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1、XL3418 多功能材料力学实验电测实验报告书秦皇岛市协力科技开发有限公司力学实验规则及要求一、作好实验前的准备工作1 按各次实验的预习要求， 认真阅读实验指导复习有关理论知识， 明确实验目的， 掌握实验原理， 了解实验的步骤和方法。2对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。3 必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。二、严格遵守实验室的规章制度1 课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。2未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。3 实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。4 实验结束
2、后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。三、认真做好实验1 接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。2实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。3实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。四、实验报告的一般要求实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端
3、正、绘图清晰、表格简明。第一章 绪 论1-1 实验的内容实验教学作为材料力学课程的一个重要组成部分，对于提高学生实践能力、设计能力具有重要意义，电测实验具体包含以下两个方面内容：1 验证理论材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般公式，如纯弯曲梁和纯扭转圆轴（或筒）等的分析都使用了平面假设。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加强学生对理论的理解和认识。2 实验应力分析工程上许多实际构件的形状和受载情况，都十分复杂。关于它们的强度问题，仅依靠理论计算，不易得到满意的结果。近几十年来出现了用实验分析方法确定构件在受力情况下应力状态的学科。它可用于研究固体力学的基本规律，
4、为发展新理论提供论据，同时又是提高工程设计质量，进行失效分析的一种重要手段。1-2 实验方法和要求材料力学实验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，因此，实验时应注意以下几方面：1 实验前的准备工作要明确实验目的、原理和实验步骤，了解实验的方法、 拟订加载方案 ，设计实验表格以备使用。实验小组成员，应分工明确，分别有记录、测变形和测力者。2 进行实验未加载前，首先检查仪器安放是否稳定，按要求接好传感器和试件；接通电源后，力应变综合测试仪中拉压力和应变量是否调零；检查无误后即可进行实验，实验过程严格按照学生实验守则来完成。3 书写实验报
5、告实验报告应当包括下列内容实验名称、实验日期、实验者及同组成员实验目的及装置使用的仪器设备实验原理及方法实验数据及其处理计算和实验结果分析- 1 -实验三纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的1 .测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2 .验证纯弯曲梁的正应力计算公式二、实验仪器设备和工具1 .组合实验台中纯弯曲梁实验装置2 . XL2118系列静态电阻应变仪3 .游标卡尺、钢板尺三、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力,计算公式为MCT = I z式中：M 为弯矩；M =Pa/2;I z 为横截面对中性轴的惯性矩；y 为所求应力
6、点至中性轴的距离。钱支梁受力变形原理分析简图如图1所示。纯弯曲实验装置简图I*a *FF +构件AB力学简化模型A*CD亨BLFa a D KbFqa)弯矩：M=F aF=P/2b)Fac)图1纯弯曲梁受力分析简化图为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片(如图 2)。实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷PP,测出各点的应变增量 编实，然后分别取各点应变增量的平均值嬴;，依次求出各点的应力增量6实=E 镐实(i=1 , 2, 3, 4, 5)将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式
