材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)

第三章基本實(shí)驗(yàn)部分§3—1拉伸實(shí)驗(yàn)一、目的1、 測(cè)定低碳鋼的屈服極限o，、強(qiáng)度極限o”延伸率0和斷面收縮率W；2、 測(cè)定鑄鐵的強(qiáng)度極限o:;b3、 觀察拉伸過(guò)程中的各種現(xiàn)象（屈服、強(qiáng)化、頸縮、斷裂特征等），并繪制拉伸圖（P一乙L曲線）；4、 比較塑性材料和脆性材料力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)。二、原理將劃好刻度線的標(biāo)準(zhǔn)試件，安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上下夾頭內(nèi)。開(kāi)啟試驗(yàn)機(jī)，由于油壓作用，便帶動(dòng)活動(dòng)平臺(tái)上升。因下夾頭和蝸桿相連，一般固定不動(dòng)。上夾頭在活動(dòng)平臺(tái)里，當(dāng)活動(dòng)平臺(tái)上升時(shí)，試件便受到拉力作用，產(chǎn)生拉伸變形。變形的大小可由滾筒或引伸儀測(cè)得，力的大小通過(guò)指針直接從測(cè)力度盤(pán)讀出，P-AL曲線可以從自動(dòng)繪圖器上得到。低碳鋼是典型的塑性材料，試樣依次經(jīng)過(guò)彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮四個(gè)階段，其中前三個(gè)階段是均勻變形的。用試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)繪圖器繪出低碳鋼和鑄鐵的拉伸圖（如圖3-1）。對(duì)于低碳鋼試件，在比例極限內(nèi)，力與變形成線性關(guān)系，拉伸圖上是一段斜直線（試件開(kāi)始受力時(shí)，頭部在夾頭內(nèi)有一點(diǎn)點(diǎn)滑動(dòng)，故拉伸圖最初一段是曲線）。低碳鋼的屈服階段在試驗(yàn)機(jī)上表現(xiàn)為測(cè)力指針來(lái)回?cái)[動(dòng)，而拉伸圖上則繪出一段鋸齒形線，出現(xiàn)上下兩個(gè)屈服荷載。對(duì)應(yīng)于不點(diǎn)的為上屈服荷載。上屈服荷載受試件變形速度和表面加工的影響，而下屈服荷載則比較穩(wěn)定，所以工程上均以下屈服荷載作為計(jì)算材料的屈服極限。屈服極限是材料力學(xué)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，確定Ps時(shí)，須緩慢而均勻地使試件變形，仔細(xì)觀察。（a）低碳鋼拉伸圖 圖3-1 （b）鑄鐵拉伸圖試件拉伸達(dá)到最大荷載Pb以前，在標(biāo)距范圍內(nèi)的變形是均勻分布的。從最大載荷開(kāi)始便產(chǎn)生局部伸長(zhǎng)的頸縮現(xiàn)象；這時(shí)截面急劇減小，繼續(xù)拉伸所需的載荷也減小了。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)把測(cè)力指針的副針（從動(dòng)針）與主動(dòng)針重合，一旦達(dá)到最大荷載時(shí)，主動(dòng)針后退，而副針則停留在載荷最大的刻度上，副針指示的讀數(shù)為最大載荷P。b鑄鐵試件在變形極小時(shí)，就達(dá)到最大載荷Pb，而突然發(fā)生斷裂。沒(méi)有屈服和頸縮現(xiàn)象，是典

型的脆性材料（拉伸曲線見(jiàn)圖3-1）。三、儀器設(shè)備液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、2.劃線器、3.游標(biāo)卡尺。四、試件螺紋形（圖3-2c）。試件一般制成圓形或矩形截面，圓形截面形狀如圖3-2所示，試件中段用于測(cè)量拉伸變形，此段的長(zhǎng)度L0稱(chēng)為“標(biāo)距”。兩端較粗部分是頭部，為裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭內(nèi)部分，試件頭部形狀視試驗(yàn)機(jī)夾頭要求而定，可制成圓柱形（圖3-2a）、階梯形（圖螺紋形（圖3-2c）。圖3-2試驗(yàn)表明，試件的尺寸和形狀對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有影響。為了避免這種影響，便于各種材料力學(xué)性能的數(shù)值互相比較，所以對(duì)試件的尺寸和形狀國(guó)家都有統(tǒng)一規(guī)定，即所謂“標(biāo)準(zhǔn)試件，其形狀尺寸的詳細(xì)規(guī)定參閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》GB/T6397-1986。標(biāo)準(zhǔn)試件的直徑為』°，則標(biāo)距L0=10do或L0=5d0，d0一般取10mm或20mm。矩形截面試件標(biāo)距L與橫截面面積A的比例為L(zhǎng)=11&?2或L=5.65/Z。0 0五、低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)步驟1、 測(cè)量試件尺寸：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距長(zhǎng)度L0范圍內(nèi)，測(cè)量?jī)啥思爸虚g等三處截面的直徑d0,在每一處截面垂直交叉各測(cè)量一次，三處共需測(cè)量六次。