矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验 一、实验名称 矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验。 二、实验目的 1．学习使用电阻应变仪，初步掌握电测方法； 2．测定矩形截面梁纯弯曲时的正应力分布规律，并与理论公式计算结果进行比较，验证弯曲正应力计算公式的正确性。 三、实验设备 1．WSG－80型纯弯曲正应力试验台 2．静态电阻应变仪 四、试样制备及主要技术指标 1、矩形截面梁试样 材料：20号钢，E=208×109Pa； 跨度：L=600mm，a=200mm，L1=200mm； 横截面尺寸：高度h=28mm，宽度b=10mm。
2．载荷增量 载荷增量ΔF=200N （砝码四级加载，每个砝码重10N 采用1：20杠杆比放大），砝码托作为初载荷，F0=26 N 。 3．精度 满足教学实验要求，误差一般在5%左右。 五、实验原理 如图1所示，CD 段为纯弯曲段，其弯矩为a 2 1 F M = ， 则m N M ?=6.20，m N M ?=?20。根据弯曲理论，梁横截面上各点的正应力增量为： z I y M ?= ?理σ （1） 式中：y 为点到中性轴的距离；Iz 为横截面对中性轴z 的惯性矩，对于矩 形截面， 12 bh I 3 z = （2） 由于CD 段是纯弯曲的，纵向各纤维间不挤压，只产生伸长或缩短，所以各点均为单向应力状态。只要测出各点沿纵向的应变增量ε?，即可按胡克定律计算出实际的正应力增量实σ?。 εσ?=?E 实 （3） 在CD 段任取一截面，沿不同高度贴五片应变片。1片、5片距中性轴z 的 距离为h/2，2片、4片距中性轴z 的距离为h/4，3片就贴在中性轴的位臵上。 测出各点的应变后，即可按（3）式计算出实际的正应力增量实σ?，并画出正应力实σ?沿截面高度的分布规律图，从而可与（1）式计算出的正应力理论值理σ?进行比较。 六、实验步骤 1．开电源，使应变仪预热。
一、 填空题 1. 对于铸铁试样，拉伸破坏发生在___________面上，是由___________应力造成的。压缩破坏发生在___________面上，是由_______应力造成的。扭转破坏发生在___________面上，是由_______应力造成的。 2. 下屈服点sl s 是屈服阶段中，不计初始瞬时效应时的___________应力。 3. 灰口铸铁在拉伸时，从很低的应力开始就不是直线，且没有屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，因此，在工程计算中，通常取总应变为_______% 时应力—应变曲线的割线斜率来确定其弹性模量，称为割线弹性模量。 4. 在对试样施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载至零，再加载时，试样在线弹性范围内所能承受的最大载荷将增大。这一现象称为材料的_____________。 5. 在长期高温条件下，受恒定载荷作用时材料发生_____________和_____________现象。 6.低碳钢抗拉能力_________抗剪能力。 7.铸铁钢抗拉能力_________抗剪能力。 8.铸铁压缩受_________ 应力破坏。 9. 压缩实验时，试件两端面涂油的目的是 ；低碳钢压缩后成鼓形的原因 。 10. 颈缩阶段中应力应变曲线下降的原因 11.已知某低碳钢材料的屈服极限为s σ，单向受拉，在力F 作用下，横截面上的轴向线应变为1ε，正应力为σ，且s σσ>；当拉力F 卸去后，横截面上轴向线应变为2ε。问此低碳钢的弹性模量E 是多少？( ) 12.在材料的拉伸试验中，对于没有明显的屈服阶段的材料，以 作为屈服极限。 13.试列举出三种应力或应变测试方法： 、 、 。 14.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈 状，首先 部分 破坏，然后 部分 破坏。 15.等直杆受轴向拉伸，材料为低碳钢，弹性模量E =200GPa ，杆的横截面面积为 A =5cm 2 ，杆长 l =1m 。加拉力F =150kN 后，测得 ?l = 4mm ，则卸载后杆的残余应变为 。 16.如图所示为低碳钢的ζ-ε曲线。与a 点对应的应力称为 ，与屈服阶段b 点对应
