1、 学习目标学习目标了解建筑力学实验的任务。掌握各种实验仪器的工作原理。掌握各实验的目的、原理和具体操作。能够独立完成各实验并处理实验数据。15.115.1实验常用仪实验常用仪器设备简介器设备简介15.1.1液压式万能试验机简介15.1.2电阻应变仪及电测原理简介15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介 力学实验中，为使试件产生变形，必须对试件加载，荷载较小时可以采用砝码直接加载，若荷载较大时则需用专门的加载设备。在实验中通用的加载设备称为试验机，常见的可做拉伸、压缩、剪切、弯曲等实验的材料试验机，习惯上称为万能试验机。试验机类型较多，如机械传动摆式万能试验机、油压摆式万能试验机
2、、电子万能试验机等。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.WES-300数显液压式万能试验机结构及工作原理数显液压式万能试验机结构及工作原理WES-300数显液压式万能试验机的组成部分1.1.主机主机2.2.液压源液压源3.3.微机数显微机数显15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.WES-300数显液压式万能试验机结构及工作原理数显液压式万能试验机结构及工作原理1 1）主机部分）主机部分 试验机主机是对试件施加荷载的装置，它由高度可调的支持框架（由底座、丝杠及移动横梁组成）和工作框架（油缸、活塞、工作台、上横梁）组成，如图15-1所示。工作油缸和活塞
3、是主机的核心部分。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.WES-300数显液压式万能试验机结构及工作原理数显液压式万能试验机结构及工作原理2 2）液压源部分）液压源部分 试验机采用的液压源由高压油泵、驱动电机、油箱、传感器等组成。这些机构均封闭在钢板外壳内，液压源如图15-2所示。（1）高压油泵与驱动电机。（2）送油阀与回油阀。（3）操作部分。（4）液压控制系统。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.WES-300数显液压式万能试验机结构及工作原理数显液压式万能试验机结构及工作原理3 3）微机数
4、显部分）微机数显部分 数字显示系统采用单片机数显表作为测量显示部分，通过对压力传感器、位移传感器所测信号进行放大处理，并在内部进行相应的数据处理，最终可通过液压源上两液晶显示器分别显示负荷、变形或位移数据。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.万能试验机操作方法万能试验机操作方法 （1）根据所测试件初始截面的面积估算需加的最大荷载，选择相应量程。（2）接通电源，先启动油泵，开送油阀，使工作活塞上升下降100 mm左右，上下活动23次，做好活塞、油缸间的润滑工作。再将活塞升起5 mm左右，关闭送油阀。（3）安装试件。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1
5、.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理1 1）电阻应变片的构造）电阻应变片的构造 电阻应变片的种类很多，有金属箔式、丝式、薄膜式、半导体式。目前在电测实验中较为常用的电阻应变片是金属箔式应变片，如图15-4所示。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理1 1）电阻应变片的构造）电阻应变片的构造 各种应变片的构造大体相同，一般以合金电阻丝绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底上，电阻丝的两端焊接引线，敏感栅上面粘贴有保护作用的盖层，电阻应变片构造如图15-5所示。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器
6、设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理1 1）电阻应变片的构造）电阻应变片的构造15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理2 2）电阻应变片的工作原理）电阻应变片的工作原理 电阻应变片能将机械变量转变为电量参数。绝大多数金属丝受到拉伸（或压缩）时，电阻值会增大（或减小）。这种电阻值随变形发生变化的现象，称为电阻应变效应，即金属丝电阻R是其长度L、截面积A和电阻率的函数。应变片是一定长度的金属丝绕成栅状而成的应变片的灵敏系数反映了应变片将应变转换成电阻变化的敏感程度。15.115.1实验实验常