取三處中最小一處之平均直徑d0作為計(jì)算截面面積A。之用（要求測(cè)量精度精確到0.02mm）。在試件的標(biāo)距長(zhǎng)度內(nèi)，用劃線器劃出100mm的兩根端線作為試件的原長(zhǎng)L02、 選擇度盤(pán)：根據(jù)試件截面尺寸估算最大荷載（Fmax=AQXob），并選擇合適的測(cè)力度盤(pán)。配置好相應(yīng)的砣（擺錘），調(diào)節(jié)好相應(yīng)回油緩沖器的刻度。3、 指針調(diào)零：打開(kāi)電源，按下（綠色）油泵啟動(dòng)按鈕，關(guān)閉回油閥（手感關(guān)好即可，不用擰得太緊），打開(kāi)進(jìn)油閥（開(kāi)始時(shí)工作油缸里可能沒(méi)有液壓油，需要開(kāi)大一些油量，以便液壓油快速進(jìn)入工作油缸，使活動(dòng)平臺(tái)加速上升）。當(dāng)活動(dòng)平臺(tái)上升5?10mm左右，便關(guān)閉進(jìn)油閥（如果活動(dòng)平臺(tái)已在升起的合適位置時(shí)，則不必先打開(kāi)進(jìn)油閥，僅將進(jìn)油閥關(guān)好即可；如果活動(dòng)平臺(tái)升得過(guò)高，試件無(wú)法裝夾，則需打開(kāi)回油閥，將活動(dòng)平臺(tái)降到合適的位置并關(guān)好即可）移動(dòng)平衡錘使擺桿保持鉛垂（鉛垂的標(biāo)準(zhǔn)是擺桿右側(cè)面和標(biāo)示牌的刻畫(huà)線對(duì)齊重合）。然后輕輕地旋轉(zhuǎn)螺桿使主動(dòng)針對(duì)準(zhǔn)度盤(pán)上的零點(diǎn)，并輕輕按下?lián)茔^撥動(dòng)從動(dòng)針與主動(dòng)針靠攏，注意要使從動(dòng)針靠在主動(dòng)針的

右邊。同時(shí)調(diào)整好自動(dòng)繪圖器，裝好紙和筆并打下繪圖筆。4、 安裝試件：先將試件安裝在試驗(yàn)機(jī)上夾頭內(nèi)，再開(kāi)動(dòng)下夾頭升降電機(jī)（或轉(zhuǎn)動(dòng)下夾頭升降手輪）使其達(dá)到適當(dāng)?shù)奈恢?，然后把試件下端夾緊，夾頭應(yīng)夾住試件全部頭部。5、 檢查:先請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查以上步驟完成情況，并經(jīng)準(zhǔn)許后方可進(jìn)行下步實(shí)驗(yàn)。6、 進(jìn)行試驗(yàn)：用慢速加載（一般進(jìn)油閥順手轉(zhuǎn)2下，即半圈左右），緩慢均勻地使試件產(chǎn)生變形。當(dāng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)較快時(shí)，關(guān)小一些進(jìn)油量，指針轉(zhuǎn)動(dòng)較慢時(shí)，則增大一些進(jìn)油量。在試件受拉的過(guò)程中注意觀察測(cè)力指針的轉(zhuǎn)動(dòng)和自動(dòng)繪圖器上的P-AL曲線的軌跡。當(dāng)測(cè)力指針倒退時(shí)（有時(shí)表現(xiàn)為指針來(lái)回?cái)[動(dòng)，說(shuō)明材料已進(jìn)入屈服階段，注意觀察屈服現(xiàn)象，此時(shí)不要增加油量也不要減少油量，讓材料慢慢屈服，并抓住時(shí)機(jī)，記錄屈服時(shí)的最小載荷J（下屈服點(diǎn)），也就是指針來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)的最小值。 '當(dāng)主動(dòng)針開(kāi)始帶動(dòng)從動(dòng)針往前走，說(shuō)明材料已過(guò)屈服階段，并進(jìn)入強(qiáng)化階段。這時(shí)可以適當(dāng)?shù)脑僭龃笠恍┻M(jìn)油量，即用快一點(diǎn)的速度加載。在載荷未達(dá)到強(qiáng)度極限之前把載荷全部卸掉，重新加載以觀察冷作硬化現(xiàn)象，繼續(xù)加載直至試件斷裂。在試件斷裂前，注意指針移動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)針往回走，此時(shí)材料已進(jìn)入頸縮階段，注意觀察試件頸縮現(xiàn)象，這時(shí)可以適當(dāng)?shù)販p少一些進(jìn)油量。當(dāng)聽(tīng)到斷裂聲時(shí)，立即關(guān)閉進(jìn)油閥，并記錄從動(dòng)針指示的最大載荷Fb.7、 結(jié)束工作取下試件，并關(guān)閉電源。將試件重新對(duì)接好。用游標(biāo)卡尺測(cè)量斷后標(biāo)距長(zhǎng)L1（即斷后的兩個(gè)標(biāo)記刻畫(huà)線之間的距離）。和斷口處的直徑《。（在斷口處兩個(gè)互相垂直方向各測(cè)量一次），最后觀察斷口形狀和自動(dòng)繪圖器上的拉伸曲線圖是否與理論相符。注意事項(xiàng)：（1） 試件夾緊后，不得再開(kāi)動(dòng)下夾頭的升降電機(jī)。否則要燒壞電機(jī)。.???? ????????????? ??????.（2） 開(kāi)始加載要緩慢，防止油門(mén)開(kāi)得過(guò)大，引起載荷沖擊突然增加，造成事故。（3） 進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，必須專(zhuān)人負(fù)責(zé)，堅(jiān)守崗位，如發(fā)生機(jī)器聲音異常，立即停機(jī)。.????.?????.???.????????.???