(dāng)程序結(jié)束后，按下“自動(dòng)平衡”鍵使應(yīng)變儀各通道清零。5.調(diào)整負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)，選擇0.02mm/min的速度，并輸入計(jì)算機(jī)，按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷。6.每增加一定量載荷，記錄一次應(yīng)變儀讀數(shù)。當(dāng)一通道的應(yīng)變讀數(shù)迅速增加時(shí)，而另一通道應(yīng)變讀數(shù)不再增加，說明它已經(jīng)達(dá)到應(yīng)變最大值，讀取載荷對應(yīng)的應(yīng)變值，直到規(guī)定的變形為止。按下“停止”鍵。五實(shí)驗(yàn)記錄1.試樣的尺寸：長度 長度 長度寬度 寬度 寬度厚度 厚度 厚度 2.實(shí)驗(yàn)記錄：載荷載荷增量應(yīng) 變 儀 讀 數(shù)FF測點(diǎn)1測點(diǎn)2C1C2六數(shù)據(jù)處理

38、七實(shí)驗(yàn)結(jié)論八預(yù)習(xí)思考題1.為什么壓桿試樣兩端制成刀刃形？2.安裝試樣前，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)上下壓頭位置時(shí)，為什么中間不能有試樣？3.壓桿實(shí)驗(yàn)為什么加載速度這么慢？4.為什么壓桿試樣尺寸測量三次，數(shù)據(jù)處理時(shí)使用算術(shù)平均值？5.為什么說試樣厚度對臨界載荷影響極大？九分析思考題1.本次實(shí)驗(yàn)使用的試樣是細(xì)長桿還是中柔度桿呢？為什么？2.本次實(shí)驗(yàn)是直接得到的臨界力嗎？3.產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差的主要因素有哪些？4.失穩(wěn)現(xiàn)象與屈服現(xiàn)象本質(zhì)上有什么不同？5.對于本次實(shí)驗(yàn)，你有什么體會(huì)？你有什么建議？ 組 合 變 形 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)組合變形情況下的應(yīng)力測定方法。2. 熟悉應(yīng)變儀全橋測量原理及接橋方法3. 對在彎

39、扭組合受力狀態(tài)下的薄壁圓管，分別測定其彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，并與理論值比較。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備：多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)、程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、數(shù)字測力儀。三試驗(yàn)原理： 1）參閱材料力學(xué)、工程力學(xué)課程的教材及其他相關(guān)材料。2）組合變形實(shí)驗(yàn)裝置如圖：測試的試樣為薄壁圓管，其長度為，一端固定在鑄鐵框架上，另一端通過扇形加力臂上的鋼絲繩對薄壁圓管試樣施加載荷。在鋼絲繩與加載手柄之間連接一個(gè)力傳感器，通過數(shù)字測力計(jì)把傳感器的信號(hào)顯示出來。在試樣的上下邊緣對稱位置，粘貼互相垂直的魚尾應(yīng)變花2片，如圖所示。當(dāng)試樣受到F力作用時(shí)，薄壁圓管試樣上的應(yīng)變片均受到彎曲與扭轉(zhuǎn)應(yīng)變，即。在比例極限內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變之間存在著正比關(guān)系，即=E

40、·通過測得的應(yīng)變值便可計(jì)算出該點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)值。在理論課中已經(jīng)學(xué)習(xí)了強(qiáng)度理論，也了解受彎扭組合變形的應(yīng)力狀態(tài)，因此也就可以分析出各應(yīng)變片感受的應(yīng)變關(guān)系，我們利用電橋輸出特性，通過巧妙的全橋接橋方式，就可以只測出由扭矩產(chǎn)生的應(yīng)變或由彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變，即讀=4彎或讀=4扭，在測量由彎矩產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)，根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)理論可知，所以對于由彎矩產(chǎn)生的0o方向的應(yīng)變即為，由虎克定律得到彎曲正應(yīng)力。在測量由扭矩產(chǎn)生的應(yīng)變時(shí)，取薄壁圓管試樣上測點(diǎn)處單元體，如下圖所示的應(yīng)力狀態(tài)其中有：，在比例極限內(nèi)，近似地同時(shí)，所以 故，由于，所以。在彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)中，使用的是互相垂直的魚尾應(yīng)變花，其貼片方向且與軸線成

