1、1工程力学实验工程力学实验 土木工程与力学学院 力学系魏俊红 南一楼E326http:/ 2内容概述：内容概述：本门课程共16个学时，其中理论课4个学时，实验课12学时实验一实验一 理论力学实验理论力学实验，振动基础实验，振动基础实验实验二实验二 金属材料的扭转实验金属材料的扭转实验实验三实验三 金属材料的拉伸与压缩实验金属材料的拉伸与压缩实验实验四实验四 电阻应变片的粘贴与应变测量电阻应变片的粘贴与应变测量实验五实验五 梁的弯曲正应力测量与位移互等定理验证梁的弯曲正应力测量与位移互等定理验证实验六实验六 薄壁圆筒的弯扭组合变形实验薄壁圆筒的弯扭组合变形实验3时间安排：时间安排：第二周：理论课
2、（实验一，实验二，实验三）第3周第8周，实验一、二、三第九周 理论课（实验四，实验五，实验六)第10周第16周，实验四、五、六17周或18周考试最后成绩设定：最后成绩设定：平时成绩70%，考试30%要求：要求：每次实验前做好预习，实验后认真写实验报告4实验一、理论力学实验、振动基础实验实验一、理论力学实验、振动基础实验1-2 单自由度弹簧质量系统的刚度和固有频率测定单自由度弹簧质量系统的刚度和固有频率测定1-1 用实验方法求不规则物体重心用实验方法求不规则物体重心附附 比较渐加、突加、冲击和振动四种不同类型载荷比较渐加、突加、冲击和振动四种不同类型载荷1-3 用用“三线摆三线摆”法验证均质圆盘
3、转动惯量理论公式法验证均质圆盘转动惯量理论公式1-4 测定梁的各阶固有频率测定梁的各阶固有频率5实验目的实验目的 1 用垂吊法测取不规则平面结构的重心位置用垂吊法测取不规则平面结构的重心位置 2 用称重法测取连杆的重心位置并用力学方法计算其重量用称重法测取连杆的重心位置并用力学方法计算其重量（1）垂吊法）垂吊法 利用柔软细绳受力特点和二力平衡原理利用柔软细绳受力特点和二力平衡原理1-1 用实验方法求不规则物体重心用实验方法求不规则物体重心实验原理实验原理6（2）称重法）称重法 利用平面一般力系的平衡条件利用平面一般力系的平衡条件12NNWFF重量：120NcMF lW x根据：2NcF lxW
4、重心位置：7一、实验目的一、实验目的用瞬态激振法测定梁的各阶固有频率。二、实验原理二、实验原理机械运动机械运动：指物体在平衡位置附近所作的具有周期性的往复运动。任何具有弹性的结构物或机器的各组成部分，如离开其平衡位置后就会发生振动。周期周期：指物体在平衡位置附近完成一次往复运动的时间。频率频率：单位时间内完成往复运动的次数。固有频率：固有频率：物体做自由振动自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有特性有关（如质量、形状、材质等），称为固有频率，其对应周期称为固有周期1-4 测定梁的各阶固有频率测定梁的各阶固有频率8 实验装置及仪器框实验装置及仪器
5、框图如图所示。通过变换图如图所示。通过变换支承块可改变梁的支承支承块可改变梁的支承结构，移动支架的位置结构，移动支架的位置可改变梁的长短，因此可改变梁的长短，因此该装置不仅可作为简支、该装置不仅可作为简支、固支系统，还可作为一固支系统，还可作为一端自由的悬臂系统。端自由的悬臂系统。传感器支承块试件数据采集及分析电荷放大器测振仪力锤基座支架bla 实验装置及仪器框图b 梁模型9 试件是一组矩形截面梁，从理论上说，它应有无限个固试件是一组矩形截面梁，从理论上说，它应有无限个固有频率。如果给梁一个大小合适的瞬态力，相当于用所有频有频率。如果给梁一个大小合适的瞬态力，相当于用所有频率的正弦信号同时激励
6、。使用锤击进行瞬态激励时，要求响率的正弦信号同时激励。使用锤击进行瞬态激励时，要求响应时间应时间T5%的材料称为塑的材料称为塑性材料，性材料，把把5%的材料称为脆性材料的材料称为脆性材料 断面收缩率断面收缩率 式中式中A0和和Au分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积分别是试样原始横截面积和断后最小横截面积 u00100%LLL%10000AAAu36移位法测定断后标距长度移位法测定断后标距长度 如果断口到邻近标距端距离小于或等于如果断口到邻近标距端距离小于或等于L0/3，就需要用移位法，就需要用移位法测定断后标距长度，因为断口附近发生严重的塑性变形，近的测定断后标距长度，因为断口附近发生严
7、重的塑性变形，近的一端的颈缩端就只有一部分在标距长度内一端的颈缩端就只有一部分在标距长度内,如果直接测量，塑性如果直接测量，塑性伸长量就小。伸长量就小。37铸铁的拉伸实验铸铁的拉伸实验 铸铁拉伸时没有屈服阶段，铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉伸曲线微微弯曲，在变形拉伸曲线微微弯曲，在变形很小的情况下即断裂，断口很小的情况下即断裂，断口为平端口。因此对铸铁只能为平端口。因此对铸铁只能测得其抗拉强度，即测得其抗拉强度，即 铸铁的抗拉强度远低于低碳铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度钢的抗拉强度 bb0FALFFb0图图1-4铸铁拉伸铸铁拉伸38低碳钢（低碳钢（Q235钢）和铸铁的压缩实验钢）和铸铁的压缩
