材料力学实验资料——电测法

北京航空航天大学、材料力学、实验报告实验名称：材料弹性常数E 、μ的测定——电测法测定弹性模量E 和泊松比μ学号姓名实验时间：2010年11月17日 试件编号试验机编号 计算机编号 应变仪编号百分表编号成绩实验地点：主楼南翼116室12 11 11 11 11教师年 月 日一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2. 验证单向受力虎克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。

二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。

三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (30⨯7.5)mm 2。

材料的屈服极限MPa s 360=σ。

四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE = （1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。

由以上关系，可以得到：PE A σεε== （2）材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。

本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。

于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0 （4） ii i εεμ∆'∆= （5）根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。

上式中n 为加载级数。

2、实验方法2.1电测法电测法基本原理：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。

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。

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。

ldr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1lpess 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pebb 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ϕ-e M 图如图12所示。

当达到图中A 点时，e M 与ϕ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pep 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。

材料力学电测法开放实验指导实验设备：与所选实验内容相应的实验设备一套、YD–88（或YE2536）型便携式超级应变仪1台。

实验用品：20W电烙铁、烙铁架、玻璃片、小螺刀、钢板尺、导线等。

消耗材料：焊丝、松香、电阻应变片、胶带纸、应变胶、酒精等。

电测法测应变的实验步骤及注意事项：一、电阻应变片的粘贴及焊接。

1. 用数字万用表检测电阻应变片的阻值，以阻值之间不超过0.5 为宜。

2. 接通20W烙铁电源，使其预热。

3. 取1米长导线若干，编好备用。

4. 用棉纱蘸取少许工业酒精清理试件上及补偿块上需粘贴应变片的表面。

5. 用小螺刀在玻璃片上调少量J–39快固胶，粘贴测试片及补偿片。

6. 用烙铁涂松香于应变片引线端及导线线端，以去除氧化层，然后焊接。

7. 用绝缘胶带使焊点与试件、焊点与补偿块绝缘；并将焊接点固定。

8. 如果测试点较多，则应将各电阻片编号。

二、以半桥为例，将测试片接于应变仪某一桥路的AB上，温度补偿片接于该桥路的BC上（YD-88型便携式式超级应变仪后板面有公共补偿端子）；根据自己的实验方案还可有其它接桥方法。

三、应变仪调试平衡1. 接通应变仪电源。

2. 调节灵敏系数档使其与应变片的灵敏系数相符。

3. 根据接桥方法选择半桥或全桥。

4. 根据接桥位置进行通道选择，有LED显示。

如数显闪动，则表明外桥接法有问题或输入超过2000微应变；如数显不稳，则表明贴片有问题。

5. 数显稳定后，用小螺刀旋动指示灯下方多圈精密电位器，直到数显为零。

四、加载、待载荷稳定后读出应变值（正值表示拉应变、负值表示压应变）。

五、实验过程中要注意安全。

六、实验完毕，关闭所有仪器，切断电源。

整理实验用品，如焊丝、松香、烙铁、烙铁架、玻璃片、胶带纸、小螺刀、钢板尺等，清理实验台。

电测法的基本原理一. 原理简介电测应力、应变实验方法（简称电测法），不仅用于验证材料力学的理论、测定材料的机械性能，而且作为一种重要的实验手段为解决工程问题及从事研究工作，提供良好的实验基础。

电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量，通过敏感元件感受下来并转换成电量，然后通过专门的应变测量设备（如电阻应变仪）进行测量的一种实验方法。

二.应变片原理敏感元件的种类很多，其中以电阻应变片（简称电阻片或应变片）最简单、应用最广泛。

1.电阻片的应变-电性能（图1、图2）电阻片分丝式和箔式两大类。

丝绕式电阻片是用0.003mm-0.01mm的合金丝绕成栅状制成的；箔式应变片则是用0.003mm-0.01mm厚的箔材经化学腐蚀制成栅状的，其主体敏感栅实际上是一个电阻。

金属丝的电阻随机械变形而发生变化的现象称为应变-电性能。

电阻片在感受构件的应变时（称做工作片），其电阻同时发生变化。

实验表明，构件被测量部位的应变Δl/l与电阻变化率ΔR/R成正比关系，即：比例系数Ks称为电阻片的灵敏系数。

由于电阻片的敏感栅不是一根直丝，所以Ks不能直接计算，需要在标准应变梁上通过抽样标定来确定。

Ks的数值一般约在2.0 左右。

2.温度补偿片温度改变时，金属丝的长度也会发生变化，从而引起电阻的变化。

因此在温度环境下进行测量，应变片的电阻变化由两部分组成即：ΔR = ΔRε＋ΔRTΔRε-由构件机械变形引起的电阻变化。

ΔRT-由温度变化引起的电阻变化。

要准确地测量构件因变形引起的应变，就要排除温度对电阻变化的影响。

方法之一是，采用温度能够自己补偿的专用电阻片；另一种方法是，把普通应变片，贴在材质与构件相同、但不参与机械变形的一材料上，然后和工作片在同一温度条件下组桥。

电阻变化只与温度有关的电阻片称做温度补偿片。

利用电桥原理，让补偿片和工作片一起合理组桥，就可以消除温度给应力测量带来的影响。

3.应变花（图3）为同时测定一点几个方向的应变，常把几个不同方向的敏感栅固定在同一个基底上，这种应变片称做应变花。

北航材料力学实验报告【篇一：北京航空航天大学材料力学实验二~实验四参考材料】——电测法测定弹性模量预习要求：1、预习电测法的基本原理；2、设计本实验的组桥方案；3、拟定本实验的加载方案；4、设计本实验所需数据记录表格。

