工程力學實驗講義

1、:程力學實驗講義浙江水利水電專科學校、拉伸、壓縮實驗（一）目的要求1、了解萬能機的主要結構及其工作原理，熟悉操作規(guī)程和正確 使用方法，并注意安全事項。2、通過實驗觀察低碳鋼、鑄鐵在拉伸和壓縮過程中表現(xiàn)的各種變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象。分析和比較不同材料的力學性能。3、測定低碳鋼拉伸時的屈服極限 6、強度極限bb、延伸率6 和截面的收縮率屮。（二）設備1、液壓萬能機。（圖1- 1）圖1-12、游標卡尺。3、試件(1) 低碳鋼和鑄鐵的拉伸試件要測定某一種材料的機械性質，試件的數(shù)量一般至少取35根為一組(取材要有代表性)，為了便于比較試驗結果，必須按照國家統(tǒng)一標準(GB228-76 )的規(guī)定加工成標準試件或

2、比例試件, 尺寸如表1。表1試件標距截面尺寸圓形試件直徑標準的長20031420短10031420比例的長11.2 Ao任意的任意的短5.65 Ao任意的任意的標距的L。為試件中段兩點間的距離，作為測量拉伸變形之用,本試驗室采用L0=5d。的圓形截面短試件。（2）低碳鋼和鑄鐵的壓縮試件 高度和橫截面的尺寸應適宜，太高易產(chǎn)生縱向彎曲和不穩(wěn)定,太粗短則與上下支承墊板間摩擦力太大，通常規(guī)定為：1蘭虹3（ho為高度，do為直徑），兩端面必須光滑而平行。 do（三）試驗步驟1、仔細聽取教師講解機器構造和使用方法，認識主要部件及其作用。本室為 WE-30A液壓萬能試驗機。（圖1-2）Rm圖1-22、低碳鋼

3、和鑄鐵的拉伸、壓縮1）檢查低碳鋼拉伸試件是否合格，在試件中段劃線機劃出標距，并在標距間每隔 1/10 刻劃上圓周線（這一步已由實驗室事先做 好），以便觀察變形分布的情況；此外，如試件的斷口不在中間 的，便于移中計算，以求得比較正確的延伸率。在標距兩端和中間 等三處截面的兩相互垂直方向上量取直徑，算出三個平均值，取其 中最小平均直徑作為計算強度時的直徑。（2）根據(jù)材料的強度極限（可查手冊）估算最大荷載P,選擇合 適的測力度盤和調整擺錘（使最大負荷約為測力度盤最大容量的 80% 較好）。（3）檢查試驗機是否處于正常狀態(tài)。如操縱機構或油門是否在正 確起始位置；保險開關，自動繪圖能否正常工作等。（4）

4、關緊回油閥和進油閥，開動油泵馬達后再慢慢打開進油閥， 把橫梁抬高 1-2cm 。消除可動橫梁的自重，然后關閉進油閥，停止 馬達，調整測力指針至零，并撥動副針使之與主（動）針靠近。（5）安裝試件，對拉伸試件，先將一端夾于上夾頭內，要夾足、 夾正，再移動下夾頭使直達到適當位置，在夾緊試件下端時要注意 使試件中心與拉力方向在一直線上。對壓縮試件，則要擺正在支承 的中心位置，盡量避免偏心而達到軸向受力。(6) 調整好自動繪圖裝置，并裝上記錄用紙和筆，以便觀察其工 作情況。(7) 開動機器，緩緩打開進油閥，慢速均勻加載。對鑄鐵試件加 載至斷裂，立即停機。記錄最大荷載 Pb。對低碳鋼試件加載時，當示力盤上

5、指針轉動很慢，或者停止不動，甚至倒退時，表明材料已 達屈服階段，記下屈服時的荷載，一般以測力指針回轉后指示的最 小荷載最為屈服荷載Ps。(8) 當?shù)吞间撛嚰_到屈服階段后，加載速度適當加快，對壓縮 試件加載至所需荷載，立即停機。對拉伸試件，加載速度加快后載 荷隨變形增加達到最大值，可看到試件開始發(fā)生截面局部縮小，即 所謂的“頸縮現(xiàn)象”，記下最大荷載Pb。頸縮后，荷載迅速下降，試件 很快斷裂，立即停機。(9) 取下試件，把低碳鋼拉伸試件兩端斷口對正密合在一起，量 取試件斷后的標距線之間長度 Li，并在斷后處兩個相互垂直方向量取直徑di，取平均值，記錄數(shù)據(jù)，整理機儀，一切復原。(10) 觀察試件斷

