《材料力学实验》课件.ppt

1、材料力学材料力学实验实验 力学性能试验力学性能试验 一、拉伸试验一、拉伸试验 二、压缩试验二、压缩试验 三、剪切试验三、剪切试验 四、扭转试验四、扭转试验 应力分析实验应力分析实验 电测法基本原理电测法基本原理 五、矩形截面梁的纯五、矩形截面梁的纯弯曲弯曲 六、薄壁圆筒的弯扭六、薄壁圆筒的弯扭组合变形组合变形一、试验目的一、试验目的1测定低碳钢拉伸弹性模量测定低碳钢拉伸弹性模量E；2测定低碳钢拉伸力学性能测定低碳钢拉伸力学性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) )；3测定灰铸铁抗拉强度测定灰铸铁抗拉强度s sb。二、试验仪器二、试验仪器1万能材料试验机万能材料试验机；2引伸仪

2、引伸仪；3游标卡尺游标卡尺。拉拉 伸伸 试试 验验标点标点 l0标距标距d0三、试样三、试样1材料类型材料类型 低碳钢低碳钢： 灰铸铁灰铸铁：2标准试样标准试样：塑性材料的典型代表塑性材料的典型代表脆性材料的典型代表脆性材料的典型代表标距标距：等截面测试部分长度：等截面测试部分长度尺寸符合国标的试样尺寸符合国标的试样试验机读数表盘试验机读数表盘主动指针：反映载荷瞬时大小主动指针：反映载荷瞬时大小；被动指针：反映最大载荷被动指针：反映最大载荷；拉拉 伸伸 试试 验验拉拉 伸伸 试试 验验1) )圆形截面圆形截面2) )矩形截面矩形截面l0=10d0l0= 5d0l0tb003 .11Al 006

3、5. 5Al 或或四、试验原理四、试验原理1低碳钢拉伸弹性模量低碳钢拉伸弹性模量EOFD DlEAFll D DllAFED D D DF l F D Dl等量逐级加载法等量逐级加载法：D DFd d(D Dl)1d d(D Dl)2)( llAFED Dd dD D 拉拉 伸伸 试试 验验2测定低碳钢拉伸机械性能测定低碳钢拉伸机械性能( (s ss、 s sb 、 d d、 y y ) )O FD DlFeFpFsFb线弹性阶段线弹性阶段屈服阶段屈服阶段强化阶段强化阶段颈缩阶段颈缩阶段屈服点屈服点：0ssAF s s0bbAF s s抗拉强度抗拉强度：冷作硬化冷作硬化%100001 llld

4、 d伸长率伸长率：%100010 AAAy y断面断面收缩率收缩率：拉拉 伸伸 试试 验验低碳钢拉伸试验现象低碳钢拉伸试验现象：低碳钢拉伸试验动画低碳钢拉伸试验动画：屈服：屈服：颈缩：颈缩：断裂：断裂：t tmax引起引起拉拉 伸伸 试试 验验3测定灰铸铁抗拉强度测定灰铸铁抗拉强度 s sbOFD Dl0bbAF s s抗拉强度抗拉强度：Fb灰铸铁拉伸试验动画灰铸铁拉伸试验动画：拉拉 伸伸 试试 验验一、试验目的一、试验目的1测定低碳钢压缩屈服点测定低碳钢压缩屈服点s ssc；2测定灰铸铁抗压强度测定灰铸铁抗压强度s sbc。二、试验仪器二、试验仪器 万能材料试验机万能材料试验机。三、试样三、

5、试样标准试样标准试样：d0h0粗短圆柱体：粗短圆柱体：h0=13d0压压 缩缩 试试 验验四、试验原理四、试验原理1测定低碳钢压缩屈服点测定低碳钢压缩屈服点s sscO FD DlFsc压缩屈服点压缩屈服点：0scscAF s s拉伸试验拉伸试验压压 缩缩 试试 验验低碳钢压缩试验现象低碳钢压缩试验现象：低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两端摩擦力影响，形成端摩擦力影响，形成“腰鼓形腰鼓形”。压压 缩缩 试试 验验2测定灰铸铁抗压强度测定灰铸铁抗压强度s sbcOFD Dl0bcbcAF s s强度极限强度极限：拉伸试验拉伸试验Fbc灰铸铁压缩灰铸铁压缩试验现象试验

