一低碳鋼鑄鐵的拉伸

1、實(shí)驗(yàn)一低碳鋼、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)的方法之拉壓實(shí)驗(yàn)是材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)中最基本最重要的實(shí)驗(yàn)，是工程上廣泛使用的測定材料力學(xué)性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解萬能材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，熟悉其操作規(guī)程及正確使用方法。2、通過實(shí)驗(yàn)，觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸時(shí)的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，弁進(jìn)行比較。3、測定低碳鋼拉伸時(shí)的屈服極限Z s、強(qiáng)度極限Z b、延伸率3和截面收縮率鑄鐵拉伸時(shí)的 強(qiáng)度極限Z bo、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺3、鋼直尺由于試樣的形狀和尺寸對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定影為便于互相比較，應(yīng)按統(tǒng)一規(guī)定加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣。響，圖27分別表示橫截面為圓形和矩形的拉伸試Lo是測量試樣伸長的長度，稱為原始標(biāo)距

2、。按現(xiàn)行國家GB6397-86的規(guī)定，拉伸試樣分為比例試樣和非比例試樣兩種。比例試樣的標(biāo)距L。與原始橫截面Ao的關(guān)系規(guī)定為L - k A：（2.2）式中系數(shù)k的值取為5.65時(shí)稱為短試樣，取為11.3時(shí)稱為長試樣。對直徑do的圓截面短試樣,Lo =5.65; Ao=5do；對長試樣，Lo=11.3、_ A=10d。本實(shí)驗(yàn)室采用的是長試樣。非比例試樣的Lo和Ao不受上列關(guān)系的限制。試樣的表面粗糙度應(yīng)符合國標(biāo)規(guī)定。在圖2.7中，尺寸L稱為試樣的平行長度，圓截面試樣L不小于L o + d。；矩形截面試樣L不小于L o + bo/2。為保證由平行長度到試樣頭部的緩和過渡， 要有足夠大的過渡圓弧半徑 R

3、o試樣頭部的形狀和尺寸，與試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)有關(guān)，圖2.7所示適用于楔形夾具。這時(shí)，試樣頭部長度不小于楔形夾具長度的三分之二。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法常溫下的拉伸實(shí)驗(yàn)是測定材料力學(xué)性能的基本實(shí)驗(yàn)?？捎靡詼y定彈性E和隊(duì) 比例極限Z p,屈服極限Z s （或規(guī)定非比例伸長應(yīng)力），抗拉強(qiáng)度 Z b,斷后伸長率s和截面收縮率”等。這些力學(xué)性能指標(biāo)都是工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。1低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)1 ）、屈服極限Z s及抗拉強(qiáng)度Z b的測定對低碳鋼拉伸試樣加載，當(dāng)?shù)竭_(dá)屈服階段時(shí)，低碳鋼的 P-AL曲線呈鋸齒形（圖P su對應(yīng)的應(yīng)力稱為上屈服點(diǎn)，它受變形速度和試樣形狀的影響，一般不作為強(qiáng)度指標(biāo)。同樣，載荷首次2.8 ）。與

4、最高載荷 下降的最低 si,除以試樣的初始橫截面面積A。，作為屈服極限Z s,即PsiZ s=A o(2.3)若試驗(yàn)機(jī)由示力度盤和指針指示載荷,則在進(jìn)入屈服階段指針停止前進(jìn)，弁開始倒退，這時(shí)應(yīng)注意指針的波動情況, 指的最低載荷Psi。屈服階段過后，進(jìn)入強(qiáng)化階段，試樣又恢復(fù)了抵抗繼 力（圖2.8）。載荷到達(dá)最大值 Pb時(shí)，試樣某一局部小，出現(xiàn)“縮頸”現(xiàn)象。這時(shí)示力度盤的從動針停 則迅速倒退，表明載荷迅速下降，試樣即將被拉斷。 即不動，主動針拉強(qiáng)度Z b,針?biāo)栽嚇拥某跏紮M戳血血積Ao除巳得抗的能 明顯縮PbA。(2.4)2）伸長率S及截面收縮率”的測定量出拉斷后的標(biāo)距長為 L i,斷后伸長率應(yīng)為