填空题 1、应变仪的灵敏度系数K—2.30，应变片的灵敏度系数K^ 2.06，仪器的读数是“=400」；，则实际的应变值是；=()。 2、在进行电测试验时，若将两个电阻值相等的工作片串联在同一桥 臂上，设两个工作片的应变值分别为S1、◎，则读数应变( ) 3、当应变计与应变仪连接的导线较长时，例如大于50 m以上，由于导线本身有一定电阻值，它和应变计一起串联在应变电桥的桥臂上而又不参加变形，这将使指示应变小于真实应变，可以通过改变应变仪的 _______ 来修正。 4、有一粘贴在轴向受压试件上的应变片，其阻值为120“，灵敏系数K =2.136。问：当试件上的应变为-1000?时，应变片阻值是多少？ 5、工程测量中，应变电桥的接法有 --------- 、和 等几种。 6、应变计的主要技术参数是、和 等。 7、工程结构应变测量中，常用的温度补偿有补偿法和 补偿法两种。 8设置温度补偿块必需满足的3个基本条件是： (1) 补偿块与试件的 ________ 相同，且不 ________ ; (2) 粘贴于其上的补偿应变计和工作应变计处于_________ 环境下; (3) 补偿应变计与工作应变计应是__________ 应变计。
9、应变仪的灵敏度系数K仪=2.08，应变片的灵敏度系数K片二2.00, 当仪器的读数＜=400?，则实际的应变值；为__________ 。 10、一般常用的电阻应变片种类有（）、（）和（） 二、选择题 1、圆轴受扭矩T的作用，用应变片测出的是（）。 A. 剪应变E.剪应力C.线应变D.扭矩 2、电阻应变片的灵敏度系数K指的是（）。 A. 应变片电阻值的大小 B. 单位应变引起的应变片相对电阻值变化 C. 应变片金属丝的截面积的相对变化 D. 应变片金属丝电阻值的相对变化 3、用惠斯登电桥测量纯弯曲梁应变时，当温度补偿应变片所贴的构 件材料的线膨胀系数小于被测梁的线膨胀系数时，应变测量结果与真实结果（）。 A. 偏大 B.偏小 C. 一致 4、用惠斯登电桥测量纯弯曲梁应变时，当温度补偿片的灵敏度高于 被测量梁上贴的应变片灵敏度时，应变测量结果与真实结果（）。 A. 偏大 B.偏小 C. 一致 5、若静态应变仪标准灵敏系数为2时，标定的应变片灵敏系数小于 2时，则应变仪的读数比实际应变值（）。 A.大 B.小 C.相等 D.可大可小 6、电测法测量材料的弹性模量E时，若采用1/4桥测量，如何贴片
实验三 扭转实验 一、实验目的 1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s τ和抗扭强度b τ。 2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度b τ。 3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.扭转试验机 2.游标卡尺 三、实验试样 按冶金部标准采用圆形截面试件，两端成扁圆形。如图1所示。 图1 扭转试件图 圆形截面试样的直径mm 10=d ，标距d l 5=或d l 10=，平行部分的长度为mm 20+l 。若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。 由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。 四、实验原理与方法 1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为
p es s 43W M = τ （１） 式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩s T 后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为 p eb b 43W M =τ （２） 对上述两公式的来源说明如下： 低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的?-e M 图如图12所示。当达到图中A 点时，e M 与?成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩ep M ，如图13a 所示，则扭转屈服应力为 p ep s W M = τ （３） 经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图2b 所示。