1、高 等 学 校 教 材材 料 力 学 实 验 指 导王 绍 铭 熊 莉 陈 时 通 葛 玉 梅 编中 国 铁 道 出 版 社2 0 0 0 年 北 京( 京 ) 新 登 字 063 号内 容 简 介本 书 是 高 等 学 校机 械 、 土 木 工程 专 业 材 料 力 学 教 学 实 验 必用 书 , 全 书 共 四 章 。 第 一 章 主 要 介 绍 教 学实 验 设 备 及 操 作 使 用 方 法 ; 第 二 、 三 章 为 基 本 实 验 和 选 择 性 实 验 ; 第 四 章 为 实 验 报 告 。本 书 可 供 高 等 学 校 机 械 、 土 木 工 程 专 业 师 生 使 用 ,
2、也 可 供 实 验 室 等 科 技 人 员 参考 。图 书 在 版 编 目 ( CIP) 数 据材 料 力 学 实 验 指 导 / 王 绍 铭 等 编 . - 北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 , 2000.7ISBN 7-113-03709-7 . 材 . 王 . 材 料 力 学 -实 验 -高 等 学 校 - 教 材 . TB301-33中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2000) 第 17847 号书 名 : 材 料 力 学 实 验 指 导作 者 : 王 绍 铭 熊 莉 陈 时 通 葛 玉 梅 编出 版 发 行 : 中 国 铁 道 出 版 社 (1 0 0 05
3、 4 , 北 京 市 宣 武 区 右 安 门 西 街 8 号 )责 任 编 辑 : 程 东 海封 面 设 计 : 李 艳 阳印 刷 : 中 国 铁 道 出 版 社 印 刷 厂开 本 : 7 87 10 9 2 1/ 1 6 印 张 : 6 .5 字 数 : 1 5 7 千版 本 : 2 00 0 年 7 月 第 1 版 2 00 0 年 7 月 第 1 次 印 刷印 数 : 1 5 0 00 册书 号 : ISB N 7-11 3-0 3 70 9-7/ TB4 3定 价 : 8 .1 0 元版 权 所 有 盗 印 必 究凡 购 买 铁 道 版 的 图 书 , 如 有 缺 页 、 倒 页 、
4、脱 页 者 , 请 与 本 社 发 行 部 调 换前 言材 料 力 学 实 验 是 材 料 力 学 课 程 的 重 要 组 成 部 分 。 材 料 力 学 中 的 一 些 理 论 和 公 式 是 建 立 在 实 验 、 观 察 、 推 理 、 假 设 的 基 础 上 , 它 们 的 正 确 性 还 须 由 实 验 来 验 证 。 学 生 通 过 做 实 验 , 用 理 论 来 解 释 、 分 析 实 验 结 果 , 又 以 实 验 结 果 来 证 明 理 论 , 互 相 印 证 , 以 达 到 巩 固 理 论 知 识 和 学 会 实 验 方 法 的 双 重 目 的 。本 书 是 根 据 西 南
5、 交 通 大 学 开 设 的 材 料 力 学 实 验 内 容 和 实 验 仪 器 设 备 情 况 而 编 写 的 , 由 仪 器 设 备 介 绍 、 基 本 实 验 、 选 择 性 实 验 和 实 验 报 告 组 成 。 该 书 共 有 16 个 实 验 和 与 之 对 应 的 16 个 实 验 报 告 , 并 附 有 一 定 数 量 的 思 考 题 。 全 部 完 成 各 项 实 验 需 32 44 学 时 , 在 目 前 情 况 下 , 要 求 学 生 必 须 完 成 6 个 基 本 实 验 , 其 余 的 实 验 , 根 据 学 生 所 学 专 业 的 特 点 , 可 选 做 。本 书
6、在 编 写 过 程 中 , 得 到 了 西 南 交 通 大 学 应 用 力 学 与 工 程 系 领 导 和 固 体 力 学 教 研 室 和 实 验 室 老 师 的 大 力 支 持 , 并 多 次 参 与 审 阅 书 稿 , 提 供 了 许 多 宝 贵 的 资 料 , 对 此 表 示 感 谢 。编 者2000 年 5 月学 生 实 验 须 知1. 实 验 前 , 必 须 预 习 实 验 指 导 书 中 相 关 的 内 容 , 了 解 本 次 实 验 的 目 的 、 要 求 及 注 意 事 项 。2. 按 预 约 实 验 时 间 准 时 进 入 实 验 室 , 不 得 无 故 迟 到 、 早 退
