实验六

试验六三轴试验实验六：三轴试验⼀、基本原理三轴剪切试验是⽤来测定试件在某⼀固定周围压⼒下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压⼒下测得的抗剪强度，利⽤莫尔-库仑破坏准则确定⼟的抗剪强度参数。

三轴剪切试验可分为不固结不排⽔试验（UU ）、固结不排⽔试验（CU ）以及固结排⽔剪试验（CD ）。

1、不固结不排⽔试验：试件在周围压⼒和轴向压⼒下直⾄破坏的全过程中均不允许排⽔，⼟样从开始加载⾄试样剪坏，⼟中的含⽔率始终保持不变，可测得总抗剪强度指标U C 和U φ；2、固结不排⽔试验：试样先在周围压⼒下让⼟体排⽔固结，待固结稳定后，再在不排⽔条件下施加轴向压⼒直⾄破坏，可同时测定总抗剪强度指标CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C ′和φ′及孔隙⽔压⼒系数；3、固结排⽔剪试验：试样先在周围压⼒下排⽔固结，然后允许在充分排⽔的条件下增加轴向压⼒直⾄破坏，可测得总抗剪强度指标d C 和d φ。

⼆、试验⽬的1、了解三轴剪切试验的基本原理；2、掌握三轴剪切试验的基本操作⽅法；3、了解三轴剪切试验不同排⽔条件的控制⽅法和孔隙压⼒的测量原理；4、进⼀步巩固抗剪强度的基本理论。

三、试验设备1、三轴剪⼒仪（分为应⼒控制式和应变控制式两种）。

（1）三轴压⼒室：压⼒室是三轴仪的主要组成部分，它是由⼀个⾦属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压⼒室底座通常有3个⼩孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙⽔压⼒量测系统相连。

（2）轴向加荷传动系统：采⽤电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采⽤可控硅⽆级调速，根据⼟样性质及试验⽅法确定加荷速率，通过传动系统使⼟样压⼒室⾃下⽽上的移动，使试件承受轴向压⼒。

（3）轴向压⼒测量系统：通常的试验中，轴向压⼒由测⼒计（测⼒环或称应变圈等等）来反映⼟体的轴向荷重，测⼒计为线性和重复性较好的⾦属弹性体组成，测⼒计的受压变形由百分表测读。

轴向压⼒系统也可由荷重传感器来代替。

（4）周围压⼒稳压系统：采⽤调压阀控制，调压阀当控制到某⼀固定压⼒后，它将压⼒室的压⼒进⾏⾃动补偿⽽达到周围压⼒的稳定。

实验六 利用电位差计测量电压一、实验目的1. 理解并掌握电位差计的工作原理；2. 掌握用箱式电位差计测量电压的方法。

二、实验器材直流稳压电源、电阻箱一个、滑线变阻器一个、万用表一个、箱式直流电位差计一只，导线等。

三、实验原理如图所示，标准电压Es=1.0186V ，调节滑动变阻器1使开关打向左边Es 时I G =0。

此时，流经电阻和滑动变阻器2的电流为：10101.86s E I mA == 当开关打向右边Ux 时，调节滑动变阻器2使I G =0，此时回路1的器件和条件都没发现变化，其电流仍然为10mA ，此时滑动变阻器2的左端电压就等于Ux 的电压。

四 、实验步骤（1）电压的测量1、打开直流是位差计电源开关，将倍率开关K1由“断”放所需档位5上，将功能开关K3旋到“测量”，旋动调零电位器，使检流计初步指零；令电位差计预热5分钟；2、将检流计精细调0；将扳键推向“标准”，旋动工作电流调节旋钮“粗”，“微”，使检流计指0；3、按图2所示，接好电路图；4、用万用表测量100欧姆电阻两端电压；5、按万用表测量数据初步调节读盘数据，被测电阻两端电压按正确极性接在“未知”接线柱上，将扳键开关K2扳向“未知”；调节大小读数使检流计指零，则被测量值等于倍率与3个读盘之和的乘积。

图1 电位差计实验原理图2 电位差计测量电压（2）电位差计的灵敏度电位差计的灵敏度定义为：电位差计平衡后，单位被测电压的变化所引起的检流计指针偏转的变化。

若改变平衡时的补偿电压U的改变量为△U，引起检流计指针的偏转为△n，则灵敏度S为：S=△n/△U =五、实验报告万用表测量电压值为电位差计测量值为电位差计的灵敏度S=。