若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图2c 所示的情况，对应的扭矩s T 为 图1 低碳钢的扭转图 s s s （a ） （b ） （c ） 图2 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布 （a ）p T T =；（b ）s p T T T <<；（c ）s T T = s p s 3 d/2 2 s d/2 0 s s 3 4 12 d 2d 2ττπρρπτρπρρτW d T == ==? ? 由于es s M T =，因此，由上式可以得到
一、填空题 1、应变仪的灵敏度系数 12.30 K=，应变片的灵敏度系数2 2.06 K=，仪 器的读数是 1400 εμε =，则实际的应变值是ε=（）。 2、在进行电测试验时，若将两个电阻值相等的工作片串联在同一桥臂上，设两个工作片的应变值分别为ε1、ε2，则读数应变（） 3、当应变计与应变仪连接的导线较长时，例如大于50 m以上，由于导线本身有一定电阻值，它和应变计一起串联在应变电桥的桥臂上而又不参加变形，这将使指示应变小于真实应变，可以通过改变应变仪的来修正。 4、有一粘贴在轴向受压试件上的应变片，其阻值为Ω 120，灵敏系数136 .2 = K。问：当试件上的应变为με 1000 -时，应变片阻值是多少？ 5、工程测量中，应变电桥的接法有_______________、_______________和_______________等几种。 6、应变计的主要技术参数是_______________、_______________和_______________等。 7、工程结构应变测量中，常用的温度补偿有___________补偿法和___________补偿法两种。 8、设置温度补偿块必需满足的3个基本条件是： (1)补偿块与试件的_____________相同，且不_____________； (2)粘贴于其上的补偿应变计和工作应变计处于_____________环境下； (3)补偿应变计与工作应变计应是_____________应变计。
9、应变仪的灵敏度系数K仪=2.08，应变片的灵敏度系数K片= 2.00，当仪器的读数 ε=400με，则实际的应变值ε为。 仪 10、一般常用的电阻应变片种类有（）、（）和（）。 二、选择题 1、圆轴受扭矩T的作用，用应变片测出的是（ )。 A. 剪应变Ｂ．剪应力Ｃ．线应变Ｄ．扭矩 2、电阻应变片的灵敏度系数K指的是（)。 A. 应变片电阻值的大小 B. 单位应变引起的应变片相对电阻值变化 C. 应变片金属丝的截面积的相对变化 D. 应变片金属丝电阻值的相对变化 3、用惠斯登电桥测量纯弯曲梁应变时，当温度补偿应变片所贴的构件材料的线膨胀系数小于被测梁的线膨胀系数时，应变测量结果与真实结果（）。 A.偏大 B.偏小 C.一致 4、用惠斯登电桥测量纯弯曲梁应变时，当温度补偿片的灵敏度高于被测量梁上贴的应变片灵敏度时，应变测量结果与真实结果（）。 A.偏大 B.偏小 C.一致 5、若静态应变仪标准灵敏系数为2时，标定的应变片灵敏系数小于2时,则应变仪的读数比实际应变值（）。 A.大 B.小 C.相等 D.可大可小
实验四 梁的弯曲实验 一、实验目的 掌握剪应力计算和平衡校核方法。 1、 作梁的整数级或半数级等差线图案； 2、 根据所测定的等差线和等倾线数据，计算各测点的剪应力值； 3、 与材料力学所计算出的理论结果比较。 二、实验设备 偏光弹性仪 三、实验模型及加载方式 四、实验步骤 1、测量模型尺寸 用卡尺测量模型尺寸，做记录，同时检查刻线尺寸。 2、安装模型及调整仪器 （1）调整仪器为正交圆偏振场，并调节杠杆平衡。 （2）调节下支座间距和位置，将模型置于二支座上，并在梁中点置一小钢柱，同时将杠 杆压下并加少许载荷（10N ），调节夹头上下位置使其保持水平。 （3）开启白光光源（同时开启钠光灯预热），观察等差线图案是否对称；若不对称，需 再调整直至对称为止，方可继续加载。 3、绘制等差线图案 （1）用白光观察等差线图案，逐渐加载直至边界处最高条纹级数为4~5级左右。弄清等 差线图案的特点，找出0级位置及级数变化趋势，并用铅笔在模型上描出0级条纹，记录载荷数量。 （2）用单色光，描出整个等差线图案，标明级数，反复检查核对。 （3）卸除载荷，取下模型，用描图纸描摹出条纹图案，标明级数，注明载荷，最后从模 型上擦掉等差线图案。 4、作等倾线图案，测量各测点的等倾线度数 四点弯曲梁受力示意图 三点弯曲梁受力示意图