5、試樣的標(biāo)距原長為L。，拉斷后將兩段試樣緊密地對接在一起S =LI_LoX10 0%(2.5)點(diǎn)（初始瞬時(shí)效應(yīng)）也不作為強(qiáng)度指標(biāo)。一般將初始瞬時(shí)效應(yīng)以后的最低載荷如一* - 45 6 了衛(wèi)(C)加圖2.9斷口移中法測L1斷口附近塑性變形最大，所以 L1的量取與斷口的部位有關(guān)。如斷口發(fā)生于L。的兩端或在L。之外，則實(shí)驗(yàn)無效，應(yīng)重做。若斷口距 L0的一端的距離小于或等于Lo （圖2.9）,則按下述斷移中法測定 L。在0 拉30斷后的長段2.9b）,取其中一半得C點(diǎn)，上，由斷口處a,BC長為b,則L i = a+ 2b。當(dāng)長段剩余格數(shù)為奇數(shù)時(shí)（圖 i的長度2.9c），取剩余格數(shù)減1后的一 取約等于短段

6、 分別為a、 i,由于斷口不是規(guī)則的圓形，然后按下式計(jì)算斷面收縮bi和b2,則L i = a+ bi+ b2o的格數(shù)得B 率：應(yīng)在兩個相互垂直的方向上量點(diǎn)，若剩余格 數(shù)為偶數(shù)（圖 設(shè)AB長為 半得C點(diǎn)，加1后的一半得C i點(diǎn)，設(shè)AB、BC和BC試樣拉斷后，設(shè)縮頸處的最小橫截面面積為A取最小截面的直徑，以其平均值計(jì)算Ai,書二%Aoi00%(2.6)2、鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)鑄鐵屬于脆性材料，拉伸過程中，沒有屈服和“頸縮”現(xiàn)象，它的P- L曲線近似一條斜直線（如圖 2.i0）,本實(shí)驗(yàn)我們只測鑄鐵的抗 拉強(qiáng)度極，代bo限，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，主動針退回零位，從動針?biāo)甘镜妮d荷即是出ZP入式（2.4）計(jì)算得四、實(shí)

7、驗(yàn)步驟沿兩個相困丸i0鑄鐵feAP-AL曲線1、測量試樣直徑 在標(biāo)距L 0的兩端及中部三個位置上互垂直的方向，測量試樣直徑，以其平均值計(jì)算各橫截面面積,截面 再以三個橫面積中的最小值為A2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備 根據(jù)試樣尺寸和材料，估計(jì)最大載荷，選擇相適應(yīng)的示力度盤和擺錘重量，需要自動繪圖時(shí)，事先應(yīng)將滾筒上的紙和筆裝妥。先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動油泵電機(jī)，待油泵工作正常后,開啟送油閥將活動平臺上升約 1cm,以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，調(diào)零。3、安裝試樣 安裝拉伸試樣時(shí)，對 A型試驗(yàn)機(jī)，可開動下夾頭升降電機(jī)以調(diào)整下夾頭的位置，但不能用下夾頭升降電機(jī)給試樣加載；對E型試驗(yàn)機(jī)，用橫梁升降按鈕調(diào)整拉壓空間

