1、1前 言一、课堂教学程教学与实验教学计划学时比机类、光电类：64 /8 ；非机类： 48 /8 二、适用专业机类、光电类、非机类三、实验目的和1、实验目的基本要求材料力学实验是高等工科院校机械类、 近机械类专业学生必修课程，是学生进入大学后，首先受到的工程中力学问题测试、分析方法和实验技能的训练，通过实验加深对材料力学有关理论知识的感性认识，理解和对材料力学课程的兴趣，验证力学知识。设计实验方案，正确进行相关实验和处理数据。要求学生能将理论联系工程实际中的力学问题，对提高学生科学实验能力和培养学生工程素质的具有非常重要的意义2、实验基本要求：（1） 能够自行完成预习，阅读实验指导书作好实验前的
2、准备，撰写报告。（2） 能够调整常用力学实验装置，能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器，并基本掌握常用的操作技术（3） 学生可以根据实验设备，结合所学的知识，在教师的指导下自己设计实验，实验题目可以在实验题目明细中选择，也可以自己设计实验题目和内容。四、书写实验报告实验报告是以书面形式汇报整个实验成果，是实验资料的总结，也是评定实验质量的依据。要培养学生独立完成书写实验报告的能力。应按时、认真书写实验报告。一份好的实验报告，应达到记载清楚，数据完整，图表齐全，计算无误，结论明确，文字简练，字体工整。要对实验结果进行分析并回答指定的思考题。2实验一 拉、压实验拉伸试验一、 实验目的要求：（一
3、）目的1 测定低碳钢的屈服极限 S,强度极限、延伸率 ,截面收缩率 2 测定铸铁的强度极限 观察上述两种材料的拉伸和破坏现象 ,绘制拉伸时的 P- 曲线。l（二）要求1复习讲课中有关材料拉伸时力学性能的内容;阅读本次实验内容和实设备中介绍万能试验机的构造原理、操作方法、注意事项,以及有关千分表和卡尺的使用方法。2预习时思考下列问题:本次实验的内容和目的是什么 ?低碳钢在拉伸过程中可分哪几个阶段,各阶段有何特征?试验前、试验中、试验后需要测量和记录哪些数据?使用液压式万能试验机有哪些注意事项?二、实验设备和工具1万能实验2千分尺和游标卡尺。3低碳钢和铸铁圆形截面试件。三、实验性质： 验证性实验四
4、、实验步骤和内容：（一）步骤1 取表距 L =100mm.画线2 取上,中,下三点,沿垂直方向测量直径.取平均值3 实验机指针调零.4 缓慢加载,读出 . .观察屈服及颈缩现象,观察是否出现滑移线.sPb5 测量低碳钢断裂后标距长度 ,颈缩处最小直径1l1d（二） 实验内容：1. 低碳钢试件(1) 试件实验前 实验后初始标距 (mm)0l 断裂后标距 (mm)1l上 中 最小直径 (mm)d直径 (mm)d下 初始截面面积 ( )0A2m 断口处截面面积 ( )1A2m3(2)计算结果屈服荷载 =sP极限荷载 =b屈服极限 = /s0A强度极限 = /b延伸率 =( - )/ *100%1l0
5、截面收缩率 =( - )/ *100%(3)绘制低碳钢 P 曲线l2.铸铁的实验记录.实验前 实验后直径 (mm)0d 断裂后直径 (mm)1d 最大荷载 =bP强度极限 = /0A压缩实验一、实验目的要求：（一）目的1测定低碳钢的屈服极限 S 。铸铁的强度极限 b 。2观察铸铁在压缩时的破坏现象。（二）要求1复习讲课中有关材料压缩时力学性能的内容:阅读本次实验内容。2拉伸和压缩时低碳钢的屈服点是否相同?铸铁的强度极限是否相同?一 实验设备和工具：1万能试验机2卡尺及千分尺3低碳钢及铸铁试件三、 实验性质： 验证性实验四、 实验步骤和内容：（一）步骤1测量试件直径。2选择试验机加载范围。3缓慢
6、均匀加载。（二） 实验内容实验记录试 件 低 碳 钢 试 件 铸 铁 试 件高 度 h (mm)截面直径 d0(mm)截面面积 A0(mm04低碳钢试件屈服载荷 PS= （K）铸铁试件的最大载荷 Pb= （）低碳钢的屈服极限 S = PS / A0 = （MPa）铸铁的强度极限 b = Pb / A0 = (MPa)（三）结果分析：1绘出两种材料的曲线。2绘出两种材料的变形和断口形状五、 思考题 1低碳钢拉伸曲线可分为几个阶段?每个阶段力和变形有什么关系?2低碳钢和铸铁两种材料断口有什么不同？并分析引起破坏的原因？ 3为什么试样要采用标准试样？4铸铁试样在拉伸、压缩时破坏断面有何特征？ 是什么