（1）调整仪器为正交平面偏振场，重新安装模型，施加适当载荷，按逆时针方向同步旋转偏振轴，仔细观察等倾线的特征，待摸清等倾线的变化规律后，将偏振轴恢 复到00位置。 （2）按逆时针方向同步旋转偏振轴，依次描绘出00、150、300、450、600及750等倾线，标明度数，并反复检查核对。 （3）测量AB、CD截面上各测点的等倾线度数，并填入表格7-2中，分析判定σx方向。 （4）卸下模型，用描图纸描摹等倾线图案，标明度数。 5、补偿各测点的等差线条纹级数 （1）擦去等倾线图案，重新安装模型，并施加作等差线时的相同载荷量。 （2）用单色光，以旋转分析镜补偿法确定各测点的非整数级等差线条纹级数，并填入记录表格。 6、将实验结果交指导教师检查签字。 7、熄灭光源，清理现场。 弯曲正应力电测实验 实验日期：室温：小组成员： （一）实验目的 （二）实验设备 （三）实验原理 （四）实验记录 表4-1 弯曲正应力实验应变片布片位置 表4-2 弯曲正应力电测实验数据记录
专业： 学号： 姓名： 西南交通大学峨眉校区力学实验中心 一、学生实验须知 1．学生进入实验室，要严格遵守实验室的各项规章制度，服从指导教师的安排； 2．严禁在实验室大声喧哗和嬉戏； 3．保持实验室周围的整洁，不乱扔纸屑、果皮，不随地吐痰，严禁吸烟；4．实验前应预习实验内容，弄清实验目的、原理和方法； 5．实验过程中应严肃认真，严格按照规定步骤操作，自己动手完成，及时记录和整理实验数据，不得转抄他人数据，要培养自己严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力； 6．使用仪器设备时，应严格遵守操作规程，若发现异常现象应立即停止使用，并及时向指导教师报告。如果因违反操作规程（或未经许可使用）而造成设备损坏，应按学校有关规定赔偿损失。 7．实验结束后，应将仪器设备和桌凳整理好并归还原位，协助打扫实验室卫生，经指导老师检查合格后方能离开实验室； 8．学生应按时（最迟不超过一周时间）上交实验报告，以供老师批改统计成绩。 - 1 - 二、实验仪器设备介绍
（一）材料力学多功能组合实验台 材料力学多功能组合实验台（以下简称实验台）是方便学生自己动手做材料力学电测实验的设备，配套使用的仪器设备还有：拉压型力传感器、力&应变综合参数测试仪、电阻应变片、连接导线与梅花改刀等，并配有计算机接口，可实现数据的计算机自动采集与计算。一个实验台可做多个电测实验，功能全面，操作简单，实验台结构如图2-1所示。 图2-1 材料力学多功能组合实验台 实验台为框架式整体结构，配置有拉压型力传感器及标准测点应变计(在试件待测点表面粘贴的电阻应变片)，通过力&应变综合参数测试仪（以下简称测试仪）实现力与应变的实时测量。实验台分前后两半部分，前半部分可做弯扭组合变形实验、材料弹性模量与泊松比测定实验、偏心拉伸实验、压杆稳定实验、悬臂梁实验、等强度梁实验；后半部分可做纯弯曲梁正应力测试实验、电阻应变片灵敏系数标定实验、组合叠梁实验等。 操作规程如下： (1) 将所作实验的试件通过有关附件连接到架体相应位置，连接拉压型力传感器和加载件到加载机构上。 (2) 连接拉压型力传感器电缆线到测试仪后面传感器输入插座，连接电阻应变片导线到测试仪的各个测量通道接线柱上。 (3) 打开测试仪电源，预热约20分钟左右，输入力传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般首次使用时已调好，如实验项目及力传感器没有改变，可不必重新设置），在不加载（加力点上下未接触）的情况下将测力初值和应变初值调至零。 (4) 在初始值以上对各试件进行分级加载，转动手轮速度要均匀，记下各级力值和待测点各通道的应变值，若已与微机连接，则全部数据可由计算机进行分析处理。