7、。图2应变片在梁中的位置四、实验步骤1 .设计好本实验所需的各类数据表格。2 .测量矩形截面梁的宽度 b和高度h、载荷作用点到梁支点距离 a及各应变片到中性层的距离 y。 见附表13 .拟订加载方案。可先选取适当的初载荷P。（一般取P0 =10%Pmax左右），估算Pmax （该实验载荷范围 P maxW 4000N,分46级加载。4 .根据加载方案，调整好实验加载装置。5 .按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6 .加载。均匀缓慢加载至初载荷P0 ,记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值自实，直到最终载荷。实
8、验至少重复两次。见附表 2。7 .作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用器设备复 原，实验资料交指导教师检查签字。五、注意事项1 .测试仪未开机前，一定不要进行加载，以免在实验中损坏试件。2 .实验前一定要设计好实验方案，准确测量实验计算用数据。3 .加载过程中一定要缓慢加载，不可快速进行加载，以免超过预定加载载荷值，造成测试数据 不准确，同时注意不要超过实验方案中预定的最大载荷，以免损坏试件；该实验最大载荷4000N o4 .实验结束，一定要先将载荷卸掉，必要时可将加载附件一起卸掉，以免误操作损坏试件。5 .确认载荷完全卸掉后，关闭仪器电源，整理实验台面。附
9、表1 （试件相关参考数据）应变片至中性层距离（mm）梁的尺寸和有美参数y1-20宽 度b = mmy2-10高 度h = mmy30跨 度 L = 600 mmy410载荷距离a = 125 mmy520弹性模量 E = 206GPa泊松比科=0.26惯性矩Iz=m4载荷NPP各 测 占 八、 电 阻 应 变 仪 读 数心1名p25p郭35p8p名p48pA8p印58p名p8P六、实验结果处理1.实验值计算根据测得的各点应变值&实求出应变增量平均值 &实，代入胡克定律计算各点的实验应力值,因1收=10互所以各点实验应力计算：g = E区实 M0 6( i=1,2,3,4,5)2 .理论值计算载
10、荷增量 P =N弯距增量,M = a = N m2各点理论值计算：AM ?yi，一 c c 、3理=L(i=1,2,3,4,5)I z3 .绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力以实和小理，以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置yi ,选用 合适的比例绘出应力分布图。4.实验值与理论值的比较测点理论值灯i理(MPa)实际值6理(MPa)相对误差()12345附表2 （实验数据）-3 -实验四 材料弹性模量E和泊松比仙的测定一、实验目的1 .测定常用金属材料的弹性模量E和泊松比 即2 .验证胡克（Hooke）定律。二、实验仪器设备和工具1 .组合实验台中拉伸装置2 . XL
11、2118系列静态电阻应变仪3 .游标卡尺、钢板尺三、实验原理和方法试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图1。在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片R、R和一对横向应变片 R2、R2 ,以测量轴向应变 名和横向应变补偿块图1拉伸试件及布片图1 .弹性模量E的测定由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0 （P0WO开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量件作用下，产生的应变增量 以 并求出小名的平均值。设试件初始横截面面积为 A,又因=中, 则有. ：PE =A上式即为增量法测
