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工程力学实验指导书

工程力学实验指导书
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工程力学实验指导书

(试用版)

黄跃平胥明韩晓林编

东南大学力学实验中心

二○○七年九月

东南大学力学实验中心工程力学实验指导

实 验 守 则

一、要按指定的时间进行实验。准时进入实验室,不得迟到、早退。

二、每次实验前,要仔细阅读实验指导书,基本了解实验内容,目的,实

验步骤及机器和仪器的主要原理与使用方法等。

三、以小组为单位进行实验。小组长负责管理使用的设备,并组织分工和

统一指挥。

四、要爱护实验室的一切设备,非指定使用的机器设备不得乱动,以免发

生危险或损坏事故。

五、在实验过程中,如机器或仪器发生故障应立即向实验指导人员报告,

进行检查以便及时排除故障,保证实验的正常进行。

六、实验结束后,要清理机器、仪器工具。如有损坏、应及时向实验指导

人员报告,听候处理。

七、要保持实验室的清洁和安静,养成良好的科学作风。

八、实验完毕后,要认真做好实验报告,并对思考进行讨论。

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东南大学力学实验中心工程力学实验指导书

工程力学实验序

20世纪以来,工业技术高度发展,特别是航空航天工业的崛起;计算机的出现以及迅速地更新换代;各种新型材料不断问世并应用于广泛的工业部门;实验设备日趋完善、实验技术水平不断提高。所有这些进展,使得力学实验所涉及的领域更加宽阔、知识更加丰富多采。特别是面向21世纪这样的信息时代,工程力学实验的改革面临新的问题、新的机遇。归纳起来有以下几个方面:

1.必须突破以钢铁等金属材料主体的工程力学实验课程内容体系,引入新材料实验。

20世纪50年代以来,一些具有良好性能的结构材料,例如复合材料、高分子材料、结构陶瓷、耐热合金等,不断从军事工业与高科技领域扩展到许多工业部门。这些材料的使用大大减轻了结构重量,而结构的强度和寿命却几倍以至十几倍增长。据估计,到2000年,汽车制造业所采用的非金属材料将占到总重量的70%以上。这些材料的力学性能如何,由这些材料制造的零件和部件应当按怎样的准则进行设计,这是工程力学实验不能回避的问题。

2.必须突破与时间无关的线弹性问题,引入与时间有关的线性和非线性粘弹性问题。

经典工程力学实验主要讨论钢铁一类材料在常温、静载作用下弹性范围的应力变形问题,因而其应力应变保持线性关系且与时间无关。但是,对于高分子材料、结构陶瓷以及高温条件下工作的耐热合金等,它们的应力一应变关系都与时间有关,当然有些是线性的,有些是非线性的。

3.必须突破以静力实验为主教学模式,增加与动态测试技术有关的新实验。

以往的工程力学实验大都是在静荷载条件下完成的,缺乏动态测试的内容,而在工程的实际运用中,动态测试技术已经成为主要的手段。因此在静荷载条件下传统工程力学实验的基础上,改造和更新实验内容,是工程力学实验课程重要组成部分。

4.必须突破单纯的实验为主教学模式,紧密结合国家和国际的最新测试标准。

以往的工程力学实验基本上是按照旧的国家标准进行的,随着我国加入WTO,与国际标准接轨,我国标准的制定和修改的时间将大大缩短。如果仍然按照旧的国家标准进行实验,显然已不能符合时代的发展需要。积极了解国家标准和国际标准的发展动态,根据新的国家标准和国际标准改进实验方法已是当务之急。

5. 必须利用信息技术的高速发展的最新成果,充分利用信息技术,充分利用计算机在测试中超强的数据分析能力。

根据课程的特点,是采用人工读取实验数据,人工分析实验数据。目前随着信息技术的高速发展,计算机自动采集数据,自动分析数据已成为工程检测的主流;在课程中引进新的实验设备Instron和新的测试仪器-虚拟仪器Labview,加强学生运用计算机采集和分析数据的能力。

6. 必须突破传统的电测实验,利用光学测试技术的手段,引进现代光学测试技术实验。

新材料和新结构的发展,需要更好的测试技术,现代光测技术已经成为新材料测试技术的手段,引进光测技术实验,将扩展学生的视野,极大提高他们学习的积极性。

工程力学实验的主要内容是以材料力学的实验内容为主,以理论力学和光测力学的内容为辅。材料的力学性能实验以进口的电子拉伸试验机为主,结合国家标准和国际标准的要求进行。电测实验在验证理论公式的静态测试基础上,增加了多项动态电测实验内容。动态测试方面将以虚拟仪器设备为主,虚拟仪器设备也将应用在材料的力学性能实验和动态电测实验中。

工程力学实验课程对学生提出了更高的要求,主要在以下几个方面:

1 了解试验标准

材料的力学性能是材料的固有属性,不同的材料具有不同的力学性能。我们从试验中知道,材料的力学性能,如屈服极限、强度极限、疲劳极限和冲击吸收功等,除了与材料本身有关外,还与加载速度、试件几何形状、表面光洁度、试验周围环境的温度、湿度有关。因此,在进行工程力学实验性能的测试时,必须做出有关的规定,以便统一试验标准,使测试结果具有可比性。 这些规定在我国被称为国家标准(GB)或部标(JB、YB等)。其他国家也有各自的试验标准,如美国的ASTM。在国际间进行仲裁时,以国际标准进行试验,代号ISO。

2 撰写实验报告

它包括实验的目的、原理、方法和步骤,试验所用的仪器设备名称、型号、有关的性能指标、精度,试验的记录、结果的分析与计算,以及对实验中出现的问题进行讨论研究等,以便从中发现新的东西。对于科研实验报告,它是存档和进行交流的重要资料。对于学习者而言,实验报告则是在完成实验的基础上,书写实验、总结分析实验的过程。它可以培养实验者的文字、图表表达能力、对实验结果进行分析的能力,从而提高报告的水平。

3 了解和掌握新的测试工具

在掌握传统的测试手段的同时,引导学生了解新的测试技术,特别是现代动态测试技术和光学测试技术。

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实验1 金属材料拉伸实验

金属材料拉伸试验是材料力学最基本的实验,通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性能参数(弹性模量、强度、塑性等)。国家标准GB/T228-2002《金属材料室温 拉伸试验方法》,已于2002年7月1日开始实施。新版国家标准与原相关国家标准在引用标准、定义和符号、试样、试验要求、性能测定方法、测定结果数值修约及性能测定结果准确度阐述等方面都作了较大修改和补充。通过等效采用及鼓励和促进采用自动化测试的方式实现了与国际标准接轨。

1、实验目的

1.1 了解并掌握 GB/T228-2002所规定的定义和符号、试样、试验要求、性能测定方法;

1.2 了解Instron 3367电子万能材料试验机的构造和工作原理,掌握其使用方法;

1.3 测定金属材料的上、下屈服强度(R eH 、R eL );抗拉强度(Rm) ;最大力总伸长率(A gt) 和断后伸长率(A);截面收缩率(Z);

1.4 观察和分析金属试样在拉伸过程中的各种现象,并比较断后伸长率(A)和最大力总伸长率(A gt) 差异;

1.5 绘制材料的应力-延伸曲线和冷作硬化曲线,观察分析试样在冷作硬化对材料力学性能的影响。

2、实验设备和量具

Instron 3367电子材料试验机,引伸计,力传感器,位移传感器、游标卡尺等。最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形,如图所示。

图1-1拉伸试件 图1-2Instron 3367电子试验机 图1-3 Bluehill软件主界面

电子材料试验机可以做拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验,故习惯上称它为万能材料试验机,也称为全能机。全能机有机械、液压等电子多种类型。目前普遍采用电子材料试验机,试验机主要由加力部分和测力部分组成。电子材料试验机的构造、工作原理及操作规程介绍详见电子材料试验机指南。

3、金属材料(低碳钢)的拉伸实验原理 (GB/T228-2002)

当试样开始受力拉伸时,材料先呈现弹性状态,然后进行屈服阶段(状态),通常呈水平的锯齿状,试验发生屈服而力首次下降前的最高应力称上屈服极限( R eH),由于上屈服极限受变形速度等因素的影响较大(初始瞬时效应),一般不作为材料的强度指标;同样,屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。在屈服期间,不计初始瞬时效应时的最低应力,除此之外的其它最低点中的最小值作为屈服强度( R eL)。当屈服阶段结束后,继续加载,载荷—变形曲线开始上升,材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点卸载至零,则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载,则加载曲线沿原卸载曲线上升,以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。经过加载、卸载这一过程后,材料的比例极限和屈服强度提高了,而延伸率降低了,这称为冷作硬化。随着载荷的继续加大。拉伸曲线上升的幅度逐渐减小,当达到最大值(R m)后,试样的某一局部开始出现颈缩,而且发展很快,载荷也随之下降,迅速到达Fm点后,试样断裂。当载荷超过弹性极限时,就会产生塑性变形。金属的塑性变形主要是材料晶面产生了滑移,是由剪应力引起的。描述材料塑性的指标主要有材料断裂后的延伸率A (δ)和截面收缩率Z(ψ)来表示。标准中共定义了12 种可测的拉伸性能,即六种延性性能分别为A, A e , A gt , A g , A t 和Z ,六种强度性能R eH , R eL , R P , R t , R r 和R m。

强度指标

塑性指标

序号 符号 说明 符号 说明 1 R eH 上屈服强度 A gt 最大力总伸长率 2 R eL 下屈服强度 A g

最大力非比例伸长率

3 R P 规定非比例延伸强度 A e

屈服点延伸率 4 R t 规定总延伸强度 A 断后伸长率 5 R r 规定残余延伸强度

A t 断裂总伸长率 6

R m

抗拉强度

Z

断面收缩率

3.1 上屈服强度(R eH )和下屈服强度(R eL )的测定

(a) (b) 图1-5拉伸曲线示意图 图解方法 按标准规定的试验速率加载,记录力-延伸曲线,直至超过屈服阶段。按照定义在曲线上判定上屈服力和下屈服力的位置点,判定下屈服力时要排除初始瞬时效应的影响。上、下屈服力判定的基本原则如下:

(1)屈服前的第一个峰值力(第一个极大力) 判为上屈服力,不管其后的峰值力比它大或小。 (2)屈服阶段中如呈现两个或两个以上的谷值力,舍

去第一个谷值力(第一个极小值力) ,取其余谷值力

中之最小者判为下屈服力。如只呈现一个下降谷值力,此谷值力判为下屈服力。 (3)屈服阶段中呈现屈服平台,平台力判为下屈服力。如呈现多个而且后者高于前者的屈服平台,判第一个平台力为下屈服力。