2008年《材料力学实验》基础知识考查范围 1．目前材料力学实验实用最多，最有效的方法是什么？ P105 应变计电测技术 2．金属材料按照其构成和力学行为的不同可以分为哪两类？ P13 以低碳钢为代表的塑性材料和以灰口铸铁为代表的脆性材料 3．写出计算延伸率和截面收缩率的公式。 P16 δ=l1?l0 l0*100%;ψ=A0?A1 A0 *100% 4．举出工程实际中用于承受载荷的结构或构筑物实例(至少3例)。 桥梁柱子承受压力、桁架结构为二力杆、吊车臂 5．在拉伸试验中,可由屈服载荷与试件拉断后截面之比得到屈服极限吗？ 不可以，因为试件屈服时的截面与拉断后并不相等 6．在测量材料弹性模量E的试验中采用的是等量加载法吗？ 是 7．写出泊松比计算公式。 μ=|ε 横ε轴 | 8．测G实验可以验证什么定律？ 剪切胡克定律 9．构件的承载能力一般包括什么？ 拉、压、弯、剪、扭 10．说出采用机测法的试验项目名称。（至少3个） 拉伸实验、压缩实验、剪切实验、（扭转实验） 11．说出可用万能材料试验机完成的实验项目。（至少3例） 拉伸实验、压缩实验、剪切实验、用电测法测定低碳钢的弹性模量E和泊松比μ12．低碳钢拉伸过程中包括几个阶段？ ①弹性阶段②屈服阶段③应变强化阶段④局部变形阶段 13．在机测法中，试件一般采用什么截面？ 圆形截面 14．游标卡尺的精度是多少？请说出采用卡尺进行测量的试验名称。（至少3个） 0.02、0.05、0.1 拉伸实验、压缩实验、圆轴扭转 15．在拉伸实验中，需要测量铸铁的延伸率吗？ 不需要（脆性材料） 16．试验机WDW3100中的“W”含义是什么？ 微控电子万能试验机 17．压缩试件为什么比拉伸试件设计的短？ 试件过长压缩时容易失稳 18．说出在拉伸实验中测量试件直径的方法。 在标距上中下三个位置测三个截面，每个截面测相互垂直的两个直径求其平均值作为该
材料力学实验思考题 材料的力学性能 1．金属机械性能主要指金属材料的 屈服极限 、强度极限 、延伸率、断面收缩率 。 其中屈服极限 与强度极限 主要反映材料的强度，延伸率 与断面收缩率 反映材料的可塑性和延展性。 2．在拉伸和压缩实验中，测量试样的直径时要求在一个截面上交叉90度测取两次是为了消除试样的 椭圆度误差 。而在三个截面平均直径中取其最小值的意义是求得试样的最小横截面积。 3、低碳钢拉伸时有明显的“四个”阶段，它们分别是： 线性阶段 、 屈服阶段 、 硬化阶段 、 颈缩阶段 。 4、 工程上通常把伸长率大于 5% 的材料称为塑性材料。 5、 对于没有明显屈服极限的塑性材料，通常用名义屈服应力来定义，也就是产生0.2％ 塑性应变的应力。 6、低碳钢的极限应力为 屈服极限 ，铸铁的极限应力为 强度极限 。 7、在拉伸实验中引起低碳钢屈服的主要原因是 切应力 。而引起铸铁断裂的主要原因是 拉应力 ，这说明低碳钢的 抗拉 能力大于 抗剪 。而铸铁 抗剪 能力大于 抗拉 能力。 8、对于铸铁试样，拉伸破坏发生在横截面上，是由拉应力造成的。压缩破坏发生在斜截面上，是由切应力造成的。扭转破坏发生在45度螺旋面上，是由最大拉应力造成的。 9、低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为齐平，可知为剪切破坏；铸铁试样的断面是与试样的轴线成o 45的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而是最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。 10、 图示为三种材料的应力—应变曲线，则：弹性模量最大的材料是（A ）；强度最高的材 料是（A ）；塑性性能最好的材料是（C ）。 11、低碳钢的拉伸应力—应变曲线如图所示，若加载至C 点，然后卸载，则应力回到零值的
实验一电测法基本原理及贴片实验 一、实验目的 1、了解电测法的基本原理； 2、了解应变片的基本构造和特点； 3、学习应变片的粘贴方法； 二、实验设备与仪器 1、耗材：应变片、接线端子、砂纸、丙酮、棉球、502胶水、聚氯乙烯薄膜、 焊锡及焊锡膏、牙签、铜芯导线、橡皮膏、硅橡胶（703或704或705）； 2、工具：数字万用表、剥线钳、剪刀、镊子、直尺、刻刀、焊枪； 3、硬铝拉伸试样； 三、电测法基本原理和应变片的粘贴及检验方法 1）电测法基本原理： 电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。 图一电阻应变片的结构示图 试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形，这时，敏感栅的电阻由初始值R变为R+ΔR。在一定范围内，敏感栅的电阻变化率ΔR/R与正应变ε成正比，即： R k R ε ? =(1) 上式中，比例常数k为应变片的灵敏系数。故只要测出敏感栅的电阻变化率，