6、现象：t tmax引起引起压压 缩缩 试试 验验一、试验目的一、试验目的1测定低碳钢名义抗切强度测定低碳钢名义抗切强度t tb；2测定灰铸铁名义抗切强度测定灰铸铁名义抗切强度t tb。二、试验仪器二、试验仪器 1万能材料试验机万能材料试验机；三、试样三、试样试样试样：剪剪 切切 试试 验验 2剪切器剪切器。四、试验原理四、试验原理名义抗切强度名义抗切强度：0bb2AF t t双剪双剪： 试件有两个剪切面试件有两个剪切面Fb剪剪 切切 试试 验验低碳钢剪切试验现象低碳钢剪切试验现象：灰铸铁剪切试验现象灰铸铁剪切试验现象：剪切、挤压、剪切、挤压、弯曲弯曲引起引起弯曲拉应力弯曲拉应力引起引起剪剪 切

7、切 试试 验验一、试验目的一、试验目的1测定低碳钢切变模量测定低碳钢切变模量G；2测定低碳钢屈服切应力测定低碳钢屈服切应力t ts、抗切强度抗切强度t tb；3测定灰铸铁抗切强度测定灰铸铁抗切强度t tb；二、试验仪器二、试验仪器1扭转试验机扭转试验机；2扭角仪扭角仪。4分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破 坏情况坏情况。扭扭 转转 试试 验验三、试样三、试样1测测低碳钢低碳钢G采用自制试样：采用自制试样：dl2测测低碳钢低碳钢t ts、t tb、灰铸铁、灰铸铁t tb采用标准试样：采用标准试样：d0扭扭 转转 试试 验验四、试验原理四、试验原理1低碳钢低碳钢切

8、变模量切变模量GOTj jdbalFFD Dd dpGITl j jj jj jppIFalITlG 等量逐级加载法：等量逐级加载法：j jD DD D pIFalGbd dj jD D D D扭扭 转转 试试 验验2测定低碳钢屈服切应力测定低碳钢屈服切应力t ts、抗切强度抗切强度t tbO Tj jTbTsT Tsr rdr rT= Ts屈服切屈服切应力：应力：pss43WM t t抗切抗切强度：强度：pbb43WM t tT= Tbt tst tst tbt tb扭扭 转转 试试 验验低碳钢扭转试验现象低碳钢扭转试验现象：低碳钢扭转试验动画低碳钢扭转试验动画：屈服：屈服：t tmax引起

9、引起断裂：断裂：扭扭 转转 试试 验验3测定灰铸铁抗切强度测定灰铸铁抗切强度t tb抗切抗切强度：强度：pbbWT t tO Tj jTb灰铸铁扭转试验现象灰铸铁扭转试验现象：断裂：断裂：灰铸铁扭转试验动画灰铸铁扭转试验动画：拉应力拉应力引起引起扭扭 转转 试试 验验一、电阻应变片一、电阻应变片引出线引出线电阻丝电阻丝( (丝栅丝栅) )基底基底由试验发现：由试验发现：l应变片应变片FFl+D DlllKRRD D D D K K电阻应变片的电阻应变片的 灵敏度系数灵敏度系数应变片应变片：将力学量：将力学量( (应变应变) )转换为转换为 电量电量( (电阻电阻) )的传感器的传感器电阻应变片

