工程力学实验

《工程力学实验》标准答案（2006-2007学年第1学期）2007.1.12A 卷1 【单自由度系统自由振动】（15分）(1)简支梁单自由度系统的力学模型(3分)(2) 简支梁自由振动的有阻尼固有频率(3分)02375.0415=−=ΔT T T s 11.421=Δ=Tf d Hz (3) 简支梁的阻尼比(3分)029022025.0ln4151==A A δ 31062.42−×==πδς (4) 简支梁中点处的等效质量(3分)026.04'1'5'=−=ΔT T T s46.381'=Δ=ΔTf d Hz 504.0122=−Δ=Δd d f f m m kg(5) 简支梁中点处的等效刚度(3分)35268)2(222==≈=d d n f m m m k πωωN/m2 【单自由度系统强迫振动】（10分）（1）（6分） 答：单自由度系统强迫振动力学模型由质量、弹簧、阻尼和外部激振力组成，其基本方程为：t F kx x c xm ωsin 0=++&&&。

如右图所示。

（2）（4分）答：归一化的幅频特性曲线为mB B，由于0F B =，则 ()22222020244ωδωωωδ+−=mB B可见mB B跟外部激励力没有关系，只跟外部的激励频率，以及系统的固有频率0ω、阻尼系数δ有关，所以说归一化的幅频特性曲线为系统的固有特性曲线。

（注：答出其结果可得4分）在实验中测试得电压：B K K U 21=，1K 为传感器灵敏系数，2K 为放大器的灵敏系数 课件mm U UB B =与1K 、2K 都没有关系，即归一化的幅频特性曲线与测量仪器无关，是系统的固有特性曲线（注：答出其结果可得2分）。

3 【连杆质心与转动惯量测量】（15分）（1）秒表的读数误差;->提高秒表读数 （2）电子秤的精度误差;->提高电子秤精度（3）空气阻力;->尽量在空气流动少的地方做实验;甚至真空中 （4）质心对准误差;->用激光对准等. （5）g 值取舍误差（6）调节水平的误差;->用高精度的倾角仪校正 （7）水平晃动引起的误差;->该进晃动形式（8）测量绳子长度引起的误差;->应用没有伸缩性的绳子（9）周期计时的开始与结束误差;->应用秒表触发计时;取代人工 （10）线性化误差（11）连杆非对称性误差4 【拉伸与压缩】（10分）如断口到最近的标距端点的距离小于l0/3。

§3－1 拉伸实验
一、目的
1、测定低碳钢的屈服极限σs 、强度极限σb 、延伸率δ和断面收缩率ψ；
2、测定铸铁的强度极限σb ；
3、观察拉伸过程中的各种现象（屈服、强化、颈缩、断裂特征等），并绘制拉伸图（F －ΔL 曲线）；
4、比较塑性材料和脆性材料力学性质特点。

§3－2 压缩实验
一、目的
1、测定压缩时低碳钢的屈服极限σs 和铸铁的强度极限σb 。

2、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏情况。

§3－5 拉伸时材料弹性模量E 和泊松比μ的测定
一、目的
1、在比例极限内验证虎克定律，并测定材料的弹性模量E 和泊松比μ。

§3－6 梁的弯曲正应力试验
一、目的
1.测定矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的大小及其分布规律，并与理论计算结果进行比较，以验证纯弯曲正应力公式z
I My =σ的正确性。

2.学习电测法，并熟悉静态电阻应变仪的使用和1/4桥路接线方法。

工程力学实验力学实验1材料的拉伸实验拉伸实验是对塑性材料和脆性材料在常温静载作用下，测定其力学性能的试验。

试验中测得的力学性能指标，是工程设计以及鉴定工程材料的主要依据。

本试验采用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，分别进行拉伸试验。

一、实验目的：(1)了解材料受拉伸时，力与变形的关系，绘制拉伸图(F-AI曲线)。

⑵测定低碳钢的屈服极限bs、强度极限bb、延伸率3和截面收缩率⑶测定铸铁的强度极限bb、延伸率3和截面收缩率(4)比较低碳钢与铸铁的力学性能、破环过程和现象。

二、实验设备：万能试验机、游标卡尺。

三、试件：实验表明，试件的尺寸和形状对实验结果有影响，为了避免这种影响和便于对各种材料力学性能的测试结果可进行比较，国家标准对试件的尺寸、形状作了统一规定，根据规定，拉伸试件可制成圆形或矩形截面，实验前、后的试件如图所示。