即可确定相应的应变。 构件的应变值一般都很小，相应的应变片的电阻变化率也很小，需要用专门的仪器进行测量，测量应变片的电阻变化率的仪器称为电阻应变仪，其基本测量电路为一惠斯通电桥。 图二 电阻应变仪的基本测量电路（E 为电源电压） 电桥B 、D 端的输出电压为： 1423 1234()() -?= ++BD R R R R U E R R R R (2) 当每一电阻分别改变1234,,,R R R R ????时，B 、D 端的输出电压变为： 1144223311223344()()()() ()() +?+?-+?+??= +?++?+?++?BD R R R R R R R R U E R R R R R R R R (3) 略去高阶小量，上式可写为： 312124 2 121234 ()()?????=--++BD R R R R R R U E R R R R R R (4) 在测试时，一般四个电阻的初始值相等，则上式变为： 3124 1234 ()4?????= --+BD R R R R E U R R R R (5) 将式(1)代入上式，得到： 1234()4 εεεε?= --+BD kE U (6) 如果将应变仪的读数按应变标定，则应变仪的读数为： 12344()εεεεε?==--+BD U kE (7)
材料力学电测仿真系统开发 上，指出电测仿真实验是材料力学实验的一种有效辅助手段。结合材料力学电测实验的特点，利用C++ builder设计开发材料力学实验仿真系统，仿真系统提供实验原理学习及五大主要实验的交互设计及过程仿真，为材料力学电测实验教学寻求一种合理、高效的仿真实验途径。1概述 实验教学是高等学校人才培养不可缺少的重要环节，对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力有着不可替代的作用。材料力学实验是高校工科专业技术基础课程《材料力学》、《工程力学》、《建筑力学》的重要组成部分。通过材料力学实验，可以让学生加深对材料力学基本概念、基本理论的理解和认识，使学生牢固掌握材料性能指标的检测方法，培养学生分析问题、解决问题。材料基本变形、组合变形测量等实验涉及众多电测方面的知识，如应变片、应变仪、力的传感器、桥路及其连接、贴片与温度补偿等，是力学与电学知识相结合的实验。近年来，由于专业热点变化，这类材料力学基础实验在高校普遍存在压减学时、实验室规模萎缩、仪器使用损坏率高、实验经费有限等问题，同时，实验中应变片的粘贴实验周期长，而且因为虚贴等操作会造成材料损耗，测量前的线路焊接、电桥搭配等的不正确操作也会造成仪器的损毁，所以实验中的这些步骤都在实际实验中省略了，学生失去了动手动脑进行科研训练的机会，实验做完后对电测原理一无所知，教学效果
很不好。 如何在现有条件下发挥有限资源的最大效率，并显著提高材料力学实验教学效果，是广大实验教学老师正在探讨的课题。近年来，国内各高校不断尝试将计算机仿真技术引入到实验教学中，改变了传统的教学模式，使得教与学的方式发生了革命性的变化。 仿真实验是通过计算机及其相应的模拟程序来完成实验过程，不受实验室仪器设备、实验材料的限制，因其具有经济性、开放性、针对性及安全性等特点，是培养学生综合创新能力的一种有效实验手段。 为此，结合材料力学电测实验课程的特点，运用信息技术寻求一种合理、高效的仿真实验途径具有非常现实的意义。研制材料力学电子测量仿真系统，可以让学生在较短的时间内通过仿真贴片、接线、加载、测量，对电测原理有个完整了解，作为课内实验的补充，也可大大提高实验教学效果。 2 材料力学电测实验仿真系统开发 1）材料力学电测实验仿真系统的技术选型 系统开发选用C++ Builder，C++ Builder具有快速的可视化开发集成环境，内置了大量完全封装了Windows公用特性且具有完全可扩展性的可重用控件，利用C++ Builder可以快速完成复杂的界面交互，让我们
材料力学实验指导书 （第二部分） 电测实验应力分析 浙江工业大学机电学院 2006年9月