(4)下屈服力必定低于上屈服力。

上述4 条基本原则应该说是十分重要的,不仅对人工判定方法,而且对自动化测定方法中测定程序的编制有帮助。以测得的上和下屈服力分别计算R eH 和R eL 。

当规定了要求测定屈服强度性能,但材料在实际试验时并不呈现出明显屈服状态(如高强度材料),而呈现出连续的屈服状态,此种情况材料不具有可测的上(或下)屈服强度。则应测定规定非比例延伸强度(R p0. 2) ,并注明材料无明显屈服。 3.2 规定非比例延伸强度(R p )的测定

新标准中删去了旧标准中逐级施力的人工测量方法。仅采用图解方法。

(1) 常规平行线方法 此方法仅适用于具有弹性直线段的材料测定R p 。试验时,记录力-延伸曲线,直至超过R p 对应的力F p 。在记录得到的曲线图上图解确定规定非比例延伸力F p ,进而计算R p。

(2) 滞后环方法 此种方法仅仅适用于不具有明显弹性直线段的材料测定R p 。试验时,对试样施加力,同时记录力-延伸曲线,加力至超过预期的规定非比例延伸强度后,将力卸除至约为所加力的10 % ,接着再施力直至进入力-延伸曲线的包迹线范围。正常情况下会画出一个完整的滞后环。然后经过滞后环两端点划直线和作该直线的平行线确定F p ,进而计算o

p p S F R

2.02

.0=

(3) 力-夹头位移方法 此种方法测定的R p 为近似准确。因为,夹头位移(或横梁位移) 不是仅仅由试样的平行长度的延伸所产生,而是包括了试样链的非弹性变形和链接间隙等。所以,仲裁试验不采用

此种方法。试验时,记录力-夹头位移曲线,直至超过F p 。然后作平行线确定F p 的值,进而计算R p 。

3.3 抗拉强度R m 的测定

在旧标准中,测定抗拉强度比较简单,测出拉伸试验过程中的最高应力便是。故判定抗拉强度对应的最大力时,不能完全照搬过去习惯的判定方法。可采用两种方法测定抗拉强度。

图解方法 试验时,记录力-延伸曲线或力-位移曲线。在记录得到的曲线图上按定义判定最大力,对于连续屈服类型,试验过程中的最大力判为最大力F m ;对于不连续屈服类型,过了屈服阶段之后的

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最大力判为最大力F m ,由最大力计算抗拉强度0

S F R m

m =

。 3.4 最大力总伸长率(A gt )和最大力非比例伸长率(A g )的测定和数据处理方法

图解方法 引伸计标距(L e )应等于或近似等于试样标距(L 0)。试验时纪录力-延伸曲线,直至力值超过最大力点。测定最大力点的总延伸(ΔL m ),计算100×Δ=e

m gt

L L A 。从最大力总延伸中扣除弹性延伸部分

得到非比例延伸,扣除的方法见图1-5所示,用得到的非比例延伸计算非比例延伸率A g 。有些材料在最大力时呈现一平台。当出现这种情况,取平台的中点作为最大力对应的总伸长率。在实验报告中应报告引伸计标距。

3.5 断面收缩率Z 的测定

由于试样拉断后,圆形横截面试样拉断后缩颈处最小横截面并不一定为圆形横截面形状,但测定的方法基础是建立在假定为圆形横截面形状上。在缩颈最小处两个相互垂直方向上测量直径,取其平均值计算横截面积,必要时将断裂部分在断裂处对接在一起后进行测量。对于矩形横截面试样断面收缩率的测定是假定矩形横截面四个边为抛物线型,它的等效横截面积粗略近似为,式中a u u S a b =u u 和b u 分别为断裂后缩颈处最小厚度和最大宽度。这样,以测定试样原始横截面积(S 0)与断裂后缩颈处最小横截面积(S u )之差与原始横截面积之比计算断面收缩率。

可以直接计算断面收缩率%10000×?=S S S Z u 。

3.6 断后伸长率(A)的测定

(1) 人工方法 试验前在试样平行长度上标记出原始标距(L 0)(误差≤±1 %) 和标距内等分格标记(一般标记10个等分格)。试样拉断后,将试样的断裂处对接在一起,使其轴线处于同一直线上,通过施加适当的压力以使对接严密。用量具测量断后标距。数据不进行修约,然后计算断后伸长率(A )。

(2) 图解方法(包括自动方法) 应用引伸计系统记录力-延伸曲线,或采集力-延伸数据,直至试样断裂。读取断裂点的总延伸,扣除弹性延伸部分后得到的非比例延伸作为断后伸长。扣除的方法是,过断裂点作平行于曲线的弹性直线段的平行线交于延伸轴,交点即确定了非比例延伸,参见图1-5。引伸计的标距(L e )应等于试样的原始标距(L 0)。 3.7 断裂总伸长率(A t )的测定

仅采用图解方法,试验时记录力-延伸曲线,直至试样断裂。以断裂点的总延伸计算A t 。 试验结果数值的修约间隔 性能 范围

修约间隔

3.8 性能测定结果数值的修约 ≤200N/mm 21N/mm 2试验结果数值应按照下表的要求进行修约。其中强度性能

R eH , R eL ,R p , R t , R r 和R m 的修约间隔与旧标准的相同。而延

性性能A e , A gt , A g , A t , A 和Z 的修约间隔与旧标准不同,

新标准中规定A e 的修约间隔为0.05% ,其余五种性能的修约间隔均规定为0.5%。修约的方法按照GB/T 8170。 200 N/mm 2

1000 N/mm 2

5 N/mm 2

R p ;R m

﹥1000 N/mm

210N/mm

2

A gt 、A

0.5%

4、Instron 电子试验机软件操作流程 4.1 开机登陆,启动测试软件

图1-6 登录界面 图1-7 测试窗口 图1-8程序选择窗口 图1-9 程序载入窗口 电子试验机软件Bluehill2登录界面,登录用户名为“学生”或“Student ”,登录密码为“83792247”。

登录后显示出Bluehill2软件的测试窗口,可以直接点击测试进入测试程序。

步骤1:选择实验2金属拉伸实验(圆形试样)或实验2金属拉伸实验(矩形试样),选择后显示出正打开文件窗口,请稍等待片刻。参见图1-8与图1-9。 4.2 输入参数,安装试样

步骤2:输入样品文件名,该文件名为实验结束时测试结果的保存文件的名称。输出文件夹可以选择为桌面。完成步骤2后请点击“下一步”。试验开始前请输入学号和姓名。正确输入后点击下一步进行“试测试前”。实验前测量试样的直径和试样长度(夹具的间距)的测量值。完成后点击下一步进行试验前提示窗口。

4.3 完成设置,观察加载过程

测试前请、按窗口中提示完成限位保护、安装试验、载荷调零、重设标距及请指导教师检查确认后,按下“开始”开始测试。

在加载过程中应注意观查试样在各阶段的应力-应变变化情况和试样的变形情况。

1-10

图1-11

单击“开始”后程序进入测试窗口,同时开始绘制应力-应变曲线,当伸长量达到10mm 时,由程序控制自动卸载,进行冷作硬化试验,请注意观察实验现象,见图1-11。 4.4 确定最大力和下屈服强度

试样断裂后,程序自动进入计算前窗口,取下试样,请输入断后试样长度和最小直径。 点击“下一步”,程序自动弹出编辑光标选中点窗口,请同学根据应力应变实测曲线和标准的定义用编辑光标选择最大力,用编辑光标选择确定最大力和下屈服强度。

(1)用编辑光标选择最大力,点击下一步确定,见图1-12确定最大力;

(2)用编辑光标选择下屈服强度点击下一步确定,图1-13确定下屈服强度; (3)光标选择点下屈服强度点击下一步确定,

(4)已选择点变为蓝色,如果你确认没有问题,点击“完成”,将选择点输入程序。程序界面显示完成后的曲线和测试结果,见图

1-14。

图1-12确定最大力 图1-13确定下屈服强度 图1-14确认完成

4.4 完成报告 点击“下一步”,进入试样失效形态输入窗口,请输入试样断裂状态(文本),见图1-15。 点击“下一步”,进入正在完成窗口,点击“结束样品”完成实验,见图1-16。程序弹出“开始另外一

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个新样品?”对话框,请选择“否”,见图1-17。

实验数据保存为数据文件,同学可以通过

选择文件打开查看实验记录和测试软件完成的实验报告,见图1-18,

如需拷贝请指导教师帮助完成。不得擅自使用移动硬.........

盘!..

5、金属材料的拉伸实验步骤

拉伸试样分比例试样和非比例试样两

种。比例试样系按公式00S K L =计算而得。式中L 0为标距,S 0为标距部分原始截面积,系数 K 通常为5.65和11.3,前者称为短试样(0065.5S L =),后者称为长试样(003.11S L =)。据此,短、长圆形试样的标距长度L 0分别等于5d 0、10d 0。非比例试样的标距与其原横截面间无上述关系。

图1-15 图1-16 图1-17

图1-18

5.1确定标距

选择适当的标距,并测量L 0的实际值。为了便于测量L u ,可将标距均分为若干格。 5.2试样的测量

原始横截面面积(S 0)的测定,原始横截面积的测定应准确到±1%。对于圆形截面用游标卡尺在试样标距的两端和中间的三个截面上测量直径,每个截面在互相垂直的两个方向各测一次,取其平均值;对于矩形截面用游标卡尺在试样标距的两端和中间的三个截面上测量宽度和厚度,测量每个尺寸应准确到±0.5%。计算三个截面的面积,取其中最小值作为原始横截面面积S 0。 5.3设备的准备

打开主机电源,静候数秒,以待机器系统检测;

打开Bluehill 测试软件,选取或编制相应测试程序 (或直接在电脑桌面上双击程序图标);并输入试样的相关参数。 5.4安装试件

根据试样长度调整试验机的上、下夹头的位置,达到适当的位置后,试件先安装在试验机的下夹头内。试样安装必须正确........,试样的轴线应与上........、下夹头的轴线重合,防止出现试样偏斜和夹持部分过.......................短的现象....。试验机调零后,再把试件上夹头夹紧。 5.5加载

正式加载,并记录各项目试验参数,注意观察试样在试验过程中各阶段的现象与变化情况。 试样断裂后,立即检查试验机是否自动停止加加载,如试验机未能停止运行,点击“停止”终止测试并取出试样,如果还不能停止,马上按下紧急按钮。 5.6保存数据

保存测试结果文件,另存为 *.LX 文件,文件名请使用学号。 5.7处理试验数据

将断裂试件的两断口对齐并尽量靠紧,测量断裂后标距段的长度L u ;测量断口颈缩处的直径d u ,计算断口处的横截面积S u 。

5.8整理实验现场

将断裂试件放到指定的位置,将夹头和试验机清理干净,将工具放回原位置。

6、思考题

(1)伸长与延伸的区别是什么?