7、应力引起的？5比较低碳钢拉伸和压缩的屈服极限 S 。6比较铸铁拉伸与压缩的强度极限 S 。 5实验二 扭转实验一 实验目的要求：（一）目的1测定低碳钢和铸铁在扭转时的机械性能，求得低碳钢的剪切屈服极限 s ，剪切强度极限 b , 铸铁的剪切强度极限 b 。2观察两种材料的扭转和破坏现象，分析破坏原因。（二）要求1复习讲课中有关杆件扭转的内容；阅读本次实验内容和实验设备介绍中扭转试验机的构造原理、操作方法及注意事项。2圆杆扭转时,横截面上有什么应力？与轴线成 450 的截面上有什么应力?二 实验的设备和工具：1扭转实验机。2千分尺和卡尺。3低碳钢和铸铁圆形截面试件。三、 实验性质： 验证性实验一
8、 实验步骤和内容：（一）步骤1测量试件直径。在标距长度内测量三处，每处在两个相互垂直的方向各测量一次并取其算数平均值，采用三个数值中的最小值为计算直径 d 0 。2安装试件，指针调零，调整好自动绘图装置。3试验时缓慢加载，观察屈服现象，记录屈服扭矩 MS 的数值，最大扭矩 Mb 的数值, 观察断口形状。（二）实验内容1、数据记录：试 件 低 碳 钢 铸 铁直 径 d 0 (mm)标 距 L 0 (mm)抗扭截面系数 Wp=d 03/16屈服扭矩 MS= (N.m)屈服应力 S=3 MS/4Wp (MPa)破坏时的扭矩 Mb = (N.m)低碳钢 b=3Mb/4 Wp强度极限铸 铁 b= Mb/
9、 Wp总扭转角 =单位长度扭转角 =/ L 0 (o/mm)2、绘出两种材料的抗扭图及试件断裂后的形状。67五、 思考题1、比较低碳钢的拉伸和扭转实验，从进入塑性变形阶段到破坏的全过程，两者有什么明显的差别。2、根据低碳钢、铸铁扭转试样的断断口形式，分析其破坏原因。8实验三 材料弹性模量 E 和泊松比 的测定一、实验目的和要求（一）目的1测定常用金属材料的弹性模量 E 和泊松比 。2验证胡克（Hooke）定律（二）要求1复习讲课中有关材料拉伸时的内容；阅读本次实验内容和实验设备介绍中介绍力应变综合参数测试仪和组合实验台中拉伸装置的原理、操作方法、注意事项。2熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验性质
10、； 验证性实验三、实验仪器设备和工具1组合实验台中拉伸装置2力应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺四、实验原理和方法试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图 3-4。在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片 R1、R1和一对横向应变片R2、R2，以测量轴向应变 和横向应变 。P PR1 R1 R1 R RR2 R2 R2 b h 补偿块P P图 3-4 拉伸试件及布片图1. 弹性模量 E 的测定由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷 P0（P 00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同
11、载荷增量P 作用下，产生的应变增量，并求出 的平均值。设试件初始横截面面积为 A0，又因 =l/l，则有E=上式即为增量法测 E 的计算公式。式中 A 0 试件截面面积 轴向应变增量的平均值用上述板试件测 E 时，合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。P A09组桥采用相对桥臂测量 （图 3-5）BR1或 R2 R 工作片 UBDA C补偿片 R1R 或 R2DE图 35 组桥方式将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂（AB、CD） ，两温度补偿片接在相对桥臂（BC、DA） ，偏心弯曲的影响可自动消除。根据桥路原理 d2 p测量灵敏度提高 2 倍。= 便可求得泊松比五、实验步骤1.