41、77;450，故=45o，則 ， 即R=245o 。由剪切虎克定律得到扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。四實(shí)驗(yàn)步驟 1.量取試樣相關(guān)尺寸，加載力臂，2.根據(jù)電測原理、電橋輸出特性，通過討論分析彎曲正應(yīng)變和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變的全橋接橋方式。3.按照第二步分析的結(jié)果，將應(yīng)變片接入應(yīng)變儀。4.打開電源開關(guān)，當(dāng)程序結(jié)束后，用通道切換鍵，找到你所接入的通道，按下“自動(dòng)平衡”鍵使應(yīng)變儀通道清零。5. 打開測力計(jì)電源開關(guān)，確定檔位（SCLY-2數(shù)字測力計(jì)選20KN檔，XL2116A測力儀選N檔）。在確認(rèn)沒有給薄壁圓管試樣梁加力的情況下，按下“清零”鍵。6.逐級(jí)加載，每增加0.1KN記錄一次應(yīng)變儀的讀數(shù)，載荷加至0.4KN后，卸載。7.在

42、完成彎曲應(yīng)變測量后，從第三步重復(fù)，測量扭轉(zhuǎn)應(yīng)變。五實(shí)驗(yàn)記錄1.試樣及裝置的相關(guān)數(shù)據(jù)： 內(nèi)徑d= 外徑D=彎矩力臂RW= 扭矩力臂RN=彈性模量E= 泊松比=2.實(shí)驗(yàn)記錄：載荷測彎曲正應(yīng)變時(shí)測扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變時(shí)應(yīng)變儀讀數(shù)C讀數(shù)差C應(yīng)變儀讀數(shù)C讀數(shù)差C平均值六數(shù)據(jù)處理七實(shí)驗(yàn)結(jié)論八分析思考題1.如果再給你2個(gè)電阻，2個(gè)溫度補(bǔ)償片，阻值均為R，你還可以采用什么接橋方式，來完成本次實(shí)驗(yàn)測量？請?jiān)敿?xì)闡述其中一種方法？2.對于本次實(shí)驗(yàn)，你有什么體會(huì)？你有什么建議？九實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求請?jiān)趯?shí)驗(yàn)報(bào)告中闡述你設(shè)計(jì)的接橋方式，畫出示意圖，詳細(xì)推導(dǎo)其原理。疊 梁 彎 曲 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.分析和解釋疊梁的應(yīng)力應(yīng)變分布狀態(tài)。2

43、.討論并建立疊梁的力學(xué)模型，推導(dǎo)出應(yīng)力應(yīng)變的計(jì)算公式。3.確定疊梁（自由疊梁、約束疊梁）橫截面上的應(yīng)力，并與理論值比較，畫出應(yīng)力分布曲線。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備：多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)、程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、測力儀。三試驗(yàn)原理：1.請自行參閱教材及其他相關(guān)資料，了解疊梁彎曲原理，自己編寫。2.疊梁形狀及尺寸：四實(shí)驗(yàn)步驟 參考彎曲實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟五實(shí)驗(yàn)記錄自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格。彈性模量：鋼210GPa；鋁70GPa六數(shù)據(jù)處理七實(shí)驗(yàn)結(jié)論八思考題你對本次實(shí)驗(yàn)有什么感想和體會(huì)？對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求有什么建議和意見？九實(shí)驗(yàn)說明及要求1.每組人數(shù)2人，自由選擇實(shí)驗(yàn)臺(tái)。2.共有三種疊梁類型：鋼鋼自由疊梁，鋼鋁自由疊梁，鋼鋼約束疊梁

44、。對于鋼鋁自由疊梁，根據(jù)鋼和鋁誰上誰下又分為二種：鋼鋁自由疊梁、鋁鋼自由疊梁。3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須涵蓋三種類型疊梁的數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，必須含有自由疊梁類型和約束疊梁類型的分析與結(jié)論。4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容詳盡，闡述明確，論證充分。套 裝 彈 簧 變 形 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解彈簧變形特征，分析彈簧受力狀態(tài)，掌握套裝彈簧的應(yīng)力、剛度、剪切模量以及穩(wěn)定性的計(jì)算方法。2. 確定鐵路車輛用彈簧的應(yīng)力、剛度、和剪切彈性模量，以及壓力與變形經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式。3.確定套裝彈簧的剛度，以及套裝彈簧的承載力，并與單只彈簧進(jìn)行比較。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 電子萬能試驗(yàn)機(jī)、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。三試驗(yàn)原理：1彈簧應(yīng)力： 沿彈簧軸線作用壓