(2)请修约以下数据 A = 23.65% A = 23.652% R p = 457MPa R p = 457.6MPa (3)断裂总伸长率与断后伸长率的区别是什么?如何测定? (4)为何在拉伸实验中必须采用标准试件或比例试件?

7、安全注意事项

常规安全预防措施

材料试验涉及由于载荷高、移动速度快和贮存的能量而带来的固有危险。必须清楚,所有的可移动和可操作部件都是潜在的危险,尤其是电动机械试验系统的移动横梁。一旦认为出现危险,立刻按下“紧急停止”按钮,停止试验并切断试样系统的电源。

仔细阅读所有相关手册并查看所有“警告”与“注意”。 确保将要在材料、组件或结构上使用的试验设置和实际试验不会对自己或他人造成危险。充分利用所有的机械和电子限位功能。这些限位可以防止作动缸活塞或移动横梁的移动超过需要的操作区域。同时为试样和设备提供保护以减少潜在的危险。最好的安全预防措施就是从将要使用的试验设备得到培训,并阅读“操作说明及参考手册”,充分了解试验设备。 危险 - 防挤压危险危险 - 确统脱离计算机控制时,作动缸或横梁立即转为响应手动控制的状态。在转入手动控制之改动计算机的软件配置。

危险 - 运行闭的操作上限和/或下限时触电危险源。安全盖开启时不得接通电源。尽快

止电缆损坏和意外断开

电缆的断开或损坏会引起控制信号和反馈信号丢失,导致不能形成闭环控制,可能会使作动缸或横梁迅速达到其动作极限。要防止所有电缆,尤其是传感器电缆的损坏。禁止将没有保护的电缆敷设在地面,或悬挂过度拉紧的电缆。电缆绕过拐角或穿过墙上开孔时要使用

衬垫防止擦伤电缆。

- 安装或取出试样时要小心

安装或取出试样、组件或结构时,需要在夹具之间的危险区域工作。要始终避开夹具的夹块。作动缸或横梁移动时,要避开夹具之间的危险区域。确保安装或取出操作所需的作动缸或横梁动作移动缓慢,而且尽可能在低加载设置下取出。

为避免损伤试验机的卡板与卡头,同时防止铸铁试样脆断飞出伤及操作者,应注意: 装卡试样时,横梁移动速度要慢,使试样下端缓慢插入下夹头的V 形卡板中,不要顶到卡板顶部;试样下端不要装卡过长,以免顶到卡头内部装配卡板用的平台。

拆装引伸计时,要插好定位校销钉,试验时要拔出销钉,以免损坏引伸计。

保从计算机控制转换到手动控制时横梁不会产生移动,否则不要将试验系统置于脱机状态

当系前,要确保控制的设置不会使作动缸或横梁产生意外的移动。

为保证试验顺利进行,试验时要读取正确的试验条件,严禁随意

环调整、波形程序块、或试验前,必须设置合适的限位

试验过程中,当作动缸或横梁的行程、加载力或应变达到试验系统中,系统中包含的操作限位将停止运动或关闭系统。 试验前,操作员正确设置操作限位可以减小损坏试验设备和系统的危险,以及对操作员的相应危险。

- 移开电器设备保护盖之前,必须断开总电源

开启电器安全盖或更换保险丝之前,必须断开设备总电装回保护盖。

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实验2 应变计的粘贴工艺

1. 实验目的

握常温用电阻应变片的粘贴技术。

措施等方法 2. 实应变计、胶水(502胶)、砂纸、万用电表、电烙铁、镊子、丙酮、导线、电阻应变仪。 3. 表面处理;2.应变计的粘贴、固化;3.导线的焊接;4.应变计和引线的防护以及备 或借助放大镜进行对待用的电阻应变计进行外观检查,观察敏感栅有无锈斑,缺陷,是否面处理

件,首先是清除表面油漆、氧化层和污垢;然后磨平或锉平,并用细砂布磨光。通常随所用粘结剂不同而异,用502胶贴片的过程是,待清洗剂挥发后,先在贴片位置滴一点5024.进行焊线。常温静态测量可使用双芯多股铜质塑料线作导线,动态测量应使用过接线端子,将应变片引出线轻轻撩起与接线端子焊点间留一定的拉伸环

察贴片方位是否正确,应变计有无损伤,粘贴是否牢固和有无气泡等;

; 4阻和粘结强度,严重时会使敏感栅锈蚀;酸,碱及油类浸入甚至会改变基底和

1.初步掌2.要求掌握选片、粘贴、引线、质量检查、防护3.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。验设备

试件;电阻应变计的粘贴工艺

1.构件测点部位的贴片质量检查等。这是电测技术中的一个关键环节,其中任何一道工序的质量未能保证,都将直接影响测试结果 4. 实验步骤

4.1 应变计准贴片前,凭肉眼排列整齐,基底和覆盖层有无损坏,引线是否完好。再用万用电表检查阻值,检查敏感栅是否有断路、短路,并进行阻值分选,对于共用温度补偿的一组应变计,阻值相差不得超过±0.5Ω,灵敏系数必须相同。

4.2 构件表对于钢铁等金属构称此工艺为“打磨”。打磨光洁度应达▽5左右。对非常光滑的构件,则需用细砂布沿45°方向交叉磨出一些纹路,以增强粘结力。打磨面积约为应变计面积的5倍左右。打磨完毕后,用划针轻轻划出贴片的准确方位。表面处理的最后一道工序是清洗。即用洁净棉纱或脱脂棉球蘸丙酮或其它挥发性溶剂对贴片部位进行反复擦洗,直至棉球上见不到污垢为止。 4.3 贴片

贴片工艺胶,用应变计背面将胶水涂匀,然后用镊子拨动应变计,调整位置和角度。定位后,在应变计上垫一层聚乙烯或四氟乙烯薄膜,用手指轻轻挤压出多余的胶水和气泡。待胶水初步固化后即可松开。

粘贴好的应变计应保证位置准确,粘结牢固、胶层均匀、无气泡和整洁干净。 4 导线的焊接与固定

粘结剂初步固化后,即可三芯或四芯屏蔽电缆作导线。

应变计和导线间的连接最好通,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。导线两端应根据测点的编号作好标记。 4.5 贴片质量检查(1)外观检查:观(2)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120Ω,检查有无断路、短路(3)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 Ω。 .6 应变计及导线的防护

粘结剂受潮会降低绝缘电粘结剂的物理性能。为了防止大气中游离水分和雨水、露水的浸入,在特殊环境下防止酸、碱、油等杂质侵入,对已充分干燥、固化,并已焊好导线的应变计,应涂上防护层。常用室温防护剂有凡士林、蜂蜡、硅橡胶、环氧树脂。5. 实验报告要求

简述贴片、接线、检查等主要步骤。

实验3 电阻应变计的热输出

电阻应变式传感器是实际工程中应用较广的传感器之一,将电阻式应变片牢固粘贴到各种弹性敏感元件阻应变计的温度特性及温度补偿的重要性和必要性。 2. 电膨胀的试件上,且试件不受外力作用。若环境温度不变,则应变计的应变为零计热输出的原因主要是:

度系数引起的;

感栅产生了附加变形。 电阻变化由于温度变化引起电阻应变计敏感栅阻值变化而产生附加应变为

上,可构成测量位移、加速度、力、力矩、压力等参数的电阻应变式传感器。它的主要优点是:传感器结构简单、使用方便、性能稳定可靠、灵敏度高、测量速度快、适合静态和动态测量等,易于实现测量过程自动化和多点同步测量。在机械、电力、航空、化工、建筑等领域中有着广泛的应用。但是由于温度变化引起应变片电阻变化对测量精度影响很大。通常由于温度变化引起的电阻应变计的附加应变与试件应变具有相同的数量级,所以不可忽视。 1. 实验目的

深入了解电掌握电阻应变计的温度特性的测定方法。

阻应变计的温度特性

当应变计安装在可以自由。若环境温度变化,则应变计产生应变输出。这种由于温度变化而引起的应变输出,称为应变计的热输出。

产生应变(1)应变计敏感栅材料本身的电阻温(2)由于敏感栅材料与试件材料的线膨胀系数不同,使敏应变计阻值变化产生热输出

温度变化引起电阻应变计阻值K

t K R R Δt t Δ==

αεα

α (3-1) 式中:K ———应变计的灵敏度系数。

α——— 应变计敏感栅材料的电阻温度系数; 膨胀系在试件上的应变计与试件在长度方向上一起产生变化,由于试件材料与电阻应出为: 数不同而产生热输出

当温度变化时,牢固粘贴变计敏感栅材料的线膨胀系数不同,将产生附加应变。温度变化时,由于膨胀系数不同而产生热输

t K

R R t t Δ?=Δ=

)(0

丝材试样ββεβ (3-2)

由温度变化而引起电阻应变计总的虚假应变量(热输出)为:

β

()t t

εα

ββΔ=+?Δ t K

试样敏感栅 (3-3) 式中:

β试样—试样的线膨胀系数 β敏感栅—敏感栅的线膨胀系数

这个温度引起的应变测量误差(热输出(K 、、导线、电阻应变仪、烘箱、温度计。 4. 实打磨至光洁度达▽5左右,有450

交叉纹,用丙酮清洗干净;将待用的电阻应变计分别粘贴测量至100℃;绘制热输出曲线,计算平均热输出系数。

)除与环境温度变化有关外,还与电阻应变片本身的性能参数α、β敏感栅) 以及试件的线膨胀系数β试样有关。由于这些因素实际上难以测量准确,热输出还与其他因素有关,因此采用实验测定的热输出曲线的方法。 3. 实验设备

电阻应变计验步骤

准备试样,在不锈钢、钢材、铝、石英玻璃等试样上,按三线法接至应变仪工作测试桥臂;将试样放入烘箱内,补偿片置于室温环境下(温度不变化);将电阻应变仪调节至零,烘箱缓慢升温,每隔10℃测量一次读数,

10

东南大学力学实验中心工程力学实验指导书

实验4 电阻应变计测量原理实验

1. 实验目的

1.1了解用电阻应变计测量应变的原理;