12、 设计好本实验所需的各类数据表格。2. 测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积 A0。见附表 12. 拟订加载方案。先选取适当的初载荷 P0（一般取 P0 =10% Pmax左右） ，估算 Pmax（该实验载荷范围 Pmax5000N） ，分 46 级加载。3. 根据加载方案，调整好实验加载装置。5. 按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图 35d 所示相对桥臂测量方法），调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6. 加载。均匀缓慢加载至初载荷 P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录
13、各点电阻应变片的应变值 d和 d ， 直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表 27.作完实验后，卸掉载荷，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。10附表 1 （试件相关数据）试件 厚度 h（mm） 宽度 b（mm） 横截面面积 A0=bh（mm 2）截面截面截面平均弹性模量 E = 210 GPa泊松比 = 0.26附表 2 （实验数据）P 1000 1500 2000 2500 3000 3500载荷（N） P 500 500 500 500 500 d p p纵向应变读数 d p p横向应变读数 六、实验结果处理1. 弹性模量计算E =
14、 = 2. 泊松比计算= =七、思考题1. 分析纵、横向应变片粘贴不准，对测试结果的影响。2. 根据实验测得的 E 实 、 实 值与已知 E 理 、 理 值作对比，分析误差原因。3. 采用什么措施可消除偏心弯曲的影响？P A0 11实验四 纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的和要求（一）目的1测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2验证纯弯曲梁的正应力计算公式（二）要求 1讲课中有关弯曲应力的内容；阅读本次实验内容和实验设备中介绍实验台中纯弯曲梁实验装置。2熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验仪器设备和工具1实验台中纯弯曲梁实验装置2应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺三、实验性质： 验证性实验
15、四、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为= My / Iz 式中 M 为弯矩，I z为横截面对中性轴的惯性矩；y 为所求应力点至中性轴的距离。为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片（如图 3-1） 。 P/2 P/2ha a bL图 3-1 应变片在梁中的位置实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷P，测出各点的应变增量 ，然后分别取各点应变增量的平均值 实 i，依次求出各点的应变增量 实 i=E 实 i将实测应力值与理论应
16、力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。五、实验步骤1测量矩形截面梁的宽度 b 和高度 h、载荷作用点到梁支点距离 a 及各应变片到中性层的距离 yi。见附表 12加载方案。先选取适当的初载荷 P0（一般取 P0 =10P max左右） ，估算 Pmax（该实验载荷范围 Pmax4000N） ，分 46 级加载。3按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常2#3#1#5#4#12工作状态。（1）加载。均匀缓慢加载至初载荷 P0，记下各点应变的初始读数；后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值 i，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表 2 （2）做完实验后，
