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1、實驗五 　 　直梁彎曲實驗 預(yù)習要求： 1． 復(fù)習電測法的組橋方法; 2． 復(fù)習梁的彎曲理論； 3． 設(shè)計本實驗的組橋方案; 4． 擬定本實驗的加載方案； 5． 設(shè)計本實驗所需數(shù)據(jù)記錄表格。 一、 實驗?zāi)康模? 1. 用電測法測定純彎時梁橫截面上的正應(yīng)變分布規(guī)律,并與理論計算結(jié)果進行比較。 2. 用電測法測定三點彎梁某一橫截面上的正應(yīng)變分布與最大切應(yīng)變,并與理論計算結(jié)果進行比較。 3．學習電測法的多點測量。 二、實驗設(shè)備： 1. 微機控制電子萬能試驗機； 2. 電阻應(yīng)變儀； 三、實驗試件： 　 本實驗所用試件為兩種梁：一種為實心中碳鋼矩形截面梁，其橫截面設(shè)

2、計尺寸為h×b=(50×28）mm；另一種為空心中碳鋼矩形截面梁,其橫截面設(shè)計尺寸為ｈ×b=（５０×３0)ｍm，壁厚t=2mm。材料的屈服極限，彈性模量E=210ＧPａ，泊松比m=0.2８。 　 圖一 實驗裝置圖(純彎曲） 圖二 實驗裝置圖(三點彎) F F F a a a a 2a 圖三 純彎梁受力簡圖（a=90mm） 圖四 三點彎梁受力簡圖（a=90mm） 四。實驗原理及方法: 在比例極限內(nèi)，根據(jù)平面假設(shè)和單向受力假設(shè),梁橫截面上的正應(yīng)變?yōu)榫€性分布,距中性層為 y 處的縱向正應(yīng)變和橫向正應(yīng)變?yōu)椋? 　 　 　 　 　 　

3、　　 　 　　 　 　　 　 　(1) 距中性層為　y 處的縱向正應(yīng)力為： 　 　 　 (2） 對于三點彎梁，梁橫截面上還存在彎曲切應(yīng)力： 　 　　 　 　 　　 　　 　　　 (3) 并且,在梁的中性層上存在最大彎曲切應(yīng)力，對于實心矩形截面梁: 　 　　　　 　 　 　 　(4） 對于空心矩形截面梁： 　　 　　 　 　 　 　 　　　(5) 由于在梁的中性層處，微體受純剪切受力狀態(tài)，因此有： 　 　　

4、 　　 　　 　　　 　 （6) 實驗時,可根據(jù)中性層處方向的正應(yīng)變測得最大切應(yīng)變: 　 　 　 （7) 本實驗采用重復(fù)加載法，多次測量在一級載荷增量DM作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變增量De、De’和.于是式（１）、式（２）和式（7)分別變?yōu)? （8） 　 　 　 　 　(9) 在本實驗中, 　　 　 　 　 　 　 　 　　 　 (10） 最后，取多次測量的平均值作為實驗結(jié)果： 　　 　 　 　

5、 　 　 　 　　 　(11） 本實驗采用電測法，在梁實驗段某一橫截面的不同高度(梁的上下表面、中性層及距中性層±10mｍ、±2０ｍm)處粘貼縱向電阻應(yīng)變片，在梁的上下表面處粘貼橫向應(yīng)變片，并在梁中性層處沿±450方向粘貼應(yīng)變片. 五、實驗步驟 1． 設(shè)計實驗所需各類數(shù)據(jù)表格； 2． 擬定加載方案； 3． 試驗機準備、試件安裝和儀器調(diào)整; 4． 確定組橋方式、接線、設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù)； 5． 檢查及試車； 檢查以上步驟完成情況，然后預(yù)加一定載荷,再卸載，以檢查試驗機和應(yīng) 變儀是否處于正常狀態(tài)。 6． 進行試驗； 將載荷加至初載荷，記下此