变计测量电桥的原理,掌握电阻应变仪的使用; 电桥的接线方法;

面上应变(应力)相等; 原理

3.1 为应变片,是最常用的测力学量传感元件, 用应变片测试时,应变片要牢固地粘力而发生变形时,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也相应发生变化;这种现1.2了解电阻应1.3进行电阻应变仪的操作练习,熟悉测量1.4测定等强度梁上已粘贴应变计处的应变,验证等应力梁各横截1.5掌握应变片在测量电桥中各种接线方法的工作原理和性能。2. 实验设备

等强度梁实验装置; 数字式电阻应变仪。 3. 实验装置及金属的电阻应变效应

电阻应变计习惯称贴在测试体表面,当测件受象称为金属的电阻应变效应。通过测量电路将其转换成电信号输出。长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的匀质金属丝,其电阻值R为 R=ρL/S ,等式两边取微分,得

S

dS l dl d R dR ?+=ρρ (1)式中:ρρd R dR ——电阻的相对变化;——电阻率的相对

变化;l

dl ——金属丝长度相对变化,且 l

dl =ε称为金属丝长度方向上的应变或轴向应变;S

dS ——

截面积的相对变化。

(12)(12)dR d dl d dl ρ由材料力学知

R l l

ρμμρρ=++=++。式中,前一项是由金属丝变形后单位电阻率变项是由金属丝变形后几何尺寸发生变化化引起的;后一所引起的。金属丝变形后电阻率变化

d ρ

ρ

与单位体积变化

dV

V

成正比即:

d d m

V

V ρ

ρ

= 在单向应力状态下

(12)dV dl

V l

μ=? [](12)S m (12)R

dl K R l

μμεΔ?=。比例系数K S 称为金属丝的应变灵敏系数(单位应变引起的电阻相对变化),金属丝电的伸长或缩短之间存在比例关系。 量测量电路之一,习惯称为测量电桥,如图4-1所示。测量电桥以电阻路,将应变计的电阻变化转化为电压或电流信号。

=+

+图4-1测量电桥电路

。在常温下3.2 测量电桥的基本特性

惠斯登电桥是最常用的非电阻的相对变化与金属丝应变计作为桥臂组成电桥电设电桥的四个桥臂上接上应变计,电阻分别为Ω=====12004321R R R R R ,如果桥臂电阻改变R 1Δ、

2R Δ、3R Δ、4R Δ ,则输出电压为 )(4321εεε?+?(4

)414433221ε=ΔΔ+?Δ?Δ=

o i R u u 的桥压;u s o K u

R R R R R R R 式中:u 0为电桥出电压;K s 为应变计的灵敏系数,即,i 为电桥的输i s i K R R ε=Δ0/;i ε分别

11

为应变计i R 所感受的应变值。由上式可见,测量电桥有如下特性:

两相邻桥臂上应变计的应变相减。

应变符号相同时,输出应变为两邻桥臂应变之差;反之为两相邻桥臂应变之和。 量电桥中的四个桥臂应变的代数和,

所以合理地、巧妙地利用测量杂受力杆件中的变化时,电阻应变计将产生热输出εt ,如果温度升高 1 oC,εt 即可达数电测中,必须消除热输出应变εt ,这十分重要。为达到完全补偿,需满足下列也要求相同;

一个电阻应变计的温度输出(εt )相等,即要量时,根据电桥基本特性和不同的使用情况,;2.从受力复杂的构件中测出所需要的某一应变分量;3.:

图4-3 测量电桥的接线方法

两相对桥臂上应变计的应变相加。

应变符号相同时,输出应变为两相对桥臂应变之和;反之为两相对桥臂应变之差。

电阻应变仪的应变读数实际上就是测电桥的特性,增大应变读数,提高测试灵敏度,并且通过合理的组桥方法,可以测出复内力(应力)分量。 3.3 温度的影响与补偿

在测量时,当温度发生十微应变。因此,在应变计三个条件:

(1)R 1和R 2须属于同一批号的,即它们的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏系数K s 都相同,两片的初始电阻值(2)用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者材料必须相同,即要求两者线膨胀系数相等; (3)两应变片处于同一温度环境中根据测量电桥特性,如果将两个电阻应变计接入电桥的相邻桥臂,或将四个应变计分别接入电桥的四个桥臂,只要每求电阻应变计相同,被测构件材料相同,所处温度场相同,则测量电桥输出

中就消除了εt 的影响,达到完全补偿。

3.4 电阻应变计在测量电桥中的接线方法

应变计在测量电桥中有各种接法。实际测图4-2 采用不同的接线方法,以达到以下目的:1.实现温度补偿提高被测物体应变的读数,提高测量的灵敏度。为了达到上述目的,需要充分利用电桥的基本特性,精心设计应变计在电桥中的接法。

在测量电桥中,根据不同的使用情况,各桥臂的电阻可以部分或全部是应变计。测量时,应变计在电桥中,常采用以下几种接线方法

12

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3.5 单臂测量接线法

若在测量电桥的桥臂AB上接电阻应变计,而另外三个桥臂BC 、CD 和DA 接固定的标准电阻(R 0),常称为1/4桥),此接法无温度补偿作用,仅仅适用于瞬态信号的测试。 3.6 点处粘贴电阻应变计,称工作应变计(简称工作片),接

入电动的工作应变片(符号相反)将它们适当地接入、下表面各一片应变片,此时,电阻应变仪的应变读数与温度无关为 则称为单臂测量接线法(单臂半桥测量接线法(补偿块补偿法 )

此方法是准备一个其材料与被测构件相同且不受外力的补偿块,并将它置于构件被测点附近,使补偿片与工作片处于同一温度场中。在构件被测桥的AB 桥臂,

另外在补偿块上粘贴一个与工作应变计规格相同的电阻应变计称温度补偿应变计(简称补偿片),接入电桥的BC 桥臂,在工作过程中补偿块不承受应变,仅随温度发生变形。由于R 1与R 2接入电桥相邻臂上,造成ΔR 1t 与ΔR 2t 相同。在电桥的CD和DA桥臂上接入固定电阻(标准电阻)R 0 ,称为单臂半桥测量接法(常称为半桥外补偿法)组成等臂电桥。根据电桥理论可知,其输出与温度无关。当工作应变片感受应变时,电桥将产生相应输出电压。 3.7 双臂半桥测量接线法(工作片补偿法)

在同一被测试件上粘贴几个工作应变计,使用两个差电桥中(比如相邻桥臂)。如取等强度梁上21εεε?=d 。当试件受力且测点环境温度变化时,每个应变计的应变中都包含外力和温度变化引起的应变,在应变仪的读数应变中能消除温度变化所引起的应变,从而得到作,又起到了温度补偿的作用。

3.8 四臂全桥测量接线法(工作片补偿法)

在测量电桥的四个桥臂上全部接根据电桥基本特性,所需测量的应变这种方法叫工作片补偿法(常称为半桥自补偿法)。在该方法中,工作应变计既参加工工作应变片,称为应变计感受的应全桥接线法。测量电桥的四个桥臂所接工作变分别为ε1、ε2、ε3、ε4。亦电阻应变仪的应变读数为 )(4321εεεεε?+?=d 。 3.9 等应力梁

图所示,梁厚为h ,梁长为l ,固定端宽

为b 0,自由端宽为b 。梁的截面成等腰三角形,集中力F

作用在三角形顶点。梁内各横截面产生的应力是

图4-4

等强度梁如相等的,表面上任意位置的应变也相等,因此称为等应力梁,其应变为E

h b E

2

=

=Fl

06σ

ε。等应力梁结构简单,加工容易,灵敏度高,常用于小压力测量中。

(1)测量试件尺寸,拟定实验方案,确定各项要求的组桥方式、接线和设置电阻应变仪参数;

4. 实验步骤

臂测量接线法、单臂半桥测量接线法、双臂半桥测量接线法、四臂全桥测量接线法、串录一次应变仪的读数,实验至少重复四次,如果数据重复稳定即可; (2)选择按单并联测量连线;

(3)检查、调零及试加载,正式分级加力前,记录下电阻应变仪的初始读数或将读数清零; (4)每加载一次记(5)数据通过后卸载、关闭电源、拆线并整理所用设备。 5. 试验结果处理

均d εΔ(1)数据处理,计算出以上各种测量方法下,ΔF 所引起的应变的平均值,并计算它们与理论应(2)比较各种测量接线法电路的测量灵敏度,并分析各种测量方法中温度补偿的实现方法。 求平均值、测试误差与偏差、桥路测量灵敏度。

变值的相对误差;

(3)对几组实验数据 13

实验5 材料弹性常数实验

1.实验目的

方法测定低碳钢的弹性模量E 及泊松比μ; 桥原理与应用。 2.实7电子拉力试验机;静态电阻应变仪;游标卡尺。 3.试用平板试件,试件形状尺寸及贴片方位如图所示。为了保证拉

伸时原理

料弹性模量E 一般采用比例极限内的拉伸实验,材料在比例极限内服从虎克定律,其荷载

1.用电测2.验证虎克定律;

3.掌握电测方法的组验设备

Instron336件

试样采试验结果的准确性,同时在试件两面粘贴应变片,以消除弯曲带来的

误差。

4.实验 图5-1 (1)测定材与变形关系为:

FL L EA ΔΔ=

(5-1) 若已知载荷ΔF 及试件尺寸,只要测得试件伸长Δ L 即可得出弹性模量E 。 由于本实验采用电测法测量,其反映变形测试的数据为应变增量,即

所以(5-1)成为:

01

F E A ε

Δ=

?Δ (5-2)

中:ΔF ——载荷增量,kN ;

mm 2

增量法逐级加载,分别测量在相同载荷增量 ΔF 作用下试件所产生变形间的线性关系,若各级载荷量ΔF 相等,相应地由应变仪读出的应变增量Δε出的变形不按一定规律变化就说明试验有错就拟定好。

最大应力值要在材料的比例极限内进行测试,故最大的应力值不能超过受拉伸或压缩时,不仅沿纵向发生纵向变形,在横向也会同时发生缩短或增大的横向变形实验时,如同时测出纵向应变和横向应变,则可由上式计算出泊松比μ。 5.件截面积尺寸,分别测量试样平行段的上、中、下截面积尺寸,计算截面积面分别贴三个电阻应变片;在温度补偿块上贴一个电阻应

式 A 0-----试件的横截面面积,为了验证力与变形的线性关系,采用的应变增量Δε。

增量法可以验证力与也大至相等,则线性关系成立,从而验证了虎克定律。

用增量法进行试验还可以判断出试验是否有错误,若各次测误,应进行检查。

加载方案应在测试前材料的比例极限,一般取屈服强度(R e )的70%~80%。取实验荷载:F max = 0.8A 0 R e ,加载级数一般不少于5级。

(2)材料在。由材料力学知,在弹性变形范围内,横向应变εy 和纵向应变εx 成正比关系,这一比值称为材料的泊松比,一般以μ表示,即

试验方法与步骤

(1)用游标卡尺测量试积,取三次的平均值作为初始横截面面积。

(2)在试件中间截面沿纵向轴线及其垂直方向0

()FL E L A Δ=

ΔL

L εΔΔ=0

x

y εμ=

ε

14

东南大学力学实验中心工程力学实验指导书

变片。

(3)将试件夹于试验机的下夹头,用单臂测量接线法(外补偿半桥接线方法),把三个工作片及补偿片Bluehill 控制软件,选择学生用户,输入密码进入。

下一步”

。 (7)输入试样

(10)每加一级载荷值,图

5-7。 述式进行计算弹性模量E 和横向变形系数μ。

进行对比。

6.思考题

验证虎克定律?

