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1、力学实验指导书（研究生实验指导手册）内蒙古工业大学力学实验室二O一四年九月一日实验一、电阻应变片粘贴技术一、 实验目的：1、初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术。2、为电阻应变测量实验做好在试件上粘贴应变片的准备工作。二、实验设备及器材：1、铸铁或低碳钢拉伸试件、刻线机。2、应变片、502胶。3、数字万用表、电烙铁。4、镊子、丙酮、石蜡、砂纸、导线。三、实验方法与步骤：1、试件表面处理：1. 打磨: 最好选用细砂纸，在试件上应变片待贴位置成正负45方向交叉打磨且打磨出光泽。（1） 划线：用刻线机在每个拉伸试件上划两条横向线，一条纵向线，如图（a）所示。（3） 清洗：用酒精或丙酮清洗试件表面直到棉
2、球上无污渍为止。禁止用手触摸或用嘴吹处理好的试件表面。2、3、 应变片粘贴： (1)选片：用万用表测应变片的阻值，选阻值较接近的应变片，每位实验者选两片。(2)粘贴：每个试件上粘贴两片，如图（b）所示。贴片时一手拿住应变片的引出线，一手拿502粘结剂瓶，将瓶口向下在应变片基底底面上涂抹一层胶水，立即将应变片底面向下平放在试件贴片位置上，轻轻校正方向使应变片基准对准方向线，然后盖上一张塑料薄膜，用手指朝一个方向滚压应变片，挤出气泡和过量的胶水，保证胶层尽可能地薄而均匀，手指保持不动约1分钟后再放开，轻轻掀开薄膜，检查有无气泡，翘曲，脱胶等现象否则需重贴。4、 焊线：（1） 粘绝缘胶带：将应变片引
3、出线轻轻撩起，在引出线下面粘贴胶带纸，以保证引出线与试件之间的绝缘。（2） 固定导线：事先将导线塑料皮剥去约3mm，使导线一端与应变片引出线靠近，将导线用胶布固定在试件上。（3） 焊接：用电烙铁将应变片引出线与测量导线锡焊，焊点要求光滑小巧，防止虚焊。5、 检查：（1）通路检查：用万用表检查应变片引出导线之间的阻值是否是120。（2）绝缘检查：用万用表检查应变片引出线与试件之间的电阻，应大于50 M。6、 防护：用电烙铁熔化石蜡密封应变片区域以防应变片受潮。实验二、偏心压缩一、实验目的本实验所用的是一根圆柱形试棒，它所受的一对压力是“偏心”的，即其作用线与试棒轴线平行，但不重合，而且两条线的距
4、离（偏心距）未知。圆柱侧表面上事先贴着一些纵向和横向应变片，要求在一定压力作用下测量各点的应变值，并回答下列问题：1、圆柱侧表面上各点的轴向应变服从什么分布规律（用公式=（Y，Z表达）？是否可由此验证理论课上介绍的某些结论？2、试棒材料的弹性模量E和泊松比是多大？3、纵向压力的作用点在哪里？4、试棒横截面上的弯矩有多大？这是一个由同学们自行设计的成分较大的实验，对于这个实验本讲义只有原则性建议，为回答上述问题要测量什么数据以及如何处理数据均由同学自行决定。所以，本实验的根本目的是培养同学用实验手段去探求自己尚不清楚的规律的初步能力。纵向片AB横向片二、试棒及其它装A纵向片横向片试棒试验机上压头
5、球面承压底座ZpZPYpDDBC（a）试棒安装图 （b）试棒布片图三、实验设备1、万能材料试验机万能材料试验机是实验中的施力装置。它通过高压油泵产生的高压油推动活塞运动，进而推动试件夹头运动，达到对试件施力的目的。配上不同的试件夹头可以对试件加拉伸，压缩，弯曲，剪切等载荷。试验机上设有进油阀（用于加载）和回油阀（用于卸载）。在关闭回油阀的情况下打开进油阀可对试件进行加载。阀门开的越大，加载速度也越大。载荷的大小可以从示力盘上读出。示力盘上一般有三种刻度。究竟用哪一种刻度，要看试验机后面摆锤的配重是多少。实验时可向教师问清楚。卸载时只要打开回油阀即可。使用的一般步骤是：（1）夹持试件。（2）关闭