12、E的计算公式。式中 A。一试件截面面积名一轴向应变增量的平均值用上述板试件测 E时，合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。采用相对桥臂测量将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂 （AB、CD ）,两温度补偿片接在相对桥臂 （BC、DA）, 偏心弯曲的影响可自动消除。根据桥路原理得到-15 -测量灵敏度提高2倍。工作片补偿片机内电阻图2弹性模量测试实验组桥方式2 .泊松比N的测定P作用下，横向应变增量利用试件上的横向应变片和补偿应变片合理组桥，为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷Po （P0WO开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量和纵向应变增量求出平均值，按定义便
13、可求得泊松比N。 四、实验步骤1 .设计好本实验所需的各类数据表格。2 .测量试件尺寸。在试件标距范围内， 测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积 A0O见附表13 .拟订加载方案。可先选取适当的初载荷P0 （一般取P0 =10% Pmax左右），估算Pmax该实验载荷范围 PmaxW 5000N,分46级加载。4 .根据加载方案，调整好实验加载装置。5 .按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图3-5d所示相对桥臂测量方法，纵向应变机=2人，横向应变 以=2%）,调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6 .加载。均匀缓慢加载至初载荷p。，记下各点应
14、变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2,相对桥臂测量数据表格，其他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。7 .作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备 复原，实验资料交指导教师检查签字。五、注意事项1 .测试仪未开机前，一定不要进行加载，以免在实验中损坏试件。2 .实验前一定要设计好实验方案，准确测量实验计算用数据。3 .加载过程中一定要缓慢加载，不可快速进行加载，以免超过预定加载载荷值，造成测试数据不准确，同时注意不要超过实验方案中预定的最大载荷，以免损坏试件；该实验
15、最大载荷5000N。4 .实验结束，一定要先将载荷卸掉，必要时可将加载附件一起卸掉，以免误操作损坏试件。5 .确认载荷完全卸掉后，关闭仪器电源，整理实验台面附表1 （试件相关参考数据）试件厚度h ( mm)宽度b (mm)横截间面积 A0=bh （mm2）截回I截回n截回出平均弹性模量E=206GPa泊松比 科=0.26附表2 （实验数据）载荷P(N)妒轴向&p应变A&dp读数3P心A&p横向gp应变1&p读数A&p心五、实验结果处理1 .弹性模量计算A02 .泊松比计算Ac实验五 偏心拉伸实验、实验目的1 .测定偏心拉伸时最大正应力，验证迭加原理的正确性。2 .分别测定偏心拉伸时由拉力和弯矩
16、所产生的应力。3 .测定偏心距。4 .测定弹性模量E。、实验仪器设备与工具1 .组合实验台拉伸部件2 . XL2118系列静态电阻应变仪3 .游标卡尺、钢板尺、实验原理和方法偏心拉伸试件，在外载荷作用下，其轴力N = P ,弯矩M =P e,其中e为偏心距。根据迭加原6M2 hb理，得横截面上的应力为单向应力状态，其理论计算公式为拉伸应力和弯矩正应力的代数和。即P=一 Ao偏心拉伸试件及应变片的布置方法如图1 , R和R2分别为试件两侧上的两个对称点。则式中：8P 轴力引起的拉伸应变 p由一一弯矩引起的应变根据桥路原理，采用不同的组桥方式，即可分别测出与轴向力及弯矩有关的应变值。从而进一步 求
17、得弹性模量E、偏心距e、最大正应力和分别由轴力、弯矩产生的应力。可直接采用半桥单臂方式测出 R和R2受力产生的应变值 &和2,通过上述两式算出轴力引起的拉伸应变 J和弯矩引起的应变 6M ;也可采用邻臂桥路接法可直接测出弯矩引起的应变 名M ,(采用此 接桥方式不需温度补偿片， 接线如图2 (a)；采用对臂桥路接法 可直接测出轴向力引起的应变 ep,(采用此接桥方式需加温度补偿片，接线如图2 (b)。R1 R2补偿块图1偏心拉伸试件及布片图IP(a)(b)图2弯矩应变及轴向应变接线图四、实验步骤1 .设计好本实验所需的各类数据表格。2 .测量试件尺寸。在试件标距范围内， 测量试件三个横截面尺寸