8、。4、加載 緩慢開啟送油閥，給試件平穩(wěn)加載。應(yīng)避免油閥開啟過大，進(jìn)油太快。試驗(yàn)進(jìn)行中，注意不要觸動擺桿和擺錘。試驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性試驗(yàn)先取下試樣，再緩慢打開回油閥將油液放回油箱。非破壞性試驗(yàn)，自然應(yīng)先開回油閥卸載，才能取下試樣。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理按有關(guān)公式，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出來，其數(shù)值遵守表2.1的修約規(guī)定。有效數(shù)以后的數(shù)字進(jìn)位規(guī)則見附錄n。六、數(shù)據(jù)分析對你所得出的數(shù)據(jù)，作出合理的分析。表2.1性能指標(biāo)數(shù)值的修約規(guī)定性能范圍修約到Z pZ S、Z p0.2Z b200Mpa1000MPa5MPa 1000 MPa10MPa0.5%0.5%六、問題討論試比較低碳鋼和鑄鐵拉伸時(shí)的

9、力學(xué)性能有什么不同實(shí)驗(yàn)二 低碳鋼、鑄鐵壓縮演示實(shí)驗(yàn)(b)2.11b所圖壓縮試樣示長試2.11樣，多用于測定鋼、銅等材料的彈性常數(shù)及比E、例極限和屈服極限等。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法0M圖2.12低碳鋼壓縮P-A L曲線3、鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)：鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)與拉伸實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)曲線形狀很相似（如圖2.10）。鑄鐵壓縮時(shí)，破壞斷口會沿 45 ? 55。左右斜截面斷裂，此時(shí)，主 動 針會回到零點(diǎn)，從動針停在原位置不動，記錄下載荷P b,代入式（2.4）計(jì)算得出鑄鐵的抗壓強(qiáng)度極限Z bO4、低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)：低碳鋼壓縮時(shí)，其P、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、進(jìn)一步了解萬能材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，熟悉其操作規(guī)程及正確使用方通過演

10、示，觀察低碳鋼和鑄鐵在壓縮時(shí)的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，弁進(jìn)行比 較。測定低碳鋼壓縮時(shí)的屈服極限Z s；鑄鐵壓縮時(shí)的強(qiáng)度極限Z實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺3、鋼直尺4、壓縮試樣：壓縮試樣通常為圓柱形，也分短、長兩種（圖 示）。試他1 壓時(shí)，兩端面與試驗(yàn)機(jī)墊板間的摩擦力約束試樣的橫向變形，影響試樣的強(qiáng)度。隨著比值的增大，上述摩擦力對試h善do中部的影響減弱。但比值ho/do也不能過大，否則將引起失穩(wěn)。測定材料抗壓強(qiáng)度 的短試樣（圖2.11a示），通常規(guī)定iw ho/doW 3。至于圖-4L曲線如圖 2.12,到達(dá)屈服時(shí)，主動針會停頓甚至倒退，此時(shí)記錄下屈服載荷 Ps,則有:此即低碳鋼壓

11、縮時(shí)的屈服極限。繼續(xù)施加載荷，試樣會越壓越扁，但始終測不到四、實(shí)驗(yàn)步驟、測量試樣直徑在試樣中部位置上，沿兩個相互垂直的方向，測量試樣直徑，以其平均值計(jì)算其橫截面面積 A 0。、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備 根據(jù)試樣尺寸和材料，估計(jì)最大載荷，選擇相適應(yīng)的示力度盤和擺錘重量，需要 自動繪圖時(shí)，事先應(yīng)將滾筒上的紙和筆裝妥。先關(guān)閉送油閥和回油閥，再開動油泵電機(jī)，待油泵工作正常后，開啟送油閥將活動平臺上升約 1cm, 以消除其自重。然后關(guān)閉送油閥，調(diào)零。、 安裝試樣直接將壓縮試樣放于工作臺上，上升工作臺，使試樣與上、下墊板幾乎接觸為止。、 加載 緩慢開啟送油閥，給試件平穩(wěn)加載。應(yīng)避免油閥開啟過大，進(jìn)油太快。試驗(yàn)進(jìn)行中，注