7、用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理3 3）应变片的粘贴技术）应变片的粘贴技术 （1）贴片前检查应变片的完好性。（2）测点表面的处理。（3）贴片。（4）焊接导线。（5）防护。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理4 4）应变的测量电路）应变的测量电路 粘贴在试件上的应变片将试件的应变转化为电阻变化率，通常这种电阻变化率与所感受的机械应变（10-6）（10-2）处于相当微小的量。为了便于测量，将应变片电阻变化转换成电压或电流信号，并经过放大器将信号放大，然后再由指示器输出应
8、变数值。这一任务由应变片测量电路或电阻应变仪完成。如何正确地组成应变片测量电路，是电阻应变测量的关键。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理4 4）应变的测量电路）应变的测量电路 应变片测量电路是惠斯登电桥电路，如图15-6所示。由应变片作为各桥臂而组成的电桥，称为测量电桥。测量电桥根据所使用的供桥电源分为直流桥和交流桥两种。两种电桥的原理相同。电桥各臂的R1，R2，R3和R4可以全部或部分是应变片，其余为固定电阻。对于全部是应变片的桥路接法，称为全桥接法，而若R1，R2为应变片，R3，R4接固定电阻时桥路接法，称为半桥
9、接法，这是应变测量中最常用的两种测量电桥电路的接桥方式。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理4 4）应变的测量电路）应变的测量电路15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介1.电阻应变片的构造与工作原理电阻应变片的构造与工作原理5 5）温度补偿）温度补偿 粘贴在试件上的应变片反映的应变中，除待测的机械应变外，还有周围环境温度影响而产生的热输出t，它是测量中不能忽视、对测量结果会产生干扰的虚假应变，因而必须消除。消除方法为“温度补偿”。常温测量可利用电桥特性、通过适当地布置应变片和连接测量电桥的方法来进行温
10、度补偿。桥路补偿原理为桥臂DA上接的R1是粘贴的被测试件上承受机械应变的应变片，称为工作片。相邻桥臂AC接的是与R1具有相同参数的另一应变片R2，它粘贴在与被测试件材料相同但不承受外力作用的试块上，并且与被测试件处于相同的温度环境中，称为温度补偿片。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.电阻应变仪的工作原理电阻应变仪的工作原理1 1）XL2101CXL2101C静态电阻应变仪的工作过程静态电阻应变仪的工作过程 电阻应变仪是通过电阻应变片，将应变（机械量）转化为电阻改变量，由于电的信号很小，用一般电工仪表很难测量出来，就需要借助一种能测量电阻微小改变量的仪器电阻应变仪。电阻
11、应变仪将此电阻改变量转换为电压（或电流）的变化，并进行放大，然后转换成应变数值，其工作过程为应变电阻变化电压（或电流）变化放大记录。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.电阻应变仪的工作原理电阻应变仪的工作原理2 2）仪器面板说明）仪器面板说明 （1）图15-8为前面板示意图和各按键作用。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.电阻应变仪的工作原理电阻应变仪的工作原理2 2）仪器面板说明）仪器面板说明 （2）图15-9所示为后面板示意图和各按键作用。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.电阻应变仪的工作原理电阻应变仪的工作原理2
12、2）仪器面板说明）仪器面板说明 （3）图15-10所示为上面板示意图。15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.电阻应变仪的工作原理电阻应变仪的工作原理3 3）电阻应变仪的连接方式或组桥方式）电阻应变仪的连接方式或组桥方式一般常用组桥方式1.1.1/41/4桥接桥方式桥接桥方式2.2.半桥接桥方式半桥接桥方式3.3.全桥接桥方式全桥接桥方式15.115.1实验实验常用常用仪器仪器设备设备简介简介2.电阻应变仪的工作原理电阻应变仪的工作原理4 4）静态电阻应变仪的操作方法）静态电阻应变仪的操作方法（1）根据实际测量情况，确定好测量桥路的连接方式。（2）接通电源开关，仪器预热30