6、時應(yīng)變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。逐級加載，每增加一級,記錄一次相應(yīng)的應(yīng)變值。同時檢查應(yīng)變變化是否符合線性。實驗至少重復(fù)兩次，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定,重復(fù)性好即可。 7． 數(shù)據(jù)經(jīng)檢驗合格后,卸載、關(guān)閉電源、拆線并整理所用設(shè)備。 六、試驗結(jié)果處理 1． 在坐標紙上，在坐標系下描出實驗點，然后擬合成直線，與理論結(jié)果進行比較，并計算同一ｙ坐標所對應(yīng)的Ds實驗和Ds理論之間的相對誤差; 2． 計算上下表面的橫向應(yīng)變增量與縱向應(yīng)變增量之比的絕對值; 3． 對比純彎狀態(tài)與三點彎狀態(tài)的實驗結(jié)果，并分析橫截面上剪力對正應(yīng)變分布的影響。 七.思考題： 1. 設(shè)計本實驗的夾具應(yīng)考慮哪些因素? 2．安裝試件時應(yīng)

7、當注意什么問題？ 3. 在本次實驗中，如何用半橋法測最大彎曲正應(yīng)變？試畫出橋路圖。 實驗六（一） 梁變形實驗 （1)簡支梁實驗 （2）懸臂梁實驗 預(yù)習要求： 1、 預(yù)習百分表的使用方法； 2、 預(yù)習梁的撓度和轉(zhuǎn)角的理論公式。 3、 設(shè)計本實驗所需數(shù)據(jù)記錄表格. （1)簡支梁實驗 一、 實驗?zāi)康? 1、 簡支梁在跨度中點承受集中載荷P,測定梁最大撓度和支點處轉(zhuǎn)角,并與理論值比較； 2、 驗證位移互等定理; 3、 測定簡支梁跨度中點受載時的撓曲線（測量數(shù)據(jù)點不少于7個). θ fmax P 圖一 實驗裝置簡圖 d a 二、 實驗設(shè)備: 1、 簡支梁及支座

8、; 2、 百分表和磁性表座; 3、 砝碼、砝碼盤和掛鉤； 4、 游標卡尺和鋼卷尺。 三、 試件及實驗裝置： 中碳鋼矩形截面梁，360MPa，Ｅ=2１０GPa。 　 　 　 　 　 　 　 　 　　 圖二 實驗裝置圖 四、 實驗原理和方法： 1、 簡支梁在跨度中點承受集中載荷Ｐ時,跨度中點處的撓度最大； 2、 梁小變形時，簡支梁某點處的轉(zhuǎn)角； 3、 驗證位移互等定理: D12 F2 1 2 D21 F1 1 2 圖三　 位移互等定理示意圖 對于線彈性體,F1在F2引起的位移D12上所作之功,等于F２在F１引起的

9、位移D21上所作之功,即： 　　　　 　 　 　　　 　　 ?。?） 若F1=F２,則有: 　 　 　 　 ?。?) 上式說明:當F1與F2數(shù)值相等時,Ｆ２在點1沿F1方向引起的位移D12，等于F1在點２沿Ｆ2方向引起的位移D21。此定理稱為位移互等定理。 為了盡可能減小實驗誤差,本實驗采用重復(fù)加載法，要求重復(fù)加載次數(shù)n34.取初載荷P０=(Ｑ+1)Kgf（Q為砝碼盤和砝碼鉤的總重量），DＰ＝1.５Kgf,為了防止加力點位置變動，在重復(fù)加載過程中,最好始終有0。5Ｋgf的砝碼保留在砝碼盤上. 六、試驗結(jié)果

10、處理 1、 取幾組實驗數(shù)據(jù)中最好的一組進行處理; 2、 計算最大撓度和支點處轉(zhuǎn)角的實驗值與理論值之間的誤差； 3、 驗證位移互等定理； 4、 在坐標紙上,在坐標系下描出實驗點，然后擬合成光滑曲線。 七、思考題: 1、 若需測簡支梁跨度中任意截面處的轉(zhuǎn)角，其實驗裝置如何？ 2、 驗證位移互等定理時,是否可在梁上任選兩點進行測量? 3、 在測定梁撓曲線時，如果要求百分表不能移動，能否測出撓度曲線？怎樣測？ 4、 可否利用該實驗裝置測材料的彈性模量？ (2) 懸臂梁實驗 一. 實驗?zāi)康? 利用貼有應(yīng)變片的懸臂梁裝置，確定金屬塊的質(zhì)量?！? 　 　 　　　　 　