（4） 試驗(yàn)結(jié)束后，切記關(guān)閉進(jìn)油閥，取下試件，打開(kāi)回油閥，并關(guān)閉電源。六、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟與低碳鋼基本相同，但拉伸圖沒(méi)有明顯的四個(gè)階段，只有破壞荷載Pb，而且數(shù)值較小，變形也不大。因此加載時(shí)速度一定要慢，進(jìn)油閥不要開(kāi)得過(guò)大，斷裂前沒(méi)有任何預(yù)兆，突然斷裂，是典型的脆性材料。最后觀察斷口形狀和自動(dòng)繪圖器上的拉伸曲線圖是否與理論相符，其斷口形狀與低碳鋼有何不同，請(qǐng)教師檢查試驗(yàn)記錄。七、數(shù)據(jù)處理根據(jù)材料的屈服載荷Fs和最大載荷Fb，計(jì)算屈服極限Os和強(qiáng)度極限Ob；…F； …FsA bA根據(jù)試件試驗(yàn)前后標(biāo)距長(zhǎng)度及斷面面積計(jì)算：5=L5=Li-L0x100%L0A-A

中=——x100%Ao八、思考題1、 從試件的破壞斷口及其拉伸圖上，反應(yīng)了兩種材料的哪些異同？為什么將低碳鋼的極限應(yīng)力。jx定為O,，而將鑄鐵的定為Ob？2、 為何在拉伸試驗(yàn)中必須采用標(biāo)準(zhǔn)試件或比例試件？材料和直徑相同而長(zhǎng)短不同的試件延伸率是否相同？§3—2壓縮實(shí)驗(yàn)一、 目的1、 測(cè)定壓縮時(shí)低碳鋼的屈服極限。和鑄鐵的強(qiáng)度極限。S2、 觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時(shí)的變形和破壞情況。二、 儀器設(shè)備1、 液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)2、 游標(biāo)卡尺三、試件低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形（圖3-3）。其直徑d0與高h(yuǎn)0之間比例應(yīng)控制在1<d<3。即高度不能太大以避免試件在試驗(yàn)中發(fā)生撓曲現(xiàn)象。但h0也不能太小，由于0上下墊板發(fā)生摩擦，也影響試驗(yàn)結(jié)果。由于摩擦阻止了靠近墊板部分的金屬的橫向變形，因而試件變形后如圖3-4所示形成鼓形，越靠近墊板變形越小。這種摩擦力的影響，試件越小影響越大。所以需要在試件兩端面涂上潤(rùn)滑劑（潤(rùn)滑油或石蠟），以減小摩擦。同時(shí)在安放試件時(shí)要注意放在壓板的中心，并使用導(dǎo)向裝置（圖3-5），使試件僅承受軸向壓力。圖3-3圖3-4圖3-3圖3-4圖3-5四、操作步驟:（1） 測(cè)量尺寸：測(cè)量試件的高度和直徑，直徑取試件的上、中、下三處，每處垂直交叉各測(cè)量一次，取最小值來(lái)計(jì)算截面面積A。。（2） 選測(cè)度盤(pán)：根據(jù)試件的截面大小估算量程，并選好測(cè)力度盤(pán)，掛好相應(yīng)的鉈。（3） 指針調(diào)零：按下啟動(dòng)按鈕，隨即關(guān)閉回油閥，擰開(kāi)進(jìn)油閥，將活動(dòng)平臺(tái)提升一小段，便關(guān)閉進(jìn)油閥。然后檢查擺桿是否垂直，如果不垂直，調(diào)節(jié)平衡鉈，使擺桿保持垂直。最后將指針調(diào)零，并裝好繪圖紙和繪圖筆。（4） 安放試件：將試件安放在下夾板的中心位置或壓縮實(shí)驗(yàn)裝置的中心（注意一定要放在中心，否則偏心受壓）。（5） 加載：如果試件或壓縮實(shí)驗(yàn)裝置離上壓板空間較大，有幾十厘米空間，此時(shí)可以將進(jìn)油閥開(kāi)到較大，讓活動(dòng)平臺(tái)快速上升。這時(shí)右手控制進(jìn)油閥，左手放在停止按鈕上（控制臺(tái)面上的紅色按鈕），眼睛看著試件或壓縮實(shí)驗(yàn)裝置。當(dāng)試件或壓縮實(shí)驗(yàn)裝置離上壓板還差5cm時(shí)，左手立即按下停止按鈕，右手關(guān)閉進(jìn)油閥（順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），直到關(guān)閉為止。然后重新啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，順手轉(zhuǎn)進(jìn)油閥2下（半圈左右），并緩慢而均勻地加載。打下繪圖筆，轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒，使繪圖筆處于合適的位置。并注意觀察測(cè)力指針，如果指針轉(zhuǎn)動(dòng)較快，則關(guān)小一些進(jìn)油量；如果轉(zhuǎn)動(dòng)較慢，則開(kāi)大一些進(jìn)油量。并注意觀察自動(dòng)繪圖器上的F-AL曲線。曲線的開(kāi)始部分為一段斜直線，說(shuō)明低碳鋼在彈性階段，此時(shí)力與變形成比例。當(dāng)測(cè)力指針轉(zhuǎn)動(dòng)速度減慢或停頓，自動(dòng)繪圖器上的曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，此時(shí)的荷載即為屈服荷載佇。記下此荷載。然后再加大一些進(jìn)油量，繼續(xù)加載，一般加到250KN即可，停機(jī)，此時(shí)試件被壓成鼓狀。如果繼續(xù)加載，隨著載荷的增大，試件將越壓越扁，最后將壓成餅形而不破裂（如圖3-6所示）。