18、，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积 A0O附表13 .拟订加载方案。可先选取适当的初载荷P0 （一般取P0 =10% Pmax左右），估算Pmax （该实验载荷范围Pmax9000N）,分46级加载。4 .根据加载方案，调整好实验加载装置。5 .按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6 .加载。均匀缓慢加载至初载荷p0,记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录应变值 &和配，直到最终载荷。实验至少重复两次。附表 2,半桥单臂测量数据 表格 淇他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。7 .作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理
19、好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备 复原，实验资料交指导教师检查签字。五、注意事项1 .测试仪未开机前，一定不要进行加载，以免在实验中损坏试件。2 .实验前一定要设计好实验方案，准确测量实验计算用数据。3 .加载过程中一定要缓慢加载，不可快速进行加载，以免超过预定加载载荷值，造成测试数据 不准确，同时注意不要超过实验方案中预定的最大载荷，以免损坏试件；该实验最大载荷4000N o4 .实验结束，一定要先将载荷卸掉，必要时可将加载附件一起卸掉，以免误操作损坏试件。5 .确认载荷完全卸掉后，关闭仪器电源，整理实验台面。附表1 （试件相关参考数据）试件厚度h ( mm)宽度b (mm)横截
20、间面积 A0=bh （mm ）截回I截回n截回出平均弹性模量 E =206 GPa泊松比 科=0.26偏心距e=附表2 (实验数据)载荷(N)PP应 变 仪 读数心81pa以小32P印p&2P六、实验结果处理1 .求弹性模量E= pE二上A。p2 .求偏心距e3 .应力计算理论值实验值；1 - ；2；M =-2P 6M；二二一2A hb二 minE： Jp - ； M2 e_Ehb 67P实验六单杆双较支压杆稳定实验、实验目的1,用电测法测定两端钱支压杆的临界载荷Pcr ,并与理论值进行比较，验证欧拉公式。2 .观察两端钱支压杆丧失稳定的现象。、实验仪器设备与工具1 .材料力学组合实验台中压杆
21、稳定实验部件2 . XL2118系列静态电阻应变仪3 .游标卡尺、钢板尺、实验原理和方法对于两端钱支，中心受压的细长杆其临界力可按欧拉公式计算2minPEIPcr2L式中I m i n-一杠杆横截面的最小惯性矩；I,所=与L 压杆的计算长度。图1弯曲状态的压杆和P-e曲线图1 (b)中AB水平线与P轴相交的P值，即为依据欧拉公式计算所得的临界力Pcr的值。在A点之前，当PPcr时压杆将丧失稳定而发生 弯曲变形。因此，Pcr是压杆由稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界力。实际实验中的压杆，由于不可避免地存在初曲率，材料不均匀和载荷偏心等因素影响，由于这些 影响，在P远小于Pcr时，压杆也会发生微小的弯
22、曲变形，只是当 P接近Pcr时弯曲变形会突然增大， 而丧失稳定。实验测定Pcr时，采用可采用本材料力学多功能实验装置中压杆稳定实验部件，该装置上、下支 座为V型槽口，将带有圆弧尖端的压杆装入支座中，在外力的作用下，通过能上下活动的上支座对压 杆施加载荷，压杆变形时，两端能自由地绕V型槽口转动，即相当于两端钱支的情况。利用电测法在压杆中央两侧各贴一枚应变片R1和R2 ,如图1 (a)所示。假设压杆受力后如图标向右弯曲情况下，以当和员分别表示应变片 R1和R2左右两点的应变值，此时，明是由轴向压应变与弯曲产生的拉应变之代数和， 的则是由轴向压应变与弯曲产生的压应变之代数和。当PPcr时，压杆几乎不
23、发生弯曲变形，勖和W2均为轴向压缩引起的压应变，两者相等，当载荷P增大时，弯曲应变 a则逐渐增大，a和s2的差值也愈来愈大；当载荷P接近临界力Pcr时，二者相差更大，而 名1变成为拉应变。故无论是 &还是名2,当载荷P接近临界力Pcr时，均急剧增加。 I2 2cr如用纵坐标代表载荷 P,横坐标代表应变 e,则压杆的P_名关系曲线如图1 （b）所示，两条曲线分别 表示试件上两个应变片的两种接桥方式时的载荷与应变之间的关系曲线。从图中可以看出，当P接近Pcr时，P -S1和P -S2曲线都接近同一水平渐进线 AB , A点对应的横坐标大小即为实验临界压力值。四、实验步骤1 .设计好本实验所需的各类
24、数据表格。2 .测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面的宽度b和厚度h ,取其平均值用于计算横截面的最小惯性距I min ,见附表13 .拟订加载方案。加载前用欧拉公式求出压杆临界压力Pb的理论值，在预估临界力值的80%以内，可采取大等级加载，进行载荷控制。例如可以分成45级，载荷每增加一个 &P,记录相应的应变值一次，超过此范围后，当接近失稳时，变形量快速增加，此时载荷量应取小些，或者改为变形量 控制加载，即变形每增加一定数量读取相应的载荷，直到AP的变化很小，出现四组相同的载荷或渐进线的趋势已经明显为止（此时可认为此载荷值为所需的临界载荷值）。4 .根据加载方