图3-1低碳钢拉伸前后试件比较其中拉伸试件还可分为比例试件和非比例试件两种。

比例试件应符合如下关系：LK「Ao式中L为标距即计算长度；Ao-----为初始横截面面积；K――系数，通常为5.65和11.3，前者称短试件，后者称长试件。

对圆形截面：长试件L=10do短试件L=5do对矩形截面：长试件L=11.3VAo短试件L=5.65VAo对于非比例试件，例如成品材料型材、板材、管材或细丝等，测试长度与横截面面积无一定比例关系。

试件两端较粗部分是为装入试验机夹头中的夹持部分，该部分形状视试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形、阶梯形或螺纹形，其长度至少应为试验机楔形夹具长度的三分之二。

四、实验原理：1、低碳钢拉伸：金属材料拉伸时的力学性能指标，是由拉伸试验来确定的。

为此，将试件按国标规定加工成标准试件，在万能试验机上进行加载试验。

试验时，禾U用试验机的绘图装置可以绘出测试材料的拉伸曲线图，下图为低碳钢的拉伸曲线图（F-AI）。

图3-2低碳钢拉伸曲线图（F-AI）应当指出，由于在加载的最初阶段，试件夹持部分在夹头内有滑动等因素，因此绘出的拉伸图的最初一段呈现曲线。

个人收集整理勿做商业用途工程力学实验一、拉伸实验班级姓名实验日期一、实验目的1.测定低碳钢的机械性质：屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ及断面收缩率Ψ；2.测定铸铁的机械性质：强度极限σb。

二、试件按实验要求规定，本实验试件如图所示：三、实验设备及仪器1、液压式万能材料实验机；2、游标卡尺；3、划线机(铸铁试件不能使用)。

四、实验原理及方法1.屈服极限σs的测定P—ΔL曲线实验时，在向试件连续均匀地加载过程中。

当测力的指针出现摆动，自动绘图仪绘出的P—ΔL曲线有锯齿台阶时，说明材料屈服。

记录指针摆动时的最小值为屈服载荷P s,屈服极限σs计算公式为σs=P s/A02、屈服极限σs的测定实验时，试件承受的最大拉力Pb所对应的应力即为强度极限。

试件断裂后指针所指示的载荷读数就是最大载荷Pb，强度极限σb 计算公式为：σb=P b/A03、延伸率δ和断面收缩率Ψ的测定计算公式分别为：δ=(L1-L)/L ×100% Ψ=(A0-A1)/A0×100%L:标距L1:拉断后的试件标距。

将断口密合在一起，用卡尺直接量出。

A0:试件原横截面积。

A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。

五、实验步骤1.试件准备：量出试件直径d0，用划线机划出标距L和量出L；2.按液压万能实验机操作规程加载实验，加载至试件断裂，记录Ps 和Pb ，并观察屈服现象和颈缩现象；3. 将断裂的试件对接在一起，用卡尺测量d1和L1 ，并记录。

六、实验数据处理1、记录d0、L 、d1 、L1及过程中的实验数据，求取σs、σb、δ、Ψ2、绘制σ与ε图1 / 1。

工程力学实验大全目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 (2)实验二金属材料的压缩试验 (6)实验三复合材料拉伸实验 (9)实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定 (14)实验五电阻应变片的粘贴技术及测试的桥路变换实验 (18)实验六弯曲正应力电测实验 (21)实验七叠（组）合梁弯曲的应力分析实验 (24)实验八弯扭组合变形的主应力测定 (28)实验九偏心拉伸实验 (32)实验十偏心压缩实验 (35)实验十一组合结构应力测试实验 (38)实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验 (40)实验十三冲击实验 (43)实验十四压杆稳定实验 (47)实验十五组合压杆的稳定性分析实验 (50)实验十六光弹性实验 (53)实验十七单转子动力学实验 (59)实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比的测定 (64)实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验一、实验目的与要求1．观察低碳钢和铸铁在拉伸试验中的各种现象。

2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F―Δl曲线)。

3．测定低碳钢的拉伸屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ、断面收缩率δ和铸铁的抗拉强度σb。

4．测定低碳钢的弹性模量E。

5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。

6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。

二、实验设备和仪器1．微机控制电子万能试验机。

2．电子式引伸计。

3．游标卡尺。

4．钢尺。

三、实验原理与方法金属材料的屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ和断面收缩率δ是由拉伸试验测定的。

试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。

这样可以避免因试样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：d0为试样直径，l0为试样的标距，并且短比例试样要求l0=5d0。

国家标准中还规定了其他形状截面的试样，可适用于从不同的型材和构件上制备试样。

图1-1金属拉伸试验应遵照国家标准(GB/T 228-2002)在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―Δl 曲线)，如图1-2所示。

工程力学实验考点总结工程力学实验考点总结第五章应变计（一）概述1、应变计的优点：结构简单，性能稳定可靠，灵敏度系数高，频响范围宽2、线应变的的测定工具：应变计和引伸计。

