材料力学实验指导书大作业.pdf

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1、材料力学实验指导书班级_学号_姓名_南京农业大学工学院机械设计教研室二六年八月目录目录引言2第一章拉伸和压缩实验11电子万能试验机512拉伸实验913压缩实验13第二章扭转实验21扭转试验机1422剪切弹性模量 G 的测定1623扭转破坏实验18第三章弯曲实验31测试设备和仪器2132纯弯曲梁正应力的测定231引言引言一、材料力学实验的重要性一、材料力学实验的重要性材料力学是研究工程实际问题中构件的强度、刚度和稳定性的学科。其研究方法一般是先进行实验，然后根据实验中的现象，做出一些假设并加以简化。最后再进行理论分析，得出公式和结论。但所推导出的一般性公式是否正确，还要用实验验证。所以，材料力学

2、实验是材料力学中不可缺少的一部分。不仅是建立理论的基础，也是检验理论的重要方法。通过实验课，还可以进一步巩固、加深理解书本中的基本理论知识。二、材料力学实验的内容二、材料力学实验的内容1测定材料机械性质的实验在构件设计中，要合理地选择材料，必须知道各种材料的机械性能指标(如弹性模量、强度极限等)。要得到这些数据，只有依靠实验，如拉伸、压缩等。2验证理论的实验材料力学中的一些公式都是将实际问题抽象为理想模型，提出假设来推导的。而事实上，材料的性质往往很复杂，必须通过实验来验证理论公式和实际情况符合程度，如纯弯曲梁正应力的测定，压杆稳定等均属于这类实验。3应力分析的实验工程上很多实际构件的形状的受

3、载情况比较复杂，当构件内部的应力大小及分布情况单纯依靠理论计算难以解决时，可以用实验方法进行测定，其主要有电测法、光测法等。三、材料力学实验的要求三、材料力学实验的要求1做好实验课前的预习及准备工作通过预习，明确实验目的、原理和步骤，设计记录表格，作为原始记录数据用。了解试件的材料、尺寸，试件是否合格等，做好试验机及仪器的准备工作，经指导教师检查无误后，方可开动机器。2在实验中做到动手动脑学会正确操作设备和仪器，培养动手能力，细心观察并记录各种现象和数据，善于将实验现象和结果加以理论分析。另外，材料力学实验所用的设备较大，完2成一次实验往往需要数人相互协调配合。实验结束时，要清理设备，整理仪器

4、和用具，在指导教师允许下才能离开实验室。3试验后要及时书写实验报告实验报告应包括以下基本内容：(1)实验名称、实验日期；(2)实验目的；(3)实验设备：应注明所用实验机器和仪表的名称、型号、量程和精度等；(4)实验数据：实验数据的记录应列表表示，表内填入的测量数据要注明测量单位。当对同一物理量作多次测量时，均取测量结果的算术平均值作为该物理量的最佳值；(5)实验计算和结果：对在计算中所用公式均须明确列出，并注明公式中各符号所代表的意义。在一般材料力学实验中，计算结果可选三位有效数字。在报告中，除对测得的数据进行计算外，还要采用图表或曲线来表达实验结果；(6)在报告的最后，应对实验结果进行分析，

5、并指出产生误差的原因。3第一章第一章拉伸和压缩实验拉伸和压缩实验1 11 1电子万能试验机电子万能试验机一、试验程序简介一、试验程序简介本试验程序通过与德国DOLI公司的EDC100系统进行通讯来实现对试验过程的控制和数据采集。通常可完成拉伸、压缩、弯曲三种试验。它有强大的数据处理、图形处理和打印功能。试验结果有计算和重新计算功能,并能自动存贮,能分离出无效的试验；图形处理方面分单曲线和曲线叠加两部分。支持曲线的无级缩放,可移动曲线的中心点,可绘制包括力-变形,应力-应变等在内的9种类型曲线,支持各种情况下的曲线打印输出。可在曲线上产生和删除各种标记,可通过在曲线上找点修正易误算的试验结果,可