8、实验 一、实验目的一、实验目的1测定低碳钢（测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点）的压缩屈服点sc和铸铁的抗压强度和铸铁的抗压强度bc。2观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。二、设备和仪器二、设备和仪器1材料试验机。材料试验机。2游标卡尺。游标卡尺。39三、试样三、试样 一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验中常采用短粗圆柱形试样。其公差、表面粗糙度、两端面的中常采用短粗圆柱形试样。其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和对试样轴线的垂直度在国标平行度和对试样轴线的垂直度在国
9、标GB/T7314-2005中均有中均有明确规定。明确规定。目前常用的压缩实验方法是两端平压法。由于试样两端面不目前常用的压缩实验方法是两端平压法。由于试样两端面不可能理想地平行，实验时必须使用球形承垫（见图），可能理想地平行，实验时必须使用球形承垫（见图），试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。受载。由于试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦由于试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的
10、高度相对增加时，摩擦力抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值对试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值hodo有关有关.同时考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高度同时考虑压杆的稳定性因素，为此国家标准对试样高度ho与直径与直径do之比规定在之比规定在13的范围内。本次实验采用的范围内。本次实验采用1015的圆柱形试样。的圆柱形试样。4041四、实验原理四、实验原理 试验时对试样缓慢加载，试验机自试验时对试样缓慢加载，试验机自动绘出试验力动绘出试验力F位移位移L曲线。低碳曲线。低碳钢试样压缩图如图钢试样压缩图如图1-5b所示
11、。所示。暂时的恒定值或减小的最小值即为暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷压缩屈服载荷FSC。有时屈服阶段出。有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷之后的最低载荷为压缩屈服载荷FSC 随着塑性变形的增长，试样横截面随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。试样愈压愈扁，甚至更大的载荷。试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图可以压成薄饼形状（如图1-5a所示所示）而不破裂，因此测不出抗压强度）而不破裂，因此测不出抗压强度。42 铸铁试样压缩图如图铸铁试样压缩图如图1
12、-6a所示，其开始时接近于直所示，其开始时接近于直线，以后曲率逐渐增大，线，以后曲率逐渐增大，载荷达最大值载荷达最大值Fbc后稍有下后稍有下降，然后破裂，能听到沉降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。闷的破裂声。铸铁试样破裂后呈鼓形，铸铁试样破裂后呈鼓形，破裂面与轴线大约成破裂面与轴线大约成45，如图，如图1-6b所示，这主要所示，这主要是由切应力造成的。是由切应力造成的。43低碳钢压缩低碳钢压缩,愈压愈扁愈压愈扁铸铁压缩铸铁压缩,约约4545 开裂开裂44实验原理实验原理 渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷是常渐加载荷、突加载荷、冲击载荷和振动载荷是常见的四种载荷。将不同类型的载荷作用在同一
13、台秤上，见的四种载荷。将不同类型的载荷作用在同一台秤上，可以方便地观察到各自的作用力与时间的关系曲线，可以方便地观察到各自的作用力与时间的关系曲线，进行相互比较，可清楚地了解不同类型的载荷对承载进行相互比较，可清楚地了解不同类型的载荷对承载体的作用力是不同的。体的作用力是不同的。附附 比较渐加、突加、冲击和振动四种不同类型载荷比较渐加、突加、冲击和振动四种不同类型载荷45渐加载荷渐加载荷:将重物缓慢、渐渐地倒入台秤上的托盘中将重物缓慢、渐渐地倒入台秤上的托盘中；振动载荷振动载荷:打开偏心振动装置上的电源开关，然后轻轻置于打开偏心振动装置上的电源开关，然后轻轻置于台秤的托盘上。仔细观察台秤指针的运动台秤的托盘上。仔细观察台秤指针的运动。冲击载荷冲击载荷:再将沙袋拎起至某一高度（如再将沙袋拎起至某一高度（如5cm）后自由释放，）后自由释放，沙袋对台秤造成一定的冲击，仔细观察台秤指针的变化沙袋对台秤造成一定的冲击，仔细观察台秤指针的变化；突加载荷突加载荷:当重物刚好接触托盘时突然释放，实现突加载荷特当重物刚好接触托盘时突然释放，实现突加载荷特征，仔细观察台秤指针的变化征，仔细观察台秤指针的变化；(最大晃动量应该等于显示值)