45、力，圖a所示，在簧絲橫截面上有一個(gè)通過截面形心的剪力和一個(gè)扭矩，根據(jù)平衡條件，。對于簧絲橫截面來說，與剪力對應(yīng)的剪應(yīng)力均勻地分布在橫截面上，而與扭矩對應(yīng)的剪應(yīng)力則沿簧絲半徑方向成三角形分布，其邊緣剪應(yīng)力最大，如圖b、c所示。因此，對于彈簧簧絲橫截面上任意一點(diǎn)的總應(yīng)力應(yīng)該是剪力和扭矩兩種剪應(yīng)力的矢量和，即 。 在上述分析中，應(yīng)考慮彈簧簧絲實(shí)際上是一個(gè)曲桿，用直桿的公式計(jì)算簧絲應(yīng)力將會(huì)引起誤差，特別是在較小時(shí)，即簧絲曲率較大時(shí)，誤差的影響尤為顯著。因此，在計(jì)算彈簧簧絲橫截面上剪應(yīng)力時(shí)，要考慮曲率等因素對簧絲邊緣最大剪應(yīng)力的影響，必須對彈簧簧絲橫截面上剪應(yīng)力公式加以修正。即，其中，曲率系數(shù) ，C為彈

46、簧指數(shù) ，為彈簧中徑，為簧絲直徑。）2.彈簧變形：彈簧在軸向壓力作用下，沿軸線方向總縮短量就是彈簧的變形。為了測的彈簧變形量，在彈簧上下表面安裝墊板，在彈簧兩側(cè)安裝百分表（或大變形位移計(jì)），使百分表的頂桿垂直于墊板，觸頭與墊板緊密接觸，當(dāng)彈簧受力變形后，直接從百分表上（或應(yīng)變儀上）測得彈簧的變形。而彈簧的剛度就是壓力與變形之比。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定出壓力與彈簧變形的經(jīng)驗(yàn)公式（用線性回歸法）。3.剪切彈性模量： 分析簧絲受力情況，在彈簧的內(nèi)、外側(cè)對稱貼一對魚尾應(yīng)變化。由于在組合變形實(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)掌握應(yīng)變儀全橋測量的原理，那么，通過恰當(dāng)?shù)慕訕蚍绞?，我們可以得到扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)變扭 ，根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)分析、計(jì)算，

47、得出扭與剪應(yīng)變的關(guān)系，從而得到剪切彈性模量。4.穩(wěn)定性檢驗(yàn)： 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，彈簧在受到壓縮時(shí)，它的細(xì)長比必須滿足一定的要求，彈簧細(xì)長比由公式計(jì)算 ，為彈簧自由高，為彈簧中徑。壓縮彈簧的細(xì)長比：（兩端固定），（一端固定，一端回轉(zhuǎn)），（兩端回轉(zhuǎn)），如果不能滿足這個(gè)條件時(shí)，還需對彈簧進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。 臨界荷載的計(jì)算公式為 其中為彈簧的臨界荷載，為不穩(wěn)定系數(shù)，為彈簧的剛度。四實(shí)驗(yàn)步驟1.彈簧實(shí)驗(yàn)（1）量直徑：用鋼直尺測量大彈簧中徑，小彈簧中徑；用游標(biāo)卡尺量取大彈簧簧絲的直徑，小彈簧簧絲的直徑。（2）安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下壓板之間

48、的位置能滿足彈簧高度的要求，把彈簧放在兩壓板的正中間位置上。（3）安裝百分表（或大變形位移計(jì)）。（4）將應(yīng)變片組橋，接在應(yīng)變儀上。（5）調(diào)零： 調(diào)整電子萬能試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；調(diào)整百分表零點(diǎn)；按下應(yīng)變儀“自動(dòng)平衡”鍵，使應(yīng)變儀清零。（6）按下顯示屏中的“開始”鍵，給彈簧施加載荷；載荷每增加一定值時(shí)，記錄百分表讀數(shù)（或位移計(jì)讀數(shù)），應(yīng)變儀讀數(shù)。（7）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，按下“停止”鍵。手動(dòng)立柱上的“上升”鍵，使活動(dòng)橫梁上升，直到試驗(yàn)力顯示0以后，取下百分表（或位移計(jì)），拆下應(yīng)變片連線，取出彈簧。2.套裝彈簧實(shí)驗(yàn)（1）安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或