实验六验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律。

1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。

若物体某时刻瞬时速度为v，下落高度为h，则重力势能的减少量为mgh，动能的增加量为12m v2，看它们在实验误差允许的范围内是否相等，若相等则验证了机械能守恒定律。

2．速度的测量：做匀变速直线运动的物体某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移的平均速度。

计算打第n点速度的方法：测出第n点与相邻前后点间的距离x n和x n＋1，由公式v n＝x n＋x n＋12T计算，或测出第n－1点和第n＋1点与起始点的距离h n－1和h n＋1，由公式v n＝h n＋1－h n－12T算出，如图所示。

铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。

1．安装置：如图所示，将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。

2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。

先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。

更换纸带重复做3～5次实验。

3．选纸带：分两种情况说明(1)用12m v2n＝mgh n验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离接近2 mm的纸带。

若第1、2两点间的距离大于2 mm，则可能是由于先释放纸带后接通电源造成的。

这样，第1个点就不是运动的起始点了，这样的纸带不能选。

(2)用12m v2B－12m v2A＝mgΔh验证时，处理纸带时不必从起始点开始计算重力势能的大小，这样，纸带上打出的起始点O后的第一个0.02 s内的位移是否接近2 mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了，实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用来验证机械能守恒定律。

1．测量计算在起始点标上0，在以后各计数点依次标上1、2、3…，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…。

实验六 迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验性质：综合性实验 教学目的和要求：1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法；2. 观察等倾干涉条纹的特点；3. 测定He-Ne 激光的波长。

教学重点与难点：对迈克尔逊干涉仪的工作原理与等倾干涉概念的理解；本实验仪器的正确调节与使用以及正确记录有效数字。

一．检查学生的预习情况检查学生预习报告:内容是否完整，表格是否正确。

二．实验仪器和用具：迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器、毛玻璃屏 三．讲解实验原理：（一）实验仪器介绍1. 迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的构造如图33-1。

其主要由精密的机械传动系统和四片精细磨制的光学镜片组成。

1G 和2G 是两块几何形状、物理性能相同的平行平面玻璃。

其中1G 的第二面镀有半透明铬膜，称其为分光板，它可使入射光分成振幅（即光强）近似相等的一束透射光和一束反射光。

2G 起补偿光程作用，称其为补偿板。

1M 和2M 是两块表面镀铬加氧化硅保护膜的反射镜。

2M 是固定在仪器上的，称其为固定反射镜，1M 装在可由导轨前后移动的拖板上，称其为移动反射镜。

迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器（观察者）各处一方，分得很开，可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。

1M 和2M 镜架背后各有三个调节螺丝，可用来调节21M M 和的倾斜方位。

这三个调节螺丝在调整干涉仪前均应先均匀地拧几圈（因每次实验后为保证其不受应力影响而损坏反射镜都将调节螺丝拧松了），但不能过紧，以免减小调整范围。

同时也可通过调节水平拉簧螺丝与垂直拉簧螺丝使干涉图像作上下和左右移动。

而仪器水平还可通过调整底座上三个水平调节螺丝来达到。

图11 ——主尺2 ——反射镜调节螺丝3 ——移动反射镜1M4 ——分光板1G5 ——补偿板2G6 ——固定反射镜2M7 ——读数窗 8 ——水平拉簧螺钉 9 ——粗调手轮10——屏11——底座水平调节螺丝确定移动反射镜1M 的位置有三个读数装置：①主尺——在导轨的侧面，最小刻度为毫米，如图：②读数窗——可读到0.01mm，如图：③带刻度盘的微调手轮，可读到0.0001mm，估读到105 mm，如图：2.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路如图2。

实验六动作捕捉系统实验一、实验目的通过动作捕捉实验，熟练运用运动作捕捉系统获取作业过程中的人体参数并进行分析处理，学会对作业者在作业过程中的工作姿态的评价和分析。