17、卸掉载荷，关闭电源。附表 1 （试件相关数据）附表 2 （实验数据）P 500 1000 1500 2000 2500 3000载荷NP 500 500 500 500 500 P P1 1 P P2 2 P P3 3 P P4 4 P P各 测点电阻应变仪读数 5 5六、实验结果处理1实验值计算根据测得的各点应变值 i求出应变增量平均值 i，代入胡克定律计算各点的实验应力值，因 1 =10-6 ， 所以各点实验应力计算： i 实 =E i 实 =E i10-6应变片至性层距离(mm) 梁的尺寸和有关参数Y1 20 宽 度 b = 20 mmY2 10 高 度 h = 40 mmY3 0 跨
18、度 L = 600 mmY4 10 载荷距离 a = 125 mmY5 20 弹性模量 E = 210 GPa 泊 松 比 = 0.26惯性矩 Iz=bh3/12=1.06710-7m4 132理论值计算载荷增量 P= 500 N弯距增量 M=Pa/2=31.25 Nm各点理论值计算： i 理 = My i3绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力 i 实 和 i 理 ，以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置 yi，选用合适的比例绘出应力分布图。1. 实验值与理论值的比较测 点 理论值 i理 （MPa）实际值 i实 （MPa）相对误差12345七、思考题1. 影响实验结果准
19、确性的主要因素是什么？2. 弯曲正应力的大小是否受弹性模量 E 的影响？3. 实验时没有考虑梁的自重，会引起误差吗？为什么？4. 梁弯曲的正应力公式并未涉及材料的弹性模量 E，而实测应力值的计算却用上了弹性模量 E，为什么？Izzz14实验五 组合变形单一力素测定一、实验目的和要求（一）目的利用薄壁园筒弯扭组合变形装置，设计出不同的半桥、全桥法，进行消扭测弯，消弯测扭。通过本试验，使学生掌握利用桥路不同接法测量某一力素的方法，提高学生对组合变形内力、应力分量计算、测试的能力。（二）要求1讲课中有关组合变形的内容；阅读本次实验内容和实验设备中介绍实验台中弯扭组合实验装置。2熟悉各种组桥方式二、实
20、验设备1. 组合实验台中弯扭组合实验装置2. 力应变综合参数测试仪3. 游标卡尺、钢板尺三、实验性质： 综合性实验四、知识点：平面二向应力状态理论，平面弯曲、圆轴扭转理论。五、实验步骤和内容1测定弯矩如图（5-2）所示，薄壁圆筒虽为弯扭组合变形，但 m 和 m两点沿 X 方向只有因弯曲引起的拉伸和压缩应变，且两应变等值异号。因此将 m 和 m两点应变片 b 和b，采用半桥邻臂方式组桥测量，即可得到 m、m两点由弯矩引起的轴向应变 M，则截面 m - m的弯矩实验值为M = E M WZ= E（D4-d4） M 450L c（ a ）a m B x b（ b ） m （ m ） A P 0 a（
21、c）45 0薄壁圆筒简图（图 5-1） 450直角应变花（图 5-2）32D15桥路采用半桥邻臂测量工作片 机内电阻B Rb Ra RbR4 UBD A C R R D E组桥方式（图 5-3） 将 m、m两点的应变片 b 和 b分别接在电桥的半桥邻两臂（AB、BC） ，两机内电阻分别接在相邻桥臂（CD、AD） ，扭转影响将可自动消除。根据桥路原理 d=2 M提高测试灵敏度 2 倍。2、测定扭矩当薄壁圆筒受纯扭转时，m 和 m两点 45方向和-45方向的应变片都是沿主应力方向。且主应力 1和 3数值相等符号相反。因此，采用全桥方式组桥测量（ d=4 p） ，可得到 m 和 m两点由扭矩引起的主
22、应变 n。因扭转时主应力 1和剪应力 相等。则可得到截面 m - m的扭矩实验值为Mn= E n （D 4-d4）桥路采用全桥测量（图 5-4）将 m、m两点与轴向成 450 角方向的应变片 a、c 分别接在电桥的相邻两臂（AB、CD ） ，机内电阻接在相对桥臂（BC 、AD ） ，弯曲影响将可自动消除。16D（1+）16BRa Rc 工作片 UBDA CRc R aDE组桥方式（图 5-4）六、实验步骤1. 设计好本实验所需的各类数据表格。2. 测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。附表 13. 将薄壁圆筒上的应变片按不同测试要求接到仪器上，组成不同的测量电桥。调整