12、意不要觸動擺桿和擺錘。、 試驗(yàn)完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。 應(yīng)先開回油閥回油、卸載，才能取下試樣。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 參照拉伸實(shí)驗(yàn)六、問題討論、 鑄鐵壓縮時(shí)沿450550 斜面斷裂，表明導(dǎo)致破壞的原因是什么？、 低碳鋼壓縮時(shí)能否得到強(qiáng)度極限Z b?實(shí)驗(yàn)三 低碳鋼彈性模量E 的測定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟練掌握萬能材料試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程及使用方法。2、驗(yàn)證胡克定律，測定低碳鋼的彈性模量 E。3、熟悉球校式引伸儀的使用方法。、設(shè)備及試樣1、萬能材料試驗(yàn)機(jī)2、球校式引伸儀3、游標(biāo)卡尺4、低碳鋼拉伸試樣(10倍試樣):、實(shí)驗(yàn)原理及方法彈性模量是應(yīng)力低于比例極限時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，即PLoE =-名

13、 AoAL(2.7)可見，在比例極限內(nèi)，對試樣施加拉伸載荷P,弁 測出標(biāo)距L o的相應(yīng)伸長AL,即可求得彈性模量 Eo在彈性變形 階段內(nèi)試樣的變形很小，測量變形需用放大倍數(shù)為2000倍(分度值為1/2000mm )的 球校式引伸儀。0 ALn圖 2.13為檢查載荷與變形的關(guān)系是否符合胡克定律，減少測量誤差，試驗(yàn)一般采用等增量法加載，即把載荷分成若干相等的加載等級(圖2.13),然后逐級加載。為保證應(yīng)力不超出比例極限，加載前先估算 出試樣的屈服載荷，以屈服載荷的 7 0%? 80% 作為測定彈性模量的最高載荷 Pno止匕外，為使試驗(yàn)機(jī)夾緊試樣,消除引伸儀和試驗(yàn)機(jī)機(jī)構(gòu)的間隙，以及開始階段引伸儀刀刃

14、在試樣上的可能滑動，對試樣應(yīng)施加一個初載荷將載荷分成n級，且不小于5,于是P 0,可取為P n的10%。從P。至U P n P=Pn . n(n5)例如，若低碳鋼的屈服極限 Z s=235MPa ,試樣直徑do=10mm ,則Pn= 1 n do2X Z sX 80%=14800N (取為 15KN )4P0=PnX 10%=1.5KN實(shí)驗(yàn)時(shí)，從P。到Pn逐級加載，載荷的每級增量為Po對應(yīng)著每個載荷Pi (1=1,2,3, , n ),記錄下相應(yīng)的伸長 Li, Li+1與公Li的差值即為變形增量 S ( L) i,它是 P引起的伸長增量。在逐級加載中，若得到的各級S ( L) i基本相等,就表

15、明 L與P成線性關(guān)系，符合胡克定律.完成一次加載過程,將得到P/D Li的一組數(shù)據(jù)，按線性擬合法求得2 2(HR)2-2o_iPiL Li - nAR . Li A。(2.8)上式的推導(dǎo)詳見附錄I，這里不再復(fù)述。除用線性擬合法確定E外,還可用下述彈性模量平均法 M應(yīng)于每一個S （ L） i,由公式可以求得相應(yīng)的E為EiR L0 , i =1,2,，n （2.9）A。心（乩辦n個E的算術(shù)平均值1 -E= Ei（2.10）n即為材料的彈性模量。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測量試樣尺寸在標(biāo)距為L。的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直的方向，測量試樣直徑，以其平均值計(jì)算每個橫截面面積，取三者中的最小值計(jì)算公式中