7、、 缺 席 。3. 进 入 实 验 室 后 , 不 得 高 声 喧 哗 和 擅 自 乱 动 仪 器 设 备 。4. 保 持 实 验 室 整 洁 , 不 准 在 机 器 、 仪 器 及 桌 上 涂 写 , 不 准 乱 丢 纸 屑 , 不 准 随 地 吐 痰 。5. 实 验 中 , 严 格 遵 守 操 作 步 骤 和 注 意 事 项 。 实 验 时 , 仪 器 设 备 发 生 故 障 , 学 生 要 立 即 报 告 教 师 , 及 时 检 查 , 排 除 故 障 后 , 方 能 继 续 实 验 。6. 实 验 过 程 中 , 学 生 不 按 仪 器 操 作 规 程 操 作 损 坏 仪 器 设 备
8、者 , 将 按 学 校 损 坏 仪 器 赔 偿 规 定 处 理 。7. 实 验 过 程 中 , 同 学 要 相 互 配 合 , 认 真 测 取 和 记 录 实 验 数 据 。8. 实 验 结 束 后 , 将 仪 器 、 工 具 清 理 摆 正 。 不 得 将 实 验 室 的 工 具 、 仪 器 、 材 料 等 物 品 携 带 出 实 验 室 。9. 实 验 完 毕 , 须 将 实 验 数 据 经 指 导 教 师 认 可 盖 章 后 方 能 离 开 实 验 室 。10. 有 些 实 验 报 告 只 给 实 验 报 告 纸 , 实 验 报 告 格 式 由 学 生 自 行 拟 定 。 实 验 报 告
9、 要 求 做 到 字 迹 端 正 、 绘 图 清 晰 、 表 格 简 明 。 1 目 录第 一 章 主 要 仪 器 设 备 介 绍 11-1 WD-10A 电 子 万 能 试 验 机 及 附 属 装 置 11-2 静 、 动 态 应 变 仪 及 电 阻 应 变 片 61-3 x-y 函 数 记 录 仪 181-4 409- 型 光 弹 仪 201-5 日 本 岛 津 万 能 试 验 机 221-6 液 压 式 万 能 试 验 机 35第 二 章 基 本 实 验 382-1 低 碳 钢 和 灰 口 铸 铁 的 拉 伸 、 压 缩 实 验 382-2 低 碳 钢 和 灰 口 铸 铁 的 拉 伸 、
10、 压 缩 计 算 机 采 集 实 验 412-3 低 碳 钢 拉 伸 时 弹 性 模 量 E 与 泊 桑 比 的 测 定 实 验 432-4 扭 转 实 验 452-5 矩 形 梁 纯 弯 曲 时 正 应 力 分 布 电 测 实 验 482-6 弯 扭 组 合 作 用 下 电 测 实 验 502-7 弹 性 压 杆 稳 定 实 验 53第 三 章 选 择 性 实 验 563-1 仪 器 设 备 操 作 使 用 实 验 563-2 粘 贴 电 阻 应 变 片 实 验 563-3 普 通 光 弹 实 验 563-4 平 面 框 架 空 间 受 力 电 测 实 验 583-5 偏 心 拉 伸 实 验
11、 583-6 悬 臂 等 强 度 梁 动 态 应 变 测 量 计 算 机 采 集 实 验 593-7 冲 击 实 验 603-8 硬 度 实 验 623-9 设 计 性 综 合 实 验 65第 四 章 实 验 报 告 67一 、 低 碳 钢 和 灰 口 铸 铁 的 拉 伸 、 压 缩 实 验 报 告 67二 、 低 碳 钢 和 灰 口 铸 铁 的 拉 伸 、 压 缩 计 算 机 采 集 实 验 报 告 69三 、 低 碳 钢 拉 伸 时 弹 性 模 量 E 和 泊 桑 比 测 定 实 验 报 告 71四 、 扭 转 实 验 报 告 73五 、 矩 形 梁 纯 弯 曲 时 正 应 力 分 布 电
12、 测 实 验 报 告 75六 、 弯 扭 组 合 作 用 下 电 测 实 验 报 告 77七 、 弹 性 压 杆 稳 定 实 验 报 告 79八 、 仪 器 设 备 操 作 实 验 报 告 81 2 九 、 粘 贴 电 阻 应 变 片 实 验 报 告 83十 、 普 通 光 弹 实 验 报 告 85十 一 、 平 面 框 架 空 间 受 力 电 测 实 验 报 告 87十 二 、 偏 心 拉 伸 实 验 报 告 89十 三 、 悬 臂 等 强 度 梁 动 态 计 算 机 采 集 实 验 报 告 91十 四 、 冲 击 实 验 报 告 93十 五 、 硬 度 测 试 实 验 报 告 95十 六