第二部分 电测实验应力分析 一、电测法的基本原理 应变电测法，简称电测法，是实验应力分析的重要方法之一。电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种实验方法，其原理框图如图1-1所示。 物 力 机 生 电 电 数 理 学 械 物 字 量 量 量 参 压 流 量 数 电测技术原理图 电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在工程中得到广泛应用。现着重介绍以电阻应变片为敏感元件，通过电阻应变测试仪测定构件表面应变的电测实验方法。 一、 电阻应变片的工作原理 敏感元件能感知外界的各种信息，按性质可分光敏、气敏、声敏、压敏等。按其工作原理则可分电阻式、电容式、电感式、压电式、电磁式及其他特殊形式等。其中以电阻式结构最简单，应用最广泛。 1、电阻片的“应变－电”效应 金属丝的电阻值随机械变形而发生变化的现象称为“应变—电”效应。电阻式敏感元件 称电阻应变片或电阻应变计，简称电阻片或应变片。 电阻片分丝式如图1—2所示和箔式如图1-3所示两大类。丝式应变片是用直径为0.003mm~0.01mm 的合金丝绕成栅状而制成；箔式应变片则是用0.003mm~0.01mm 厚的箔材经化学腐蚀成栅状。敏感栅做成栅状主要是保证要求的电阻值条件下，尽量减小尺寸以测量较小面积内的应变。 电阻片结构简图
将电阻片安装（如粘贴）在被测构件的表面，构件受力而变形时，电阻片的主体敏感栅随之产生相同应变，其电阻值发生变化，用仪器测量此电阻变化即可得到构件在电阻片粘贴表面沿敏感栅轴线方向的应变。实验表明：被测物体测量点沿电阻片敏感栅轴线方向的应变△l /l 与电阻片的电阻变化率△R /R 成正比关系。即 l l K R R ??＝ （1-1） 上式关系称为电阻片的“应变－电”效应，式中K 称为电阻片的电阻应变灵敏系数。 金属细丝的电阻值R 与丝长度l 及截面积A 之间的关系由物理学公式得： l R A ρ = （1-2） 系数ρ为金属丝的电阻率，上式等号两边取对数再微分得： R l A R l A ρρ ????=-+ （1-3） 根据金属物理和材料力学理论得知/、/A A ρρ??也与/l l ?成线性关系，由此得到： [(12)(12)]//s R m l l K l l R μμ?=++-?=? （1-4） 式中μ——金属丝材料的泊松比， m ——材料常数，与材料的种类有关， s K ——金属丝的电阻应变灵敏系数。 （1-4）式表示了金属丝的“应变－电”效应，电阻片就是利用这一效应制成的。制成电阻片的灵敏系数K 与金属丝的灵敏系数K s 有关，但有差别。因为电阻片的敏感栅并不是一根直丝，另外还有基底尺寸和性能、制造工艺等因素，一般K ≠K s ，所以电阻片的电阻应变灵敏系数K 一般在标准应变梁上由抽样标定测得（标定梁为纯弯梁或等强度钢梁）,而非理论计算。制造单位在出厂电阻片时把电阻片的灵敏系数、电阻值、敏感栅的长度和宽度等基本参数表明在产品的包装袋上。 2、电阻片的温度效应 温度变化时，金属丝的电阻值也随着产生变化，称之为（△R/R ）T 。该电阻变化是由两 部分引起的，一是电阻丝的电阻温度系数引起的 T R R T T ?=?α' )( 另一部分是由于金属丝与构件的材料膨胀系数不同而引起的： T K R R s T ?-?)()( 12" ββ＝ 因而温度引起的电阻变化为 21[()]T s T R K T R αββ???=+-? ??? （1-5） 式中T α——金属丝（箔）材料的电阻温度系数； 1β——金属丝（箔）材料的热膨胀系数；
在材料力学实验教学中运用电测法的体会 2011 年教育部下达了实施“关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见”的通知，主要目的是针对当前我国工程教育培养过程中，理论教学环节薄弱、学生动手能力差的现状；要求改变现有的灌输式教学，形成创新教育的氛围，进一步推动工程教育教学改革，提高工程教育的教学质量。① 材料力学实验是土木、材料和机械等工科类专业的必修基础 课，是进一步加深学生对材料力学的认知、巩固材料力学的基本概念、树立严谨科学态度、培养学生创新精神、增强工程实践能力、提高学生综合素质的重要环节。②近几年随着高校学生人数的不断增加，相应配套的实验教学仪器设备不足、新的仪器设备购置时间漫长等一系列问题的出现，导致高校实验教师往往要投入大量时间来应付，因此严重影响了实验教学过程，从而很难实现优质高效的实验教学效果，更谈不上通过实验教学提升学生的综合能力。 目前，大多数高校的材料力学实验教学遵循这样的步骤：首先由教师讲解本次实验的内容、仪器操作流程以及注意事项，随后向学生演示实验过程；然后学生按照演示的步骤完成实验过程；最后记录并整理数据，提交实验报告。在整个实验教学过程中，学生只是按照教师或教材的指导机械地完成操作仪器，对于实验目的、实验现象所反映的问题缺乏深入的思考，实验做完后很多学生只知其然不知其所以然。尤其是在材料力学实验中对金属材料弹性模量和泊松