10、种类：电阻应变片种类：丝式丝式( (绕线式绕线式) )、箔式、半导体式、箔式、半导体式电测法基本原理电测法基本原理二、电阻应变仪二、电阻应变仪应变测量原理应变测量原理： 利用电桥平衡测量电阻改变，利用电桥平衡测量电阻改变，从而进一步得到应变。从而进一步得到应变。BADCER1R2R3R4电桥平衡电桥平衡( (UBD=0) )：4231RRRR 若若R1R4为四个为四个阻值相同阻值相同应变片，应变片，受力后，受力后，BD间电压改变为：间电压改变为：)(444332211RRRRRRRREUBDD D D D D D D D )(44321 KE电测法基本原理电测法基本原理两种接法中的应变片型号、

11、阻值尽可能相同两种接法中的应变片型号、阻值尽可能相同或接近，固定电阻与应变片阻值也应接近。或接近，固定电阻与应变片阻值也应接近。1电桥接法电桥接法：由于温度对电阻值变化影响很由于温度对电阻值变化影响很大，利用电桥特性，可以采用大，利用电桥特性，可以采用适当的方法消除这种影响。适当的方法消除这种影响。三、电桥接法及温度补偿三、电桥接法及温度补偿2温度补偿温度补偿：全桥接法全桥接法( (四个电阻均为应变片四个电阻均为应变片) )；半桥接法半桥接法( (R1、R2为应变片，为应变片， R3、R4为固定电阻为固定电阻) )电测法基本原理电测法基本原理BADCER1R2R3R4工作片工作片温度补偿片温度

12、补偿片固定电阻固定电阻相同应变片相同应变片R1、R2，R1贴贴在构件受力处，在构件受力处，R2贴在附贴在附近不受力处，环境温度对近不受力处，环境温度对R1、R2引起的阻值变化相引起的阻值变化相同，为同，为D DRT，则，则)(4211RRRRREUTTBDD D D D D D 114)(4 KEKETT 电测法基本原理电测法基本原理FF1单向应力状态单向应力状态四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算轴向拉压、纯弯曲、横力弯曲上下缘轴向拉压、纯弯曲、横力弯曲上下缘FFR1R211 s sE R1R2温度自补偿，测量温度自补偿，测量电压得到有效放大：

13、电压得到有效放大：)(421TTBDKEU 1)1(4 KE电测法基本原理电测法基本原理2已知主应力方向的二向应力状态已知主应力方向的二向应力状态扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒R1R245o45o 13111s ss s s sE沿已知主应力方向沿已知主应力方向贴片，采用温度自贴片，采用温度自补偿的半桥接法补偿的半桥接法电测法基本原理电测法基本原理)(421TTBDKEU 12 KE 3不知主应力方向的二向应力状态不知主应力方向的二向应力状态45o3应变花：应变花：29045245090031)()()1(2)()1(2 s ss s EE

14、)()()()(2tan450904545090450 90o0o45o电测法基本原理电测法基本原理120o0o60o60o3应变花：应变花：20120212060260012060031)()()()1(32)()1(3 s ss s EE)()()()(32tan600120060012000 电测法基本原理电测法基本原理2YJ28AP1OR型静态数字电阻应变仪。型静态数字电阻应变仪。一、实验目的一、实验目的1测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的 分布规律，并与理论值比较分布规律，并与理论值比较；2熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用熟悉电测法基本原

15、理和电阻应变仪的使用。二、实验仪器二、实验仪器1纯弯曲试验装置纯弯曲试验装置；矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲三、试验原理三、试验原理1结构示意图及理论值计算结构示意图及理论值计算hbFF/2F/2aa+ FQF/2F/2MFa/2+mmmm截面：截面： )(0Q常数常数CMF纯弯曲纯弯曲zIyM 理理s szy矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲2布片示意图及试验值布片示意图及试验值0011112222温度补偿片温度补偿片D DF s sE 实实3等量逐级加载法等量逐级加载法： D D D D s ss sEIyMz实实理理矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲一、试验目的一、试验目的1用