向两面贴两片电阻应变片? 接至电阻应变仪。

(4)打开电脑,启动(5)选择弹性模量测试方法,启动后输入样品文件名,如图5-2,然后单击“(6)输入学号、姓名,见图5-3,然后单击“下一步”。

图5-2 图5-3 图5-4

宽度和厚度,图5-4。然后单击“下一步”。 (8)按界面提示要求进行载荷调零和重设标距,见图5-5。 (9)试件上夹头夹紧后,开始加载,单击“开始”,图5-6。

图5-5 图5-6

,持荷30秒,在此期间读出并记下各测点的应变数值和载荷数(11)第一遍测试结束后,界面如图5-8所示,然后单击“下一步”。重新回到图5-2界面。再按上操作步骤重新开始实验,共做四次。

(12)将后三次的测试结果代入有关公(13)将后三次的测试结果,再用最小二乘法求出E 和μ,和用有关公式计算的结果

图5-7 图5-8

1.怎样2.为何沿试件纵向轴线方

15

实验6 弯曲正应力分布实验

1.实验目的

梁纯弯曲时的正应力分布规律,并与理论计算结果进行比较。 2.实梁加载设备 2、静态电阻应变仪YJ-28 3、矩形截面梁 图7-1 用低碳钢制成的矩形截面梁,如图7—1所示,在梁承受纯弯曲的某一截面上,沿梁横截面的

1.1 测定1.2 初步掌握电测的基本方法。 验设备

1、纯弯曲

3.实验原理

本实验采高度,每隔h/4贴上平行于轴线方向电阻应变片,R 6和R 7分别贴在梁的顶部和底部,R 2、R 3贴在

4

h

Y ±

=的位置,R 1在中性轴上。当梁受弯曲时,即可测出各点处的轴向应变实i ε(i=1、2、3、4、5、6、7)。由于梁的各层纤维之间无挤压,根据单向应力状态的虎克定律,求出各点的实验应力 为:

实i σ= E·实i ε(i =1、2、3、4、5、6、7)

已知梁受纯弯曲时的正应力公式为

z

M y

I σ?=

实验采用增量法加载。先选取适当的初荷载F 0,然后估算最大荷载F max ,它大约相当于最大弯曲正应力等于许用应力时的荷载,即[]2max

3bh F a

σ≤。由F 0至F max 可分成四级或五级加载,每增加等量的载荷 △F ,测得各点相应的应变增量为△的平均值实i εΔ实i ε,求出△实i ε,依次求出各点的应力增量△实i σ为:

16

东南大学力学实验中心工程力学实验指导书

i E i σεΔ=Δi 实实 (6-1)

把△实i σ与理论公式算出的应力增量:

i

i z

M y I σΔ?Δ=

理 (6-2) 加以比较从而验证理论公式的正确性。从图 7—l 的试验装置可知,△M 应为:

1

2

M F a Δ=

Δ? (6-3) 4.实验步骤

(1)根据低碳钢的许用应力确定最大荷载,并根据最大荷载确定每次加载的增量。 (2)将各工作片、补偿片接入电阻应变仪,各点预调平衡。

(3)请指导教师检查后,开始预加载,检查加载设备和应变仪是否处于正常状态。

(4)测试时要缓慢加载,记下每次荷载的增量ΔF 和相应的应变增量Δε;注意应变是否按比例增长,每个测点加载后卸载,重复三次,重复加载中出现的误差大小,可表明测量的可靠程度,应获得具有重复性的可靠试验结果;测完一点再换另一点,直至全部测完。

(5)小心操作,应特别注意不要超载,最大力不超过5 kN ,以免将压坏钢梁。 (6)实验结束后,应将导线从电阻应变仪上拆除,整理好放回原处。 5.实验结果的处理

(1)根据实验结果,逐点算出应变增量平均值实i εΔ代入公式(6-1)求出△实i σ。 (2)根据公式((6-2)、6-3)计算各点的理论弯曲应力值△理i σ。 (3)实验值与理论值进行比较,计算相对误差。

(4)绘制应变与梁高的分布曲线,应变分布是否满足纯弯曲平截面假定? (5)对最后两次实验数据的可靠性进行评价。 6.思考题

(1)实验结果和理论计算是否一致?如不一致,其主要影响因素是什么? (2)弯曲正应力的大小是否会受材料弹性系数E 的影响?

(3)在增量法测量中,未考虑梁的自重,是不是应该考虑?还是忽略不计? (4)如何测量钢梁的横向变形系数?

(5)什么是测试结果的可靠程度,如何提高?结合本次实验数据具体说明。

17

工程力学实验指导书(建环)

工程力学实验指导书(建环、给排水、包装工程) 2016年 9月

目录 实验一金属材料的拉伸实验 (2) 实验二金属材料的压缩实验 (5) 实验三弯曲正应力电测实验 (8)

实验一金属材料的拉伸实验 一、实验目的和要求 1、 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ;强度极限b σ,伸长率δ和截面收缩率φ 3、测定铸铁的强度极限b σ。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验装置和原理 实验仪器设备: CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。 试件制备: 实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成,如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸和形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:d 0为试件直径,L 0为试件的标距,并且短比例试件要求L 0=5d 0。 图1-1 实验原理: 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌粗糙。抗拉强度σb 较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 。、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。

兰大网院工程力学测试题及答案

1.梁横截面上的内力,通常()。 ?只有剪力FS ?只有弯矩M ?既有剪力FS,又有弯矩M ?只有轴力FN 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??既有剪力FS,又有弯矩M? 2.下列正确的说法是。() ?工程力学中,将物体抽象为刚体 ?工程力学中,将物体抽象为变形体 ?工程力学中,研究外效应时,将物体抽象为刚体,而研究内效应时,则抽象为变形体 ?以上说法都不正确。 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??以上说法都不正确。? 3.单元体各个面上共有9个应力分量。其中,独立的应力分量有()个。 ?9 ?3 ?6 ?4 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??6? 4.静不定系统中,未知力的数目达4个,所能列出的静力方程有3个,则系统静不定次数是()。?1次 ?3次 ?4次 ?12次 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??1次? 5.任意图形,若对某一对正交坐标轴的惯性积为零,则这一对坐标轴一定是该图形的()。 ?形心轴 ?主惯性轴

本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??主惯性轴? 6.空间力系作用下的止推轴承共有()约束力。 ?二个 ?三个 ?四个 ?六个 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??三个? 7.若在强度计算和稳定性计算中取相同的安全系数,则在下列说法中,()是正确的。?满足强度条件的压杆一定满足稳定性条件 ?满足稳定性条件的压杆一定满足强度条件 ?满足稳定性条件的压杆不一定满足强度条件 ?不满足稳定性条件的压杆不一定满足强度条件 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??满足稳定性条件的压杆一定满足强度条件? 8.有集中力偶作用的梁,集中力偶作用处()。 ?剪力发生突变 ?弯矩发生突变 ?剪力、弯矩不受影响 ?都不对 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??弯矩发生突变? 9.下列说法正确的是() ?工程力学中我们把所有的物体都抽象化为变形体 ?在工程力学中我们把所有的物体都抽象化为刚体 ?稳定性是指结构或构件保持原有平衡状态 ?工程力学是在塑性范围内,大变形情况下研究其承截能力。 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??稳定性是指结构或构件保持原有平衡状态?

材力实验讲义少学时和工程力学模板

实验一材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的力学性能 预习要求: 1、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容; 2、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法; 一、实验目的 1、观察低碳钢在拉伸时的各种现象, 并测定低碳钢在拉伸时的屈 服极限 s σ, 强度极限bσ, 延伸率δ和断面收缩率; 2、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象; 3、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象; 4、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象; 5、掌握微控电子万能试验机的操作方法。 二、实验设备与仪器 1、微控电子万能试验机; 2、扭转试验机; 3、50T微控电液伺服万能试验机; 4、游标卡尺。 三、试件 试验表明, 试件的尺寸和形状对试验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能, 国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准( GB6397—86) , 将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下: 试件标距长度 L0 横截面积 A0 圆试件直径 d0 表示延伸 率的符号

比例/长短 03.11A 或10d 0 任 意 任 意 δ10 065.5A 或5d 0 任 意 任 意 δ 5 本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件( 图一) , 试验段直径d 0=10mm , 标距l 0=100mm.。 本实验的压缩试件采用国家标准( GB7314-87) 中规定的圆柱形试件h /d 0=2, d 0=15mm, h =30mm (图二)。 本实验的扭转试件按国家标准( GB6397-86) 制做。 四、 实验原理和方法 ( 一) 低碳钢的拉伸试验 实验时, 首先将试件安装在试验机的上、 下夹头内, 并在实验段的标记处安装引伸仪, 以测量试验段的变形。然后开动试验机, 缓慢加载, 同时, 与试验机相联的 微机会自动绘制出载荷—变形曲 线( F —l 曲线, 见图三) 或应力—应变曲线( —曲线, 见图 图h d 0 l 0 d 0 图F 图 B B D E 图C

工程力学实验指导书.