2、鑄鐵鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)的方法和步驟與低碳鋼壓縮相同，但要注意鑄鐵是脆性材料，沒(méi)有屈服點(diǎn)。從P-AL曲線上可以看出，其壓縮圖在開(kāi)始時(shí)接近于直線，以后曲率逐漸增大，當(dāng)載荷達(dá)到最大載荷Fb時(shí)，測(cè)力指針停頓并開(kāi)始往回走，預(yù)示試件很快破裂，這時(shí)關(guān)小一些進(jìn)油量，當(dāng)聽(tīng)到響聲后，立即停機(jī)（按下紅色按鈕），打開(kāi)回油閥，關(guān)閉進(jìn)油閥，由從動(dòng)針可讀出F/直。試件最后被破壞（如圖3-7所示），破裂面與試件軸線約成45°角。圖3-6低碳鋼壓縮 圖3-7鑄鐵壓縮注意事項(xiàng)：（1） 當(dāng)試件或壓縮實(shí)驗(yàn)裝置的頂面與上壓板快接觸時(shí)，進(jìn)油量一定要小（進(jìn)油閥控制在半????????????????????? ??????? ??????.圈即可），否則進(jìn)油量較大，引起載荷瞬間突然增大，超過(guò)試驗(yàn)的最大量程，造成試驗(yàn)機(jī)損壞。????????????????????????????????????（2） 鑄鐵壓縮時(shí)，不要靠近試件探望，以防試件破壞時(shí)，碎片飛出傷人。五、數(shù)據(jù)整理計(jì)算低碳鋼的屈服極限和鑄鐵強(qiáng)度極限

…F …FsA bA式中A0是試驗(yàn)前試件截面面積。繪圖表示兩種材料的變形和斷口形狀、從宏觀角度分析破壞原因；比較并說(shuō)明兩種材料的力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)。六、思考題1、 試件偏心時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有何影響？2、 為什么不能求得塑性材料的強(qiáng)度極限？3、 鑄鐵拉、壓破壞時(shí)斷口為何不同？§3—4 材料切變模量G的測(cè)定實(shí)驗(yàn)（一） 用百分表扭角儀法測(cè)定切變模量G一、 目的在比例極限內(nèi)驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切虎克定律，并測(cè)定材料的切變模量G。二、 儀器設(shè)備1、多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)2、百分表三、 試件空心圓管：材料為不銹鋼、內(nèi)徑d=40.26mm、外徑D=46.44mm、長(zhǎng)度L=420mm四、預(yù)習(xí)要求：1、閱讀第二章中多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理、使用方法以及百分表的工作原理。五、實(shí)驗(yàn)原理與方法

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-13所示，加載示意圖見(jiàn)圖3-14。試件的一端安裝在圓管固定支座上，該端固定不動(dòng)，另一端可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并在可動(dòng)端裝有一滾珠軸承支座加以支承。靠近軸承安裝一橫桿A8,在A點(diǎn)通過(guò)加載手輪加載。這樣試件在荷載作用下，僅僅受到純扭轉(zhuǎn)的作用。可動(dòng)端只能產(chǎn)生繞空心圓管軸線方向的角位移。當(dāng)試件受到扭轉(zhuǎn)作用時(shí)，可動(dòng)端的橫截面轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)橫桿也轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)百分表（或千分表）測(cè)定B點(diǎn)的位移（由于B點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角很小，B點(diǎn)的位移約等于B點(diǎn)的弧長(zhǎng)），圓管固定支座空心圓管試件固定立柱圓管固定支座空心圓管試件固定立柱加載手輪旋轉(zhuǎn)臂拉壓力傳感器軸承支座9一扭轉(zhuǎn)力臂壓頭應(yīng)變儀這樣便可以根據(jù)弧長(zhǎng)公式^B=△中Xb計(jì)算出試件可動(dòng)端的轉(zhuǎn)角大小△中（見(jiàn)圖3-15）。圖3-13 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置圖3-14扭轉(zhuǎn)加載示意圖圖3-14扭轉(zhuǎn)加載示意圖圖3-15圓管轉(zhuǎn)角示意圖根據(jù)扭轉(zhuǎn)變形公式NTL式中:ANTL式中:AB△r=ApXa可計(jì)算出切變模量I=—可計(jì)算出切變模量I=—(D4-d4)p32ATLA中IP施加載荷△「時(shí)，試件便受到扭矩AT=ApXa的作用。對(duì)試件分級(jí)加載，由于各級(jí)荷載增量相等，故試件產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)角增量A中也相等，相應(yīng)于每級(jí)加載后的讀數(shù)增量眼也應(yīng)基本相等，從而驗(yàn)證了剪切虎克定律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的AB，便可能計(jì)算出A中，從而求出切變模量G。