13、、 设 计 性 综 合 实 验 报 告 97 1 第 一 章 主 要 仪 器 设 备 介 绍1-1 WD-10A 电 子 万 能 试 验 机 及 附 属 装 置一 、 电 子 万 能 试 验 机以 WD-10 A 型 万 能 试 验 机 为 例 介 绍 其 构 造 。 该 试 验 机 由 主 机 和 控 制 显 示 柜 两 部 分 组 成 , 最 大 荷 载 为 100 k N, 横 梁 移 动 速 度 由 0.5 mm/ min 250 mm/ min , 共 分 10 档 。 采 用 电 阻 应 变 片 式 荷 载 和 变 形 传 感 器 , 由 数 字 电 压 表 显 示 其 荷 载 和
14、 变 形 值 。 试 验 机 外 形 构 造 如 图 1 1。1. 试 验 机 加 载 原 理图 1 1 WD-1 0 A 电 子 万 能 试 验 机试 验 机 动 横 梁 由 两 根 丝 杆 同 步 转 动 而 向 上 或 向 下 平 行 移 动 。 如 果 固 定 于 基 座 的 下 压 头 和 固 定 于 动 横 梁 上 的 上 压 头 之 间 放 置 一 个 试 件 , 当 横 梁 下 移 时 , 试 件 将 受 到 压 力 而 发 生 缩 短 变形 。 为 了 测 量 压 力 的 大 小 , 在 上 压 头 安 装 了 一 个 受 压 的 荷 载 传 感 器 。 由 于 传 感 器
15、与 试 件 串 联将 受 到 同 样 大 小 的 压 力 , 输 出 一 个 与 所 受 压 力 成 正 比 的 信 号 , 经 放 大 后 由 数 字 电 压 表 显 示 压 力 的 大 小 。如 果 在 主 机 的 上 拉 伸 夹 头 和 固 定 于 动 横 梁 上 的 下 拉 伸 夹 头 之 间 夹 持 住 一 根 试 样 。 当 横 梁 下 移 时 , 试 样 将 受 到 拉 力 的 作 用 , 并 产 生 伸 长 变 形 。 为 了 测 量 拉 力 的 大 小 , 在 上 拉 伸 夹 头 上 安装 一 只 拉 力 传 感 器 来 产 生 与 所 受 拉 力 成 正 比 的 信 号 ,
16、 经 放 大 后 显 示 拉 力 的 大 小 。试 验 机 除 了 能 做 拉 伸 和 压 缩 试 验 外 , 如 果 配 上 其 他 的 夹 具 , 也 可 以 作 试 样 的 剪 切 、 弯 曲 等 2 试 验 , 所 以 通 常 把 它 称 为 万 能 材 料 试 验 机 。 这 种 试 验 机 的 加 力 装 置 特 点 是 丝 杆 传 动 。 动 横 梁以 上 是 拉 伸 试 验 区 , 动 横 梁 以 下 为 压 缩 试 验 区 。 不 论 拉 伸 或 压 缩 , 加 载 时 横 梁 总 是 下 行 , 横 梁 上 行 时 为 卸 载 。2. 荷 载 测 量 单 元 荷 载 测 量
17、 单 元 实 质 上 是 一 个 高 质 量 的 应 变 测 量 放 大 器 。 传 感 器 通 过 其 内 的 弹 性 元 件 的 变形 和 电 阻 应 变 片 电 桥 , 将 弹 性 元 件 受 力 后 的 变 形 量 转 换 成 一 个 微 小 的 电 压 变 化 量 , 通 过 放 大 器 放 大 后 用 数 字 电 压 表 显 示 与 荷 载 成 正 比 的 数 值 。荷 载 测 量 单 元 的 面 板 如 图 12。 操 作 使 用 方 法 如 下 :图 1 2 荷 载 测 量 单 元 面 板(1 ) 传 感 器 选 择 。 万 能 试 验 机 的 最 大 荷 载 为 100 k
18、N , 配 有 一 个 拉 力 荷 载 传 感 器 和 一 个 压 力 荷 载 传 感 器 。 根 据 所 作 的 试 验 是 拉 伸 或 是 压 缩 来 进 行 选 择 。 当 进 行 拉 伸 试 验 时 , 按 下 标 有 “拉” 字 的 键 , 就 意 味 着 已 把 拉 伸 荷 载 传 感 器 接 入 了 仪 器 系 统 。 需 作 压 缩 试 验 时 , 则 将 标 有 “压” 字 的 键 按 下 。(2 ) 量 程 选 择 。 量 程 即 测 量 的 范 围 。 本 机 所 配 100k N 荷 载 传 感 器 , 有 四 种 测 量 范 围 可 供选 择 , 即 100 k N、