13、分钟。（3）按下“自动平衡”键，仪器显示为零值。（4）按“系数设定”键，设置应变片的灵敏系数K值。（5）再按下“自动平衡”键，初始调零，即可开始测量。（6）测量时，直接通过读数窗口读取各测点的应变值。（7）测量完毕，关闭电源。15.215.2材料的拉伸与材料的拉伸与压缩实验压缩实验15.2.2试件制备15.2.3实验原理15.2.4实验步骤15.2.1实验目的及仪器设备15.2.5实验数据处理15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验 本实验主要是通过实际实验来测定低碳钢在拉伸时的屈服极限ReL、强度极限Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z。测定铸铁在拉伸和压缩时的强度极限Rm，观察
14、材料在实验过程中的各种力学现象，分析力与变形之间的关系，并绘制拉伸图，比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能和特点，验证低碳钢和铸铁的力学性质。拉伸和压缩都是在数显液压万能试验机上完成的，还需要用到游标卡尺和直尺和试样刻划机。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验 试件的尺寸和形状对实验结果有一定影响，为了避免这种影响和便于对各种材料的力学性能进行比较，按国家标准金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T 228.12010）中规定，拉伸试件分为比例试件和非比例试件两种。比例试件是指试件的原始标距与横截面积之间具有L0=kS0的关系，其中比例系数k通常取值5.65，也可以取11
15、.3。参照表15-1。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验 在实际的教学实验中通常采用圆形截面长试件d=10 mm，L0=10=100 mm，其结构如图15-14所示。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验1低碳钢拉伸实验低碳钢拉伸实验 拉伸实验是把试件安装在试验机上，通过试验机对试件加载直至把试件拉断，整个拉伸过程中，可以通过万能试验机的负荷窗口读取相关数值，并利用自动绘图装置绘出拉伸图，以便更好地观察试件的力学现象，了解材料的力学性能。低碳钢试样在拉伸过程中的变形大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服
16、阶段、强化阶段、颈缩阶段。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验2.铸铁拉伸试验铸铁拉伸试验 铸铁是一种典型的脆性材料。铸铁拉伸时有几个显著的力学特性。（1）-曲线无明显直线部分。因此，严格地说，铸铁不具有线弹性阶段。（2）拉伸过程中无屈服阶段，也没有缩颈现象。（3）在整个实验过程中只能测出强度极限+b。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验3铸铁压缩试验铸铁压缩试验 铸铁受压时同样不存在明显线弹性阶段和屈服阶段，因此只能测得其强度极限b。但需注意：铸铁压缩时的b比拉伸时的+b大得多。铸铁受压破坏，其断裂面与试件轴线约成45的倾角。这说明铸铁的压缩破坏是由于
17、最大剪应力造成的。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验1.拉伸实验拉伸实验 （1）精确测量试件尺寸。（2）调试万能试验机，选择加载范围。（3）正确安装试件。（4）开始加载，观察实验现象。（5）拉断后卸载，量取断后尺寸。（6）结果整理。15.215.2材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验2.压缩实验压缩实验 （1）测量试件尺寸。确定试样的横截面面积A。（2）调试试验机使之处于实验状态，打开电脑相应软件界面（压缩），输入相关参数。（3）安装试样。（4）加载。加载应尽量缓慢。注意图像变化，记录破坏时荷载值Pb。（5）试件压断后卸载，取出试件，观察材料断口形状。15.215.2
18、材料材料的拉的拉伸与伸与压缩压缩实验实验 在实验过程中，要求学生要明确实验的目的和原理，了解各种仪器的工作原理并学会具体操作，提高学生的动手能力，指导学生观察实验现象并读取相关数据，实验结束后，要对获取的各种数据进行处理，得到最终的结果，以达到实验目的。本节实验涉及的数据较多，可将测得结果填入表中，加以表示。1）原始试件尺寸。2）荷载及试件断后尺寸。3）计算低碳钢拉伸的屈服极限、强度极限、断后伸长率和断面收缩率及铸铁拉伸压缩时的强度极限。15.315.3低碳钢的弹性低碳钢的弹性模量模量E E值测定值测定15.3.2实验原理15.3.3实验步骤15.3.4实验数据处理15.3.1实验目的及仪器设