6、任选想对比的多条曲线并将其叠加在一起;试验结果的打印有打印预览功能,转换成WORD格式输出功能,可将试验报告输出给打印机功能。二、计算机操作详细说明二、计算机操作详细说明1运行试验程序后，出现如下图所示界面：42选择工作目录通常，用户在做试验之前，应首先确定试验数据存放到何处。在“文件”菜单下点击“选择工作目录”。选完路径后，如果这时该目录中没有试验条件，用户可点击“保存试验条件”菜单，产生一个试验条件。3设置试验条件设置试验条件前必须先进行条件读盘，下面以拉伸试验为例介绍如何设置试验条件。在“条件”菜单里点击“条件读盘”后，显示七个选项卡，它们是：试验类型、计算项目、试样输入、控制参数、数据

7、采集、打印文档和设备参数。单击任一选项卡标题可进入相应的设置项。(1)试验类型选项卡如下图:该选项卡包含了文件名称和试验类型等。数据文件名数据文件名:重要！重要！在该处输入不大于在该处输入不大于2424个英文字母个英文字母(或或1212个汉字个汉字)的字符的字符串作为试验后生成的试验条件、采样数据和试验结果文件名的根，字符串中串作为试验后生成的试验条件、采样数据和试验结果文件名的根，字符串中不可以包含空格、不可以包含空格、“-”、“.”、“：“：”和“和“”等特殊字符。”等特殊字符。试验类型:本试验机基本型提供拉伸,压缩,弯曲三种试验。用户通过该项5选择当前要做的试验类型。试验材料:可选择金属

8、或非金属。差别在于两者在计算时使用的单位略有不同。(2).在选择拉伸试验后,计算项目选项卡如下图:一般不同时选择屈服点和上、下屈服点。有些试样没有明显的屈服点，这时就不要求屈服点，而求规定非比例伸长应力。如果选择其它试验，如压缩、弯曲，与以上图形基本类似，只是列出的计算项目不同。(3)试样输入选项卡：试样数量：本组试样的数量，它同时也决定试样尺寸输入表的行数。本组试验可以生成一个实验报告打印输出。试样形状：可选择棒材、板材、管材和不规则形状，改变了形状，则试样尺寸输入表形式也随之变化。尺寸输入：根据上述方式的不同，在此处显示一个输入表格或若干个文本6框。在此就可以输入试样尺寸。(4).控制参数

9、选项卡：试验控制方式有两种,“速度控制”和“自由分段控制”。“速度控制”即通过横梁匀速移动来加载和卸载。对于一般的试验采用速度控制就可满足要求。“自由分段控制”是一种复杂而有危险的操作，使用该控制方式时要求操作者不但要对材料的在试验过程中各阶段力学性能有一定了解，而且要掌握Doli 系统的闭环控制系统参数。这里采用“速度控制”。系统清零选择（开始试验前自动清零、开始试验前不自动清零）；(5).数据采集选项卡:数据跟踪方式有以下几种形式：a.力-变形 b.力-位移 c.力-时间 d.应力-应变 e.位移-时间 f.变形-时间如果使用引伸计做试验，就可以选择 a、d 和 f 三种方式，否则只能选择

10、 b、c 和 e 三种方式之一。(6).打印文档选项卡：可以通过它输入主标题和副标题供打印试验报告用。界面左边显示的是可供用户选择的打印项目，右边显示的是用户已经选择的打印项目。(7).设备参数设置：这部分参数一般在设好后无需改动。4.开始试验单击“试验”按钮便可开始试验,试验前首先检查系统是否已联机。如未联机,按下联机按钮。然后按下“试验”按钮开始试验。5.试验结果分析(1).在“曲线”菜单里选取单曲线图。曲线读出后，屏幕右上方的网格为试验结果,屏幕左上方显示的是曲线局部放大图。选择“标记坐标”可在曲线上标记出每个采样点的坐标值.(一次可标记 10 个)7可在曲线上标出的计算项目有:弹性模量