第一章绪论 §1.1 工程力学实验的内容 实验是进行科学研究的重要方法,科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的,许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此,实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化,实际构件典型化,公式推导假设化基础之上的,它的结论是否正确以及能否在工程中应用,都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度,刚度等问题时,首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂,构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据,这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此,材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容: 1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下,材料在变形、强 度等方面表现出的一些特性,如弹性极限、屈服极限(屈服强度)、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据,而它们一般要通过实验来测定。此外,材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展,各种新型合金材料、合成材料不断涌现,力学性能的测定,是研究每一中新型材料的重要任务。 2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的,例如杆件 的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围,有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式,用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。 3.实验应力分析某些情况下,例如因构件几何形状不规则,受力复杂或精确的边 界条件难以确定等,应力分析计算难于获得准确结果。这时,用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力,便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算,其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。§1.2 材料力学试验的标准、方法和要求 材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等,虽是材料的固有属性,但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境(温度、介质)等有关。为使实验结果能相互比较,国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。

工程力学讲义

静力学 静力学的基本概念 1、平衡——平衡是物体机械运动的特殊形式,是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。 2、刚体——在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下,任意两点间的距离保持不变的物体。 刚体是一种理想化的力学模型。 一个物体能否视为刚体,不仅取决于变形的大小,而且和问题本身的要求有关。 3、力——力是物体相互间的机械作用,其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。 1. 静力学公理 基本概念 力系——作用于同一物体或物体系上的一群力。 等效力系——对物体的作用效果相同的两个力系。 平衡力系——能使物体维持平衡的力系。 合力——在特殊情况下,能和一个力系等效 的一个力。 公理一 (二力平衡公理) 要使刚体在两个力作用下维持平衡状态,必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。 公理二 (加减平衡力系公理) 可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力,而不改变原力系对刚体的作用。 推论 (力在刚体上的可传性) 作用于刚体的力,其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动,而不改变它对该刚体的作用。 公理三 (力平行四边形公理) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力,即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。 即,合力为原两力的矢量和。 矢量表达式:R= F1+F2 推论 (三力汇交定理) 当刚体在三个力作用下平衡时,设其中两力的作用线相交于某点,则第三力的作用线必定也通过这个点。 公理四 (作用和反作用公理)

任何两个物体间的相互作用的力,总是大小相等,作用线相同,但指向相反,并同时分别作用于这两个物体上。 公理五 (刚化公理) 设变形体在已知力系作用下维持平衡状态,则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体(刚化),其平衡不受影响。 2. 力对点之矩 力矩:表示力使物体绕某点转动效应的量称为力对点之矩简称力矩。 它的大小为力F的大小与力臂d的乘积,它的正负号表示力矩在平面上的转向。 由力矩的定义可知: a 当力的作用线通过矩心时,力臂值为0,力矩值也为0. b 力沿其作用线滑移时,不会改变力对点之矩的值,因为此时并未改变力,力臂的大小及力矩的转向。 合力矩定理 平面力系的合理对平面上任一点之矩,等于所有各分力对同一点力矩的代数和。 3 力偶的性质: 1、力偶的第一性质:力偶的作用效果是使刚体发生转动,不能与一个力等效——没有合力,也不能用一个力与之平衡——只有一个反转向的力偶才能与之平衡。因此力偶和力是静力学的两个基本要素(机械作用量)。 2、力偶的第二性质:力偶对物体的转动效应,用力偶矩来度量,其大小为力偶中力F与力偶臂h的乘积。同平面力偶的等效定理 3、同一平面内的两个力偶,如果力偶矩相等,则此二力偶相等。 4、力偶可在其作用面内任意移动(或移动到另一平行平面),而不改变对刚体的作用。 5、只要力偶的转向和力偶矩的大小不变(F、h可变),则力偶对刚体的作用效应就不变, 4. 力的平移定理 力的平移定理表明,作用于刚体上的力可以平移到刚体内任意一点,但必须附加一力偶。此附加力偶的力偶矩等于原力对平移点之矩。 5. 约束和约束反力 基本概念: 1、自由体:可以任意运动(获得任意位移)的物体。 2、非自由体:不可能产生某方向的位移的物体。 3、约束:由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。 4、约束反力:约束对被约束体的反作用力。 5、主动力:约束力以外的力。 几种常见约束力 (一)光滑接触面约束 性质:光滑支承面对物体的约束力,作用在接触点处,方向沿接触表面的公法线,

工程力学实验报告

实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验时间:设备编号:温度:湿度: 一、实验目的 1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢的弹性模量E。 3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限;强度极限,伸长率和截面收缩率 4、测定铸铁的强度极限。 5、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 6、了解CMT微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验设备和仪器 1.CMT微机控制电子万能实验机 2.电子式引伸计仪 3.游标卡尺 4.钢尺 三.实验原理 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。

低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌粗糙。抗拉强度σb 较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。 取下试件测量试件断后最小直径d1和断后标距 l1,由下述公式 A Fs s = σ A F b b = σ %1000 1?-= l l l δ %1000 1 0?-= A A A ψ 可计算低碳钢的拉伸屈服点σs 。、抗拉强度σb 、伸长率δ,和断面收缩率ψ;铸铁的抗拉强度σb 。 低碳钢的弹性模量E 由以下公式计算: l A Fl E ??= 00 式中ΔF 为相等的加载等级,Δl 为与ΔF 相对应的变形增量。 四、实验步骤 (1)低碳钢拉伸试验步骤

非常经典的工程力学实验指导书+题.

《工程力学》实验指导书 主编:2011年11月

目录 实验一拉伸和压缩实验 (3) 实验二梁弯曲正应力实验 (8) 实验三金属材料扭转实验 (12)

实验一 拉伸和压缩实验 拉伸实验 一、实验目的 1.观察与分析低碳钢、灰铸铁在拉伸过程中的力学现象并绘制拉伸图。 2.测定低碳钢的σs 、σb 、δ、ψ 和灰铸铁的σb 。 3.比较低碳钢与灰铸铁的机械性能。 二、实验内容 1.低碳钢拉伸实验 材料的机械性能指标σs 、σb 、δ 和ψ 由常温、静载下的轴向拉伸破坏试验测定。整个试验过程中,力与变形的关系可由拉伸图表示,被测材料试件的拉伸图由试验机自动记录显示。低碳钢的拉伸图比较典型,可分为四个阶段 : 直线阶段OA ——此阶段拉力与变形成正比,所以也称为线弹性变形阶段,A 点对应的载荷为比例极限载荷Fp ; 屈服阶段BC ——曲线常呈锯齿形,此阶段拉力的变化不大,但变形迅速增加,此段内曲线上的最高点称为上屈服点B ,,最低点称为下屈服点B ,因下屈服点B 比较稳定,工程上一般以B 点对应的力值作为屈服载荷Fs ; 强化阶段CD ——此阶段拉力增加变形也继续增加,但它们不再是线性关系,其最高点D 对应的力值为最大载荷Fb ; 颈缩阶段DE ——过了D 点,试件开始出现局部收缩(颈缩),直至试件被拉断。 图1-1为低碳钢拉伸图。 图1-1 图1-2 F

2.灰铸铁拉伸实验 对于灰铸铁,由于拉伸时的塑性变形极小,在变形很小时就达到最大载荷而突然断裂,没有明显的屈服和颈缩现象,其强度极限即为试件断裂时的名义应力。图1-2为铸铁拉伸图。 三、实验仪器、设备 1.600KN 微机屏显式液压万能试验机; 2.游标卡尺。 四、实验原理 1.根据低碳钢拉伸载荷F s 、F b 计算屈服极限σs 和强度极限σb 。 2.根据测得的灰铸铁拉伸最大载荷F b 计算强度极限σb 。 3.根据拉断前后的试件标距长度和横截面面积,计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。 %100001?-= L L L δ %1000 1 0?-=A A A ψ 五、实验步骤 (一)实验准备 1.打开计算机,双击计算机桌面上的TestExpert 图标,试验软件启动。 2.打开控制系统电源,系统进行自检后自动进入PC-CONTROL 状态。 3.软件联机并启动控制系统: (1)点击“联机”按钮.出现联机窗口,当此窗口消失证明联机成功。 (2)按下启动按钮,控制系统“ON ”灯亮后,软件操作按钮有效。 4.测量并记录试件的尺寸:在刻线长度内的两端和中部测量三个截面的直径d 0,取直径最小者为计算直径,并量取标距长度L 0。 5.调节横梁位置并安装试样。 (二)进行实验 1.设置试验条件。 2.开始试验: (1)按下“试验”按钮,试验机开始按试验程序对试件进行拉伸。仔细观 A F s s =σ0 A F b b =σ4 2 00d A ?= π

工程力学实验考试思考题

金属拉伸试验时加载速度为什么必须缓慢均匀? 为了获得更加准确的试验精度.加载时如果动作过大,则在加载的瞬间其重量是有变化的,对精度有较大的影响. 加载速度超过一定值就称为“动载荷”,此时低碳钢的“屈服”阶段变得不明显,强度极限也有所提高。所以拉伸加载时速度应缓慢:静载荷 为了看金属的疲劳曲线,缓慢均匀才看得清楚 什么是卸载规律和冷作硬化现象? 当对材料加载,使其应力超过弹性极限,材料会出现弹性应变和塑性应变。此时卸载,其弹性变形会完全恢复,但是弹性变形是不可恢复的,这部分应变被称为残余应变。 对有残余应变的材料重新加载,则其应力应变曲线沿着卸载的直线上升,可以发现其弹性极限(应力)有提高,那么它的屈服极限(强度指标)自然有提高。这种在常温下,经过塑性变形后材料强度变高,塑性降低的现象称为冷作硬化 冷作硬化在实际运用的很多特别是钢材 望采纳 低碳钢与铸铁试样扭转破坏情况有何不同,为什么? 低碳钢试件受扭转时沿横截面破坏, 此破坏是由横截面上的切应力造成 的,说明低碳钢的抗剪强度较差; 铸铁试件受扭转时沿大约45度斜截面 破坏,断口粗糙,此破坏是由斜截面 上的拉应力造成的,说明铸铁的抗拉 强度较差。 低碳钢与铸铁的抗拉抗压抗剪能力 低碳钢的拉、压强度近似相等,抗扭强度要小(大概根号3倍)。铸铁就不同了铸铁的抗压强度最大,其它要小得多。 圆截面试样拉伸试验屈服点和扭转试验屈服点有什么区别和联系? 当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服极限时,占横截面绝大部分的内层切应力任低于弹性极限,因而此时试样人变现为弹性行为,没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使截面大部分区域的切应力达到剪切屈服极限时,试样会表现出屈服极限,此时的扭矩比真实的屈服扭矩要大一些,对于破坏扭矩也会有同样的情况。 剪切弹性模量G的物理意义