19、备15.315.3低碳低碳钢的钢的弹性弹性模量模量E E值测值测定定 本节通过实验来测定低碳钢的弹性模量E；在比例极限内，验证单向胡克定律；并通过实验了解电测法的基本原理及静态电阻应变仪的使用。本实验需要用到的仪器包括CEG-4K型测E试验台、静态电阻应变仪和游标卡尺。15.315.3低碳低碳钢的钢的弹性弹性模量模量E E值测值测定定 实验采用等增量法加载，设荷载增量为F，各变形增量的平均值为（L），根据胡克定律，导出弹性模量E为 （15-10）由于实验采用电测法测量，测试的数据应由应变增量表示，即 （15-11）所以 （15-12）本实验通过逐级加载，测定材料的，用式（15-12）算出材料的
20、E值。15.315.3低碳低碳钢的钢的弹性弹性模量模量E E值测值测定定 （1）粘贴应变片。正确接好连接导线。（2）安装试件。（3）采用多点单臂半桥公共补偿法测量。（4）按加载方案，逐级缓慢均匀加载，并读取应变值。（5）实验完毕，卸掉砝码，进行数据处理。15.315.3低碳低碳钢的钢的弹性弹性模量模量E E值测值测定定1.填写测量数据2.计算试件横截面面积A03.计算出低碳钢的弹性模量E15.415.4材料剪切弹性材料剪切弹性模量模量G G的测定的测定15.4.2实验原理15.4.3实验步骤15.4.4实验数据处理15.4.1实验目的及仪器设备15.415.4材料材料剪切剪切弹性弹性模量模量G
21、 G的测的测定定 材料的剪切弹性模量G是由材料本身性质来确定的另一力学参数。本节介绍如何利用实验来测定低碳钢的剪切弹性模量G值，并验证剪切胡克定律。实验用到的仪器包括NY-4型扭转测G仪、游标卡尺和百分表。15.415.4材料材料剪切剪切弹性弹性模量模量G G的测的测定定 1验证胡克定律 2测定低碳钢的剪切弹性模量 3利用扭转测G仪的工作原理测量得出各级扭转角增量i值15.415.4材料材料剪切剪切弹性弹性模量模量G G的测的测定定 （1）准确量取试件标距l0。（2）正确测量试件直径d。（3）加载。首先挂上砝码托作为初荷载，记录百分表的初始读数。再分四次加载，每加一次记录一次读数。加砝码时要缓
22、慢放手，以使之为静载，并注意防止失落而砸伤人、物。（4）实验完毕，卸载，整理数据。15.415.4材料材料剪切剪切弹性弹性模量模量G G的测的测定定 （1）原始试件尺寸。参照表15-5。（2）实验数据。参照表15-6。（3）根据式（15-15）、式（15-14）计算出扭转角增量i和材料剪切弹性模量G。15.515.5纯弯曲梁的正纯弯曲梁的正应力实验应力实验15.5.2实验原理15.5.3实验步骤15.5.4实验数据处理15.5.1实验目的及仪器设备15.515.5纯弯纯弯曲梁曲梁的正的正应力应力实验实验 理论分析可知，梁发生纯弯曲变形时，横截面上只有正应力，以中性轴为界，一侧为拉应力，一侧为压
23、应力，且正应力的大小与点到中性轴的距离成正比。本节用实验测定矩形截面简支梁承受纯弯曲时横截面上正应力的大小及其分布规律，并与理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式，并初步掌握电测法原理和静态电阻应变仪的使用方法。实验用到的仪器包括WSG-80型纯弯曲正应力试验台、静态电阻应变仪、游标卡尺和钢直尺。15.515.5纯弯纯弯曲梁曲梁的正的正应力应力实验实验 实验梁为低碳钢制成的矩形截面梁，根据实验装置图、实验受力图可知，施加的砝码重量通过杠杆以一定的比例作用于副梁的中央并通过两个挂杆作用于实验梁C，D处，其荷载各为F/2。CD段处于纯弯曲状态。在梁中CD段任选一截面，距中性层不同高度处，等距离地粘贴
24、五片电阻应变片，每片相距h/4，此外还布设一个温度补偿片。试验中，采用半桥接线法将各测点的工作应变片和温度补偿片连接在应变电桥的相邻桥臂上，按照电阻应变仪的操作规程将电桥预调平衡，加载后即可从应变仪上读出各测点的应变值实。15.515.5纯弯纯弯曲梁曲梁的正的正应力应力实验实验 （1）测定矩形截面梁的宽度b和高度h，荷载作用点至梁支座距离a，并测量各应变片距中性层的距离y。（2）正确地将各测点应变片和温度补偿片分别接到电阻应变仪的相应接线柱上。（3）接通应变仪的电源，完成预热工作后，设置应变仪的灵敏系数，并将各窗口读数清零。（4）加载。首先挂上砝码托作为初荷载，记录各测点的应变值i。采用增量法逐级加载，分四次加载，每加载一次记录一次应变值，直至加载完毕。（5）实验完毕，卸掉砝码，整理数据。15.415.4材料材料剪切剪切弹性弹性模量模量G G的测的测定定 （1）梁的基本参数。（2）实验记录表格。（3）将各点的实和理描绘在同一个Oy坐标系中，分别作出实-y和理-y分布曲线，以便进行比较，从而检验梁的弯曲正应力理论公式的正确性。2.32.3平面平面力系力系的简的简化化知知 识识 拓拓 展展建筑力学实验报告格式