11、、上屈服点、下屈服点及规定非比例伸长应力等,其结果直接在右上方网格中显示出来。(2).曲线叠加图操作。首先，点击“文件”菜单中读取文件子菜单,会出现一个选择列表。点击装入曲线可往里添加曲线,点击删除曲线可从列表中删除。用户一次最多能同时装入 10 条曲线。6.最后，可打印试验报告。在打印试验报告时可同时打印文本和曲线。1 12 2拉伸实验拉伸实验一、实验目的一、实验目的1.测定低碳钢拉伸时的屈服极限s、强度极限b、延伸率 和断面收缩率。2.测定铸铁拉伸时的强度极限b3.观察拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等），并绘制拉伸图。4.比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)机械性能的特点。

12、5.在弹性变形阶段验证虎克定律，测定材料弹性模量E。二、实验设备及量具二、实验设备及量具电子万能试验机、游标卡尺、高度尺、引伸仪、拉伸试件、压缩试件三、实验原理三、实验原理金属材料在拉伸时的力学性能，即材料的机械性能，可以通过以拉伸力P为纵坐标，试件伸长 L 为横坐标的拉伸图来表示。图 1-1a 为典型的塑性金属材料低碳钢的 P-L 图，图 1-1b 为脆性金属材料铸铁的P-L 图图 1-1a图 1-1b图 1-1a8图 1-1b1对于低碳钢试件，刚加载便进入弹性阶段，试件很快开始屈服，屈服阶段曲线常呈锯齿形。上屈服点受变形速度和试件形式等因素的影响较大，而下屈服点则比较稳定，故工程上常以下屈

13、服点对应的载荷作为材料的屈服力Fs。试件屈服后，进入强化阶段，当曲线达到最高点时，计算机便记录下最大载荷 Fb。试件从最大载荷开始，产生局部伸长和缩颈。细颈出现后，截面迅速减小，继续拉伸所需的载荷也随之变小，直到断裂为止。试件断裂的两面各成凹凸状。2铸铁试件承受拉力在变形较小时，就达到最大载荷而突然发生断裂。它没有屈服和缩颈现象，其强度极限也远小于低碳钢的强度极限。3测量钢材的弹性模量 E 时，应采用拉伸试验。钢材在比例极限范围内服从虎克定律，即=E。设试件横截面面积为 A0，所受的力为 F，变形量为l，引伸仪标距为 l0，则 E=Pl0（本实验 l0=50mm）lA0四、实验步骤四、实验步骤

14、1试件准备。*低碳钢试件(a).在低碳钢试件工作长度内刻出长度L0=100mm 的标距。铸铁试件不需要划标距。(b).用游标卡尺在标距两端和中间部位，分别沿互相垂直的两个方向各测9量一次直径，并计算这三处的平均值，取其最小值作为试件直径d0。*铸铁试件用游标卡尺在试件两端和中间部位，分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，取其最小值作为试件直径d0。分别对低碳钢试件、铸铁试件进行试验。2试验时先开计算机,然后打开 EDC 系统开关。(试验结束后应先关 EDC,再关计算机。)3打开 EDC 后,EDC 屏幕上应出现大写的“PC-CONTROL”。4双击桌面上的 CTE3.0

15、 图标启动试验程序,或从 WINDOWS 菜单中点击“开始”“程序”“CSS44000”。进入试验程序后,先开始联机,点击联机按钮后，则左侧各按钮变亮，这时可按下EDC 上的“ON”按钮，使其闪烁。5在试验条件菜单里选择本次试验所用的试验条件(所有试验条件以.con作为扩展名),可以直接使用默认的试验条件,也可以按照试验要求修改试验条件。6将其他的必要设备连接到主机上,如引伸计等。7 使用手动盒或 CTE3.0的升降按钮移动横梁到合适位置,以方便夹持试样。8装夹试样。9确保已设置好试验条件,试样已夹好。10 点击开始试验按钮,该按钮位于主界面左侧,也可以点击工具条上的开始试验按钮。试验结束后主