23、好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。（1）测定弯矩：将 m 和 m两点的 b 和 b两只应变片按半桥邻臂 ( d=2 p)组成测量线路进行测量。附表 2（2）测定扭矩：将 m 和 m两点的 a、c 和 a、c四只应变片按全桥方式（ d=4 p）组成测量线路进行测量。附表 34. 拟订加载方案。先选取适当的初载荷 P0（一般取 P0 =10P max左右） ，估算 Pmax（该实验载荷范围 Pmax700N） ，分 46 级加载。5根据加载方案，调整好实验加载装置。6加载。均匀缓慢加载至初载荷 P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应
24、变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。7. 作完实验后，卸掉载荷，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。8实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。17附表 1 （试件相关数据）附表 2（实验数据）m-m截面弯距应变P 100 200 300 400 500 600载荷（N） P 100 100 100 100 100 d p 应变仪读数 弯矩 M平均值附表 3（实验数据）m-m截面扭矩应变P 100 200 300 400 500 600载荷（N） P 100 100 100 100 100
25、 d p 应变仪读数 扭矩 n平均值七、实验结果处理1. 弯矩及扭矩实测值计算:弯曲应力 M = E M剪应力 n = 1 = E n/（1+）弯矩M = E M Wz = M扭矩 Mn = n2.理论计算值计算:弯矩 M= PL扭矩 M n= Pa圆筒的尺寸和有关参数计算长度 L = mm 弹性模量 E = 210 GPa外 径 D = 40 mm 泊 松 比 = 0.26内 径 d = 35 mm 电阻应变片灵敏系数 K= 2.06扇臂长度 a = mm32D16D（1+）E（D 4-d4）E（D 4-d4）183. 实验值与理论值比较m-m截面弯矩和扭矩比较内容 实验值 理论值 相对误差
26、/%M/NmMn/Nm八、思考题1. 测量单一内力分量引起的应变，可以采用那几种桥路接线法？2. 主应力测量中，45 直角应变花是否可沿任意方向粘贴？3. 对测量结果进行分析讨论，误差的主要原因是什么？19实验六 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定一、实验目的1. 用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向，并与理论值进行比较。 2. 进一步掌握电测法二、实验仪器设备和工具4. 组合实验台中弯扭组合实验装置5. 力应变综合参数测试仪6. 游标卡尺、钢板尺三、实验性质：设计性实验四、知识点平面二向应力理论五、实验原理和方法薄壁圆筒受弯扭组合作用，使圆筒发生组合变形，圆筒的 m 点处于平面应力状
27、态（图 3-2） 。在 m 点单元体上作用有由弯矩引起的正应力 x,由扭矩引起的剪应力 n，主应力是一对拉应力 1和一对压应力 3,单元体上的正应力 x和剪应力 n可按下式计算 x = M n = Mn式中 M 弯矩，M = PLMn 扭矩，M n = PaWz 抗弯截面模量，对空心圆筒： Wz = D31-( d )4 WT 抗扭截面模量，对空心圆筒： WT = D31-（ d ） 4 由二向应力状态分析可得到主应力及其方向= x /2 （ x /2） 2+ 2ntg2 0 = -2 n / x WzWT32 D16 D 1 320La m n B m A m nP图 3-2 圆筒 m 点应