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、 力值調(diào)零：打開(kāi)應(yīng)變儀電源，看看壓頭是否壓住了扭轉(zhuǎn)力臂的加力點(diǎn)，如果壓住了，說(shuō)明試件已經(jīng)受力。這時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪將荷載卸除（卸除的標(biāo)志是壓頭離開(kāi)加力點(diǎn)，只要離開(kāi)一點(diǎn)點(diǎn)就行）。如果壓頭離開(kāi)了加力點(diǎn)，一力一值顯示窗口顯示的數(shù)值不為‘0”，按“清零”鍵將其顯示為“0”。2、 旋轉(zhuǎn)百分表外殼，使大指針指到“0”。3、 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪加載，分四級(jí)加載，每級(jí)加載200N，一直加到800N（即200N-400N—600N—800N）。每加一級(jí)荷載后，讀取百分表的讀數(shù)并記錄。為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，須重復(fù)進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)，取一組線性較好的（也就是讀數(shù)差基本相等的）數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。注意事項(xiàng)：1、 切勿超載，所加荷載最大不要超過(guò)900N，否則將損壞試件。.??? ?????????? ??????.2、 保護(hù)好百分表，防止其脫落摔壞。3、 加載前一定要注意力值真正清零，不要壓頭壓住了加力點(diǎn)，試件已經(jīng)受力，這時(shí)按“清零”鍵清零，這是表面清零，實(shí)際試件已經(jīng)受力，這是很危險(xiǎn)的，很容易把試件損壞。七、預(yù)習(xí)思考題1、 試件在可動(dòng)端為什么要加裝滾動(dòng)軸承支座？2、 在實(shí)驗(yàn)中是怎樣驗(yàn)證剪切虎克定律的？怎樣測(cè)定和計(jì)算G?實(shí)驗(yàn)（二） 電測(cè)法測(cè)定切變模量G一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠脩?yīng)變電測(cè)法測(cè)定材料的切變彈性模量G。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器（1） 多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。（2） 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。三、 實(shí)驗(yàn)原理和方法在剪切比例極限內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變W）成正比，這就是材料的剪切胡克定律，其表達(dá)式為T(mén)=G邛式中，比例常數(shù)G即為材料的切變模量。由上式得G=-Y式中的r和丫均可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其方法如下：（1） r的測(cè)定：圖3-23所示裝置，試件貼應(yīng)變片處是空心圓管，橫截面上的內(nèi)力如圖3-16（。）所示。試件貼片處的切應(yīng)力為T(mén)T———Wt式中，Wt為圓管的抗扭截面系數(shù)。（2） 丫的測(cè)定：在圓管表面與軸線成±45°方向處各貼一枚規(guī)格相同的應(yīng)變片（見(jiàn)圖3-16（。）），組成圖3-160）所示的半橋接到電阻應(yīng)變儀上，從應(yīng)變儀上讀出應(yīng)變值￡y。由電測(cè)原理可知（見(jiàn)第2章2.4節(jié)），讀數(shù)應(yīng)變應(yīng)當(dāng)是45°方向線應(yīng)變的2倍，即&—2&r 45。

另一方面，圓軸表面上任一點(diǎn)為純剪切應(yīng)力狀態(tài)(見(jiàn)圖3-16(c))。根據(jù)廣義胡克定律有￡=—(C-"b)45。 E1 3=—It-門(mén)(-T)]E5T_y T E2Gy=2e45「TTG=—= yW￡ty圖3-16應(yīng)變儀讀數(shù)增量為%，從每一級(jí)加載實(shí)驗(yàn)采用等量逐級(jí)加載法：設(shè)各級(jí)扭矩增量為△T，應(yīng)變儀讀數(shù)增量為%，從每一級(jí)加載I中，可求得切變模量為G=^^-i W￡tyi同樣采用端直法，材料的切變模量是以上G.的算術(shù)平均值，即ir1乎G=—乙G

ni=1四、實(shí)驗(yàn)步驟測(cè)量并記錄有關(guān)尺寸。組橋接線。加載分四級(jí)進(jìn)行，每級(jí)加載200N(200N—400N—600N—800N)，分別記錄每級(jí)載荷下的應(yīng)變值。注意事項(xiàng)：1、 切勿超載，所加荷載最大不能超過(guò)1000N，否則將損壞試件。.??? ?????????? ??????.2、 測(cè)試過(guò)程中，不要震動(dòng)儀器、設(shè)備和導(dǎo)線，否則將影響測(cè)試結(jié)果，造成較大的誤差。.????.???????????.????????.??????3、 注意愛(ài)護(hù)好貼在試件上的電阻應(yīng)變片和導(dǎo)線，不要用手指或其它工具破壞電阻應(yīng)變片的防潮層，造成應(yīng)變片損壞。