16、的Aoo2、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備根據(jù)估計(jì)的最大載荷，選擇合適的示力度盤和相應(yīng)的擺錘，弁按試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程進(jìn)行操作。3、安裝試樣及引伸儀。4、進(jìn)行預(yù)拉為檢查機(jī)器和儀表是否處于正常狀態(tài)，先把載荷預(yù)加到測定E的最高載荷Pn,然后卸載到0Po之間。5、加載加載按等增量法進(jìn)行，應(yīng)保持加載的均勻、緩慢，弁隨時(shí)檢查是否符合胡克定律。載荷 增加到Pn后卸載。測定E的試驗(yàn)應(yīng)重復(fù)三次。6、實(shí)驗(yàn)完畢，卸載取下引伸儀。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、用直線擬合法測定 E在測定彈性模量所得的幾組數(shù)據(jù)中，選取線性相關(guān)性較好的一組數(shù)據(jù)R、 Li,擬合為直線。按附錄的公式（I .6 ）和（I .7 ）計(jì)算相關(guān)系數(shù)丫，弁按公式（2.8 ）計(jì)算彈性模

17、量E。2、用彈性模量平均法測定E利用上述數(shù)據(jù)組，按公式（2. 9 ）求出E,然后由公式（2.10 ）計(jì)算E。3、彈性模量一般取三位有效數(shù)。六、思考題1、測定E時(shí)，為何要加初載荷 Po?弁限制最高載荷 Pn?2、使用增量法加載的目的是什么？實(shí)驗(yàn)四扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)工程實(shí)際中，有很多構(gòu)件，如各種機(jī)器的軸類零件、彈簧、鉆桿等都承受扭轉(zhuǎn)變形。材料在扭轉(zhuǎn)變形下的力學(xué)性能，如切變模量 G、剪切屈服極限ns和剪切強(qiáng)度極限n b等，都是進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度計(jì)算的重要依據(jù)。此外，由扭轉(zhuǎn)變形得到的純切應(yīng)力狀態(tài)，是拉伸以外的又一重要應(yīng)力狀態(tài)，對研究材料的強(qiáng)度有著重要意義。、 了解扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握其 正確使用方法

18、。2、測定低碳鋼的剪切屈服極限ns,低碳鋼和 鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限 n b3、比較低碳鋼和鑄鐵受扭時(shí)的變形規(guī)律及其破壞特征。囪。仃知娃、仔羊圖2.18扭轉(zhuǎn)試樣二、設(shè)備及試樣1、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺3、試樣扭轉(zhuǎn)試樣一般為圓截面試樣（圖圓2.18）。L為平行長度。在低碳鋼試樣表面上畫上兩條縱向線和兩圈周線，以便觀察扭轉(zhuǎn)變形。:、實(shí)驗(yàn)原理及方法1、低碳測定鋼剪切屈服極限ns和剪切強(qiáng)度極限nb在比例極限內(nèi)，T與0成線性關(guān)系。橫截面上切應(yīng)力沿半徑線性分布如圖2.19a 所示。隨著T的增大，橫截面邊緣處的切應(yīng)力首先到達(dá)剪切屈服極限n s,而且塑性區(qū)逐漸向圓心擴(kuò)展，形成環(huán)形塑性區(qū)（圖 2.19b） o但中心

19、部分仍然是彈性的，所以T仍可（圖2.19 c ）,在T- u上出現(xiàn)屈服平臺（圖 Tso如認(rèn)為這時(shí)整個圓截面皆為塑性區(qū)，增加，T和u的關(guān)系成為曲線。直到整個截面幾乎都是塑性區(qū).2 0）,示力度盤的指針基本不動或輕微擺動，相應(yīng)的扭矩為 則Ts與ns的關(guān)系為式中WtV為抗扭截面系數(shù)。d34Ts J* 飛3T4Wt(2.11 )過屈服階段后，材料的強(qiáng)化使扭矩又有緩慢上升（如圖2.20 ），但變形非常顯著，試樣的縱向畫線變成螺旋線。直到扭矩到達(dá)極限值Tb,試樣被扭斷。與 Tb相應(yīng)的剪切強(qiáng)度極限 t b仍約定由公式（2.11 ）計(jì) 算，即即4W；2、鑄鐵剪切強(qiáng)度極限Tb的測定鑄鐵試樣受扭時(shí)，變形很小即突然