19、 50 kN、 20 k N和 10 kN。 每 一 种 量 程 起 作 用 时 , 荷 载 数 字 电 压 表 显 示 相 应 的 满 量 程 数 值 均 为 1 000。 例 如 按 下 50 k N键 , 则 当 荷 载 为 50 k N 时 数 字 电 压 表 显 示 1 000 , 荷 载 为 10 k N时 显 示 200 , 荷 载 为 5 k N时 显 示 100。 为 了 使 读 数 误 差 较 小 , 所 选 择 的 量 程 应 是 比 试 验 时 的 实 际 荷 载 稍 大 的 量 程 。在 这 组 按 键 中 还 有 “0”键 和 “ 标 定” 键 。 “ 0”键 是
20、使 仪 器 系 统 输 入 为 零 , 用 于 预 热 仪 器 和 调 试 。 “标 定” 键 用 于 检 查 仪 器 的 灵 敏 度 是 否 正 确 , 按 下 时 显 示 出 一 个 规 定 的 标 定 值 , 便 于 检 查 调 整 。 通 常 由 实 验 室 的 教 师 检 查 调 试 。为 了 使 材 料 试 验 机 安 全 地 工 作 , 在 荷 载 测 量 单 元 还 设 置 了 “ 破 断 ”和 “ 过 载 ”保 护 开 关 。 若 把 “破 断” 开 关 置 于 “开” 位 置 , 试 件 破 坏 后 , 试 验 机 就 会 自 动 停 机 。 把 “ 过 载 ”开 关 置
21、于 “ 开 ”位 置 , 试 验 机 超 载 10 % 时 就 会 自 动 停 机 。 在 电 子 万 能 试 验 机 主 机 的 上 、 下 部 位 安 装 了 两 个 限 位 行 程 开 关 , 也 是 起 保 护 作 用 的 。(3 ) 仪 器 调 零 。 当 试 件 尚 未 接 触 上 压 头 或 夹 紧 时 , 试 样 没 有 受 到 荷 载 作 用 , 荷 载 数 字 电 压表 应 显 示 为 零 。 若 数 字 表 显 示 不 为 零 , 则 可 转 动 本 单 元 面 板 上 的 调 零 电 位 器 R 旋 钮 , 使 数 字显 示 零 或 在 2 以 内 即 可 。3. 变
22、形 测 量 单 元 3 为 了 测 量 材 料 的 弹 性 模 量 E 和 条 件 屈 服应 力 0 . 2 , 万 能 试 验 机 配 有 引 伸 计 变 形 测 量系 统 。 引 伸 计 安 装 于 试 样 上 如 图 1 3。 引 伸 计 两 个 刀 口 之 间 的 距 离 为 变 形 测 量 段 的 原 始 长 度 称 为 标 距 。 引 伸 计 的 标 距 应 该 是 标 准的 , 由 一 根 长 度 杆 控 制 。 刀 口 用 橡 皮 筋 捆 压 在 试 样 上 。 试 样 受 力 伸 长 时 , 刀 口 之 间 距离 就 发 生 变 化 , 使 弹 性 元 件 上 的 应 变 片
23、 组 成 的 电 桥 产 生 一 个 微 小 的 电 压 变 化 量 , 经 过 放 大 后 显 示 与 变 形 成 正 比 的 数 值 。变形 测 量 单 元 的 面 板 如 图 1 4。 其 操 作 使 用 方 法 如 下 :(1 ) 变 形 传 感 器 选 择 。 试 验 机 上 现 只 配 图 1 3 引 伸 计 安 装图 1 4 变 形 测 量 单 元有 一 只 标 距 mm 而 变 形 为 10 mm的 传 感 器 , 按 下 此 键 即 可 把 传 感 器 接 入 仪 器 系 统 。(2 ) 测 量 范 围 选 择 。 测 量 范 围 分 为 四 档 , 量 程 各 为 10 m
24、m、 5 mm、 2 mm 和 1 mm。 当 选 择 1 mm量 程 时 , 则 1 mm的 变 形 量 显 示 数 为 1 000、 0.1 mm的 显 示 数 为 100、 0.01 mm时 显 示 为 10。 其 余 量 程 类 推 即 可 。(3 ) 将 引 伸 计 安 装 好 后 , 接 好 仪 器 之 间 的 联 线 , 按 下 面 板 上 传 感 器 所 需 量 程 键 , 调 节 R粗和 R细 旋 钮 , 使 变 形 数 字 电 压 表 显 示 为 零 或 2 以 内 即 可 。在 变 形 测 量 单 元 还 设 有 “0”键 和 “ 标 定” 键 。 “ 0”键 是 使 变