16、界面上显示出试验结果及重绘后的曲线。完成一组试验后,可以进入曲线操作界面查看原始数据、试验结果和统计值，还可以根据原始数据修改试验结果。11.低碳钢试件断后标距测量和断口直径测量（铸铁没有这一步）(a).测量断后标距将被拉断试件的两段断口对齐并靠紧，用游标卡尺直接测量断后的标距长度，此长度即为 L1。(b).测量断口直径在断口处（即颈缩最细处）沿互相垂直方向各测量一次直径，取其平均直径 d1。10五、实验报告五、实验报告(一)实验名称：实验日期：(二)实验目的：(三)实验设备及量具：1试验机名称：量程：2量具名称：精度：(四)实验记录：表 1-1试 件 原 尺 寸 记 录材料低碳钢铸铁标距L0

17、(mm)截面12 平均原尺寸直径d0(mm)截面12 平均截面12 平均最小截面面积A0(mm2)表 1-2实 验 数 据 记 录材 料低碳钢铸铁屈 服 载 荷 Fs(kN)最 大 载 荷 Fb(kN)11表 1-3试 件 断 后 尺 寸 记 录断后尺寸材 料标 距L1（mm）低碳钢断 裂 处 直 径 d1（mm）断裂截面面积A1（mm）表 1-4实 验 图 形 记 录材 料图 形F L曲线图F低碳钢F铸铁0L0L断 口 形 状(五)实验结果1低碳钢：(1)根据屈服载荷 Fs和最大载荷 Fb计算屈服极限 s和强度极限 b。s=Fs=(MPa)A0Fb=(MPa)A0b=12(2）根据试验前后的

18、标距长度及横截面积计算延伸率 及断面收缩率=L1 L0100%=%L0A0 A1100%=%A0=2铸铁：根据最大载荷 Fb计算强度极限 b。b=Fb=(MPa)A03拉伸弹性模量：E=Pl0=(GPa)lA01 13 3压压缩缩实实验验一、实验目的一、实验目的1确定压缩时低碳钢的屈服极限s和和铸铁的强度极限 b。2观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。二、实验设备及量具二、实验设备及量具万能材料试验机、游标卡尺。三、实验原理三、实验原理在低碳钢压缩过程中，试件经过弹性阶段后，产生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。试件屈服后，塑性变形迅速增长，试件横截面面积随之增大，而增大

19、的面积能承受更大的载荷，因此，压缩图形沿曲线继续上升。低碳钢试件最后被压成鼓形而不破裂，所以无法求出最大载荷及强度极限。铸铁试件压缩时，在达到最大载荷 F 后，发生断裂破坏。铸铁试件的断裂面与轴线间的夹角约在 45左右，破坏是由剪应力引起的四、实验步骤四、实验步骤1在试验条件菜单里选择本次试验所用的试验条件(所有试验条件以.con13作为扩展名)。2 将试样放在压缩圆台上，使用手动盒或 CTE3.0的升降按钮移动横梁到合适位置（一般降到离试件35mm）。4点击开始试验按钮,也可以点击工具条上的开始试验按钮。5因低碳钢试件最后被压成鼓形而不破裂，故必须手动按下结束试验按钮。五、实验报告五、实验报

20、告材料低碳钢试件尺寸d0=(mm)h0=(mm)A0=(mm)d0=(mm)铸铁h0=(mm)A0=(mm)Fb=(N)b=(MPa)实验前图形实验后图形机械性能Fs=(N)s=(MPa)14第二章第二章扭转实验扭转实验2 21 1扭转试验机扭转试验机一、用途及结构一、用途及结构ND-500C 型扭转试验机是一种对金属或非金属材料试样进行扭转试验的测量仪器设备。该产品适用于各行业力学试验室和质量检验部门做扭转力学特性试验。ND-500C 型扭转试验机扭矩测量范围：0 500.0Nm；最大扭角显示范围：0 7200。其外形见图 2-1主轴箱尾座夹头控制系统扭转试验机图 2-1二、主机结构及工作原