20、斷裂。其(pT- 0圖接近直線如圖2.21所示。如把它作為直線,T b可按線彈性公式計(jì)算，即四、問題討論比較低碳鋼和鑄鐵兩種試樣受扭時(shí)的破壞斷口，弁分析其導(dǎo)致破壞的原因?qū)嶒?yàn)五彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?個測點(diǎn)全部2、術(shù)初步掌握電測方法和多點(diǎn)應(yīng)變測量技1、測定梁承受純彎曲時(shí)的正應(yīng)力分布，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。:、實(shí)驗(yàn)設(shè)備:1、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺2、XL2118系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀三、原理及方法:在載荷P作用下的矩形截面鋼梁如圖(3.22a)所示。1 _在梁的中部為純彎曲，彎矩為M =Pa。在純彎曲部分的側(cè)面上，沿梁的橫截面高度,2每隔h/4貼上平行于軸線的

21、應(yīng)變片(共5片)。溫補(bǔ)償片要放置在鋼梁附近。對每一待測應(yīng)變片聯(lián)同溫度補(bǔ)償片按半橋接線如圖(3.22b)圖3.22a受力及貼片位置圖所示。測出載荷作用下各待測點(diǎn)的應(yīng)變,由胡克定律四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、按照 3.4介紹的電阻應(yīng)變儀使用方法,根據(jù)應(yīng)變片靈敏系數(shù)k,設(shè)定儀器靈敏系數(shù)k儀，使k儀=ko若無法使之相等，則按前面講的方法操作。2、按半橋接法接線，公共補(bǔ)償。預(yù)調(diào)平衡后，由Po 至 Pmax按增量 P逐級加載。測出每一 Pi對應(yīng)的B3.225測星意應(yīng)變是否按比例增長。每一測點(diǎn)加載到P max 然后卸載，重復(fù)測完為止。至三次。重復(fù)加載中出現(xiàn)偏差的大小，表明測量的可靠程度。測完一點(diǎn)再換另一點(diǎn)，直

22、至3、加載要均勻緩慢；測量中不允許挪動導(dǎo)線；小心操作，不要因超載壓壞鋼梁五、數(shù)據(jù)處理:1、對每一測點(diǎn)，求出應(yīng)變增量的平均值，根據(jù)胡克定律得實(shí)測應(yīng)力為二測二EL-i2、由彎曲正應(yīng)力公式求出各測點(diǎn)應(yīng)力的理論值為MyI1式中，I= bh3123、對每一測點(diǎn)求出Z測對Z理的相對誤差理-c測-100%石理在梁的中性層內(nèi)，因Z理=0,故只需計(jì)算絕對誤差。表3- 5 （實(shí)驗(yàn)有關(guān)參數(shù)）應(yīng)艾片至中性層距離（mm梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)Y20寬度b = 20mmY210高度h = 40mmY30跨度L = 600 mmY410載何離支座距離a = 125 mmY520彈性模量E = 210 GPa泊松比P =0.26六

23、、問題討論：1、對本實(shí)驗(yàn)而言，彎曲正應(yīng)力的大小是否受材料彈性模量E的影響？實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形的主應(yīng)力的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、測定圓管在扭彎組合變形下一點(diǎn)處的主應(yīng)力大小及方向2、自行設(shè)計(jì)加載方案。3、進(jìn)一步掌握電測方法，獨(dú)立完成全橋或半橋的接線。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺XL2118系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實(shí)驗(yàn)原理：（a）（b）圖3.23小型圓管扭彎組合裝置彎扭組合下（如圖3.23a）,圓管的m點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)（圖 3.23 b）。若在xy平面內(nèi)，沿x、y方向 的線 應(yīng)變?yōu)?；X、，切應(yīng)變?yōu)閤y,根據(jù)應(yīng)變分析（劉鴻文主編，材料力學(xué)，第三版，8.7,高教出版社，