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理從三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，選擇較好的一組，按實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)求出切變模量g?，即「—函g ?—?W屁tyi采用端直法，材料的切變模量為G，即1G=—乙Gn?i=1§3-5 拉伸時(shí)材料彈性模量E和泊松比"的測(cè)定一、 目的1、在比例極限內(nèi)驗(yàn)證虎克定律，并測(cè)定材料的彈性模量E和泊松比以。二、 儀器設(shè)備1、 多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)2、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 3、游標(biāo)卡尺三、 試件矩形長(zhǎng)方體扁試件、材料為不銹鋼、試件橫截面尺寸：久=32mm,b=2.7mm四、 預(yù)習(xí)要求1、 預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和材料力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。2、 閱讀第二章電測(cè)法的基本原理和電阻應(yīng)變儀。五、 試驗(yàn)原理與方法本實(shí)驗(yàn)在多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-17所示，應(yīng)變片布置和加載示意圖如圖3-18所示。

圖3-17固定立柱圖3-17加載手輪旋轉(zhuǎn)臂4一拉壓力傳感器拉伸接頭拉伸試件應(yīng)變儀拉伸試驗(yàn)裝置E和p測(cè)定示意圖 圖3-18逆時(shí)針（1）應(yīng)變片布點(diǎn)拉伸試驗(yàn)裝置在試件的正、反兩面的對(duì)稱(chēng)位置上粘貼縱向和橫向應(yīng)變片，并把縱向應(yīng)變片和縱向應(yīng)變片進(jìn)行串接，橫向應(yīng)變片與橫向應(yīng)變片進(jìn)行串接，在另一個(gè)不銹鋼的小鐵塊上粘貼2片應(yīng)變片并進(jìn)行串接作為溫度補(bǔ)償片。實(shí)驗(yàn)時(shí)，縱向應(yīng)變片，橫向應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片在靜態(tài)應(yīng)變儀上組成半橋測(cè)量。（2）試驗(yàn)原理試樣下端用插銷(xiāo)固定在下拉伸接頭上，上端通過(guò)插銷(xiāo)和上拉伸接頭相連接。旋轉(zhuǎn)加載手輪施加拉力。試件受力時(shí)，便在縱橫向產(chǎn)生伸長(zhǎng)和縮短，用電阻應(yīng)變儀測(cè)取縱向應(yīng)變￡縱和橫向應(yīng)變￡橫。試件橫截面面積為A，便可以計(jì)算出材料的彈性模量E和泊松比以。日。AFE=—=—￡A-As,,,縱As

門(mén)=一橫As縱因?yàn)樵囼?yàn)采用增量法，分級(jí)加載，每次增加相同的拉力△F，As

門(mén)=一橫As縱六、實(shí)驗(yàn)步驟1、 力值調(diào)零：打開(kāi)應(yīng)變儀電源，看看拉頭是否拉緊了或壓緊了拉伸試件，如果拉緊了或壓緊了，說(shuō)明試件已經(jīng)受力。這時(shí)順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪將荷載卸除（卸除的標(biāo)志是試件松動(dòng)，只要有一點(diǎn)松動(dòng)就行）。如果試件松動(dòng)沒(méi)有受力，“力值顯示窗口二一顯示的數(shù)值理應(yīng)為“0”，如果不為“0”，按“清零”鍵將其顯示為“0”。2、 K值設(shè)定：打開(kāi)應(yīng)變儀電源，預(yù)熱30分鐘，并對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行靈敏系數(shù)K值設(shè)定。3、 接線：采用1/4橋路的接線方法，首先看清各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片的引線顏色，將試件上的縱向應(yīng)變片和橫向應(yīng)變片的兩根引出線作為工作片分別接入應(yīng)變儀的CH1和CH2的A、B接線端子上并擰緊，溫度補(bǔ)償片接入補(bǔ)償接線端子并擰緊，最后檢查一下所接各測(cè)點(diǎn)的B、B1短路片是否短接，鑼釘是否擰緊，D排短路線是否連接起來(lái)，是否接入D2接線端子，鑼釘是否擰緊。4、 調(diào)零：按“自動(dòng)平衡”鍵對(duì)所接的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)“零”“應(yīng)變窗口”前2位顯示通道號(hào)（即測(cè)點(diǎn)號(hào)），后面的數(shù)值顯示應(yīng)變值。如果應(yīng)變值不為‘0”，再按一下“自動(dòng)平衡”鍵直到2個(gè)測(cè)點(diǎn)的初始應(yīng)變?cè)谖醇雍奢d之前均顯示為“0”或“±1”也行。沒(méi)有接入應(yīng)變片的通道或接線不正常則顯示“-----”。