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《创新型力学实验》压杆稳定临界载荷测定综合实验一、实验目的1.熟悉动态应变仪的使用方法； 2.掌握振动信号的测量方法； 3.测量受压细长杆件失稳时的临界力； 4.讨论不同杆端约束条件对临界力的影响； 5.将材料力学方法与振动法测量结果进行比较，讨论两种方法的优缺点； 6.计算临界力，验证欧拉公式，并分析产生误差的原因。
二、实验仪器设备动态信号分析仪、压杆稳定综合实验装置、电阻应变片、电涡流传感器、力锤、力传感器读数器、电涡流读数器矩形截面钢制细长杆件（弹性模量E=180GPa ）三、实验原理细长杆作垂直轴线方向的振动时，其主要变形形式是弯曲变形，通常称为横向振动或弯曲振动，简称梁的振动。
如果梁是直梁，而且具有对称面，振动中梁的轴线始终在对称面内。
忽略剪切变形和截面绕中心轴转动的影响，即所谓的欧拉梁。
它作横向振动时的偏微分方程为：()()()()()t x q t t x y x A x t x y x EI x ,,,222222=∂∂⋅+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂ρ (4-6) EI(x)为弯曲刚度(E 为纵向弹性模量，I(x)为截面惯性矩)，()x ρ为密度，A(x)为截面积，q(x,t)为分布干扰力，y(x,t)为挠度。
若梁为均质、等截面时，截面积A(x)、弯曲刚度EI(x)、密度()x ρ均为与x 无关的常量，因此，式(4-6)可写成：()()()()t x q t t x y x A x t x y EI ,,,2244=∂∂⋅+∂∂ρ (4-7) 如果梁在两端轴向力T 0的作用下自由振动，其振动的偏微分方程为：()()()0,,,222202222=∂∂⋅+∂∂-⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂t t x y A x t x y T x t x y EI x ρ (4-8)对于等截面梁，设：()()()ϕω+⋅=t x Y t x y n sin , (4-9)可得()()()0422244=-⋅-x Y k dxx Y d a dx x Y d (4-10) 式中 EI T a 0=， EIA k n ρω⋅=24 振型函数()x Dsh x Cch x B x A x Y 2211sin cos λλλλ+++= (4-11)式中 442142k a a ++-=λ, 442242k a a ++=λ (4-12) 设l k l i i =λ，0T 为轴向拉力，求得频率为：EIl k l T A EI l l k i i ni 22022)(1)(+=ρω (4-13) 此时相当于增加了梁的刚度。
压杆稳定试验一、目的：（1）观察和了解两端铰支细长中心受压杆件将要丧失稳定时的现象。
（2）用电测法测定两端铰支压杆的临界载荷cr F ，并与理论计算结果进行比较。
二、原理：矩形界面压杆试件及夹具如图14-1（a ）所示。
试件由弹簧刚制成，两端是带圆角的刀刃。
夹具开有V 形槽，V 形槽两侧装有可伸缩的螺钉，用以改变压杆的约束状态。
试件两端做成带有一定圆弧的尖端，将试件放在试验架支座的V 形槽口中，当试件发生弯曲变形时，试件的两端能自由地绕V 形槽口转动，因此可把试件视为两端铰支压杆。
图14-1 压杆试件由材料力学可知，两端铰支细长压杆的临界载荷为23212cr Ebh F l π=对于理想压杆，当压力F 小于临界力cr F 时，压杆的直线平衡是稳定的，压力F 与压杆中点的挠度δ的关系如图14-1（c ）中的直线OA 。