16、电测法测定平面应力状态下一点主应力的用电测法测定平面应力状态下一点主应力的 大小及方向大小及方向；2测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别 由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。二、试验仪器二、试验仪器1弯扭组合试验装置弯扭组合试验装置；2YJ28AP1OR型静态数字电阻应变仪。型静态数字电阻应变仪。薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形三、试验原理三、试验原理1结构示意图结构示意图alFIII- -I截面截面dD 220dDtdDR FFFlMFaTQI- -I截面截面内力：内力：薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形

17、2布片示意图布片示意图ABCDA、B、C、D四点四点各贴各贴 45o、0o、45o应变花应变花DR12R11R10CR9R8R7BR6R5R4AR3R2R1约定约定蓝蓝线应变片线应变片为为 45o ，白白线为线为0o ，绿绿线为线为45o薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形)()(21)(211245020454545231 s ss s E主应力大小：主应力大小：主应力方向：主应力方向：)()(2tan0454504545 是主应力与圆管是主应力与圆管轴线的夹角轴线的夹角3等量逐级加载法等量逐级加载法4指定点指定点( (B、D) )的主应力大小及方向的主应力大小及方向共用温度补偿片的

18、半桥接法，一个载荷水共用温度补偿片的半桥接法，一个载荷水平下分别测平下分别测B、D两点两点6个应变片的应变值个应变片的应变值1) )实验值：实验值：薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形2) )理论值理论值( (以以B点为例点为例) )：Bs ss st tt t pWTWMBzBt ts s FaTFlMBB内力内力应力应力按平面应力状态分析得到：按平面应力状态分析得到：s s1、 s s2、 s s3、 0分分别与试验值比较别与试验值比较薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形5弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量1) )由于电桥特性均可以自补偿，

19、不需要温度补偿片由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片2) )弯矩弯矩M对应的正应力测量对应的正应力测量BADCR5R11oB0oD0取圆筒上下取圆筒上下( (B、D) )两点两点0o应应变片接成半桥线路变片接成半桥线路)(115RRBDU MTMTM2)()( )(2MBDU 测量值：测量值：22MMM s s EE ，薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形TQt tt tt t 3) )扭矩扭矩T对应的切应变测量对应的切应变测量取圆筒前后取圆筒前后( (A、C) )两点两点 45o、 45o四个应变片接成全桥线路四个应变片接成全桥线路)(7913RRRRBDU TTQTQTQTQ

20、4)()()()( BADCR3R1oA45 oA45R7R9oC45oC45 R3R1AR7R9CFQTt ts s 3t ts s 1TQt tt tt t t ts s 3t ts s 1AC薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形)(4TBDU 测量值：测量值：)1(422TTTT t t EG，2)1(21)(11)(1)(1TTTTTT31T t t t t t tsss s EEGEEEE由胡克定律得由胡克定律得Tt tt t T3t ts s T1t ts s 薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形4) )剪力剪力FQ对应的切应变的测量对应的切应变的测量仍取仍取A、C

21、两点两点 45o、 45o四个四个应变片接成全桥线路，与应变片接成全桥线路，与3) )不不同在于同在于R9、R7换位换位)(9713RRRRBDU QTQTQTQTQ4)()()()( )(4QBDU 测量值：测量值：)1(422QQQQ t t EG，BADCR3R1oA45 oA45R9R7oC45oC45 R3R1AR7R9CFQT薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形 D D D DD D D DD D D DFFFlMFaTQ1) )I- -I截面内力增量：截面内力增量： D D D DD D D DD D D D)/()(/)(/)(0QmaxQpmaxTmaxMtRFWTWMzt tt ts s6相关理论值计算相关理论值计算2) )I- -I截面应力增量：截面应力增量： D D D D D DD D D D D DD D D D D DmaxQQmaxTTmaxMM)(22 )(22)(22t t t t s s GGE3) )应变增量：应变增量：薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形aa6纯剪切应力状态纯剪切应力状态 与与 1关系的另一推导关系的另一推导 xD D lall211 D Dalx122 D D 12 ax薄壁圆筒的弯扭组合变形薄壁圆筒的弯扭组合变形