49、“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下壓板之間的位置能滿足彈簧高度的要求，把套裝彈簧放在兩壓板的正中間位置上。（2）安裝百分表；如果使用大變形位移計(jì)，將位移計(jì)導(dǎo)線連接到應(yīng)變儀上。（3）調(diào)零： 調(diào)整電子萬能試驗(yàn)機(jī)負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；調(diào)整百分表零點(diǎn)；或按下應(yīng)變儀“自動(dòng)平衡”鍵，使應(yīng)變儀清零。（4）按下顯示屏中的“開始”鍵，給套裝彈簧施加載荷；載荷每增加一定值時(shí)，記錄百分表讀數(shù)（或位移計(jì)讀數(shù)）。（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，按下“停止”鍵。手動(dòng)立柱上的“上升”鍵，使活動(dòng)橫梁上升，直到試驗(yàn)力顯示0以后，取下百分表（或拆下位移計(jì)的連線），取出套裝彈簧。五實(shí)驗(yàn)記錄 自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格六

50、數(shù)據(jù)處理七實(shí)驗(yàn)結(jié)論八思考題你對本次實(shí)驗(yàn)有什么感想和體會(huì)？對本次實(shí)驗(yàn)有什么建議和意見？偏 心 拉 伸 實(shí) 驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)曲桿受到拉伸的原理，掌握其橫截面上的應(yīng)力分布原理。2.確定低碳鋼試樣（直桿、大曲率桿、小曲率桿）橫截面上應(yīng)力，并與理論值進(jìn)行比較，畫出應(yīng)力分布曲線圖。3.通過比較確定在同一載荷下，不同桿件中性層位置的變化。說明原因。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具：    電子萬能試驗(yàn)機(jī)、程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。三試驗(yàn)原理：   參考材料力學(xué)、工程力學(xué)課本關(guān)于偏心拉伸（拉彎組合變形）的疊加原理，同時(shí)參考曲桿拉伸時(shí)橫截面應(yīng)力分布原理（寫出應(yīng)力計(jì)算公式以及中性

51、層公式）。以及相關(guān)的書籍介紹，自己編寫。試樣尺寸及形狀：四實(shí)驗(yàn)步驟1. 安裝試樣：啟動(dòng)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，手動(dòng)立柱上的“上升”或“下降”鍵，調(diào)整活動(dòng)橫梁位置，使上、下夾頭之間的位置能滿足試樣長度，把試樣放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)手柄，夾緊試樣。2.調(diào)整試驗(yàn)機(jī)并對試樣施加載荷：調(diào)整負(fù)荷（試驗(yàn)力）、峰值、變形、位移、試驗(yàn)時(shí)間的零點(diǎn)；選擇加載速度3.將應(yīng)變片分別接在應(yīng)變儀的通道上。（注意，應(yīng)變片編號(hào)與通道號(hào)的關(guān)系）4.打開應(yīng)變儀電源開關(guān)，當(dāng)程序結(jié)束后，按下“自動(dòng)平衡”鍵使應(yīng)變儀各通道清零。5.按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷。每增加一定載荷，記錄一次應(yīng)變讀數(shù)。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按下“停止”鍵。

52、7.卸載。按下“上升”鍵，看到載荷顯示為0時(shí)，按下“停止”鍵。8.取下試樣。五實(shí)驗(yàn)記錄      自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格六數(shù)據(jù)處理 七實(shí)驗(yàn)結(jié)論  八思考題你對本次實(shí)驗(yàn)有什么感想和體會(huì)？對本次實(shí)驗(yàn)有什么建議和意見？金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗(yàn)方法（靜態(tài)法）本試驗(yàn)方法是以國家標(biāo)準(zhǔn)GB/8653-88金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗(yàn)方法（靜態(tài)法）為藍(lán)本編寫的，內(nèi)容部分進(jìn)行了刪選，基本保持了國家標(biāo)準(zhǔn)原有形式。本試驗(yàn)方法僅限學(xué)習(xí)力學(xué)試驗(yàn)的學(xué)生教學(xué)使用。如果要進(jìn)行科學(xué)研究試驗(yàn)或鑒定性試驗(yàn)等，請?jiān)敿?xì)參閱國家標(biāo)準(zhǔn)G

53、B/8653-88金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗(yàn)方法（靜態(tài)法）。一適用范圍：此試驗(yàn)方法適用于室溫下用靜態(tài)法測定金屬材料彈性狀態(tài)的楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比。二試驗(yàn)原理：  1、參閱材料力學(xué)、工程力學(xué)課程的教材及其他相關(guān)材料，有關(guān)“材料的力學(xué)性質(zhì)”章節(jié)。  2、本試驗(yàn)使用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對試樣施加軸向力，在其彈性范圍內(nèi)測定相應(yīng)的軸向變形和橫向變形，以便測定定義中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)力學(xué)性能。  注：軸向力：沿試樣縱軸方向施加的拉伸力或壓縮力。      軸向變形：在平面內(nèi)平行于試樣縱軸方向長度的伸長或縮