6、进油阀和回油阀，然后按下油泵启动按钮。将示力盘指针调零，把随动指针拨向零。（3）缓慢打开进油阀加载。眼睛密切注视示力盘上指针的变化。千万注意不可使进油阀开得过大。否则载荷一旦加上， 在几秒钟内即可达到很大值，把试件破坏，甚至损坏实验机。（4）达到预定载荷后，记下读数。打开回油阀卸载。（5）关闭油泵、回油阀、进油阀。2、电阻应变仪及予调平衡箱由于本实验测点较多，把它们逐个接到应变仪的AB接线柱上测量将不胜其繁。若有n个测点。就需要换n次线，加n次载。为了克服这一缺点，本实验将使用予调平衡箱。予调平衡箱的背面有二十组接线柱，可同时接二十个测点。每一组接线柱有A、B、C、D四个接线端，对应于电桥上的
7、A、B、C、D点，用于接工作片（AB间）和补偿片（BC间）。予调平衡箱的正面有二十个滑线电阻旋钮，它们的每一个与后面一组接线柱对应（上 面标有点号），用于每一个测点的电阻予调平衡。予调平衡箱用专用电缆与应变仪相连。该箱下部有一选点旋钮，该旋钮拧到哪一点即表示该点与应变仪接通，可对其予调平衡或测量。这样只需一次加载即可把所有测点数据测量下来，中间也勿需换线。3、游标卡尺。用来测量试件尺寸。MyPYPZpYpZMzO四、实验原理若任意选择坐标系Y，Z如图41（b），假定P力作用点的坐标为（Zp，Yp），则可将P力向中心点O简化，得到一个轴向压力P和分别绕Z轴和Y轴作用的两个弯矩Mz、My，如图42
8、的虚线所示。用轴向压缩和平面弯曲（两个方向）理论即可分别计算这三个内力素引起的应力和应变：由轴向压缩引起的正应力为： 常数 曲Mz引起的正应力为： 按图42所示坐标系，Yp与Y均取正值时应力应为负值（压应力），故上式右部加了负号。由Mx引起的正应力为： 总和正应力为： 由于这个试棒处于单向应力状态，单向虎克定律成立，故我们所测得的总和正应变为： 根据上述关系式和泊松比的定义就可以考虑实验方案了。五、实验方法上的注意事项1、加载技术方面：（1）实验应在材料处于弹性范围的条件下进行，故总载荷不能过大。（2）为消除加载初期由于实验机机构间的摩擦和应变片与试棒变形的不一致等因素造成的力与应变示值误差，
9、应设“初载荷”Po（例如1KN），并记下各测点的“初应变”oi，或用予调平衡箱上的予调旋钮将oi调为零。然后加载到予定的终值P，并记下各测点的应变终值i。这样，本实验的载荷就是（PPo），各点的应变值为（i，oi，）。（3）由于在初载荷或终载荷下都要测读许多点的应变，这需要一定的时间，因而操作试验机给试棒加载的同学要细心控制进油阀开关，使载荷在读应变的时间内保持不变。2、试件在试验机承压座上的位置可随意安放，有意造成加载偏心。不过偏心量不宜过大，以防加载中由于球面承压座的歪斜把试棒挤出。3、为使测量值可靠，一般应多次（如三次以上）重复同样的测量操作，若各次测量结果接近方可取其平均值为正式实测值
10、。六、实验报告要求1、实验目的。2、实验数据。3、用实验数据回答“实验目的”项中所提出的问题。4、讨论：（1）能否用更少测点达到本实验目的？最少要测量几个应变值？为什么？（2）用什么方法处理数据可以使应变分布公式=（Y，Z）比较准确？*（3）如何用电桥的加载特性简化或精确化本实验的测量？提示参阅本院物理讲义有关实验数据的似合部分。*（4）通过本次实验的主要体会和对改进实验教学的建议。注带*者为选做项目。实验三、光弹仪调整及材料条纹值测定一、实验目的:1、了解光弹仪各部分名称及作用,掌握光弹仪使用方法。2、观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应。3、学习对径受压圆盘测量材料条纹值的方法。二、