5、 加載：逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪，對(duì)試件旋加拉力，分四級(jí)加載，每級(jí)加載500N即 500N一1000N一1500N—2000N6、 記錄：分別記錄每級(jí)荷載作用下的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變值，并將其記錄表格中（注意正負(fù)號(hào)：數(shù)字前有“一”號(hào)者為壓應(yīng)變，無(wú)“一”號(hào)者為拉應(yīng)變）。7、 測(cè)試完畢，將荷載卸去，關(guān)閉電源。拆線、整理儀器、設(shè)備，清理現(xiàn)場(chǎng)，將所用儀器設(shè)備復(fù)原，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，算出讀數(shù)差或增量，記錄儀器設(shè)備的名稱(chēng)型號(hào)、量具的名稱(chēng)型號(hào)等原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查簽字。注意事項(xiàng)：1、 切勿超載，所加荷載最大不得超過(guò)4000N，否則將損壞荷載傳感器。???? ?????????? ??????????2、 測(cè)試過(guò)程中，不要震動(dòng)儀器、設(shè)備和導(dǎo)線，否則將影響測(cè)試結(jié)果，造成較大的誤差。七、預(yù)習(xí)思考題1、 為何要在試件正反兩面的對(duì)稱(chēng)位置上粘貼應(yīng)變片，并進(jìn)行相應(yīng)地串接測(cè)量，能否只貼一面進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量？2、 為何要用等量加載法進(jìn)行試驗(yàn)？用等量加載法求出的彈性模量與一次加載到終值所求出的彈性模量是否相同？3、 實(shí)驗(yàn)中是怎樣驗(yàn)證虎克定律的？怎樣測(cè)定和計(jì)算E和以？§3-6 梁的彎曲正應(yīng)力試驗(yàn)一、目的測(cè)定矩形截面梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的大小及其分布規(guī)律，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證純彎曲正應(yīng)力公式。=牛的正確性。z學(xué)習(xí)電測(cè)法，并熟悉靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用和半橋接線方法。

圖3-19彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)裝置二、儀器設(shè)備圖3-19彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)裝置靜態(tài)電阻應(yīng)變儀多功能組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理與方法實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3-19。它由固定立柱1、加載手輪2、旋轉(zhuǎn)臂3、荷載傳感器9、壓頭8、分力梁6、彎曲梁5、簡(jiǎn)支支座4、底板7、應(yīng)變儀10等部分組成。彎曲梁為矩形截面鋼梁，其彈性模量圖3-20梁的尺寸、測(cè)點(diǎn)布置及加載示意圖E=2.05X105MPa，幾何尺寸見(jiàn)圖3-20,CD段為純彎曲段，梁上各點(diǎn)為單向應(yīng)力狀態(tài)，在正應(yīng)力不超過(guò)比例極限時(shí)，只要測(cè)出各點(diǎn)的軸向應(yīng)變￡實(shí)，即可按。實(shí)=E8實(shí)圖3-20梁的尺寸、測(cè)點(diǎn)布置及加載示意圖CD段某一截面的前后兩側(cè)面上，在不同高度沿平行于中性層各貼有五枚電阻應(yīng)變片。其中編號(hào)3和3’片位于中性層上，編號(hào)2和2’片與編號(hào)4 圖3-20和4’片分別位于梁的上半部分的中間和梁的下半部分的中間，編號(hào)1和1’片位于梁的頂面的中線上，編號(hào)5和5’片位于梁的底面的中線上（見(jiàn)圖3-20），并把各前后片進(jìn)行串接。溫度補(bǔ)償片貼在一塊與試件相同的材料上，實(shí)驗(yàn)時(shí)放在被測(cè)試件的附近。上面粘貼有各種應(yīng)變片和應(yīng)變花，實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)工作片的情況自行組合。為了便于檢驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的線性度，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用等量逐級(jí)緩慢加載方法，即每次增加等量的荷載AP，測(cè)出每級(jí)荷載下各點(diǎn)的應(yīng)變?cè)隽俊鳌辏缓髨D3-21半橋接線圖取應(yīng)變?cè)隽康钠骄惦h實(shí)，依次求出各點(diǎn)應(yīng)力增量區(qū)實(shí)=E實(shí)限實(shí)圖3-21半橋接線圖實(shí)驗(yàn)采用1/4橋接法、公共外補(bǔ)償。即工作片與不受力的溫度補(bǔ)償片分別接到應(yīng)變儀的A、B和B、C接線柱上（如圖3-21），其中R為工作片，R2為溫度補(bǔ)償片。對(duì)于多個(gè)不同的工作片，用同一個(gè)溫度補(bǔ)償片進(jìn)行溫度補(bǔ)償，這種方法叫做“多點(diǎn)公共外補(bǔ)償法”。也可采用半橋自補(bǔ)償測(cè)試。即把應(yīng)變值絕對(duì)值相等而符號(hào)相反的兩個(gè)工作片接到A、B和B、C接線柱上進(jìn)行測(cè)試、但要注意，此時(shí)￡實(shí)非儀/2，￡儀為應(yīng)變儀所測(cè)的讀數(shù)。

