材料力學實驗三、四、五

./實驗三扭轉破壞實驗實驗日期：年月日實驗室溫度：一、實驗目的1．觀察試樣在扭轉力偶作用下試樣受力和變形的行為。觀察材料的破壞方式。2．測定材料的剪切屈服極限及剪切強度極限。3．熟悉扭轉試驗機的工作原理及使用方法。二、主要儀器裝置及材料1.扭轉試驗機：用以作扭轉破壞實驗。2.游標卡尺。三、試件受力簡圖1．試件采用圓形截面試件,如圖所示,在試件表面畫上一條縱線,以便觀察試件的扭轉變形。

2．扭轉試驗機的工作原理扭轉試驗機如圖。在機體上有一個基本固定的夾頭,用兩平面和夾緊螺栓固定扭轉試樣的一端。試驗機上有一個能306°旋轉的扭轉裝置,其左端是一個可旋轉的夾頭,以夾持試樣的另一端。當人力使裝置轉動時,帶動活動夾頭轉動,而使試樣的一端相對于另一端發(fā)生了轉動,故試件受扭而產(chǎn)生變形。3．扭轉實驗原理試件承受扭矩時,材料處于純剪切應力狀態(tài),是拉伸以外的又一重要應力狀態(tài),常用扭轉實驗來研究不同材料在純剪切應力狀態(tài)下的機械性質(zhì)。低碳鋼試件在發(fā)生扭轉變形時,其T－φ曲線如圖所示,類似低碳鋼拉伸實驗,可分為四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段和斷裂階段,相應地有三個強度特征值：剪切比例極限、剪切屈服極限和剪切強度極限。對應這三個強度特征值的扭矩依次為Tp、Ts、Tb。在比例極限,T與φ成線性關系,材料完全處于彈性狀態(tài),試件橫截面上的剪應力沿半徑線性分布。如圖<a>所示,隨著T的增大,開始進入屈服階段,橫截面邊緣處的剪應力首先到達剪切屈服極限,而且塑性區(qū)逐漸向圓心擴展,形成環(huán)塑性區(qū),如圖<b>所示,但中心部分仍然是彈性的,所以T仍可增加,T－φ的關系成為曲線。直到整個截面幾乎都是塑性區(qū),如圖<c>所示。abc在T－φ出現(xiàn)屈服階段,示力度盤的指針基本不動或有輕微回擺,由此可讀出屈服扭矩Ts,低碳鋼扭轉的剪切屈服極限值可由下式求出：屈服階段過后,進入強化階段,材料的強化使扭矩又有緩慢的上升,但變形非常明顯,試件的縱向畫線變成螺旋線,直至扭矩到達極限扭矩值Mb進入斷裂階段,試件被剪斷,由示力度盤的從動針可讀出,則低碳鋼扭轉的剪切強度極限可同下式求出：四、實驗方法及步驟：1．試件準備：測量試件等截面圍兩端及中間共三處截面的直徑。為保證精確度,每一截面均取互相垂直的兩個方向各測量一次,并計算平均值,以三截面中最小處的平均值來計算初始橫截面面積A0。2．安裝試件：〔1將試樣的端頭安裝于夾頭中,并夾緊?！?調(diào)整示力度盤主動針,對準零點。3．進行實驗：以順時針方向緩慢轉動擺手,使之按要求的速度對試件加載,對于低碳鋼試件,注意觀察試驗機示力度盤的指針,若指針停止轉動或有輕微回擺,說明材料發(fā)生屈服,記錄此時的扭矩Ts經(jīng)過屈服階段以后〔鑄鐵試件無此階段,即可快速加載,直至剪斷為止,停車。由從動針讀出最大扭Tb并記錄。4．取下試件,清理設備。5．整理數(shù)據(jù),完成實驗報告。五、實驗數(shù)據(jù)和計算結果：試驗材料截面直徑d0/mm抗扭截面系數(shù)Wp/mm2屈服扭矩MS/N-m屈服極限τa/MPa最大扭矩Mb/N-m強度極限τb/MPa斷口破壞形式備注低碳鋼鑄鐵計算公式：扭轉屈服點MPa抗扭強度MPa低碳鋼、鑄鐵扭轉曲線示意圖：思考題：1.低碳鋼鑄鐵扭轉破壞有何不同？為什么？2.根據(jù)拉伸、壓縮、扭轉三種試驗結果,綜合分析低碳鋼與鑄鐵的力學性能。低碳鋼拉伸屈服極限和剪切屈服極限有何關系？實驗四純彎曲梁正應力測定實驗一、實驗目的 1.測定夾層梁純彎段應變、應力分布規(guī)律,為建立理論計算模型提供實驗依據(jù)；將實測值與理論計算結果進行比較。 2.通過實驗和理論分析深化對彎曲變形理論的理解,培養(yǎng)思維能力。 3.學習多點測量技術。二、夾層梁的結構、尺寸和純彎曲加載方式 夾層梁的結構、尺寸和純彎曲加載方式如圖所示。梁的上、下層是45號鋼條,它們的厚度相同,中層是鋁合金,三層用螺栓緊固,錐銷定位。在梁的上、下表面各粘貼兩枚應變片,以檢查載荷是否偏斜,一個側面上等間距地粘貼五枚應變片。它們的編號如側視圖所示。a=130mmb=18mmc=140mm圖2-1三、實驗步驟 1.打開應變儀電源、預熱。 2.