11、 实验设备：1、 光弹性仪。2、 光弹性模型数个。三、 实验方法：1、 平面偏振场的调整方法:（1） 正交平面偏振场（暗场）:a、取下两个/4片。b、旋转检偏镜,使光强最暗,此时两偏振片正交。(2)平行平面偏振场（亮场）：a、取下两个/4片。b、旋转检偏镜,使光强最亮，此时两偏振片平行。2、观察光弹性模型在平面光场中的效应：（1） 等倾线、等差线。（2） 上述条纹随载荷变化情况。（3） 色序。（4） 同步旋转起、检偏镜条纹的变化情况。（5） 单色光、白色光。（6） 环氧树脂模型、有机玻璃模型。要求参考以上几方面的内容写光弹性模型在平面光场中暗场与亮场时效应的实验观察总结。3、 正交圆偏振场的调
12、整方法（暗场）: （1）先装入一块/4片,将它旋转,使检偏镜后看到的光场最黑，这时表示/4片的快、慢轴分别与起偏镜和检偏镜的偏振轴相平行。然后顺(逆)时针将/4片旋转450(也可同步旋转检偏镜450)。 （2） 再装入另一块/4片, 将它旋转,使检偏镜后看到的光场再次最黑。这时两块/4片的轴是相互正交的，四块镜片构成双正交圆偏振场布置。4、观察光弹性模型在圆偏振场中的效应：(1) 等倾线消除否。(2) 找“0”级或“1”级条纹并观察色序的变化以确定各级条纹级数。(3) 关掉白光,转成单色光,观察条纹的变化。(4) 换其它模型观察。5、环氧树脂材料条纹值f的测定： （1）调整正交圆偏振场； （2
13、）测量圆盘尺寸； （3）把圆盘放入加力架上加载,使中心条纹出现整数级(三级为宜)，记录砝码质量。 实际载荷=砝码质量杆秤比 （杆秤比为4：1） (4)代入公式 计算条纹值。（P为载荷、N为条纹级数、D为直径）实验四、高梁在横力弯曲下的应力分析一、 实验目的：1、 掌握等色线（包括整数级、分数级条纹）和等倾线的绘制方法。2、学会用剪应力差法计算截面应力分布,并进行平衡校核。二、 实验设备：1、 光弹性仪。2、 有机玻璃和环氧树脂矩形截面梁模型各一个。三、 实验步骤：1、等差线的描绘：（1） 调整光弹仪为正交圆偏振场布置（暗场）。（2） 在加载架上安装试件如图所示，注意梁上划出的支座及加载位置线。
14、（3） 开启白光光源，并加少许载荷，调整加载装置，使产生的条纹图左右对称。（4） 加载，P=100kg（杠杆比为4：1，实际加砝码25kg即可）。（5） 找零级条纹并观察色序的变化以确定各级条纹级数。（6） 转成单色光，把整数级条纹等差线图描下，在图上注明级数及载荷。（7） 单独旋转检偏镜90o，即成平行圆偏振场布置（亮场），得到半级数条纹图案；继续把半级数条纹等差线图描下。2、等倾线的描绘：（1）调整光弹仪为正交平面偏振场布置（暗场）。（2）更换有机玻璃模型加载至等倾线清晰为止。（3）同时旋转起偏镜和检偏镜，观察等倾线变化规律。（4）同步反时针方向旋转偏振镜轴，在屏幕上用描图纸依次描出0、1
15、0o、20 等倾线，每隔10o画一条，并增画（35o、45o、55o等倾线）。四、结果处理：1、 用剪应力差法计算截面应力分布：（1） 用千分尺测梁长L及梁高H。（2） A-A为计算截面，在其左右画辅助截面B-B、C-C，取y =H/10 mm。（3） 沿A-A截面分格，x =H/10 mm，并将每一截面编号、0、1、2、 10。（4） 在坐标纸上绘制沿A-A、B-B、C-C截面的等差线及等倾线分布曲线（N-x,-x）。（5） 计算辅助面上的剪应力值，列表并绘制成曲线。（6） 计算x 、Y值，列表并绘制成曲线。注：f值采用实验六测量的环氧树脂材料条纹值。2、平衡校核：（1）根据内力与外力必须平衡的条件，对计算结果进行校核。（2）实验结果误差分析。14