6、口形狀，結合自動繪圖裝置所描繪出的P-Ul曲 線圖，分析塑性材料和脆性材料在拉伸和壓縮過程中的異同點及其 機械性質。(四) 試驗數(shù)據(jù)處理1、強度極限bb和屈服極限bs的計算cr-P MPaAocTs =昱 MPaS Ao2、計算延伸率時斷后標距L1的量法的測量與斷口的位置有關，愈近斷口（頸縮）處材料的塑性變形愈大，如斷口在兩端處或標距外，則試驗不合格，須重做。當斷口在標距中間的三分之一處時，變形比較對稱，只要把試件兩部分對齊合起來，就可量取 L1。當斷口不在標距長度三分之一以內時，需用斷口移中法，就是預先在試件標距長度內每隔5mm所劃的十個分格線進行換算，可以較準確地量取Li。拉伸前10格相等

7、（圖1-3）。拉斷后，在斷裂處第一條劃線向右較長一段取10/2格，標記為a，把a點作為整個標距的最后邊一點，這就相當于把斷口擺在標距中央。再從a點數(shù)到右端標點線有幾格，就由a向右取相同的格數(shù)，標以b，令m表示cb的長度，n表示ba的長度，則Li之值等于線段ac和ab之和，即Li=m+2n，其長度中包括的格數(shù)等于L內的原分格數(shù)。去十Jrt_._ £ m ±!rrr i U圖1-3（四）注意事項1、未經(jīng)指導教師同意不得開動機器。2、操作者要嚴格遵守操作規(guī)程，不得隨意離開操縱臺。3、不得使用快速馬達加載（快速馬達只有在安裝試件時作為調節(jié)下夾頭上下移動用，試件夾緊后，下夾頭不再調整

8、4、初加載時要注意測力指針，防止加載過快，卸載時要注意試件，雖然有時指針尚未遇到零點，但試件已經(jīng)松動，應立即關閉馬達。（五）問題思考1、為什么萬能機在試驗前必須將活動臺（橫梁）升起一定高度后才調整“零”點?2、根據(jù)什么原則選擇測力度盤和擺錘?同。者？3、加載、卸載時要注意什么？4、試比較塑性材料和脆性材料在拉伸和壓縮過程中的異5、低碳鋼的屈服點如何確定？6、低碳鋼拉斷時的應力是否就是強度極限7、為什么在計算拉伸應力時截面面積取試件三處中最小扭轉試驗、目的、觀察低碳鋼和鑄鐵受扭過程中的變形現(xiàn)象；比較它們的破壞特征。2、驗證扭轉虎克定律，測定剪切強度極限。二、設備、扭轉試驗機。2、游標卡尺。3、試

9、件。本室為 NJ-50B 型扭轉試驗機（圖 2-1 ），其結構分為加載機0-構、測力機構及記錄裝置三部分。實驗機有四級度盤分別為 50Nm、 0-100Nm 、 0-200Nm 、 0-500Nm 。圖2-1加載機構安裝在溜板上，經(jīng)六個滾動軸承可在基座的導軌上自 由滑動，由直流電動機的帶動，通過兩級蝸輪、蝸桿減速箱的減速，使夾頭旋轉對試樣施加扭矩，無級調速分為兩檔0-36。/分，0-360。/分。測力機構由夾頭1穿來的力矩M通過杠桿2或反向杠桿3，變 支點杠桿6到拉桿20，拉動平衡杠桿10，由于P力的作用，平衡 杠桿上翹，推動差動變壓器 12，差動變壓器鐵芯位移，發(fā)出信號, 經(jīng)放大器13，使伺

10、服電機14轉動，通過鋼絲21，拉動游陀11運動，游陀移動的同時通過鋼絲拉動繩輪24，使指針16在測力度盤 17上指出力矩 Mn的數(shù)值，當游陀對支點的力矩 QS= Pr時達到平 衡；杠桿恢復水平狀態(tài)。差動變壓器鐵芯處于零點，無信號輸出, 電機停止轉動。記錄裝置中記錄筆22沿記錄筒通過鋼絲15由繩輪24拉動, 如指針轉動一圈，記錄筆所描繪的直線長度就是儀表該度盤的滿度力矩值，作為力矩坐標，記錄筒的轉動是通過裝于主動夾頭25的減 速箱26上的自整角發(fā)送機27發(fā)出信號經(jīng)放大器28由伺服電機29 帶動自整角30轉動。三、試驗步驟1、用特殊鉛筆在低碳鋼試件表面劃出平行桿軸線的縱向線和左 標距內兩個截面的圓

11、周線，使成為小矩形格子（已由實驗室準備 好）。2、用游標卡尺在試件標距長度內量取直徑（方法如拉伸實 驗）。3、選擇合適的度盤（施加扭矩后，禁止轉動量程選擇手鈕）。4、把試件先裝于固定夾頭內，并夾緊。然后移動加載機構，使 試件插入主動夾頭至適當位置夾緊。此時，主動指針應在零點上。5、選定主動夾頭的轉速（一般試件屈服前用36。/分，屈后0- 360。/分），將被動針轉至與主動針重合。旋轉主動夾頭上的刻度環(huán)使零點與指針重合。選好扭轉方向，打開記錄器開關。6、啟動按扭。擰動多圈電位器，使主動夾頭至所需轉速。這時，可以看到扭轉變形隨扭矩而不斷增加。按LMn加載，并同時測出相應的扭轉角。7、當變形繼續(xù)增加