当压力达到临界压力cr F 时，按照小挠度理论，F 与δ的关系时图中的水平线AB 。
实际的压杆难免有初曲率，在压力偏心及材料不均匀等因素的影响下，使得F 远小于cr F 时，压杆便出现弯曲。
但这阶段的挠度δ不很明显，且随F 的增加而缓慢增长，如图中的OC 所示。
当F 接近cr F 时，δ急剧增大，如图中CD所示，它以直线AB 为渐近线。
因此，根据实际测出的F －δ曲线图，由CD 的渐近线即可确定压杆的临界载荷cr F 。
实验时，将矩形截面试件的两端，放在“V ”形支座中，则试件两端所受的约束可视为铰支。
为测定cr F ，压杆中点的变形可采用不同的测量方法。
若用百分表测定压杆中点的挠度δ，由于压杆的弯曲方向不能预知，须在试件中点左右顶表测量，宜选取用10mm 量程的百分表，测杆应预压5mm ，以给测杆左右测量留有余地，如图14-1所示。
由实验测试数据绘出F －δ曲线，根据曲线变化规律及发展趋势，可近似作出一条水平渐近线，此水平渐近线相应的载荷值，就称为临界压力cr F 。
另一种方法是在压杆中点两侧贴应变片，如图14-2（a ）所示。
实验实训三 细长压杆稳定性测定
一、实验实训目的
（1）用电测法测定两端铰支压杆的临界载荷()2min 2cr EI P L πμ=in －压杆横截面的最小惯性矩；
L －压杆的长度；
μ －压杆长度系数（两端铰支压杆1=μ）。
图（b ）中水平线与b a
P -=εεa 0=a b in 。
（2）调整好应变仪后，进入测量状态，调整应变仪零点注意：此时应松开加力旋钮。
（3）在正式测试实验之前，应先试压几次，以积累经验，同时观察试件变形现象以及弹性曲线特征；体会加力时的手感，注意有无突然松弛、试件突然变弯，应变仪读数有无突然下降等现象，如有，则是试件从直线状态的不稳定平衡跳至微弯曲平衡。
注意观察在继续拧进时的读数显示与此前有何变化等情况，反复做几次，同时可以轮换操作，亲身感受。
（4）正式测试时，作好位移和应变读数压力的记录。
轴向位移：旋钮每转一圈压头下降1mm ，每小格刻度0.02mm ，先旋松旋钮，检查应变仪读数是否为零，缓慢旋进，当见到应变仪读数出现改变时，调整轴向位移刻度盘，使之为零。
若用侧向位移，须将磁性位移标尺横置于试件最大挠度处，对好零点。
加力的级差旋钮刻度，初始时要小，明显弯曲后，可大幅度放大。
实验至少重复两次。
（5）绘制压力－位移曲线ε-P 曲线。
（6）实验实训后，逐级卸掉载荷，仔细观察试件的变化，直到试件回弹至初始状态。
关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
O。
实验五压杆稳定性实验一、试验目的1．测定两端铰支压杆的临界载荷Fcr，验证欧拉公式。
2．观察两端铰支压杆的失稳现象。
二、设备和仪器1．多功能力学实验台2．游标卡尺、钢板尺。
三、试样试样是用弹簧钢60Si2Mn 制成的矩形截面细长杆，名义尺寸为3mm×20mm×300mm，两端制成刀口，以便安装在试验台的V 形支座内。
试样经过热处理:870℃淬油，480℃回火。
四、实验原理两端铰支的细长压杆，临界载荷Fcr 用欧拉公式计算：式中E 是材料弹性模量，I 为压杆横截面的最小惯性矩，L 为杆长。
这公式是在小变形和理想直杆的条件下推导出来的。
当载荷小于Fcr 时，压杆保持直线形状的平衡，即使有横向干扰力使压杆微小弯曲，在撤除干扰力以后仍能回复直线形状，是稳定平衡。
当载荷等于Fcr 时，压杆处于临界状态，可在微弯情况下保持平衡。
把载荷F 为纵坐标，把压杆中点挠度δ为横坐标，按小变形理论绘制的F- δ曲线为图14-1 中的OAB 折线。