54、短。      橫向變形：在平面內(nèi)垂直于試樣縱軸方向長度的伸長或縮短。      電子萬能試驗(yàn)機(jī)的介紹及操作方法，參見“實(shí)驗(yàn)設(shè)備”網(wǎng)頁。三定義：1、平行長度（）：試樣兩頭部或夾持部分（不帶頭試樣）之間的平行長度。  2、試樣原始標(biāo)距（）：在試樣上用以測量試樣長度變化的兩標(biāo)記間原始長度。  3、引伸計(jì)標(biāo)距：用引伸計(jì)測量試樣變形時(shí)所使用試樣部分的長度（此長度與引伸計(jì)的原始標(biāo)距長度相同，一般不應(yīng)大于試樣原始標(biāo)距（），但不小于試樣直徑或?qū)挾龋?#160;   1

55、）軸向引伸計(jì)標(biāo)距（）：測量試樣軸向變形的引伸計(jì)標(biāo)距。2）橫向引伸計(jì)標(biāo)距（）：測量試樣橫向變形的引伸計(jì)標(biāo)距。  4、應(yīng)力（標(biāo)稱應(yīng)力）（）：試驗(yàn)時(shí)軸向力除以試樣原始橫截面積的商。  5、應(yīng)變（標(biāo)稱線應(yīng)變）：試樣在軸向力作用下其原始線性尺寸單位長度的變化。    1）軸向應(yīng)變（）：在平面內(nèi)平行于試樣縱軸方向的線應(yīng)變。2）橫向應(yīng)變（）：在平面內(nèi)垂直于試樣縱軸方向的線應(yīng)變。  6、楊氏模量（）：軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變之比。     有許多金屬材料，其拉伸楊氏模量與壓縮楊

56、氏模量有差別，應(yīng)注意區(qū)分。    1）拉伸楊氏模量（）：軸向拉伸應(yīng)力與軸向拉伸應(yīng)變成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)的軸向拉伸應(yīng)力與軸向拉伸應(yīng)變之比。2）壓縮楊氏模量（）：軸向壓縮應(yīng)力與軸向壓縮應(yīng)變成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)的軸向壓縮應(yīng)力與軸向壓縮應(yīng)變之比。7、弦線模量（）：在彈性范圍內(nèi)軸向應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線上任兩規(guī)定點(diǎn)之間弦線的斜率。  8、切線模量（）：在彈性范圍內(nèi)軸向應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線上任一規(guī)定應(yīng)力或應(yīng)變值處的斜率。     注：弦線模量、切線模量適用于呈非線性彈性狀態(tài)的金屬材料。  9、泊松比（）：軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變

57、成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比的絕對值。四符號(hào)和說明符號(hào)單位說明a0mm矩形試樣原始厚度b0mm矩形試樣平行長度部分的原始寬度d0mm圓形試樣平行長度部分的原始直徑Lcmm試樣平行長度L0mm試樣原始標(biāo)距Lelmm軸向引伸計(jì)標(biāo)距Letmm橫向引伸計(jì)標(biāo)距Lelmm試樣軸向變形Letmm試樣橫向變形lmm軸向變形增量tmm橫向變形增量S0mm2試樣平行長度部分的原始橫截面積FN軸向力FN軸向力增量N/mm2軸向應(yīng)力N/mm2軸向應(yīng)力的平均值EN/mm2楊氏模量EtN/mm2拉伸楊氏模量EcN/mm2壓縮楊氏模量EchN/mm2弦線模量EtanN/mm2切線模量l%軸向應(yīng)變t%橫向應(yīng)變%軸向應(yīng)變的平均值%橫向應(yīng)變的平均值%斜率變度系數(shù)-泊松比-相關(guān)系數(shù)-數(shù)據(jù)對數(shù)目-從1累加符號(hào)五試樣  1、試樣形狀和尺寸：1）圓形和矩形拉伸試樣：見拉伸試驗(yàn)方法（一三）。2）圓形和矩形壓縮試樣：見壓縮試驗(yàn)方法。3）通過協(xié)商可以采用其他類型的試樣。2、頭部帶承載銷孔的矩形拉伸試樣，銷孔中心與標(biāo)距部分的寬度的中心線偏離應(yīng)不大于標(biāo)距部分寬度的0.005倍。  3、