3、引伸计的种类：机械引伸计，光学引伸计，电学引伸计4、应变测量的方法：电测法，光测法，脆性涂层法。

（二）电阻应变计原理及构造1、工作原理见P732、应变计的5个主要组成部分：敏感栅，基底，覆盖层，引出线，粘结剂3、敏感栅的作用：将被测构件的应变量转化成电阻应变量敏感栅材料的物理特性：灵敏度K越大，电阻率p越大，电阻温度系数小，比例极限高，加工性能好4、敏感栅的要求：（1）灵敏系数Ks高，且能在较大的应变范围内保持不变。

（2）电阻温度系数小，且能在较宽的温度范围内保持不变（3）电阻率高（4）弹性模量高于被测构件的弹性模量（5）易于加工成细丝或者箔片5、常用的敏感栅及其用途（1）康铜敏感栅（应变计）材料: 铜、镍用途：用于常、中温静载及大应变测量（2）镍铬敏感栅（应变计）材料：镍、铬用途：测动态应变和小栅长的应变计（3）卡玛敏感栅（应变计）材料：镍、铬用途：高精度应变测量和传感器的制作（4）铂钨敏感栅（应变计）材料：铂钨合金用途：高温应变测量（5）铁镍铬敏感栅材料：铁镍铬合金用途：动态应变测量如果进行高温下的应变测量，多选电阻应变计的基底为金属基，敏感栅的材料为铂钨合金，敏感栅最好为丝绕式。

6、基底的作用：将敏感栅定位（使应变传递给敏感栅）并保证敏感栅与构件之间绝缘7、按基底材料分：纸基（用于常温应变测量）胶基（适用的温度范围广）玻璃纤维基（用于中高温度应变测量）金属基（特别适用于较高温度的测量场合）8、基底的要求：（1）厚度小而机械强度高，可挠性好（2）与粘结剂的粘结能力强（3）抗潮湿，绝缘强度高（4）无机械滞后（5）热稳定好（6）稍透明，便于观察应变计的安装质量8、覆盖层的作用：保护敏感栅9、粘结剂的作用：将敏感栅固结在基底和覆盖层10、引出线常用镀锡的铜线或者铜带（三）电阻应变计的分类1、按敏感栅制作工艺分类：丝式应变计（有丝绕式和短接式两种）和箔式应变计2、丝绕式应变计的优点：制作工艺简单，价格便宜，容易安装。

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 =σA F b b =σ%10001⨯-=l l l δ%100010⨯-=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：lA 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：首先，将式样标记标距点，测量式样直径do及标距lo。

工程力学实验报告学生姓名：学号：专业班级：南昌大学工程力学实验中心目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 2 实验二金属材料的压缩试验 6 实验三复合材料拉伸实验9 实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定12 实验五电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验16 实验六弯曲正应力电测实验19 实验七叠（组）合梁弯曲的应力分析实验23 实验八弯扭组合变形的主应力测定32实验九偏心拉伸实验37 实验十偏心压缩实验41 实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验45 实验十三冲击实验47 实验十四压杆稳定实验49 实验十五组合压杆的稳定性分析实验53 实验十六光弹性实验59 实验十七单转子动力学实验62 实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比实验65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、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理引伸仪标距l = mm实验前低碳钢弹性模量测定()F lE l Aδ∆⋅=∆⋅ =实验后屈服载荷和强度极限载荷载荷―变形曲线(F―Δl曲线)及结果四、问题讨论（1）比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能；（2）试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。

金属材料的拉伸及弹性模量测定原始试验数据记录实验二金属材料的压缩试验实验时间：设备编号：温度：湿度：一、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理载荷―变形曲线(F―Δl曲线)及结果四、问题讨论（1）观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因；（2）分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。

金属材料的压缩试验原始试验数据记录实验三复合材料拉伸实验实验时间：设备编号：温度：湿度：一、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理试件尺寸电阻应变片数据载荷和应变四、问题讨论复合材料拉伸实验原始试验数据记录实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定实验时间：设备编号：温度：湿度：一、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理弹性模量E= 泊松比 =实验前低碳钢剪切弹性模量测定PI l T G ⋅⋅=ϕ∆∆0=理论值)1(2μ+=EG = ；相对误差（%）==⨯-%100理实理G G G 载荷―变形曲线(F ―Δl 曲线)及结果四、问题讨论（1）为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成45o 螺旋断裂面？（2）根据低碳钢和铸铁拉伸、压缩、扭转试验的强度指标和断口形貌，分析总结两类材料的抗拉、抗压、抗剪能力。

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)引言一、工程力学实验的重要性：工程力学主要是研究工程实际问题中构件的强度、刚度和稳定性的学科。