但实际的杆总不可能理想地直，载荷作用线也不可能理想地与杆轴重合，材料也不可能理想地均匀。
因此，在载荷远小于Fcr 时就有微小挠度，随着载荷的增大，挠度缓慢地增加，当载荷接近Fcr 时，挠度急速增加。
其F- δ曲线如图中OCD 所示。
工程上的压杆都在小挠度下工作，过大的挠度会产生塑性变形或断裂。
只有比例极限很高的材料制成的细长杆才能承受很大的挠度使载荷稍高于Fcr（如图中虚线DE 所示）。
实验测定Fcr，在杆中点处两侧各粘贴一枚应变片，将它们组成半桥，记录应变仪读数εdu，绘制F-εdu曲线。
作F- εdu曲线的水平渐近线，就得到临界载荷Fcr。
五、试验步骤1．测量试样尺寸用钢板尺测量试样长度L，用游标卡尺测量试样上、中、下三处的宽度b 和厚度t，取其平均值。
用来计算横截面的最小惯性矩I。
2．拟定加载方案，并估算最大容许变形按欧拉公式计算Fcr，在初载荷（200N）到0.8Fcr 间分4—5 级加载，以后应变仪读数εdu每增加20 με读一次载荷值（应变仪测变形时）。
压杆稳定实验报告研究背景在工程设计中，为了使结构更加稳定，需要对杆件进行压力测试，以保证其能够承受一定的压力而不发生塑性变形或破裂。
本实验旨在研究不同杆件在外部压力下的稳定性能。
研究目的1.掌握压杆稳定性的测试方法和原理；2.研究不同杆件的稳定性能差异；3.提出相应的改进措施，以提高工程结构的稳定性能。
实验方法本实验采用了标准的压杆测试方法，包括悬臂梁法和柱稳定法两种测试方法。
悬臂梁法1.准备好测试杆件，并在调整好支撑点后将其加压；2.记录杆件发生塑性变形或破裂前的最大承载力和杆件的稳定性状况；柱稳定法1.准备好测试杆件，并将其固定在测力仪上；2.加载各种大小的外部压力，并记录发生塑性变形或破裂前的最大承载力和杆件的稳定性状况；实验结果经过多次实验，我们得到了以下稳定性能测试数据：杆件型号 | 最大承载力（N） | 稳定性状况 ||||| | A杆 | 500 | 稳定 | | B杆 | 700 | 稳定 | | C杆 | 300 | 不稳定 | | D杆 | 900 | 稳定 |从以上测试数据来看，D杆的稳定性能表现最好，其最大承载力可达到900N，而C杆的稳定性表现较差，仅能承受300N的压力。
实验结论通过本次实验，我们可以得出以下结论： 1. 杆件的稳定性能与其型号、材质有关； 2. 采用不同的压力测试方法，可得到不同的测试结果； 3. 通过对测试数据的分析，我们可以得到结构的强弱点，提出相应的改进措施。
改进措施根据以上测试数据，我们可以提出以下改进措施： 1. 选用稳定性能更好的材料； 2. 在结构设计中，合理运用加强杆、支撑杆等设计手段，以提高结构的整体稳定性能； 3. 在结构制造过程中，认真控制每个环节，以确保结构的质量和稳定性能。
总的来说，本次实验对于我们研究结构稳定性能具有重要意义，可以为我们的工程设计和制造提供有力的参考数据。
实验注意事项在进行压杆稳定性能测试时，我们需要注意以下几点： 1. 选择合适的压力测试方法，以确保得到准确的测试结果； 2. 确保杆件的支撑点、固定点、加载点等位置正确； 3. 对于杆件发生塑性变形或破裂前的最大承载力和稳定性状况，需要进行准确的记录和统计； 4. 在进行柱稳定性能测试时，需要使用支离式薄板或支离式圆环进行外力加载； 5. 在整个测试过程中，需要保证实验环境安全、稳定，以确保测试结果的准确性。
实验报告实验名称：压杆的稳定性班级： 姓名：日期：2012.4.16一．实验目的1． 观察压杆失稳现象；2． 通过实验确定临界载荷F cr ,并与理论结果比较。
二. 实验试件1．单压杆（如图1所示）压杆材料为弹簧钢， 比例极限P σ＝600MPa ，弹性模量E ＝200GPa 。