28、力状态本实验装置采用的是 450直角应变花，在 m、m点各贴一组应变花（如图 3-3 所示） ，应变花上三个应变片的 角分别为-45 0、0 0、45 0，该点主应力和主方向= tg2 0 =( 45- -45)/(2 0- -45- 45) 45 yc(a ) 0 b(b ) mx ma(c ) -45图 3-3 测点应变花布置图六、实验方案设计：a：半桥接法单臂工作，温度互补b：半桥接法邻臂工作，温度互补c：全桥接法对臂工作，温度互补d：半桥接法双臂工作，温度互补 1 1 3 3 1 3E（ 45+ -45）2（1 - ）2 E2（1 + ） （ 45- 0）2 + （ -45- 0） 2
29、21七、实验步骤：1.设计好本实验所需的各类数据表格2测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。附表1将薄壁圆筒上的应变片按不同测试要求接到仪器上，组成不同的测量电桥。调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。3.加载方案。先选取适当的初载荷 P0（一般取 P0 =10P max左右） ，估算 Pmax（该实验载荷范围 Pmax700N） ，分 46 级加载。4根据加载方案，调整好实验加载装置。5加载。均匀缓慢加载至初载荷 P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。6作完实验后
30、，卸掉载荷，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。7实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。附表 1 （试件相关数据）八、实验结果处理1. 主应力及方向m 或 m点实测值主应力及方向计算：= tg2tg2 0 =( 45- -45)/(2 0- -45- 45)m 或 m理论值主应力及方向计算：= x /2 （ x /2） 2+ 2ntg2 0 = -2 n / x 2.实验值与理论值比较圆筒的尺寸和有关参数计算长度 L = mm 弹性模量 E = 210 GPa外 径 D = 40 mm
31、泊 松 比 = 0.26内 径 d = 35 mm 电阻应变片灵敏系数 K= 2.06扇臂长度 a = mm 1 3E（ 45+ -45）2（1 - ）2 E2（1 + ） （ 45- 0）2 + （ -45- 0） 2 1 322m 或 m点主应力及方向比较内容 实验值 理论值 相对误差/% 1/MPa 3/MPa m 点 0 /（ ） 1/MPa 3/MPa m点 0 /（ ）九、思考题1测量单一内力分量引起的应变，可以采用那几种桥路接线法？2主应力测量中，45 直角应变花是否可沿任意方向粘贴？3 对测量结果进行分析讨论，误差的主要原因是什么23实验七 偏心拉伸实验一、实验目的和要求（一）
32、目的1. 测定偏心拉伸时最大正应力，验证迭加原理的正确性。2. 分别测定偏心拉伸时由拉力和弯矩所产生的应力。3. 测定偏心距。4. 测定弹性模量 E。（二）要求1讲课中有关偏心拉伸的内容；阅读本次实验内容和实验设备中介绍实验台拉伸部件2熟悉电桥电路及各种组桥方式二、实验仪器设备与工具1. 组合实验台拉伸部件2. 力应变综合参数测试仪3. 游标卡尺、钢板尺三、实验性质：验证性实验四、实验原理和方法偏心拉伸试件，在外载荷作用下，其轴力 N=P，弯矩 M=Pe，其中 e 为偏心距。根据迭加原理，得横截面上的应力为单向应力状态，其理论计算公式为拉伸应力和弯矩正应力的代数和。即= 偏心拉伸试件及应变片的
33、布置方法如图 3-5，R 1和 R2分别为试件两侧上的两个对称点。则 1= P+ M 2= P- M式中： P轴力引起的拉伸应变 M弯矩引起的应变根据桥路原理，采用不同的组桥方式，即可分别测出与轴向力及弯矩有关的应变值。从而进一步求得弹性模量 E、偏心距 e、最大正应力和分别由轴力、弯矩产生的应力。可直接采用半桥单臂方式测出 R1和 R2受力产生的应变值 1和 2，通过上述两式算出轴力引起的拉伸应变 P和弯矩引起的应变 M；也可采用邻臂桥路接法可直接测出弯矩引起的应变 M， （采用此接桥方式不需温度补偿片，接线如图 3-6（a） ） ；采用对臂桥路接法可直接测出轴向力引起的应变 P， （采用此