二、实验说明不良的作业姿势与不当的受力/施力状态已成为工人疲劳、肌肉骨骼职业疾病的重要原因。

传统的观察、测量、评价方法只能从外界获取工人所处的作业状态，在获取肌肉、骨骼、关节等组织的负荷、角度、速度参数时尚有不足。

本实验中介绍的动作捕捉系统可以实时获取作业过程中的身体姿势、解剖学角度、角速度、扭矩、足底压力等人体参数，对作业姿势的改进、作业方式的再设计提供了有效帮助。

目前动作捕捉系统已经广泛应用于动画制作、步态分析、生物力学、人因工程等领域。

三、实验仪器及原理无线传感运动动作捕捉及力学评估系统（Functional Assessment of Biomechanics, FAB）FAB是基于无线惯性传感技术的生物力学及动作评价系统。

系统由13个（标准配置）小巧轻便的传感器组成（根据需要可以扩充到17个）和一套数据分析、显示的软件。

传感器分别装配在头、上臂、下臂、胸、盆骨、大腿、小腿、足底。

通过弹性绷带可以将传感器固定在各个部位。

系统可以输出的人体参数有：扭矩、角速度、角加速度、空间角度、解剖学角度、足底压力、足底重量、力量、功率等。

特点：1、无线实时进行动作捕捉及数据分析；2、误差小准确性高使用范围广；3、体积小重量轻便携性好，安装方便使用简单；4、无线传输最远距离20米（开阔地带可达40米）；5、解剖学角度、空间角度、力量、扭矩、角速度、角加速度等数据同步分析；6、数据可以传输存储在记忆卡，可将分析数据以Excel表格的形式导出；7、足底压力及足底重量数据同步采集。

FAB软件主界面该设备摆脱了摄像机的限制，并实现了对数据无损耗的特性，大大优于传统的动作捕捉系统，其能够将测量数据实时反映在计算机软件中，并且系统本身自带存储设备，可以完全远离固定场所，拥有很高的灵活性。

实验六甲基丙烯酸甲酯的本体聚合一、目的要求：1、了解本体聚合的原理，2、熟悉有机玻璃的制备方法。

二、原理：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗称有机玻璃。

有机玻璃广泛用在工业、农业、军事、生活等的各个领域，如飞机、汽车的透明窗玻璃、罩盖等。

在建筑、电气、医疗卫生、机电等行业也广泛使用，如制造光学仪器、电器、医疗器械、透明模型、装饰品、广告铭牌等。

每年全世界要消耗数以百万吨的有机玻璃及其制品。

工业上制备有机玻璃主要采用本体、悬浮聚合法，其次是溶液和乳液法。

而有机玻璃的板、棒、管材制品通常都用本体浇铸聚合的方法来制备。

如果直接做甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，则由于发热而产生气体只能得到有气泡的聚合物。

如果选用其它聚合方法（如悬浮聚合等）由于杂质的引入，产品的透明度都远不及本体聚合方法。

因此，工业上或实验室目前多采用浇注方法。

即：将本体聚合迅速进行到某种程度（转化率10% 左右）做成单体中溶有聚合物的粘稠溶液（预聚物）后，再将其注入模具中，在低温下缓慢聚合使转化率达到 93 ～ 95% 左右，最后在 100 ℃下聚合至反应完全。

其反应方程式如下：甲基丙烯酸甲酯在过氧化苯甲酰引发剂存在下进行如下聚合反应：本实验采用本体聚合法制备有机玻璃。

本体聚合是在没有介质存在的情况下只有单体本身在引发剂或光、热等作用下进行的聚合，又称块状聚合。

体系中可以加引发剂，也可以不加引发剂。

按照聚合物在单体中的溶解情况，可以分为均相聚合和多相聚合两种：聚合物溶于单体，为均相聚合，如甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯等的聚合；聚合物不溶于单体，则为多相聚合，如氯乙烯，丙烯腈的聚合。

本体聚合的产物纯度高、工序及后处理简单，但随着聚合的进行，转化率提高，体系黏度增加，聚合热难以散发，系统的散热是关键。

同时由于黏度增加，长链游离基末端被包埋，扩散困难使游离基双基终止速率大大降低，致使聚合速率急剧增加而出现所谓自动加速现象或凝胶效应，这些轻则造成体系局部过热，使聚合物分子量分布变宽，从而影响产品的机械强度；重则体系温度失控，引起爆聚。