25、案，调整好实验加载装置。5 .按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6 .加载分成二个阶段，在达到理论临界载荷Pcr的8。%之前，由载荷控制，均匀缓慢加载，每增加一级载荷，记录两点应变值国和君2；超过理论临界载荷 Pcr的80%之后，由变形控制，每增加一定的应变量读取相应的载荷值。当试件的弯曲变形明显时即可停止加载。卸掉载荷。实验至少重复两 次。见附表27 .作完实验后，逐级卸掉载荷，仔细观察试件的变化，直到试件回弹至初始状态。关闭电源， 整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。 五、注意事项1 .测试仪未开机前，一定不要
26、进行加载，以免在实验中损坏试件。2 .实验前一定要设计好实验方案，准确测量实验计算用数据。3 .实验时将试件摆好，以免因摆放不正影响测试结果和实验效果。4 .加载过程中一定要缓慢加载，不可快速进行加载。5 .实验结束，一定要先将载荷卸掉，必要时可将加载附件一起卸掉，以免误操作损坏试件。6 .确认载荷完全卸掉后，关闭仪器电源，整理实验台面附表1 （试件相关参考数据）试件参数及有美资料截回I截回n截回出平均值厚度h (mm)宽度b (mm)长度L (mm)最小惯性矩I min= bh /12=弹性模量E = 206 GPa附表2 （实验数据）载荷P/N应变仪读数/收六、实验结果处理1 .用方格纸绘
27、出 Pj 81和Pj 82曲线，以确定实测临界力Pcr实2.理论临界力Pcr理计算试件最小惯性矩I min3bh12试件长度L=理论临界力Pcr理.2E I min2L3.实验值与理论值比较实验值Pcr实理论值Pcr理误差百分率 （） !PM100%Pcr理实验七 等强度梁弯曲正应力实验一、实验目的1 .测定等强度梁弯曲正应力。2 .练习多点应变测量方法，熟悉掌握应变仪的使用。二、实验仪器设备与工具1 .材料力学组合实验台中等强度梁实验装置与部件2 . XL2118系列静态电阻应变仪3 .游标卡尺、钢板尺三、实验原理与方法等强度梁为悬臂梁式如图 1。当悬臂梁上加一个载荷 P时，距加载点x距离的
28、断面上弯距为:Mx- Px图1等强度梁贴片图相应断面上的最大应力为：PxCT =W式中：W抗弯断面模量，断面为矩形，bx为宽度,h为厚度，则：2W=bh6因而，Px 6Px=2 =2bxhbxh6所谓等强度，即指各个断面在力的作用下应力相等，即。值不变。显然，当梁的厚度 h不变时,梁的宽度必须随着x的变化而变化。等强度梁尺寸：四、实验步骤1 .设计好本实验所需的各类数据表格。2 .测量等强度梁的有关尺寸，确定试件有关参数。见附表13 .拟订加载方案。估算最大载荷Pmax（该实验载荷范围W50N）分35级加载（每级10N）。4 .实验采用多点测量中半桥单臂公共补偿接线法。将等强度梁上选取的测点应
29、变片按序号接到电阻应变仪测试通道上，温度补偿片接电阻应变仪公共补偿端。5 .按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6 .实验加载。加载前。记下各点应变片初读数，然后逐级加载，每增加一级载荷，依次记录各点应变仪的百，直至终载荷。实验至少重复三次。见附表 27 .作完实验后，卸掉载荷，关闭仪器电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。五、注意事项1 .测试仪未开机前，一定不要进行加载，以免在实验中损坏试件。2 .实验前一定要设计好实验方案，准确测量实验计算用数据。3 .加载过程中一定要缓慢加载，不可快速进行加载，以免超过预
30、定加载载荷值，造成测试数据不准确，同时注意不要超过实验方案中预定的最大载荷，以免损坏试件；该实验最大载荷50N。4 .实验结束，一定要先将载荷卸掉，必要时可将加载附件一起卸掉，以免误操作损坏试件。5 .确认载荷完全卸掉后，关闭仪器电源，整理实验台面。附表1 （试件相关参考数据）梁的尺寸和有美参数距载荷点x处梁的宽度bx =mm梁的厚度h =mm载荷作用点到测试点距离x =mm弹性模量E =206 GPa泊松比科=0.26附表2 （实验数据）载荷 （N）PAP应 变 仪 读 数心R8 P名pR2名pA&p &R48P8p名pR58 P名p名p六、实验结果处理6 Px1 .理论计算仃=2bxh2 .实验值计算D=E名均3.理论值与实验值比较100%