21、理二、主机结构及工作原理ND-500C 型扭转试验机由计算机单元、扭矩检测单元、扭角检测单元、直流调速系统单元组成。该机工作时由计算机给出指令，通过直流伺服调速系统控制直流电机的转速和转向，传动平稳，控制精度高，带动摆线针轮减速机，经减速机减速后由齿型带传递到主轴箱带动夹头旋转，对试样施加扭矩，同时由检测器件扭矩传感器和光电编码器输出参量信号，经测量系统进行放大转换处理，检测结果反映在计算机的显示器上，并绘制出相应的扭矩-扭角曲线。三、操作方法三、操作方法1首先是试样的装夹本试验机采用 V 形夹块的夹持方式，能够使试样保持良好的同轴性，且夹持15可靠。工作过程中夹持部分不会产生相对滑动，保证了

22、试验的可靠性，但由于顶块夹紧有严格的方向性，所以在试样装夹过程中应特别注意，保证试样的可靠夹持，若需要转动夹头，则可按“正转”或“反转”，此时夹头按设定的转速旋转。2打开计算机电源开关，在Windows下运行 newnz.exe 文件在任意处按下鼠标左键显示工作界面。在主窗体的左边有运行和转速设置两部分，运行包括正转、反转、停止以及点动正转、点动反转、复位按键。转速设置其初始值为零,等待设定的转速值，最大转速为 720 rad/min。在主窗体的下边有一个状态条，它显示了当前的试验状态如：正转、反转、停止、超载、断裂、设备处于准备状态等，以及当前的时间和倍档显示。在主窗体的右边是绘图区，试验开

23、始时按绘图标志即开始绘制扭矩-扭角曲线曲线。3开始试验16(1).首先看是否需要存储数据，若需要则在主菜单“文件”下按存储,或者在工具条上直接按存储图标(2).参数设置在主菜单“参数设置”中包含了系统参数和试验参数。在相应的项目中输入数据或文字，试样外直径默认值为 10mm。输入正确的试样外直径，以便计算屈服点及抗扭强度。(3).转速的设置其初始值为零,最大转速为 720 rad/min。按键盘上的右箭头数值加 10，按键盘上的左箭头数值减 10。转速可以事先设定，也可以在测量过程中随时加减，从而实现无级调速。按照中华人民共和国专业标准ZB N71 001-86扭转试验机方法中试验条件对扭转速

24、度的要求是：扭转速度屈服前应630/min 范围内，屈服后不大于 360/min。(4).运行接下来就可以开始启动运行了，按动“正转”或“反转”按钮，试验开始，状态显示区显示“正转”或“反转”，此时扭矩、扭角显示区显示当前的扭矩值和扭角值，绘图区开始绘制 T-曲线，当扭矩超载或试样断裂时，机器自动停止，状态显示区显示提示。此时可查看试验结果。(5).试验结果在主菜单“试验结果”中包括“曲线分析”和“试验结果”。滑动横向、纵向滚动条，调节扭矩、转角的显示量程，从而实现曲线的放大和缩小。(6).绘图试验过程中若要画曲线，单击工具栏中的曲线图标,图标按下，表示可以绘制曲线，图标弹起，表示不绘制曲线。

25、2 22 2剪切弹性模量剪切弹性模量 G G 的测定的测定一、实验目的一、实验目的在比例极限内根据扭转虎克定律，并测定剪切弹性模量G。17二、实验设备及量具二、实验设备及量具扭转测 G 仪、百分表、游标卡尺、直尺。三、实验原理三、实验原理圆轴承受扭矩时，在比例极限范围内，扭转角表达式为：=TL0GIP式中 T 一扭矩：L0一试件标距：IP极惯性矩，由 d0决定因此，当己知 L0、IP时。通过扭转测 G 仪对试件逐次增加等值扭矩 T，再由百分表测出相距为 L0两个截面之间的相对扭转角增量，即可得到：G=四、实验步骤四、实验步骤1.安装扭转测 G 仪(1)将测 G 仪上的转动环固定在试件的最右端，