34、接桥方式需加温度补偿片，接线如图 3-6（b） ）PA06Mbh224。P Pe R R补偿块R2 R1b h图 3-5 偏心拉伸试件及布片图P PB BR1 R2 R1 RUBD UBDA C A CR3 R4 R R2D DE E（a） （b） 图 3-6 接线图五、实验步骤1.设计好本实验所需的各类数据表格。2.测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积 A0。附表 14. 拟订加载方案。先选取适当的初载荷 P0（一般取 P0 =10% Pmax左右） ，估算 Pmax（该实验载荷范围 Pmax5000N） ，分 46 级加载。4
35、.根据加载方案，调整好实验加载装置。5. 按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6. 加载。均匀缓慢加载至初载荷 P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录应变值 P和 M，直到最终载荷。实验至少重复两次。附表 2，半桥单臂测量数据表格；（附表 3、对臂桥路测量数据表格；附表 4，邻臂桥路测量数据表格。 ）7.作完实验后，卸掉载荷，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。25附表 1 （试件相关数据）试件 厚度 h（mm） 宽度 b（mm） 横截面面积 A0=bh（mm 2）截面截
36、面截面平均弹性模量 E = 210 GPa泊松比 = 0.26偏心距 e= 10 mm附表 2 （实验数据）P 1000 2000 3000 4000 5000载荷（N） P 1000 1000 1000 1000 1 1平均值 1 2应 变 仪 读 数 平均值附表 3 （实验数据）P 1000 2000 3000 4000 5000载荷（N） P 1000 1000 1000 1000 d p p应变仪读数 平均值附表 4 （实验数据）P 1000 2000 3000 4000 5000载荷（N） P 1000 1000 1000 1000 d m m应变仪读数 平均值六、实验结果处理1.
37、求弹性模量 E P =（ 1+ 2）/2E = 2. 求偏心距 e M =（ 1- 2）/2PA0 PEhb226e = M 3. 应力计算理论值 max= min实验值 max = E（ P+ M） min = E（ P- M）七、思考题1简述理论值与实验值存在的差别的原因。2采用什么措施可消除偏心的影响？6PPA06P ehb227实验八 悬臂梁实验一、实验目的和要求（一）目的测定悬臂梁上下表面的应力，验证梁的弯曲理论。（二）要求熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验仪器设备与工具1. 材料力学组合实验台中悬臂梁实验装置与部件2. 力应变综合参数测试仪3. 游标卡尺、钢板尺三、实验性质验证性实验
38、四、实验原理与方法将试件固定在实验台架上，梁在纯弯曲时，同一截面上表面产生压应变，下表面产生拉应变，上下表面产生的拉压应变绝对值相等。此时，可得到不同横截面的正应力 ，计算公式=式中： M 弯矩 M=PL （L载荷作用点到测试点的距离）W 抗弯截面矩量 W=bh 2/6在梁的上下表面分别粘贴上应变片 R1，R 2；如图 3-9 所示，当对梁施加载荷 P 时，梁产生弯曲变形，在梁内引起应力。LR1h R2 bP 图 3-9 悬臂梁受力简图及应变片粘贴方位五、实验步骤1. 设计好本实验所需的各类数据表格。2. 测量悬臂梁的有关尺寸，确定试件有关参数。见附表 13. 拟订加载方案。选取适当的初载荷
39、P0，估算最大载荷 Pmax(该实验载荷范围50N)，一般分 46 级加载。4. 实验采用多点测量中半桥单臂公共补偿接线法。将悬臂梁上两点应变片按序号接到电阻应变仪测试通道上，温度补偿片接电阻应变仪公共补偿端。5. 按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6. 实验加载。用均匀慢速加载至初载荷 P0。记下各点应变片初读数，然后逐级加载，每增加一级载荷，依次记录各点应变仪的 i，直至终载荷。实验至少重复三次。见附表 2MW287. 作完实验后，卸掉载荷，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。附表 1 （试件相关数据