調(diào)整實驗臺,安裝梁將左右支架安裝到位,使左右支架跨矩為400mm且關于力傳感器對稱。在力傳感器上安裝加載器。安裝梁和副梁,梁兩頭應大致在支架寬度的正中位置,并且還應大致在加載器兩拉桿間的正中位置。副梁的位置由純彎曲定位板確定。 3.接線將力傳感器的紅、藍、白、綠四線依次接在測力專用通道〔0通道的A、B、C和D端。按多點1/4橋公共補償法對各測量片接線,即將試樣上的應變片分別接在所選通道的A、B端。所選通道B、B’間的連接片均應連上。將貼在鋁塊和鋼塊上的兩個補償片分別接在補償通道的補償1和補償2接線端子上。 4.設置參數(shù)根據(jù)接線的方式設置應變儀的參數(shù),包括力傳感器的校正系數(shù),各通道的組橋方式、應變片的靈敏系數(shù)和阻值等。載荷限值設置為2100N。 5.測試5號測點應變先測量5號測點的應變以確定夾層梁和副梁的安裝是否符合實驗要求,使梁處于完全不受載狀態(tài)并平衡0通道和5號測點對應通道電橋。緩慢加載到2000N左右,此時5號測點通道的應變絕對值應該≤1,若該值不符合要求,應分別調(diào)整加載器兩拉桿上端的螺母,同時觀察應變值的變化情況,使應變值接近于0。然后卸載至0,應變值應回到0,若不是0,應再重復調(diào)整,直至符合要求。 6.平衡各通道電橋.使試樣處于完全不受載狀態(tài)。按[]、[BAL]鍵,再依次按各通道〔包括0通道對應的數(shù)字鍵。儀器依次顯示各通道的初始不平衡量,并將該值存貯在儀器。 7.測量按[MEAS]鍵,再緩慢加載,力顯示屏數(shù)字從0開始不斷增加。增加到2000N時就停止加載,依次按各〔應變通道對應的數(shù)字鍵,右屏上就依次顯示各點應變值,記錄之。然后卸載,重復6,7兩步驟,共測量三次。數(shù)據(jù)以表格形式記錄。四、實驗結果及分析根據(jù)測得的各點應變,計算相應的應力實驗值。再計算各點應力理論值。然后計算它們之間的相對誤差。數(shù)據(jù)參考表2-1處理。表2-1a=130mmb=18mmc=140mmF=2000N彈性模量〔MPa〔Est：鋼材；EAL：鋁合金21000070000210000測點號123456789實驗值應變〔με第一次第二次第三次平均<平均值×10-6應力σ=<Mpa>應力理論值σ<Mpa>相對誤差=×100%應變理論值計算表M=F/2*a〔N.mmyi<mm>I=bh^3/12σi=Myi/IEεi=σi/E五、思考題：實驗結果和理論計算是否一致？如不一致,其主要影響因素是什么？電測彎曲正應力的大小是否會受材料彈性模量E的影響？為什么要把溫度補償片貼在與構件相同的材料上？.實驗五材料彈性常數(shù)E、μ測定一、實驗目的1.測定材料的彈性模量E和泊松比μ。2.驗證胡克定律。3.學習電測法原理和多點測量技術。二、原理和方法 應變測量采用多點1/4橋公共補償法。為減少誤差,也為了驗證胡克定律,采用等量增載法,加載五次。即Fi＝F0＋iΔF〔i＝1,2,……5,末級載荷F5不應使應力超出材料的比例極限。初載荷F0時將各電橋調(diào)平衡,每次加載后記錄各點應變值。計算兩縱向應變平均值和兩橫向應變平均值,按最小二乘法計算E和μ?！?-1,μ=〔1-2圖1-1三、試驗步驟 1.打開應變儀電源,預熱。 2.試驗臺換上拉伸夾具,將力傳感器上下位置調(diào)整合適,安裝試樣。 3.接線 將力傳感器的紅、藍、白、綠四線依次接在測力專用通道〔0通道的A、B、C和D端。按多點1/4橋公共補償法對各測量片接線,即將試樣上的應變片分別接在所選通道的A、B端。所選通道B、B’間的連接片均應連上。將補償片接在補償1〔或2的接線端子上。 4.設置參數(shù)根據(jù)接線的方式設置應變儀的參數(shù),包括力傳感器的校正系數(shù),各通道的組橋方式、應變片的靈敏系數(shù)和阻值等。載荷限值設置為1600N。5.平衡各通道電橋 使試樣處于完全不受載狀態(tài)。按[]、[BAL]鍵,再依次按各通道〔包括0通道對應的數(shù)字鍵。儀器依次顯示各通道的初始不平衡量,并將該值存貯在儀器。6.測量 按[MEAS]鍵,再緩慢加載,力顯示屏數(shù)字從0開始不斷增加。每增加300N,就暫停加載,依次按各〔應變通道對應的數(shù)字鍵,右屏上就依次顯示各點應變值,記錄之。共加載五級,然后卸載。重復5,6兩步驟,共測量三次。數(shù)據(jù)以表格形式記錄。