26、使测量托板处于水平位置。(2)将百分表夹在固定夹上，使托板托紧百分表顶杆，并使百分表指针动一定圈数。(3)用量具测量试件直径 d0，试件标距长度 L0，试件轴线到百分表顶杆距离 R，加力杆臂长 L。2进行实验(1)加上加载盘，并将百分表指针调零。(2)在加载盘上逐个加上砝码，并记下每次加载后的百分表读数加载需三次以上，取其中误差较小的一组数据。五、实验报告五、实验报告(一)实验名称；实验日期：(二)实验目的：L0TIP18(三)实验设备及量具：1设备名称：量程：2量具名称：精度：（四）实验记录；表 2-1试 件 尺 寸 记 录材料低碳钢标距 Lo=(mm)试件轴线到百分表顶杆距离R=(mm)，

27、加力杆臂长 L=(mm)表 2-2实 验 数 据 记 录加载顺序载荷值 F载荷增量 F百分表读数 A百分表读数 A(五)实验结果：扭矩增量 T=F平均L=(Nm)平均 F=(kg)平均 A=(mm)1截面I2平均1截面 2平均1截面 2平均平 均d0=(mm)直径d0(mm)19平均扭转角增量 =平均R=(弧度)d04圆截面的极惯性矩 IP=(mm4)32剪切弹性模量 G=2 23 3扭扭转转破破坏坏实实验验一、实验目的一、实验目的1 测定低碳钢的剪切屈服极限s和剪切强度b；2 测定铸铁的剪切强度极限b；3 观察低碳钢及铸铁受扭破坏过程和断口形状；4 比较低碳钢与铸铁在扭转时的力学性能。二、实

28、验设备及量具二、实验设备及量具ND-500C 型扭转试验机、游标卡尺。三、实验原理三、实验原理圆轴承承受扭转时，材料处于纯剪应力状态。因此，常用扭转试验来研究不同材料纯剪作用下的机械性质。1低碳钢的扭转机械性能圆截面试件在扭转过程中，其扭矩 T 和扭转角 的关系，可由计算机自动记录下来。图 2-2a 所示为低碳钢试件的T 曲线图。试件刚扭转时，扭矩与变形成线性关系，接着成非线性关系，试件发生塑性变形。L0T=(MPa)=(GPa)IP20随着试件变形，塑性区不断向圆心扩展，T 曲线稍微上升，之后趋于平d33Ts坦。s(其中 W试件抗扭截面模量 WP=)164WP试件再继续变形，材料进一步强化。

29、到达T 曲线上的最高点，试件发生断裂，计算机记下最大扭矩Tb。b=3Tb4WP试件断裂后，呈现螺旋状塑性变形的痕迹，断口平面与试件轴线垂直。这表明是在剪应力作用下引起的切断。2铸铁的扭转机械性能铸铁的 T 曲线图如图 22b 所示。从开始受扭，直至破坏，近似为一直线。s=TbWP铸铁的抗拉能力较抗剪能力弱，故断口面与试件轴线成45角，无螺旋形状，这说明它的断裂是由于拉应力过大所引起的。四、实验步骤四、实验步骤1试件准备。测量试件三个截面处的直径取其中最小值计算抗扭截面模量WP。然后安装试件，并用粉笔在试件表面画12 条平行于轴线的直线。2按试件材料及尺寸大小，估算试件的最大扭矩 Tb=bWP，