25、 形 单 元 系 统 输 入 为 零 , 用 于 预 热 仪 器 和 调 试 。 “标 定” 键 用 于 检 查 变 形 单 元 系 统 的 灵 敏 度 是 否 正 确 , 按 下 此 键 时 显 示 规 定 的 标定 值 , 若 与 此 规 定 值 不 相 符 , 可 调 节 标 定 电 位 器 。4. 横 梁 位 移 测 量 单 元使 用 引 伸 计 测 量 试 样 受 力 后 的 变 形 , 但 是 它 的 量 程 较 小 , 最 大 为 10 mm的 量 程 不 能 满 足 试样 拉 伸 直 至 破 坏 的 测 量 要 求 。 所 以 它 只 能 用 于 弹 性 和 小 塑 性 变 形
26、 段 的 测 量 。 测 量 试 样 的 大 变 形 往 往 用 测 量 横 梁 的 位 移 来 代 替 。 使 用 差 动 变 压 器 式 的 位 移 传 感 器 , 可 以 得 到 较 大 的 测 量 范围 。 位 移 传 感 器 的 安 装 如 图 15。 位 移 计 的 筒 体 固 定 于 试 验 机 的 动 横 梁 上 , 位 移 计 心 轴 由 固定 于 机 器 上 的 磁 力 平 台 所 支 持 。 当 横 梁 向 上 或 向 下 移 动 时 , 位 移 计 筒 体 随 动 横 梁 上 下 移 动 , 而 4 图 1 5 位 移 传 感 器 装 置心 轴 是 不 动 的 。 筒
27、体 与 心 轴 的 相 对 位 移 使 传 感 器 产 生 一 个 电 压 信 号 , 经 位 移 测 量 单 元 规 范 调 节 后 显 示于 位 移 数 字 电 压 表 。 同 时 还 把 输 出 的 电 压 信 号 接 入 x-y 函 数 记 录 仪 的 x 坐 标 上 , 以 便 于 绘 制 曲 线 图 。在图 15 中 , 由 于 位 移 传 感 器 固 定 在 动 横 梁 上 , 在 实 验 过 程 中 , 把 试 件 的 变 形 、 夹 持 端 的 滑 移 、 传 动 装 置 间 的 间 隙 和 横 梁 的 弹 性 变 形 等 量 都 输 入 给 x-y 函 数 记 录 仪 绘
28、制 曲 线 图 , 所 以 绘 制 的 曲 线 图 精 度 不 高 。 在 图 16 中 , 使 用 了 夹 式 引 伸 仪 直 接 装 卡 在 试 件 上 , 在 实 验 过 程 中 , 夹 式 引 伸 仪 的 心 轴 借 助 于 弹 簧 的 作 用 , 随 着 试 件 伸 长 而 增 长 。 把 试 件 的 真 实伸 长 量 输 入 给x-y 函 数 记 录 仪 绘 图 , 所 以 绘 制 的 曲 线 图 精 度 较 高 。 位 移 测 量 单 元 面 板 如 图 1 7 , 试 验 时 , 当 安 装 好 试样 之 后 , 移 动 用 磁 性 千 分 表 座 改 制 的 磁 性 平 台
29、, 使 位 移 计 心 轴 大 约 处 于 初 始 位 置 ( 在 心 轴 上 有 刻 线 ) , 旋 转 调 零 电位 器 使 位 移 数 字 显 示 一 个 较 小 的 数 值 ( 100 以 内 ) , 再 打 开 x-y 函 数 记 录 仪 电 源 , 以 免 记 录 笔 架 超 限 发 生 碰 撞 。 图 中 的 微 机 接 口 主 要 供 计 算 机 采 集 试 验 数 据 时 使 用 。位 移 传 感 器 输 出 的 位 移 电 量 , 若 未 给 出 标 定 值 , 其 位 移 量 都 是 随 机 的 , 不 能 作 为 计 算 变 形 量 的 依 据 。 位 移 传感 器 通
30、 常 采 用 标 准 杆 和 引 伸 计 检 定 仪 来 标 定 , 其 标 定 值可 用 于 计 算 试 样 的 变 形 量 。5. 速 度 选 择 单 元为 了 满 足 各 种 类 型 试 验 速 度 的 需 要 , 控 制 柜 中 设 有一 个 速 度 选 择 单 元 如 图 18 所 示 。 采 用 可 控 硅 闭 环 调节 技 术 , 使 试 件 变 形 速 度 控 制 为 指 定 值 ( 误 差 在 2 % 以 内 ) 。 试 验 机 设 有 两 种 类 型 的 横 梁 移 动 速 度 。 试 样 加 载的速 度 有 0.5 、 1 、 2、 5 、 10 mm/ min , 横
31、梁 快 速 移 动 的 速 度图 1 6 夹 式 引 伸 计有 15、 20、 50、 100、 250 mm/ min , 它 主 要 用 于 调 整 夹 头 之 间 的 距 离 , 以 便 安 装 试 样 。 按 下 所 需 速 度 键 , 就 确 定 了 横 梁 的 移 动 速 度 。 当 再 按 下 降 ( 加 载 ) 或 上 升 ( 卸 载 ) 按 钮 时 , 横梁 将 按 设 定 的 速 度 下 降 或 上 升 。图 1 7 位 移 测 量 单 元 面 板试 验 时 须 特 别 注 意 : 速 度 设 置 经 常 是 设 置 于 小 的 加 载 速 度 范 围 内 。 当 设 置