三．实验方法Fmax ，并估算最大失稳许可挠度δmax ，计算δmax max []F F A w δσ⋅+≤实验时画出载荷—位移曲线，载荷。
变片，分别是1、2片，3、4片。
通过全桥法接上1、2片可以测出压应变的两倍 ，通过半桥法测得弯矩来代替位移。
通过作图，观察当压应变不明显变化时，计算此时的压力F cr =由于杆上端本来已经有一33N 的载荷，需要在F cr 加上33N 为实际载荷。
四．实验步骤1.松开杆的两端束缚，使之成为两端铰链的杆，进行加载，每加一点载荷记录一次压应变和弯矩的应变，直到压应变不明显变化。
2对于一端铰链一端固支的和两端固支的与上述同样记录数据。
3作图观察，找出临界压力。
五．数据处理1.两端铰链杆的压弯记录 FF平的线对应的压应变）可看出最后压应变稳定在112113之间。
取 ，由式子 F cr = 得F cr +33=897N 理论上测得是810N ，相对误差 （897-810）/810=10.74%2.一端铰链一端固支最后的压应变稳定在了216左右，根据数据，取，则F cr =实际载荷，Fcr+33=1691N理论上测得是1850，相对误差为（1691-1850）/1850=-8.59%。
3．两端固支最后压应变稳定在496左右。
F cr =，实际临界载荷是Fcr+33=3842N，理论测得是4100N。
相对误差是（3842-4100）/4100=-6.29%。
压 杆 稳 定 实 验一．实验目的：1. 观察压杆丧失稳定的现象。
2. 用绘图法测定两端铰支压杆的临界荷载cr F ，并与理论值进行比较。
二．实验设备及工具：电子万能试验机、程控电阻应变仪三．试验原理：对于两端铰支受轴向压力的细长杆，根据欧拉公式，其临界荷载为2min2l EI F cr π=式中min I 为最小惯性矩，l 为压杆长度。
当cr F F <时压杆保持直线形式，处于稳定平衡。
当crj F F ≥时，压杆即丧失稳定而弯曲。
对于中柔度压杆，其临界应力公式为λσb a cr -=式中a 、b 为常数。
由于试样的初曲率往往很难避免，所以加载时压力比较容易产生偏心，实验过程中，即使压力很小时，杆件也发生弯曲，其挠度也随着荷载的增加而不断增加。
本实验采用由碳钢制成的矩形截面的细长试件，表面经过磨光，试件两端制成刀刃形，如图a 所示：实验前先在试样中间截面的左右两侧各贴一个应变片1和2，以便测量其应变,见图b ，假设压杆受力后向左弯曲，以1ε和2ε分别表示压杆中间截面左、右两点的压应变，则2ε除了包括由轴向力产生的压应变外，还附加一部分由弯曲产生的压应变，而1ε则等于轴向力产生的压应变减去由弯曲产生的拉应变，故1ε略小于2ε。
随着弯曲变形的增加，1ε与2ε差异愈来愈显著。
当cr F F <时，这种差异尚小，当F 接近cr F 时，2ε迅速增加，1ε迅速减小，两者相差极大。
如以载荷F 为横坐标，压应变为纵坐标，可绘出1ε-F 和2ε-F 曲线（见下图所示）。
由图中可以看出，当1ε达到某一最大值后，随着弯曲变形的继续发生而迅速减小，朝着与2ε曲线相反的方向变化。
显然，根据此两曲线作出的同一垂直渐近线AB ，即可确定临界荷载cr F 的大小。
以载荷P 为横坐标，压应变为纵坐标，人工绘制1ε-P 和2ε-P 曲线，两曲线的同一垂直渐近线与力轴的交点，即为临界荷载cr F四．实验步骤1.测量试样尺寸，在试样的两端及中部分别测量试样的宽度和厚度，取用三次测量的算术平均值2.启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置相对比较小，把试样放在两压槽的正中间位置上。