30、从而选定使用量程。21五、实验报告五、实验报告(一)实验名称；实验日期：(二)实验目的：(三)实验设备及量具：1设备名称：量程：2量具名称：精度：(四)实验记录；表 2-3试 件 原 尺 寸 记 录材料低碳钢铸铁表 2-4实验记录材料低碳钢铸铁(五)实验结果1低碳钢扭转屈服扭矩Ts最大扭矩Tb总扭转角(度)断口形状1截面2平均1直径d0(mm)截面2平均1截面2平均抗 扭 截 面模量 WP22s=3Ts=（MPa）4WP3Tb=（MPa）b=4WP2 铸铁扭转s=TbW=PMPa）23（第三章第三章弯弯曲曲实实验验3 31 1测试设备和仪器测试设备和仪器一、电阻应变片一、电阻应变片电阻应变片是

31、进行应力应变测量的关键元件，它能将应变转换为电阻的变化，简称应变片。(一)结构应变片有丝式应变片、泊式应变片和半导体应变片等多种，目前常用的是丝式应变片，它是由电阻丝，基片和引出线三部分组成，如图31 所示。1 电阻丝：由金属丝绕成栅状即成。它是电阻应变片的敏感元件。故又称敏感栅。2 基片：由基底和复盖层两层绝缘薄纸组成。将成形的电阻丝粘夹在两基片之间，基底主要作用是保持电阻丝的几何形状，并在电阻丝和试件之间起电绝缘作用。复盖层协助基底维护栅丝的几何形状，同时起保护作用。基片材料有纸基、纸浸胶基和胶基等。3引出线：是电阻丝两端的引线。它是电阻丝和测量导线间的联接线。为了便于焊接，常以镀锡软铜线

32、作引出线。(二)工作原理把应变片用特制胶水牢固地粘贴在待测的变形构件表面上，它与构件形成一体。当构件受力变形时，应变片的金属丝便与构件的表面一起变形。由物理学可知，金属丝的电阻 R 与其长度 L、截面面积 A、电阻率 的关系式为R=L(3-1)A若电阻丝发生变形时，由 L、A、都会发生变化，从而引起电阻的变化，这样，就把非电量(构件应变)转换成为电参量(应变片电阻改变量)若以 L 表示电阻丝长度变化，R 表示电阻的变化，实验证明，在弹性范围内，电阻丝的电阻变化率与其长度变化率(即应变)成线性关系，即：24RL K K（3-2）RL式中 R 是应变片的电阻值，常用的为120；K 是应变片的灵敏系

33、数，其值与材料，形状等因素有关，一般在2.0 左右，由生产厂家用实验方法测定。应变片的电阻值 R、灵敏系数K、标距 L、宽度 a 等基本参数，均由生产单位在包装盒上标明。由于应变片的电阻值 R 及灵敏系数 K 均为己知，故只要测得电阻变化量R，即能求出试件的应变值。二、电阻应变仪二、电阻应变仪1概述在工程实际中，构件的变形一般很小，普通电表不能达到测量精度，故测定 R 常用专门设计的仪器电阻应变仪。我们采用的是 XL2118C力&应变综合参数测试仪，其外形如图 3-2a，b 所示。图 3-2a前面板图 3-2b后面板25XL2118C 力&应变综合参数测试仪采用数字化智能设计，操作简单，测量功

34、能丰富，组桥方式全面，可组1/4 桥、半桥、全桥，配接力传感器测量压力，传感器配接范围广，精度高，测点切换采用进口优质器件程控完成，减少因开关氧化引起的接触电阻变化对测试结果的影响，采用仪器上面板接线方式，接线简单方便，1 个测力窗口和 6 个应变测量窗口，使各测点随不同载荷下的应变直观地同时显示出来，显示直观清晰。2工作原理：我们通常将电阻应变片(或电阻应变片和精密线绕电阻)组成测量电桥。如图33 所示其中：E 为供桥电压，U 为输出电压。根据电桥理论：U=R1R3 R2R4E(R1 R2)(R3 R4)当电桥中的测量应变片产生增量 R 时，R1=R2=R3=R4=R,电桥的输出电压：U=E