一、实验目的3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。

二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。

三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b?t = (30?7.5)mm2。

图一试件示意图图二实验装置图四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：上式中的比例系数e称为材料的弹性模量。

由以上关系，可以得到：e==（2）（3）ei=（4）（5）n∑eie=i=1i=1n（6）n（7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。

上式中n为加载级数。

2、增量法利用增量法，还可以判断实验过程是否正确。

若各次测出的应变不按线性规律变化，则说明实验过程存在问题，应进行检查。

采用增量法拟定加载方案时，通常要考虑以下情况：（1）初载荷可按所用测力计满量程的10%或稍大于此标准来选定；(本次实验试验机采用50kn的量程) （2）最大载荷的选取应保证试件最大应力值不能大于比例极限，但也不能小于它的一半，一般取屈服载荷的70%~80%，故通常取最大载荷pmax=0.8ps；（3）至少有4-6级加载，每级加载后要使应变读数有明显的变化。

ppp p图三增量法示意图五、实验步骤1. 设计实验所需各类数据表格；2. 测量试件尺寸；分别在试件标距两端及中间处测量厚度和宽度，将三处测得横截面面积的算术平均值作为试样原始横截面积。

3. 拟定加载方案；4. 试验机准备、试件安装和仪器调整；5. 确定组桥方式、接线和设置应变仪参数； 6. 检查及试车：检查以上步骤完成情况，然后预加载荷至最大值，再卸载至初载荷以下，以检查试验机及应变仪是否处于正常状态。

电测实验报告电测实验报告电测实验报告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方法，是实验应力分析的重要方法之一。

电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在民用建筑，医学，道路，桥梁等工程实践中得到广泛应用。

一、实验目的1.了解电测法的基本原理；2.熟悉悬臂梁的结构及应变特性；3.学会用电测法测量。

4.制作一电子秤，并确定其量程，计算线性度和灵敏度。

二、实验仪器、设备和工具等强度悬臂梁实验仪，精密数字测量仪，砝码，砝码盘，数据线，游标卡尺，钢板尺。

三、实验原理1.主要仪器介绍以弯曲为主要变形的杆件称为梁。

一端固定，另一端自由的梁为悬臂梁。

为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同,随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸,以保持相同强度，这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁。

等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、水平仪、调节螺钉和加载砝码等组成，如图1所示。

本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应力、应变。

电阻应变片是能将被测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件。

它由敏感栅、基片、覆盖层、引线四部分组成，如图2所示。

其中，敏感栅是用金属丝制成的应变转换元件，是构成电阻应变片的主要部分；引线作为测量敏感栅电阻值时与外部导线连接之用；基底的作用是保持敏感栅的几何形状和相对位置；覆盖层是用来护敏感栅的；粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层和基底之间。

精密数字测量仪是常用的应变传感器测量仪。

当电阻应变片将电阻值的变化转化为电压的变化后，经过精密数字测量仪放大器的放大处理，最后换算成输出与应变成正比的模拟电信号。

再经放大处理，经A/D转换，将模拟信号转换成数字信号输出。

2.电测法基本原理电测法基本原理，是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。

电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。

通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。

实验一、电测法测定材料弹性模量E、μ一、实验目的1．学习电测方法。

2．电测法测定材料的弹性模量E、μ。

二、实验仪器设备1．弯曲梁实验装置。

2．数字式电阻应变仪。

三、实验装置与实验原理图 1 图 2 1．实验装置见图1和图2，拔下销子3，卸下加载横梁8，卸下传感器9，从传感器上旋下加载压头7，然后将万向接头旋到加载系统5上，再将传感器旋到万向接头上，传感器下端与上夹头连接，下夹头安装在试验机架底座的孔内（注意：螺母不要旋紧，留有一定的活动距离，使其起到万向接头的作用；另外保护试件，以免试件被压弯），接着调整好上、下夹头之间的距离，将E、μ试件放入上、下夹头内，对准孔，插入销子，就可进行试验了。

图 3 图 42．实验原理试件上沿着试件轴向和横向各粘贴两片应变片，补偿块上粘贴四片应变片见图3，按图4接两个测量桥，对试件加载，记录载荷P ，并分别记录测得的轴向应变εP 和横向应变εP /，由公式P A P E ε= 计算出弹性模量E ，由公式 pp εεμ/=计算出泊松比μ。

实验一 电测法测定弹性模量E 和泊松比μ实验日期：： 室温 小组成员 （一）实验目的（二）实验设备、仪器（三）实验记录表1 测定E 和μ实验试件原始尺寸（四）结果处理弹性模量： 泊松比：（五）问题讨论1．电测法测定材料的E 和μ值时应测何值？2．电阻应变片的作用是什么？3．写出电阻应变仪的读数应变表达式εd ？4．温度补偿片的作用是什么？5．应变片在电桥中的接线方法有哪两种？6．根据逐级加载时载荷和变形的读数记录，作图验证虎克定律。

P E=εο∆A ∆=εεμ∆∆ O ε实验二、纯弯曲梁正应力电测实验一、实验目的1．电测法测定纯弯曲梁正应力分布规律。

2．验证纯弯曲梁正应力计算公式。

二、实验装置与仪器1．纯弯曲梁实验装置。

2．数字式电阻应变仪。

三、实验装置与实验原理1．实验装置弯曲梁试验装置如图1所示。

它有弯曲梁1，定位板2，支座3，试验机架4，加载系统5，两端带万向接头的加载杆6，加载压头（包括φ16钢珠）7，加载横梁8，载荷传感器9和测力仪10等组成。