32、高 速 移 动 横 梁 之 后 , 一 定 要 返 回 到 小 的 加 载 速 度 设 置 , 以 免 误 运 行 时 损 坏 试 样 。 在 运 转 时 , 要 想 改 变 运 动 方 向 , 须 先 按 “停” , 然 后 再 按 “ 上 升” 或 “ 下 降” 。6. 电 子 万 能 试 验 机 的 校 准万 能 试 验 机 在 出 厂 前 , 已 由 厂 方 对 试 验 机 荷载 、 变 形 和 位 移 等 量 进 行 校 准 。 出 厂 后 , 由 于 运 5 图 1 8 速 度 选 择 单 元 面 板输 、 安 装 、 使 用 都 会 影 响 试 验 机 的 精 度 。 故 对 试
33、 验 机 荷 载 、 变 形 和 位 移 量 都 要 定 时 地 用 精 度 较高 的 专 用 仪 器 进 行 校 准 。 此 项 工 作 一 般 由 实 验 室 工 作 人 员 实 施 。二 、 力 传 感 器传 感 器 有 各 种 各 样 的 类 型 , 在 此 只 简 单 地 介 绍 应 变 式 负 荷 传 感 器 ( 图 19 ) , 主 要 由 弹 性元件 、 应 变 片 及 外 壳 等 部 分 构 成 。 将 8 片 电 阻 应 变 片 用 粘接 剂 粘 贴 在 弹 性 元 件 的 变 形 部 位 上 , 组 成 全 桥 电 路 。 弹 性元 件 在 外 力 ( 拉 力 或 压 力
34、 ) 作 用 下 产 生 应 变 , 应 变 片 上 的 电阻 丝 栅 随 之 伸 长 或 缩 短 , 使 其 电 阻 值 改 变 。 然 后 由 测 量 仪器 将 此 电 阻 变 化 转 换 成 与 外 力 相 对 应 的 电 量 显 示 出 来 , 这 个 电 量 就 代 表 了 力 的 大 小 。只 要 在 这 种 传 感 器 的 两 端 配 上 不 同 的 联 接 接 头 , 就 可 以 作 拉 力 传 感 器 或 压 力 传 感 器 。 WD-10A 型 电 子 万 能 试 验图 1 9 应 变 式 负 载 传 感 器行 标 定 , 保 持 其 所 测 荷 载 的 精 度 。机 就
35、使 用 了 这 种 传 感 器 。 力 传 感 器 在 使 用 中 , 必 须 定 时 进三 、 位 移 传 感 器 ( 差 动 变 压 器 式 位 移 传 感 器 )位 移 传 感 器 把 直 线 移 动 的 位 移 量 变 换 为 电 量 , 其 工 作 原 理 实 质 上 是 铁 心 可 动 的 变 压 器 。 其 结 构 示 意 图 和 电 原 理 图 如 图 110 所 示 。差 动 变 压 器 式 位 移 传 感 器 由 初 级 线 圈 和 两 组 次级 线 圈 、 插 入 线 圈 中 心 的 棒 状 铁 心 及 其 外 壳 等 部 分 组 成 。 当 铁 心 在 线 圈 内 移
36、动 时 , 改 变 了 磁 通的 空 间 分 布 , 从 而 改 变 了 初 、 次 级 线 圈 之 间 的 互 感 量 。 当 供 给 初 级 线 圈 一 定 频 率 的 交 变 电 压 时 , 次 级 线 圈 就 要 产 生 感 应 电 动 势 , 随 着 铁 心 的 位 置 ( 上下 移 动 ) 不 同 , 互 感 量 也 不 同 , 次 级 线 圈 产 生 的 感应 电 动 势 也 不 同 。 这 样 , 就 把 铁 心 的 位 移 量 变 成了 电 压 信 号 输 出 。图 1 10 结 构 示 意 图 和 电 原 理 图1 初 级 线 圈 ; 2 次 级 线 圈 ; 3 铁 心 6
37、 差 动 变 压 器 式 位 移 传 感 器 在 使 用 时 , 必 须 与 位 移 信 号 源 配 套 使 用 , 即 由 位 移 信 号 源 供 给 位 移 传 感 器 所 需 的 电 源 , 而 位 移 传 感 器 输 出 的 位 移 电 压 量 通 过 位 移 信 号 源 经 过 相 敏 检 波 和 放 大后 , 输 入 到 x-y 函 数 记 录 仪 的 x 坐 标 轴 上 。1-2 静 、 动 态 应 变 仪 及 电 阻 应 变 片电 阻 应 变 测 试 技 术 广 泛 地 用 于 机 械 、 电 力 设 备 、 化 工 容 器 、 航 空 发 动 机 、 宇 航 飞 行 器 、
