材料力學(xué)材料切變模量G的測定實驗報告

材料力學(xué)材料切變模量G的測定實驗報告在上次的扭轉(zhuǎn)破壞實驗中，我們觀察到對于塑性材料（低碳鋼）而言，在其扭轉(zhuǎn)過程的彈性階段，切應(yīng)力與切應(yīng)變是成正比的（符合虎克定律），這個比例系數(shù)就是我們今天要測量的剪切模量。剪切彈性模量（用G表示）是表征材料性質(zhì)的又一個物理量，僅取決于材料本身的物理性質(zhì)。剪切模量是材料的剛性指標(biāo)之一，表征材料抵抗切應(yīng)變的能力，剪切模量越大，該類材料在扭轉(zhuǎn)過程中越不容易發(fā)生形變。材料的G值同樣是選定機械零件材料的依據(jù)之一，也是工程技術(shù)設(shè)計中常用的參數(shù)。材料的剪切模量G和彈性模量E之間存在一定關(guān)系，即G=E/（2（1+μ）)，其中μ為材料的泊松比。本次實驗采用百分表測定法（老機器）或電測法（新機器），選擇的實驗材料是低碳鋼空心圓筒（老機器）或鋁制空心圓筒（新機器）。選用的實驗器材包括多功能材料力學(xué)實驗臺、百分表、電阻應(yīng)變片、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及記錄儀。由于材料的力學(xué)性能及設(shè)備測定精度均受溫度影響，本實驗在常溫下進行，特此說明。通過本實驗可以達到以下效果/成果（實驗?zāi)康模骸ち私馑迷O(shè)備的構(gòu)造與工作原理，掌握其操作規(guī)程和方法并能夠進行正確操作；·測定低碳鋼或鋁的剪切模量，掌握其百分表測量法或電測法的測定方法與原理。本實驗用到以下理論知識（實驗原理）：剪切模量G——材料在線性彈性范圍內(nèi)的剪切應(yīng)力與切應(yīng)變之比，即G=τ/γ，其中G(Mpa)為切變彈性模量；τ為剪切應(yīng)力(Mpa)；γ為切應(yīng)變(弧度)。τ和γ均可通過實驗測得，本實驗可采用百分表測定法或電測法，其中τ的測定方法基本一致，而γ的測定方法有所差異。（1）τ的測定試件表面切應(yīng)力τ可通過公式τ=T/Wp計算出來，式中，T為扭矩，Wp為空心圓筒的抗扭截面系數(shù)。試件的一端固定不動，另一端通過橫桿用傳感器手動加載。為了消除彎曲影響，在空心圓筒自由端安裝有一軸承，使這一端只允許產(chǎn)生繞軸向的角位移，從而試件僅受扭轉(zhuǎn)的作用。扭矩為橫桿長度（力臂）與橫桿端施加荷載（力）的乘積，即T＝F·a。荷載通過力傳感器反映出來，力臂直接測定得到?？招膱A筒的抗扭截面系數(shù)Wp與圓筒尺寸有關(guān)，即，可以計算得到。（2）γ的測定a、百分表測定法與加載端相對的另一側(cè)也裝有橫桿，連接一個百分表（B點）。當(dāng)試件受扭轉(zhuǎn)作用時，可動端的截面轉(zhuǎn)動，使此橫桿也轉(zhuǎn)動，通過百分表測定B點的位移，可近似認為是弧長，然后計算出試件可動端的轉(zhuǎn)角大小。百分表工作基本原理為：當(dāng)測桿上、下移動時，百分表（千分表）的測桿帶動內(nèi)部內(nèi)部齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動表面指針轉(zhuǎn)動，將測桿軸線方向的位移量轉(zhuǎn)變?yōu)楸淼淖x數(shù)。把百分表的圓周邊等分成100個小格，百分表指針每轉(zhuǎn)動一圈為Imm，每格代表1/l00mm。Δγ=Δb/a，其中Δb為B點增量的平均值，a為B到試樣軸心的距離（半徑）。b、電測法使用空心圓筒試件上與軸線成±45o方向的兩片應(yīng)變片，組成半橋形式接到應(yīng)變儀上，從應(yīng)變儀上讀出應(yīng)變值εr。根據(jù)電橋特性可知εr=2ε45o。另一方面，圓軸表面上任一點為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)廣義胡克定律可以得到ε45o=γ/2。因此，有γ=εr。即直接通過應(yīng)變儀上的讀數(shù)可以得到切應(yīng)變值。注意加載采用逐級等量加載法。具體實驗步驟見教學(xué)視頻。（采用老機器百分表測定法，新機器電測法視頻待制作）（視頻之后還有內(nèi)容哦）子曰：學(xué)而不思則罔，所以看完視頻后動動腦吧。思考題