11、 二．實驗設(shè)備： 1.懸臂梁支座； 2．電阻應(yīng)變儀； 3.砝碼兩個,金屬塊一個，砝碼盤和掛鉤。 4.游標卡尺和鋼卷尺。 三．實驗試件及裝置： 中碳鋼矩形截面梁，屈服極限360ＭＰa，彈性模量Ｅ=210ＧＰa。 mg RA RB l 圖一 實驗裝置示意圖 四。實驗原理和方法: 細長梁受載時，A—B截面上的最大彎曲正應(yīng)變表達式為： 　 　 　(1） A—Ｂ截面上的彎矩的表達式為: 　　 　 　 　　 　 　 　 　 （2） 為了盡可能減小距離l的測量誤差，實驗時，分別在1位置和2位置加載,測出A—B截

12、面上的最大縱向正應(yīng)變（見圖二),它們的差為： 　(3） 由式(3)導(dǎo)出金屬塊重量mg的計算公式為: 　 　 (4) 在某一橫截面的上下表面A點和Ｂ點分別沿縱向粘貼電阻應(yīng)變片. 加載方案采用重復(fù)加載,要求重復(fù)加載次數(shù)n≥4。ΔP　= mg 。 RA RB l12 1 2 圖二 實驗測試示意圖 　 五.思考題： 　 1.如果要求只用梁的A點或B點上的電阻應(yīng)變片，如何測量？ 2。如果要求梁A點和B點上的電阻應(yīng)變片同時使用,如何測量? ３。比較以上兩種方法,分析哪種方法實驗結(jié)果更精確？ 4。如果懸臂梁因條件所限只能在自由端端點處安裝百分表,如何測得懸

13、臂梁自由端受載時的撓曲線。(要求測量點不少于5點) 實驗六(二） 光彈性實驗 一、實驗?zāi)康? 1. 了解平面光彈性法的基本原理，了解光彈性法的主要優(yōu)缺點及其在實驗應(yīng)力分析中的應(yīng)用; 2. 了解透射式光彈儀的結(jié)構(gòu)，了解平面偏振光場、圓偏振光場、暗場、亮場的光路構(gòu)成及其在光彈性法中的作用； 3. 觀察梁在四點彎曲(純彎曲)時的等差線、等傾線光學圖像，以驗證梁的彎曲理論，加深對理論知識的理解; 4. 觀察中間開有圓孔的板試件在單向拉伸時孔邊等差線光學圖像，加深對應(yīng)力集中現(xiàn)象的認識,了解孔邊應(yīng)力集中系數(shù)的測定方法。 二、實驗儀器設(shè)備及試件 　 　圖1　 　40

14、9—2光彈儀 　　 　 　 圖2 聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂試件 三、實驗原理 1、光路構(gòu)成 圖３ 平面偏振光場光路圖（圖像包含等傾線和等差線) 圖四 　圓偏振光場光路圖(圖像為等差線） 2、應(yīng)力-光學定律： 　 　 　 　　　 　 　 　 　 (1） 式中：d 為光程差,C為模型材料的光學常數(shù)（應(yīng)力光學系數(shù)）, d為模型厚度。 ３、平面偏振光場與圓偏振光場 1）．平面偏振光場布置下經(jīng)過檢偏鏡后的光強I： 　 　 　 　 　?。?） (１）時，，即， 　

15、 此時對應(yīng)得到的黑色條紋為等差線，即光程差相同的點光干涉后匯集成的一條連續(xù)曲線。 　(2)時，，即或 　　 　 　 此時對應(yīng)得到的黑色條紋為等傾線，即某些點的主應(yīng)力方向相同并與偏振軸重合（或垂直)干涉后構(gòu)成的一條連續(xù)黑線。 2）．圓偏振光場布置下經(jīng)過檢偏鏡后的光強I： 　　 　 　 　　 　 ?。ǎ常? 　　 時,,即，,　此時我們只得到等差線。 4、暗場與亮場 暗場布置我們得到的等差線條紋級數(shù)為整數(shù)級，亮場布置下得到的為半整數(shù)級。 四、光學圖像 　 　　　 　 　 　 　 　 白