40、）梁的尺寸和有关参数梁的宽度 b = mm梁的厚度 h = mm载荷作用点到测试点距离 L = mm弹性模量 E = 210 GPa泊松比 = 0.26附表 2 （实验数据）P 10 20 30 40 50载荷（N） P 10 10 10 10 1 1 R1平均值 2 2应变仪读数R2平均值六、实验结果处理1. 理论计算= = 2. 实验值计算= E 均七、思考题1、主应力测量中，45 0直角应变花是否可沿任意方向粘贴？2、对测量结果进行分析讨论，误差的主要原因是什么？MW6PLbh229实验九 压杆稳定实验一、实验目的1. 用电测法测定两端铰支压杆的临界载荷 Pcr，并与理论值进行比较，验证
41、欧拉公式。2. 观察两端铰支压杆丧失稳定的现象。二、仪器设备与工具1. 材料力学组合实验台中压杆稳定实验部件2. 力应变综合参数测试仪3. 游标卡尺、钢板尺三、实验性质验证性实验 四、实验原理和方法对于两端铰支，中心受压的细长杆其临界力可按欧拉公式计算Pcr = 式中 I min杠杆横截面的最小惯性矩；I minbh 3/12L 压杆的计算长度。P P - 2b R2 R1 AO Ph 1 PcrP P B（a） （b）图 3-7 弯曲状态的压杆和 P- 曲线图 37（b）中 AB 水平线与 P 轴相交的 P 值，即为依据欧拉公式计算所得的临界力 Pcr的值。在 A 点之前，当 PPcr时压杆
42、将丧失稳定而发生弯曲变形。因此，P cr是压杆由稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界力。实际实验中的压杆，由于不可避免地存在初曲率，材料不均匀和载荷偏心等因素2EIminL230影响，由于这些影响，在 P 远小于 Pcr时，压杆也会发生微小的弯曲变形，只是当 P 接近 Pcr时弯曲变形会突然增大，而丧失稳定。实验测定 Pcr时，采用可采用本材料力学多功能实验装置中压杆稳定实验部件，该装置上、下支座为 V 型槽口，将带有圆弧尖端的压杆装入支座中，在外力的作用下，通过能上下活动的上支座对压杆施加载荷，压杆变形时，两端能自由地绕 V 型槽口转动，即相当于两端铰支的情况。利用电测法在压杆中央两侧各贴一枚应变
43、片 R1和 R2，如图 3-7（a）所示。假设压杆受力后如图标向右弯曲情况下，以 1和 2分别表示应变片 R1和 R2左右两点的应变值，此时， 1是由轴向压应变与弯曲产生的拉应变之代数和， 2则是由轴向压应变与弯曲产生的压应变之代数和。当 PPcr时，压杆几乎不发生弯曲变形， 1和 2均为轴向压缩引起的压应变，两者相等，当载荷 P 增大时，弯曲应变 1则逐渐增大， 1和 2的差值也愈来愈大；当载荷 P 接近临界力 Pcr时，二者相差更大，而 1变成为拉应变。故无论是 1还是 2，当载荷 P 接近临界力 Pcr时，均急剧增加。如用横坐标代表载荷 P，纵坐标代表压应变-，则压杆的 P- 关系曲线如
44、图 3-7（b）所示。从图中可以看出，当 P 接近 Pcr时，P- 1和 P- 2曲线都接近同一水平渐进线 AB，A 点对应的横坐标大小即为实验临界压力值。五、实验步骤1.设计好本实验所需的各类数据表格。2.测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面的宽度 b 和厚度 h，取其平均值用于计算横截面的最小惯性距 Imin，见附表13.拟订加载方案。加载前用欧拉公式求出压杆临界压力 Pcr的理论值，在预估临界力值的 80%以内，可采取大等级加载，进行载荷控制。例如可以分成 45 级，载荷每增加一个P，记录相应的应变值一次，超过此范围后，当接近失稳时，变形量快速增加，此时载荷量应取小些，或者改为变形量控制加载，即变形每增加一定数量读取相应的载荷，直到P 的变化很小，渐进线的趋势已经明显为止。4.根据加载方案，调整好实验加载装置。5. 按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6. 加载分成二个阶段，在达到理论临界载荷 Pcr的 80之前，由载荷控制，均匀缓慢加载，每增加一级载荷，记录两点应变值 1和 2；超过理论临界载荷 Pcr的 80%之后，由变形控制，每增加一定的应变量读取相应的载荷值。当试件的弯曲应