24、1992。）沿 與X軸成a角的方向n （從x到n反時(shí)針的a為正）線應(yīng)變?yōu)楸M一盡1*c0s2 r 1 皿（3.9）:隨a的變化而改變，在兩個互相垂直的主方向上,：到達(dá)極值，稱為主應(yīng)變。主應(yīng)變由下式計(jì)算(3.10)兩個互相垂直的主方向；x ; y2a0由下式確定xytan2 :對線彈性各向同性材料，主應(yīng)變1、2和主應(yīng)力Z 1、Z 2方向一致，弁與下列廣義胡克定律相聯(lián)系，（3.12）二 2E2 （J;i）1 - ? 12本實(shí)驗(yàn)裝置采用的是 45。直角應(yīng)變花，在 mm,點(diǎn)各 貼一組應(yīng)變花（如圖3.24所示）,選定x軸如圖 所示，則 a、b、c三枚應(yīng)變片的a角分別為一 45、0、 450，代入式（3.9

25、）得出沿這三個方向的線應(yīng)變分別圖3.24應(yīng)變花粘帖方向；yxy450。22:;xz + z Yx y xy2245從以上三式中解出 x= 0, y= 45 + 45 0丫 xy = - 45 45(a)由于 0。、 45。和 -45。可以直接測定，所以x、丫和丫 xy可由測量的結(jié)果求出。將它們代入公式)2(3.13)把1和2代入胡克定律（3.12）,便可確定m點(diǎn)的主應(yīng)力。將式（a）代入式（3.11 ）,得tan2:0(3.14)由上式解出相差n /2的兩個a 0,確定兩個相互垂直的主方向。利用應(yīng)變圓可知，若 x的代數(shù)值大于 y,則由x軸量起,絕對值較小的 a 0確定主應(yīng)變 （對應(yīng)于 （T 0

26、的方向。反之，若 x y則由x軸量 起，絕對值較小 a 0確定主 應(yīng)變2 （對應(yīng)于 （T 2）的方向。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng):1、設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格。2、測量試件尺寸、加力臂的長度和測點(diǎn)距力臂的距離，確定試件有關(guān)參數(shù)。見表3 63、將薄壁圓筒上的應(yīng)變片按不同測試要求接到儀器上，組成不同的測量電橋。調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。4、擬訂加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷P0 （一般取P0 =10 % Pmax左右），估算fax,分4? 6級加載。5、根據(jù)加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加載裝置。6、加載。均勻緩慢加載至初載荷 R,記下各點(diǎn)應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級等增量加載，每增加一

27、級載荷，依次記錄各點(diǎn)電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)兩次。7、作完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，將所用儀器設(shè)備復(fù)原,實(shí)驗(yàn)資料交指導(dǎo)教師檢查簽字。&實(shí)驗(yàn)裝置中，圓筒的管壁很薄，為避免損壞裝置，注意切勿超載，不能用力扳動圓筒的自由端和力臂。表3-6 （試件相關(guān)數(shù)據(jù)）圓筒的尺寸和有關(guān)參數(shù)計(jì)算長度L = 240 mm彈性模量E = 210 GPa外徑 D = =40 mm泊松比口 =0.26內(nèi)徑 d = 35.8 mm扇臂長度a = 250 mm五、數(shù)據(jù)處理:主應(yīng)力及方向m點(diǎn)實(shí)測值主應(yīng)力及方向計(jì)算 ；好的一組數(shù)據(jù)計(jì)算主應(yīng)變、主應(yīng)力、主方向時(shí)，代入的是應(yīng)變增