38、原 子 反 应 堆 、 铁 道 、 桥 隧 、 房 屋 建 筑 等 的 动 、 静 态 力 学 参 数 的 测 定 ; 近 些 年 来 又 用 于 地 震 预 报 、 地 质 勘 探 和 医 学 等 领 域 。 电 阻 应 变 测 量 技 术 已 成 为 现 代 科 学 技 术 中 必 不 可 少 的 一 种 测 试 技 术 。 故 在 此 我 们 简 单 地 介 绍 有 关 电 阻 应 变 测 量 技 术 的 基 本 原 理 以 及 使 用 的 仪 器 设 备 。由 于 机 械 应 变 所 引 起 的 应 变 片 阻 值 的 相 对 变 化 R/ R 十 分 微 小 , 而 应 变 值 又
39、有 拉 、 压 、 动 、 静 之 分 , 因 此 必 须 借 助 专 门 的 仪 器 才 能 对 应 变 进 行 量 测 和 鉴 别 。 这 种 仪 器 称 为 电 阻 应 变 仪 ( 简 称 应 变 仪 ) 。 应 变 仪 通 常 分 为 静 态 、 静 动 态 、 动 态 、 超 动 态 和 多 点 巡 回 检 测 系 统 应 变 仪 等 类 型 。 应 变 仪 主 要 由 电 桥 、 振 荡 器 、 放 大 器 、 相 敏 检 波 器 、 滤 波 器 、 指 示 或 记 录 器 、 电 源 等 部 份 组 成 ( 见 图 1 11 ) 。 从 应 变 仪 的 方 框 图 可 知 道 ,
40、 应 变 仪 构 造 原 理 与 惠 斯 登 电 桥 有 关 。 所 以 , 我 们 首先 介 绍 电 阻 应 变 片 和 惠 斯 登 电 桥 的 一 些 基 本 知 识 。图 1 1 1 应 变 仪 组 成 方 框 图一 、 电 阻 应 变 片根 据 电 阻 合 金 材 料 的 应 变 电 阻 效 应 原 理 制 成 的 应 变 传 感 元 件 称 为 电 阻 应 变 计 , 或 简 称 为应 变 片 。 应 变 片 可 用 于 测 量 构 件 表 面 应 变 大 小 , 并 将 非 电 量 的 线 应 变 转 换 为 电 阻 的 变 化 。 应变 片 一 般 由 敏 感 栅 ( 电 阻 线
41、 栅 ) 、 基 底 ( 纸 基 、 胶 基 ) 、引 出 线 和 表 面 保 护 层 组 成 ( 图 112 ) 。 电 阻 应 变 片的 电 阻 值 最 常 用 的 为 120 , 特 殊 应 变 片 通 常 有 350 、 500 、 600 、 1 000 等 , 其 线 栅 宽 b 和 长 度 L 根 据 使 用 需 要 制 成 多 种 规 格 , 以 供 选 用 。 当 电 阻 应 变 片 粘 贴 于 构 件 上 后 , 在 外 力 作 用 下 构 件 的 伸 长或 缩 短 , 将 使 应 变 片 也 随 之 伸 长 或 缩 短 , 从 而 改 变 了 电 阻 应 变 片 的 电
42、阻 值 。 根 据 试 验 可 知 , 当 线 应 变 不 超 过 一 定 范 围 时 ( = 0 10 - 2 ) , 应 变 片 电 阻 的 变图 1 1 2 电 阻 应 变 计 的 形 状 和 结 构 7 R化 率 与 线 应 变 之 比 为 一 常 数 , 即 R = K , 其 式 中 K 称 为 应 变 片 的 灵 敏 系 数 。 它 与 电 阻 箔 材 的材 料 和 电 阻 应 变 片 的 形 状 有 关 , 其 值 在 1.8 2.4 之 间 。1. 常 用 的 电 阻 应 变 片 种 类(1 ) 纸 基 电 阻 应 变 片 或 胶 基 应 变 片 ( 见 图 112) 。(2
43、 ) 残 余 应 力 应 变 片 ( 见 图 113) 。(3 ) 裂 纹 扩 展 应 变 片 ( 见 图 114) 。(4 ) 电 阻 应 变 花图 1 1 3 图 1 1 4测 量 平 面 应 变 场 一 点 应 变 状 态 , 需 要 在 一 点 上 粘 贴 两 个 或 三 个 应 变 计 以 测 出 该 点 两 个 或三 个 方 向 的 线 应 变 。 为 使 用 方 便 和 保 证 各 应 变 计 相 对 位 置 准 确 , 制 造 时 先 把 两 个 或 三 个 , 甚 至 四 个 敏 感 栅 按 一 定 的 相 对 位 置 排 列 在 同 一 基 底 上 , 称 为 电 阻 应