16、光下純彎曲等差線圖像 單色光下純彎曲等差線黑白圖像 　　 　 　　 　 　 白光下單向拉伸板試件孔邊等差線圖像 單色光下單向拉伸板試件孔邊等差線圖像 實驗七 彎扭組合試驗 預(yù)習要求： 1． 復(fù)習材料力學彎扭組合變形及應(yīng)力應(yīng)變分析的有關(guān)章節(jié)； 2． 分析彎扭組合變形的圓軸表面上一點的應(yīng)力狀態(tài)； 3． 推導(dǎo)圓軸某一截面彎矩M的計算公式，確定測量彎矩M的實驗方案,并畫出 組橋方式； 4． 推導(dǎo)圓軸某一截面扭矩T的計算公式，確定測量扭矩T的實驗方案，并畫出 組橋方式； 一． 實驗?zāi)康? 1． 用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角

17、; 2． 測定圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩和扭矩； 3． 學習電阻應(yīng)變花的應(yīng)用. 二． 實驗設(shè)備和儀器 1． 微機控制電子萬能試驗機； 2． 電阻應(yīng)變儀； 3． 游標卡尺。 三． 試驗試件及裝置 彎扭組合實驗裝置如圖一所示。空心圓軸試件直徑Ｄ０＝4２mm,壁厚t＝３ｍm, l1=200mｍ，l2=24０ｍm(如圖二所示）;中碳鋼材料屈服極限=360MPa，彈性模量E=2０6GPa,泊松比μ=0.2８。 圖一 實驗裝置圖 圖三 應(yīng)變花示意圖 四． 實驗原理和方法 1、測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點處的主應(yīng)力大小和主平面的方位角； tx sx tx sx 圓軸試件的

18、一端固定，另一端通過一拐臂承受集中荷載P，圓軸處于彎扭組合變形狀態(tài)，某一截面上下表面微體的應(yīng)力狀態(tài)如圖四和圖五所示。 圖五 圓軸下表面微體的應(yīng)力狀態(tài) 圖四 圓軸上表面微體的應(yīng)力狀態(tài) 在圓軸某一橫截面A－B的上、下兩點貼三軸應(yīng)變花(如圖三），使應(yīng)變花的各應(yīng)變片方向分別沿０°和±45°。 根據(jù)平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變分析公式： 　 　 (1) 可得到關(guān)于εx、εy、γxy的三個線性方程組，解得： 　 　 　 　 　　 　 （２） 由平面應(yīng)變狀態(tài)的主應(yīng)變及其方位角公式： 　 　 　 　 　 （3)或 　

19、 　　　 （４） 將式(2)分別代入式（3)和式（４),即可得到主應(yīng)變及其方位角的表達式. 對于各向同性材料，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系滿足廣義虎克定律: 　 　　 　 　 ?。?) 由式（2）～(5）,可得一點的主應(yīng)力及其方位角的表達式為: (６） 、和的測量可用1/４橋多點測量法同時測出（見圖六）。 圖六 Ri Ri ２、圓軸某一截面彎矩M的測量： 軸向應(yīng)力sx僅由彎矩M引起，故有: 　 　 　 　 　 　 　　 　 ?。?） 根據(jù)廣義虎克定律,可得： 　 　 　 　

20、 　 　 　 　　 　 　 （8） 又: 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　 　 (9) 由式(7）～(９)得到： 　　 　 　 (10) 以某截面上應(yīng)力最大的上點或下點作為測量點。測出X方向應(yīng)變片的應(yīng)變值εX（). ε0的測量可用1/4橋接法(見圖七）,也可采用半橋接法（見圖八)。 圖八 R0上 R0下 圖七 R0 R0——x方向應(yīng)變片 Rt——溫補片 3、圓軸某一截面扭矩T的測量: 切應(yīng)力τx僅扭矩Ｔ引起，故