28、量的平均值，三次測量中，重復(fù)性不好，或線性不 應(yīng)作為可疑數(shù)據(jù)，舍去或重做。m點(diǎn)理論值主應(yīng)力及方向計(jì)算 ；實(shí)測值與理論值比較（要求以表格形式）六、預(yù)習(xí)及思考題1、預(yù)習(xí)本節(jié)、電測理論知識和材料力學(xué)中有關(guān)應(yīng)力狀態(tài)分析和應(yīng)變狀態(tài)分析的內(nèi)容。2、寫預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)，要求將實(shí)測與理論主應(yīng)力大小及方向的計(jì)算公式都推導(dǎo)出來。3、將實(shí)測值與理論值進(jìn)行比較，如各點(diǎn)皆吻合較好（例如誤差均小于5% ,即可。若誤差較大，應(yīng) 分析產(chǎn)生誤差的原因。實(shí)驗(yàn)七 膠結(jié)復(fù)合梁彎曲正應(yīng)力電測實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定由兩種材料膠結(jié)而成的復(fù)合梁的正應(yīng)力分布規(guī)律2、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果探索梁的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式;3、熟練掌握全橋、半橋的接線方法。:、實(shí)驗(yàn)儀器

29、設(shè)備與工具1、組合式材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺2、XL2118c系列力&應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺4、鋼一鋁膠結(jié)復(fù)合梁表3 7。在3.25(b)所示，應(yīng)變片在如圖3.25 (a)所示的疊梁為鋼一鋁復(fù)合梁，采用膠粘接形式，具相關(guān)參數(shù)及尺寸見 中間截面上，沿橫截面高度布置了8枚平行于梁軸線的應(yīng)變片，應(yīng)變片的間距如圖的編號由上到下依次為1 8。圖3.25復(fù)合梁示意圖(b)三、實(shí)驗(yàn)步驟要求1、獨(dú)立制訂實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)好本實(shí)驗(yàn)所需的各類數(shù)據(jù)表格；2、測量矩形截面梁的寬度 b和高度h、載荷作用點(diǎn)到梁支點(diǎn)距離 a及各應(yīng)變片到中性層的距離 y見表3 73、在尚未獲得理論計(jì)算公式之前，還難以估算保證梁在彈性

30、階段工作的最大載荷。所以加載必須慎 重，不允許產(chǎn)生塑性變形。4、所得數(shù)據(jù)應(yīng)該是準(zhǔn)確的和可靠的，應(yīng)采取什么辦法來檢驗(yàn)？四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求:1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：目的、裝置、實(shí)驗(yàn)方案和表格化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2、作實(shí)測應(yīng)變、應(yīng)力的分布圖，討論其特征，弁得出實(shí)測中性軸位置。3、根據(jù)應(yīng)變、應(yīng)力分布規(guī)律，構(gòu)想兩種梁的力學(xué)模型，導(dǎo)出正應(yīng)力計(jì)算公式。4、把按公式計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測值比較，如各點(diǎn)皆吻合較好(例如誤差均小于 誤差較大，應(yīng)討論其原因或?qū)竭M(jìn)行修正。5%),則公式成立。若附I膠結(jié)復(fù)合梁電測實(shí)驗(yàn)理論計(jì)算公式125Eih/2rh/2其中:b=20; h=44; a=125; Ei=210GPa ; E2=70

31、GPa根據(jù)變形幾何關(guān)系、物理關(guān)系、靜力學(xué)平衡關(guān)系，建立平衡方程，聯(lián)立方程解得中性層離上邊緣的距離兩種梁上的正應(yīng)力分布h(Ei 3E2)4(Ei E2)Ei：iiEiliE2l 2iM 二廠 p ；Yi 各測點(diǎn)離公共中性層的距離；A面積li b ? (2)3 i2A Yi2I2J ?切32A2* Y 22Yi 指Ei的中性層對公共中性層的距離Y2 指E2的中性層對公共中性層的距離預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)H預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容（預(yù)習(xí)報(bào)告上課時(shí)交，原始數(shù)據(jù)記錄附在報(bào)告后。）實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)原理:實(shí)驗(yàn)步驟：1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)設(shè)備：要求注明所用設(shè)備的具體名稱、型號、實(shí)驗(yàn)所選量O原始數(shù)據(jù)記錄：見