44、变 花 。 它 不 仅 使 用 方 便 , 而 且 也 简 化 了 计 算 工 作 。 常 用 的 几 种 应 变 花 如 图 115 所 示 。 若 测 点 主 应 变 方 向 已 知 , 可 采 用 图 115 中 ( a) 或 图 115 中 ( a ) 类 应 变 花 ; 若 测 点 主 应 变 方 向 未 知 , 应 采 用 图 1 15 中 ( b) 或 图115 中 ( b ) 类 应 变 花 。(5 ) 高 温 、 中 温 、 低 温 和 常 温 应 变 片 。图 1 1 52. 应 变 计 的 选 择 、 粘 贴 、 连 接 、 防 护 方 法(1 ) 根 据 被 测 构 件
45、 的 工 作 情 况 选 择 应 变 计 , 检 查 外 形 有 无 损 伤 , 测 量 电 阻 值 , 要 求 同 一 组 应 变 片 的 电 阻 值 相 差 应 小 于 0.2 。(2 ) 根 据 应 变 片 的 基 底 材 料 选 择 胶 粘 剂 , 再 根 据 应 变 片 的 工 作 情 况 作 如 下 选 择 : 若 短 期 应 变 测 量 选 用 502 等 快 干 胶 ; 若 长 期 应 变 测 量 选 用 H-610、 SX-902 、 H-611 等 胶 粘 剂 。(3 ) 对 测 点 表 面 用 砂 轮 、 锉 刀 、 砂 纸 等 工 具 清 除 表 面 铁 锈 , 并 用
46、 细 砂 纸 交 叉 打 磨 出 与 轴 线 成45的 细 纹 , 用 钢 划 针 划 出 测 点 贴 片 的 准 确 位 置 。(4 ) 用 脱 脂 棉 沾 无 水 乙 醇 或 丙 酮 清 洗 构 件 测 点 表 面 , 并 清 洗 应 变 片 底 部 。(5 ) 在 测 点 处 和 应 变 片 底 面 涂 一 层 胶 粘 剂 , 将 应 变 片 放 在 测 点 上 并 仔 细 对 准 位 置 和 方 向 。 在 应 变 片 上 面 放 一 张 比 应 变 片 稍 大 的 塑 料 纸 , 用 手 指 均 匀 地 挤 压 应 变 片 2 3 min。 若 胶 粘 剂 8 选 用 为 502 胶
47、 水 , 只 需 几 个 小 时 就 可 完 全 干 透 。 若 选 用 H-610 等 胶 粘 剂 , 须 根 据 该 胶 粘 剂 的 要 求 , 在 应 变 片 上 加 压 加 温 固 化 。(6 ) 在 应 变 计 引 出 线 端 用 胶 粘 剂 粘 贴 印 刷 电 路 板 制 成 的 接 线 端 子 , 用 20 25 W电 烙 铁 将引 出 线 和 输 出 电 线 焊 接 在 接 线 端 子 上 ( 见 图 1 - 16 ) 。(7 ) 用 兆 欧 表 测 量 应 变 计 敏 感 栅 对 地 的 绝 缘 电 阻 , 若 绝 缘 电 阻 大 于 500 M 或 无 穷 大 , 表 明
48、胶 粘 剂 已 完 全 干 透 。(8 ) 用 万 用 表 检 查 应 变 片 的 电 阻 值 无 误 后 , 用 防 潮 剂 在 应 变 片 、 接 线 端 子 表 面 及 周 围 涂 一 层 1 2 mm 厚 的 防潮 层 ( 见 图 1 16 ) 。3. 防 水 防 潮 材 料长 期 使 用 的 应 变 计 和 在 液 体 压 力 使 用 的 应 变 片 , 必 须 要 有 防 水 防 潮 措 施 , 其 防 水 防 潮 材 料 种 类 较 多 。 如 脂类防 潮 剂 、 石 蜡 类 防 潮 剂 、 常 温 防 水 剂 、 环 氧 树 脂 防 水 涂 料 等 。 在 此 我 们 只 简
49、单 介 绍 石 蜡 防 潮 剂 和 环 氧 树 脂 防 水 涂 料 的 配 制 。(1 ) 石 蜡 防 潮 剂凡 士 林 30 %黄 蜡 或 白 蜡 30 %机 油 20 %松 香 20 %图 1 1 6配制 时 , 先 将 松 香 加 热 熔 化 , 再 加 入 石 蜡 、 凡 士 林 和 机 油 混 合 均 匀 , 并 煮 沸 15 25 min 除去 水 份 , 冷 至 40 50 时 使 用 。 冬 季 使 用 时 , 由 于 涂 敷 面 和 环 境 温 度 低 , 涂 在 应 变 片 及 应 变 片 周 围 的 防 潮 剂 很 快 就 凝 固 , 不 易 涂 匀 , 可 用 电 吹 风 对 涂 敷 面 进 行 预 热 和 助 熔 处 理