工程力学

《工程力学》综合复习资料 1.已知:梁AB 与BC ,在B 处用铰链连接,A 端为固定端,C 端为可动铰链支座。 试画: 梁的分离体受力图。 2.已知:结构如图所示,受力P 。DE 为二力杆,B 为固定铰链支座,A 为可动铰链支座,C 为中间铰链连接。 试分别画出ADC 杆和BEC 杆的受力图。 3.试画出左端外伸梁的剪力图和弯矩图。(反力已求出) D E C B A P

4.已知:悬臂梁受力如图所示,横截面为矩形,高、宽关系为h=2b ,材料的许用应力〔σ〕=160MPa 。 试求:横截面的宽度b=? 5.已知:静不定结构如图所示。直杆AB 为刚性,A 处为固定铰链支座,C 、 D 处悬挂于拉杆①和②上,两杆抗拉刚度均为EA ,拉杆①长为L ,拉杆②倾斜角为α,B 处受力为P 。 试求:拉杆①和②的轴力N1 , N2 。 提示:必须先画出变形图、受力图,再写出几何条件、物理方程、补充方程和静力方程。可以不求出最后结果。 q M e =qa 2 =(11/6)qa

6.已知:一次静不定梁AB ,EI 、L 为已知,受均布力q 作用。 试求:支反座B 的反力。 提示:先画出相当系统和变形图,再写出几何条件和物理条件。 7.已知:①、②、③杆的抗拉刚度均为EA ,长L ,相距为a ,A 处受力P 。 试求:各杆轴力。 提示:此为静不定结构,先画出变形协调关系示意图及受力图,再写出几何条件、物理条件、补充方程,静立方程。 A L B q

8.已知:传动轴如图所示,C轮外力矩M c=1.2 kN m ,E轮上的紧边皮带拉力为T1,松边拉力为T2,已知 T1=2 T2,E轮直径D=40 cm ,轴的直径d=8cm,许用应力[σ]=120 Mpa 。 求:试用第三强度理论校核该轴的强度。 9.已知:梁ABC受均布力q作用,钢质压杆BD为圆截面,直径d=4 0 mm, BD杆长 L=800 mm , 两端铰链连接,稳定安全系数nst=3 , 临界应力的欧拉公式为 σcr=π2 E / λ2 ,经验公式为σcr= 304–1.12 λ, E = 2 0 0 GPa , σp=2 0 0 MPa ,σs=2 3 5 MPa 。

《工程力学》实验指导书

工程力学实验指导书力学与机械学研究所编 天津理工大学机械工程学院

2005.7 学生实验守则 1.学生应按照课程教学计划,准时上实验课,不得迟到早退。 2.实验前认真阅读实验指导书,明确实验目的、步骤、原理,预习有关的理论知识,并接受实验教师的提问和检查。 3.进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹,不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。 4.做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程,爱护仪器设备,节约使用材料,服从实验教师指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。 5.实验中要细心观察,认真记录各种试验数据。不准敷衍,不准抄袭别组数据,不得擅自离开操作岗位。 6.实验时必须注意安全,防止人身和设备事故的发生。若出现事故,应立即切断电源,及时向指导教师报告,并保护现场,不得自行处理。 7.实验完毕,应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。 8.实验后要认真完成实验报告,包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。 9.在实验过程中,由于不慎造成仪器设备、工具损坏者,应写出损坏情况报告,并接受检查,由领导根据情况进行处理。 10.凡违反操作规程,擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的,肇事者必须写出书面检查,视情节轻重和认识程度,按章程预以赔偿。

目录 引言..................................................(4)实验一金属拉伸实验....................................(5)实验二金属压缩实验.....................................(8)实验三金属(园轴)扭转试验..............................(17)

工程力学测试题(附答案)

1、如图1所示,已知重力G ,DC=CE=AC=CB=2l ;定滑轮半径为R ,动滑轮半径为r ,且R=2r=l, θ=45° 。试求:A ,E 支座的约束力及BD 杆所受的力。 1、解:选取整体研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 选取DEC 研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 2、图2示结构中,已知P=50KN ,斜杆AC 的横截面积A1=50mm2,斜杆BC 的横截面积A2=50mm2, AC 杆容许压应力[σ]=100MPa ,BC 杆容许应力[σ]=160MPa 试校核AC 、BC 杆的强度。 解:对C 点受力分析: 所以,; 对于AC 杆:, 所以强度不够; 对于BC 杆:, 所以强度不够。 3、图3传动轴上有三个齿轮,齿轮2为主动轮,齿轮1和齿轮3消耗的功率分别为和。若轴的转速为,材料为45钢,。根据强度确定轴的直径。 3、解: (1) 计算力偶距 (2) 根据强度条件计算直径 从扭矩图上可以看出,齿轮2与3 间的扭矩绝对值最大。 4、设图4示梁上的载荷q,和尺寸a 为已知,(1) 图;(3)判定最大剪力和最大弯矩。 剪力方程: 弯矩方程: AC :(). CB: () 5、图5示矩形截面简支梁,材料容许应力[σ]=10MPa ,已知b =12cm ,若采用截面高宽比为h/b =5/3,试求梁能承受的最大荷载。 解:对AB 梁受力分析 作AB 梁的弯矩图,可以看出,最大弯矩发生在梁的中点处,且 由强度条件,, 所以,。 1、解:选取整体研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 选取DEC 研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 2、 解:对C 点受力分析: 1 2 3 x T 155N.m

工程力学(一)知识要点

《工程力学(一)》串讲讲义 (主讲:王建省工程力学教授,Copyright 2010-2012 Prof. Wang Jianxing) 课程介绍 一、课程的设置、性质及特点 《工程力学(一)》课程,是全国高等教育自学考试机械等专业必考的一门专业课,要求掌握各种基本概念、基本理论、基本方法,包括主要的各种公式。在考试中出现的考题不难,但基本概念涉及比较广泛,学员在学习的过程中要熟练掌握各章的基本概念、公式、例题。 本课程的性质及特点: 1.一门专业基础课,且部分专科、本科专业都共同学习本课程; 2.工程力学(一)课程依据《理论力学》、《材料力学》基本内容而编写,全面介绍静力学、运动学、动力学以及材料力学。按重要性以及出题分值分布,这几部分的重要性排序依次是:材料力学、静力学、运动学、动力学。 二、教材的选用 工程力学(一)课程所选用教材是全国高等教育自学考试指定教材(机械类专业),该书由蔡怀崇、张克猛主编,机械工业出版社出版(2008年版)。 三、章节体系 依据《理论力学》、《材料力学》基本体系进行,依次是 第1篇理论力学 第1章静力学的基本概念和公理受力图 第2章平面汇交力系 第3章力矩平面力偶系 第4章平面任意力系 第5章空间力系重心 第6章点的运动 第7章刚体基本运动 第8章质点动力学基础 第9章刚体动力学基础 第10章动能定理 第2篇材料力学 第11章材料力学的基本概念 第12章轴向拉伸与压缩 第13章剪切 第14章扭转 第15章弯曲内力 第16章弯曲应力 第17章弯曲变形 第18章组合变形 第19章压杆的稳定性 第20章动载荷 第21章交变应力

考情分析 一、历年真题的分布情况 结论:在全面学习教材的基础上,掌握重点章节内容,基本概念和基本计算,根据各个章节的分数总值, 请自行给出排序结果。 二、真题结构分析 全国2010年1月自学考试工程力学(一)试题 课程代码:02159 一、单项选择题(本大题共10小题,每小题2分,共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。

工程力学实验报告

实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 实验时间:设备编号:温度:湿度: 一、实验目的 1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢的弹性模量E。 3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限;强度极限,伸长率和截面收缩率 4、测定铸铁的强度极限。 5、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 6、了解CMT微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验设备和仪器 1.CMT微机控制电子万能实验机 2.电子式引伸计仪 3.游标卡尺 4.钢尺 三.实验原理 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 1 分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈—12a)低碳钢试件的拉伸曲线

(图缩四个阶段。比较简单,既没有明显的直线段,也没有—2b)铸 铁试件的拉伸曲线(图1屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断 口与横截面重合,断口形貌粗较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型σb糙。抗拉强度和铸铁试件、最大载荷Fb电子计 算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs Fb。的最大载荷 l1,由下述公式取下试件测量试件断后最小直径d1和断后标距 A??lAFlFs????10b01%%?100????100?bs AAlA 0000,和断面收缩δσb、伸长率。可计算低碳钢的拉伸屈服点σs、抗拉强度。σbψ率;铸铁的抗拉强度由以下公式计算:低碳钢的弹 性模量E Fl?0?E l?A0相对应的变形增量。ΔΔl为与F为相等的加载等级,Δ式中F四、实验步骤 低碳钢拉伸试验步骤(1) 2 按照式样、设备的准备及测试工作,大致可以将低碳钢拉伸试验步骤归纳如下: do lo。在式样标距段的及标距首先,将式样标记标距点,测量式样直 径两端和中间3处测量式样直径,每处直径取两个相互垂直方向的平均值,do。用扎规和钢板尺处直径的最小值取作试验的初始直径做好记录。3lo测量低碳钢式样的初始标距长度。接着,安装试件。按照微机控制电子万能试验机的操作方法,运行电子万能试验机程序, 并开启控制器电源。先将有力传感器的夹具夹住式样的一端,在微型电子计算机电子万能试验机应用软件界面中执行力清零;在移动横梁,使式样的另一端缓慢插入另型卡板中,锁紧夹头,进行保护从而消除

工程力学实验指南

工程力学实验指导书 仲恺农业工程学院机电工程系 2008.1

前言 材料力学是研究工程材料力学性能和构件强度、刚度和稳定性计算理论的科学,主要任务是按照安全、适用与经济的原则,为设计各种构件(主要是杆件)提供必要的理论和计算方法以及实验研究方法。 要合理地使用材料,就必须了解材料的力学性能,各种工程材料固有的力学性质要通过相应的试验测得,这是材料力学实验的一个主要任务。 另外,材料力学的理论是以一定的简化和假设为基础。这些假设多来自实验研究,而所建立理论的正确性也必须通过实验的检验,这是材料力学实验的第二个任务。 材料力学实验的第三个任务是通过工程结构模型或直接在现场测定实际结构中的应力和变形,进行实验应力分析,为工程结构的设计和安全评估提供可靠的科学依据。 从以上所述各项任务中,不难看到材料力学实验的重要性,它与材料力学的理论部分共同构成了这门学科的两个缺一不可的环节。 学生在学习并进行材料力学实验时,应注意学习实验原理、试验方法和测试技术,逐步培养科学的工作习惯和独立分析、解决问题的能力,要善于提出问题,勤于思考,勇于创新。这样才能牢固地掌握材料力学课程的基本内容,为将来参加祖国社会主义现代化建设打下坚实的基础。 指导书中将实验内容分为“基本实验”和“选做实验”两个层次,这样既可保证实验教学的基本要求,又可根据不同的需求进行选择,以期在培养学生的综合分析能力和创新能力方面发挥重大作用。 本实验指导书中难免存在缺点和错误之处,请师生们指正,以便今后进一步修改和完善。