比测定需要用到电测法，然而初学者对力学实验中出现的电学原理和方法一下子很难接受，并且很难跟其所掌握的理论知识相结合。整个材料力学实验完成以后，由于学生对实验原理的理解不够透彻，无法提高和加深对理论知识的掌握与运用。 1电测法的基本原理电阻应变测量简称电测法，其原理是在被测物体表面的力学量、物理量等非电量变化通过传感元件转换成电量变化的一种实验方法（如图1 所示）。电测法作为应变测试方法中的一种在材料力学实验教学中经常用到，根据电学原理金属丝在受到拉伸或压缩时，其截面面积会发生微小变形从而使电阻发生变化，通过信号采集器将电量转变为变形量。进行实验前，首先将电阻应变片，用特殊的胶合剂粘贴在被测物体上，当试件受到载荷作用发生变形时，电阻应变片中的电阻丝随之一起变形，导致电阻丝长度及截面积的改变，从而引起其电阻值的变化。可见，电阻的变化与应变有一定的对应关系。通过电阻应变仪，就可测得相应的变化。利用胡克定律就可求得应力值。③ 2金属材料弹性模量和泊松比测定实验中运用电测法出现的问题 弹性模量和泊松比是反映材料性能的重要参数，是材料本身固有的两个常数，是衡量材料产生弹性变形难易程度的两个重要 物理量，也是设计各种工程结构时选用材料的主要依据之一，因此对材料的弹性模量和泊松比这两个参数的准确测量显得非常重要。④一般构件受载，表面上的点处于平面应力或平面应变状态。通常采用
一、 填空题 1、 应变仪的灵敏度系数1 2.30K =，应变片的灵敏度系数2 2.06K =，仪器的读数是1400εμε=，则实际的应变值是ε=（ ）。 2、 在进行电测试验时，若将两个电阻值相等的工作片串联在同一桥臂上，设两个工作片的应变值分别为ε1、ε2，则读数应变（ ） 3、当应变计与应变仪连接的导线较长时，例如大于50 m 以上，由于导线本身有一定电阻值，它和应变计一起串联在应变电桥的桥臂上而又不参加变形，这将使指示应变小于真实应变，可以通过改变应变仪的 来修正。 4、有一粘贴在轴向受压试件上的应变片，其阻值为Ω120，灵敏系数 136.2=K 。问：当试件上的应变为με1000-时，应变片阻值是多少？ 5、 工程测量中，应变电桥的接法有_______________、_______________和 _______________等几种。 6、 应变计的主要技术参数是 _______________ 、_______________和 _______________等。 7、工程结构应变测量中，常用的温度补偿有___________补偿法和 ___________补偿法两种。 8、设置温度补偿块必需满足的3个基本条件是： (1)补偿块与试件的_____________相同，且不_____________； (2)粘贴于其上的补偿应变计和工作应变计 处于_____________环境下； (3)补偿应变计与工作应变计应是_____________应变计。
9、应变仪的灵敏度系数K仪=2.08，应变片的灵敏度系数K片= 2.00，当仪器的读数 ε=400με，则实际的应变值ε为。 仪 10、一般常用的电阻应变片种类有（）、（）和（）。 二、选择题 1、圆轴受扭矩T的作用，用应变片测出的是（ )。 A. 剪应变Ｂ．剪应力Ｃ．线应变Ｄ．扭矩 2、电阻应变片的灵敏度系数K指的是（)。 A. 应变片电阻值的大小 B. 单位应变引起的应变片相对电阻值变化 C. 应变片金属丝的截面积的相对变化 D. 应变片金属丝电阻值的相对变化 3、用惠斯登电桥测量纯弯曲梁应变时，当温度补偿应变片所贴的构件材料的线膨胀系数小于被测梁的线膨胀系数时，应变测量结果与真实结果（）。 A.偏大 B.偏小 C.一致 4、用惠斯登电桥测量纯弯曲梁应变时，当温度补偿片的灵敏度高于被测量梁上贴的应变片灵敏度时，应变测量结果与真实结果（）。 A.偏大 B.偏小 C.一致 5、若静态应变仪标准灵敏系数为2时，标定的应变片灵敏系数小于2时,则应变仪的读数比实际应变值（）。 A.大 B.小 C.相等 D.可大可小