21、有: 　　 　 　 　 　　 　 　 　 (1１） 根據(jù)廣義虎克定律,可得： 　 　 　　 　 　 （12) 由式（1１)、（12）可得: 　　 　 　?。?３） 的測量可用半橋接法(見圖七),也可采用全橋接法（見圖八）。 圖八 R-45上 R45上 R-45下 R45下 圖七 R-45上 R45上 為了盡可能減小實驗誤差，本實驗采用重復(fù)加載法.可參考如下加載方案：Ｐ0＝500N,Pmax=１50０N,DP=1000N，Ｎ=4. 五、實驗步驟 6．

22、 設(shè)計實驗所需各類數(shù)據(jù)表格； 7． 測量試件尺寸； 測量三次,取其平均值作為實驗值 。 8． 擬定加載方案； 9． 試驗機準備、試件安裝和儀器調(diào)整； 10． 確定各項要求的組橋方式、接線和設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù); 11． 檢查及試車； 檢查以上步驟完成情況，然后預(yù)加一定載荷,再卸載至初載荷以下，以檢查試驗機及應(yīng)變儀是否處于正常狀態(tài)。 12． 進行試驗； 將載荷加至初載荷,記下此時應(yīng)變儀的讀數(shù)或?qū)⒆x數(shù)清零。重復(fù)加載，每重復(fù)一次,記錄一次應(yīng)變儀的讀數(shù).實驗至少重復(fù)四次,如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好即可。 13． 數(shù)據(jù)通過后,卸載、關(guān)閉電源、拆線并整理所用設(shè)備。 六、試驗結(jié)果處理 1、 將

23、各類數(shù)據(jù)整理成表，并計算各測量值的平均值； 2、 計算實驗點的主應(yīng)力大小和其方位角，并與理論值（按名義尺寸計算）進行比較； 3、 計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的彎矩； 　 　 　 4、 計算圓軸上貼有應(yīng)變片截面上的扭矩。 5、 將上述DM的計算值與的值進行比較，并分析其誤差； 6、 將上述DT的計算值與的值進行比較,并分析其誤差; 七、思考題 　如果要求一次加載同時測出作用在Ａ—B截面上的彎矩和扭矩，如何實現(xiàn)。 實驗八 壓桿穩(wěn)定實驗 預(yù)習要求： 1． 復(fù)習壓桿失穩(wěn)的概念和計算臨界應(yīng)力歐拉公式； 2． 復(fù)習大撓度穩(wěn)定性概念. 一．實驗?zāi)康?

24、 1． 觀察壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象; 2． 通過實驗確定臨界載荷Ｆcr，并與理論結(jié)果比較； 3． 自主設(shè)計實驗步驟，進行實驗結(jié)果處理和撰寫實驗報告。 二. 實驗設(shè)備和儀器 1． 壓桿失穩(wěn)試驗裝置； 2． 電阻應(yīng)變儀; l F F l F F h bt 三. 實驗試件 　1.單壓桿(如圖1所示) 壓桿材料為彈簧鋼， 比例極限=６00MPａ， 彈性模量Ｅ=206GPa。 圖１　壓桿實驗裝置圖 四．實驗方法 為了保證試件失穩(wěn)后不發(fā)生屈服,實驗前后應(yīng)估算試件最大許可載荷Fｍａx，并估算最大失穩(wěn)許可撓度dmax,計算dmax的方程為： 　實驗時畫出載荷—位移曲線,根據(jù)載荷—曲線的變化趨勢來判斷壓桿的臨界載荷。 　　 自行設(shè)計實驗方法與方案.注意事項: 　 (1)為保證試件失穩(wěn)后不發(fā)生屈服,估算最大許用載荷。 　 (2)分析壓桿失穩(wěn)時最大撓度發(fā)生的位置。 五。實驗步驟 　　 自行設(shè)計 六.數(shù)據(jù)處理 自行處理 七．思考題 　 1．失穩(wěn)現(xiàn)象和壓縮屈服現(xiàn)象本質(zhì)上有何不同？ 文中如有不足，請您見諒！ 17 / 17