基本实验 1 低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1.试样在拉伸或压缩实验过程中,观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2.测定该试样所代表材料的P S、P b和ΔL等值。 3.对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较,对其强度指标和塑性指标进行比较。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具 电子万能试验机,引伸计、钢板尺,游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1.低碳钢的拉伸实验 在拉伸实验前,测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中,观察屈服(流动)、强化,卸载规律、颈缩、断裂等现象;绘制p——ΔL曲线如图2—1(a)所示;记录试件的屈服抗力P s和最大抗力P b。试件断裂后,测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据,计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。 7 图1—1 低碳钢拉伸图及压缩图 强度指标:

工程力学实验考试复习

第二章 一、实验技术标准 实验标准:针对给定试验对试验对象、设备、条件、方法、技术等各个环节给予具体规定的文件。一般由标准化组织制定。 二、试验方案 1、试验目的、内容,依据的标准或协议。 2、试样的要求(设计图、加工质量、数量)。 3、仪器设备的选择和标定。 4、试验的具体方法和步骤,试验出现异常时的预备方案和安全措施。 5、规划试验人员的配备、组织和协调。 6、试验经费预算和进度安排。 三、力学量及其测量设备 载荷测力仪、材料试验机 长度量具(游标卡尺、千分尺、光学显微镜) 变形引伸计 应变电测设备(应变计+应变仪) 四、试样 实验分为材料试样实验和实物模型实验 材料试样实验主要用于了解材料的力学性能;取材方式应满足相应的国家标准。 实物模型试验主要用于大型结构的设计(大坝、桥梁、核反应堆)等。模型应满足相似理论。 五、数值修约规则 一、修约的表达方式 指定修约位数的表示方法如:保留三位有效数字。保留两位小数。 指定修约间隔的表示方法 如:修约间隔为0.02。其含义是保留到小数点后两位、且是0.02的整数倍。 四舍六入五考虑, 五后非零则进一, 五后皆零看奇偶, 五前为偶则舍去, 五前为奇则进一。 例1:将下列数据修约到三位有效数据例2:将数据12.75按0.5单位修约。 三、有效数字运算法则 原则:先修约后运算 1、加减法:修约时,应按各数中末位最高者修约。 例4:求21.01,7.341,0.786的和。解:应为21.01+7.34+0.79=29.14 2、乘除法:修约时,按各数中有效数字最少者修约。

例4:求21.01,7.34,0.786的积。解:应为 21.0×7.34×0.786=121 第三章 一、变形计的基本特征 标距:指测量所使用的长度。 灵敏度:指变形计对被测变形量的感应能力,是读数与被测量值的商 。(也称为放大倍数) 量程:指被测量值的上、下限之差。 精确度:指测量结果与真值的符合程度 。用示值误差、示值变动性和示值进回程差衡量。 二、应变及其测量 1、线应变定义 若线段Δx 的变形为Δu ,则线段Dx 的平均线应变 x u x ??=ε 一点的线应变 x u x x ??=ε→?0lim 三、电阻应变计的构造 基 底—将敏感栅定位并保证敏感栅与构件之间的绝缘电阻 敏感栅—将被测构件表面应变转换成电阻变化输出 覆盖层—保护敏感栅 粘结剂—将敏感栅固结在基底和覆盖层之间 引出线—连接敏感栅与测量导线 Ks ——称为金属丝的应变灵敏系数 )21(ν++ερρ=ε=d R dR K S 在一定范围内,对特定材料和加工方法,电阻变化率与其应变之间成线性关系(如康铜等)。 四、理想的敏感栅材料特性 1、灵敏系数Ks 大,且在较大范围内保持不变。 2、电阻率高。 3、电阻温度系数小且稳定。 4、弹性极限高于被测构件弹性极限。 5、易于加工成丝或箔。 五、按敏感栅材料分类 : 康铜(Ni45%Cu55%) ——KS 高且稳定,电阻率r 高,电阻温度系数小,弹性好,加工性能好。常用于中、常温 静载及大应变测量。 镍铬合金(Ni80%Cr20%) ——高,电阻温度系数也大,疲劳寿命高。适宜动态应变测量和制作小栅长应变计。 卡玛合金(Ni74%Cr20%Al3%Fe3%)

工程力学实验指导书(五个)

工程力学实验指导书 (电测实验) 能源工程学院 二00九年三月

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)作实验时,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,并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。

目录 第一章绪论 (1) §1-1实验的内容 (1) §1-2试验方法和要求 (1) 第二章实验设备及测试原理 (2) §2-1组合式材料力学多功能实验台 (2) §2-2电测法的基本原理 (3) 第三章材料力学电测实验 (8) 实验一材料弹性模量E的测定 (8) 实验二纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验......1 3 实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定..............1 5 实验四偏心拉伸实验 (20)

(完整版)工程力学试题库(学生用)

工程力学复习题 一、选择题 1、刚度指构件( )的能力。 A. 抵抗运动 B. 抵抗破坏 C. 抵抗变质 D. 抵抗变形 2、决定力对物体作用效果的三要素不包括( )。 A. 力的大小 B. 力的方向 C. 力的单位 D. 力的作用点 3、力矩是力的大小与( )的乘积。 A.距离 B.长度 C.力臂 D.力偶臂 4、题4图所示AB 杆的B 端受大小为F 的力作用,则杆内截面上的内力大小为( )。 A 、F B 、F/2 C 、0 D 、不能确定 5、如题5图所示,重物G 置于水平地面上,接触面间的静摩擦因数为f ,在物体上施加一力F 则最大静摩擦力最大的图是( B )。 (C) (B)(A) 题4图 题5图 6、材料破坏时的应力,称为( )。 A. 比例极限 B. 极限应力 C. 屈服极限 D. 强度极限 7、脆性材料拉伸时不会出现( )。 A. 伸长 B. 弹性变形 C. 断裂 D. 屈服现象 8、杆件被拉伸时,轴力的符号规定为正,称为( )。 A.切应力 B. 正应力 C. 拉力 D. 压力 9、下列不是应力单位的是( )。 A. Pa B. MPa C. N/m 2 D. N/m 3 10、构件承载能力的大小主要由( )方面来衡量。

A. 足够的强度 B. 足够的刚度 C. 足够的稳定性 D. 以上三项都是 11、关于力偶性质的下列说法中,表达有错误的是()。 A.力偶无合力 B.力偶对其作用面上任意点之矩均相等,与矩心位置无关 C.若力偶矩的大小和转动方向不变,可同时改变力的大小和力偶臂的长度,作用效果不变 D.改变力偶在其作用面内的位置,将改变它对物体的作用效果。 12、无论实际挤压面为何种形状,构件的计算挤压面皆应视为() A.圆柱面 B.原有形状 C.平面 D.圆平面 13、静力学中的作用与反作用公理在材料力学中()。 A.仍然适用 B.已不适用。 14、梁剪切弯曲时,其横截面上()。A A.只有正应力,无剪应力 B. 只有剪应力,无正应力 C. 既有正应力,又有剪应力 D. 既无正应力,也无剪应力 15、力的可传性原理只适用于()。 A.刚体 B. 变形体 C、刚体和变形体 16、力和物体的关系是()。 A、力不能脱离物体而独立存在 B、一般情况下力不能脱离物体而独立存在 C、力可以脱离物体 17、力矩不为零的条件是()。 A、作用力不为零 B、力的作用线不通过矩心 C、作用力和力臂均不为零 18、有A,B两杆,其材料、横截面积及所受的轴力相同,而L A=2 L B,则ΔL A和ΔL B 的关系是() A 、ΔL A=ΔL B B、ΔL A=2ΔL B C、ΔL A=(1/2)ΔL B 19、为使材料有一定的强度储备,安全系数的取值应()。 A 、=1 B、>1 C、<1 20、梁弯曲时的最大正应力在()。

工程力学实验指导书

工程力学实验指导书 (建环、给排水、包装工程) 2016年 9月

目 录 实验一 金属材料的拉伸实验 (2) 实验二 金属材料的压缩实验 (5) 实验三 弯曲正应力电测实验 (8) 实验一金属材料的拉伸实验 一、实验目的与要求 1、 观察低碳钢与铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ;强度极限b σ,伸长率δ与截面收缩率φ 3、测定铸铁的强度极限b σ。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理与使用方法。 二、实验装置与原理 实验仪器设备: CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。 试件制备: 实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成,如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸与形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:d 0为试件直径,L 0为试件的标距,并且短比例试件要求L 0=5d 0。 图1-1 实验原理: 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3、0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3、0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形

工程力学期末考试题及答案

一. 一. 一. 选择题(共10分) 1.(5分) 两根细长杆,直径、约束均相同,但材料不同,且E 1=2E 2则两杆临界应力的关系有四种答案: (A)(cr )1=(cr )2; (B)(cr )1=2(cr )2; (C)( cr )1=( cr )2/2; (D)( cr )1=3(cr )2。 正确答案是 。 2.(5分) 已知平面图形的形心为C ,面积为A ,对z 轴的惯性矩为I z ,则图形对z 1轴的惯性矩有四种答案: (A)I z +b 2A ; (B)I z +(a+b)2A ; (C)I z +(a 2-b 2)A ; (D)I z +(b 2-a 2)A 。 正确答案是 。 z z C z 1 a b C 二. 填空题(共10分) 1.(5分)

铆接头的连接板厚度t=d ,则铆钉剪应力 = ,挤压应力 bs = 。 P/2 t t t d P P/2 2.(5分) 试根据载荷及支座情况,写出由积分法求解时,积分常数的数目及确定积分常数的条件。 积分常数 个, 支承条件 。 A B C D P 2l l l 三.(15分) 图示结构中,①、②、③三杆材料相同,截面相同,弹性模量均为E ,杆的截面面积为A ,杆的长度如图示。横杆CD 为刚体,载荷P 作用位置如图示。求①、②、③杆所受的轴力。

C D

四.(15分) 实心轴与空心轴通过牙嵌离合器相连接,已知轴的转速n=100r/min ,传递的功率N=10KW ,[ ]=80MPa 。试确定实心轴的直径d 和空心轴的内外直径d 1和D 1。已 知=d 1/D 1=0.6。 d 1 D 1d

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