35、RE K1/4EK(3-3)4R 2R4 2KRU=1/4E=1/4EKR(3-3)式表明：电桥的输出电压与各桥臂上应变片的应变代数和成线性关系，这是电阻应变仪测量应变的理论基础。如果电桥中 R1和 R2用应变片，R3和 R4借用应变仪内部电阻，则这种接法称半桥联接；如果电桥中R1、R2、R3、R4都用应变片，则这种接法称全桥联接。263 32 2纯弯曲梁正应力的测定纯弯曲梁正应力的测定一、实验目的一、实验目的1测量矩形截面梁纯弯曲时横截面上正应变的分布规律；2.验证纯弯曲梁的正应力计算公式；3掌握电阻应变测量技术的基本原理和电阻应变仪的使用方法。二、实验设备及量具二、实验设备及量具纯弯曲装置

36、、XL2118C力&应变综合参数测试仪、游标卡尺、直尺。三、实验原理三、实验原理采用45钢制成的矩形截面梁，试验架上的梁采用如图34所示的加载方法。加载后，梁AB 段内处于纯弯状态，在梁承受弯曲段的侧面，沿不同高度刻画平行线，其距离分别为 Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，这些刻线表示梁的纵向纤维。梁受纯弯曲时，这些刻线长度发生改变。hb实验前，预先将应变片用特种胶水牢固地粘贴在梁的各刻线上。实验时，在XL2118C力&应变综合参数测试仪上连接成五个半桥接法的测量电桥，将各测点电桥预调平衡后，加载，记下应变仪读数，即可测得应变值实。由于各纤维之间不互相挤压，故可根据虎克定律求出实验应力。本实验采用

37、增量法加载，每增加等量的载荷F，测得各点相应的应变增量，取应变增量的平均值实，求出各点应力增量 E实，与理论公式计算图 3-427出的应力增量=M YI进行比较，从而验证弯曲正应力公式的正确性。Z四、实验步骤四、实验步骤1接通电源，按下电源开关，给应变仪预热。2.按下系数设定键，修正应变片灵敏系数。3预调平衡，按下“自动平衡”键，在测点显示期间，系统自动对各测点进行预读数法自动平衡。4测力模块清零，在测力传感器不受载荷的情况下，按下测力模块的“清零”按键，即可对传感器测试通道进行清零操作。5逐点加载测读，当应变仪读数为“+”值时，表示该点为拉应变，读数为“一”值时，表示该点为压应变。同时，算出

38、读数差，可随时校核实验是否正常。6实验结束后，卸载、切断仪器电源，各旋钮复位，拆去接线。五、实验注意事项五、实验注意事项1切勿碰断、损坏电阻应变片的引线和接头。2不要随意移动仪器及导线的位置，以免影响测试结果。3.加载要轻，实验完毕即时卸载。4.不要触摸应变片。六、实验报告(一)实验名称：实验日期：(二)实验目的：28(三)实验设备1仪器名称：2应变片灵敏系数 K=3.试件材料：弹性模量 E=试件尺寸高度 h=(mm)宽度 b=(mm)厚度=(mm)跨度 L=(mm)距离 a=(mm)（四）实验记录和计算：电阻应变仪读数()顺序载荷(kg)读数A0测点I测点II测点测点测点V贴片位置Y1=(mm)Y2=(mm)Y3=(mm)Y4=(mm)Y5=(mm)差数读数差数读数差数读数差数读数差数AAAAAAAAA1234295应变增量平均值 ()应 力 增 量(MPa)=E（五）理论计算：梁截面的轴惯性矩：bh3IZ=12=(mm4)载荷增量F=(N)弯矩增量M=(Nm)应力增量5=1=M Y5=(MPa)IZM Y5=(MPa)IZ4=2=3=M Y3=(MPa)IZ（六）实验结果及误差：画出各测点在载荷增量F 作用下的正应力实验值与理论值比较图（按适当的比例）：30实验误差测点实验值理论值实验误差（%）31