12、時，而扭矩不再成正比增加時，標志材料已 開始屈服，這時，塑性變形僅在外層發(fā)生，扭矩還可以增加。塑性 變形將從圓周向中心逐漸擴展，直至截面上各點處的剪應力都一 樣，這時扭矩稱極限扭矩用 Mnjx表示，繼續(xù)扭轉試件已毋需增加外力偶矩，直至試件扭斷。其剪切流動極限3 Mnjx8、鑄鐵試件先測出試件計算直徑，然后把試件裝于扭轉機上，將主動夾頭轉速按紐放在 0-36。/分，加載直至破壞，記下破壞時的扭矩Mnb。其剪切強度極限。四、問題思考1、低碳鋼和鑄鐵在扭轉破壞時有什么特征？原因是什么?2、比較低碳鋼和鑄鐵受扭和受拉時的變形規(guī)律有何異同?彎曲正應力試驗一、目的1、測定純彎梁一個截面的應力大小及分布規(guī)律

13、，以驗證直梁彎 曲時的正應力公式。2、了解電測法，初步學會電阻應變儀的使用。二、設備1、YJR-5型電阻應變儀。2、純彎曲正應力試驗臺。A、主梁：材料：45 # 鋼，E = 216Gpa跨度：L = 600mm , a = 200mmB、副梁：跨度：Li =200mmC、砝碼：每只總量 G = 10N （采用1 : 20杠桿比放大）三、試驗原理如圖3-3所示，在主梁中部的一個截面上，沿著梁高貼好五個 電阻片，每片相距h/4，方向平行梁軸，當砝碼加在砝碼托上時，通 過杠桿作用提起副梁，此時 CD段為純彎曲，貼在梁上的電阻片就 跟著主梁一起變形，利用電阻應變儀把這些變形，一個一個測出 來，就可以求

14、出主梁在貼片處的應力大?。海礈y得的應變值）。加載采用增量法最終荷載低于比例極限，CD段彎矩M a，其橫截面上各點的正應力為：MyCT =。Iz四、試驗步驟1、調節(jié)應變儀柱。 法，準。(1)將后面板Di,D2,D3三點聯(lián)接起來(已接好)，旋緊接線 把標準電阻接到后面板 A、B、C 接線柱上，旋緊，半橋測量 再將后面板上的平衡開關打在平衡位置，即可進行儀器的校 注意：儀器校準時，后面板的接線板上不能聯(lián)接任何電阻，否 則會影響精度。( 2)開啟電源開關。把前面板選擇開關旋到“ 1 ”，這時指示表顯 示的數(shù)據(jù)是電橋不平衡的分量，調節(jié)前面板平衡電位器“ 1 ”，使指針 表顯示全為“0”，如果顯示數(shù)是正

15、的，平衡電位器逆時針方向旋轉， 顯示數(shù)是負的，平衡電位器順時針方向旋轉。( 3)儀器的靈敏度調整：儀器平衡到“ 0”后，將標定開關按入， 用幅調電位器調到 5000 ，如果小于 5000 時，順時針方向旋轉幅調 電位器，反之，逆時針旋轉，調整好靈敏度，把標定開關按出。K = 2.2，即所顯示的數(shù)據(jù)不必(4)儀器的K值調整：儀器時按K = 2設計的。當使用的應變 片K值不為2時，必須在測試前標定。本室使用應變片 用幅調電位器調節(jié)為 4545 。調好后，在實測中， 再進行 K 值修正。B、C 接線柱拆下10 點接線板上去，2、半橋測量接線。把標準電阻從儀器的 A、 來，把主梁各點的應變片依次接到應

16、變儀后面板AB 接一片測量片， BC 接一片溫度補償片。調整應變片所接點的對 應平衡電位器，使其平衡。3、在原始記錄上記下所測主梁的截面尺寸(數(shù)據(jù)已經(jīng)在梁上標 好)。調動實驗臺蝶形螺母，使杠桿尾端稍翹起。4、分四次加載。每次加一只砝碼(加砝碼時要求一手扶砝碼 托，一手緩慢放砝碼，使其不致擺動)。5、記錄荷載Po=2OON。記下應變儀顯示器的應變量讀數(shù) Co。以 后每增加200N，記一次應變值，并算出讀數(shù)差LC，直到800N為 止。6、一片測量完畢之后，按同樣方法測量另一片直到五片全部測 完為止。五、數(shù)據(jù)處理1、計算實驗應力值根據(jù)測得的應變增量平均值匕應用虎克定律算出各點對應的應力 增量平均值U& =e2 共五點，填入報告。2、計算理論應力值根據(jù)公式山算出各測點的理論正應力值。1