四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 力值調(diào)零：打開(kāi)應(yīng)變儀電源，預(yù)熱20分鐘，看看壓頭是否壓緊了分力梁，如果壓緊了分力梁，說(shuō)明試件已經(jīng)受力。這時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪將荷載卸除（卸除的標(biāo)志是壓頭離開(kāi)分力梁加載點(diǎn)，只要離開(kāi)一點(diǎn)就行）。如果試件沒(méi)有受力，“力值顯示窗口”顯示的數(shù)值理應(yīng)為“0”，如果不為“0”，按“清零”鍵將其顯示為“0”。2、 K值設(shè)定：對(duì)應(yīng)變儀進(jìn)行靈敏系數(shù)K值設(shè)定。3、 接線：采用1/4橋路的接線方法，首先看清各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片的引線顏色，將工作片的兩根引出線按序號(hào)1、2、3、4、5分別接到應(yīng)變儀的對(duì)應(yīng)通道的CH1、CH2、CH3CH4、CH5的A、B接線端子上，溫度補(bǔ)償片接到“補(bǔ)償”接線端子上并擰緊。最后檢查一下所接各測(cè)點(diǎn)的8、B1短路片是否短接，鑼釘是否擰緊，D排短路線是否連接起來(lái)，是否接入D2接線端子，鑼釘是否擰緊。4、 調(diào)零：按“自動(dòng)平衡”鍵對(duì)所接的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)“零”“應(yīng)變窗口”前2位顯示通道號(hào)（即測(cè)點(diǎn)號(hào)），后面的數(shù)值顯示應(yīng)變值。如果應(yīng)變值不為‘0”，再按一下“自動(dòng)平衡”鍵直至5個(gè)測(cè)點(diǎn)的初始應(yīng)變?cè)谖醇雍奢d之前均顯示為“0”或“±1”也行。沒(méi)有接入應(yīng)變片的通道或接線不正常則顯示“-----”。5、 加載：分四級(jí)進(jìn)行（500N—1000N—1500N—2000N），順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪，對(duì)梁施加荷載。注意觀察測(cè)力儀讀數(shù)，每級(jí)荷載AF=500N，并分別記錄每級(jí)荷載作用下各點(diǎn)的應(yīng)變值（注意數(shù)字前的符號(hào)，有“一”者為壓應(yīng)變，無(wú)“一”號(hào)者為拉應(yīng)變）。6、 測(cè)試完畢，將荷載卸去，關(guān)閉電源。拆線、整理所用儀器、設(shè)備，清理現(xiàn)場(chǎng)，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，算出讀數(shù)差或增量。記錄儀器設(shè)備的名稱(chēng)、型號(hào)、量具的名稱(chēng)、型號(hào)、精度等原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查簽字。注意事項(xiàng)：1、 切勿超載，所加荷載最大不能超過(guò)4000N，否則損壞拉壓力傳感器。???? ?????????? ??????????2、 測(cè)試過(guò)程中，不要震動(dòng)儀器、設(shè)備和導(dǎo)線，否則將影響測(cè)試結(jié)果，造成較大的誤差。.????.?????.????.????????.??????3、 注意愛(ài)護(hù)好貼在試件上的電阻應(yīng)變片和導(dǎo)線，不要用手指或其它工具破壞電阻應(yīng)變片的防潮層，造成應(yīng)變片損壞。五、數(shù)據(jù)處理1、計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)力增量的實(shí)驗(yàn)值A(chǔ)b.=E?叫―一，， ， *入AM-y2、計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)力增量的理論值A(chǔ)=—^iIz3、計(jì)算誤差中性層上的3巷點(diǎn)按絕對(duì)誤差計(jì)算實(shí)x100%計(jì)算。其它各點(diǎn)的誤差按相對(duì)誤差S=Ab—Ab實(shí)x100%計(jì)算。其它各點(diǎn)的誤差按相對(duì)誤差S=——理 Ab理按同一比例分別畫(huà)出各點(diǎn)正應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)值和理論值沿橫截面高度的應(yīng)力分布直線（實(shí)線代表理論值，虛線代表實(shí)驗(yàn)值），將兩者加以比較，并分析誤差的主要原因，從而驗(yàn)證理論公式。

六、預(yù)習(xí)要求1、 預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和材料力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。2、 閱讀第二章電測(cè)法的基本原理和電阻應(yīng)變儀。七、思考題1、 影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因