1、2022-11-30材料力学材料力学试验材料力学试验一、拉伸试验一、拉伸试验二、压缩试验二、压缩试验四、组合变形试验四、组合变形试验三、纯弯曲试验三、纯弯曲试验2022-11-30材料力学一、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测定低碳钢拉伸机械性能测定低碳钢拉伸机械性能(s ss、s s b、d d、y y)；3测定灰铸铁拉伸强度测定灰铸铁拉伸强度s s b；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杠杆引伸仪杠杆引伸仪；3游标卡尺游标卡尺；拉拉 伸伸 试试 验验2022-11-30材料力学标点标点L0标距标距d0三、试件：三、试件
2、：1材料类型材料类型：低碳钢低碳钢：灰铸铁灰铸铁：2标准试件标准试件：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：用于测试的等截面部分长度；：用于测试的等截面部分长度；尺寸符合国标的试件尺寸符合国标的试件；圆截面试件标距：圆截面试件标距：L0=10d0或或5d0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2022-11-30材料力学四、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E：OPD D LEAPLL D DLLAPED
3、D D D PLPD D L等量逐级加载法等量逐级加载法：D D Pd d (D D L)1d d (D D L)2)L(LAPED Dd dD D 拉拉 伸伸 试试 验验2022-11-30材料力学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 s b、d d、y y)；OPD D LPePpPsPb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极限屈服极限：0APss s s0APbb s s强度极限强度极限：冷作硬化冷作硬化%100001 LLLd d延伸率延伸率：%100010 AAAy y断面断面收缩率收缩率：拉拉 伸伸 试试 验验2022-1
4、1-30材料力学低碳钢拉伸试验现象低碳钢拉伸试验现象：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2022-11-30材料力学3测定灰铸铁拉伸机械性能测定灰铸铁拉伸机械性能 s s b；OPD D L0APbb s s强度极限强度极限：Pb拉拉 伸伸 试试 验验2022-11-30材料力学一、试验目的：一、试验目的：1测定低碳钢压缩屈服极限测定低碳钢压缩屈服极限s ss；2测定灰铸铁压缩强度极限测定灰铸铁压缩强度极限s s b；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、试件：三、试件：标准试件标准试件：d0h0粗短圆柱体：粗短圆柱体：h0=
5、13d0压压 缩缩 试试 验验2022-11-30材料力学四、试验原理：四、试验原理：1测定低碳钢压缩屈服极限测定低碳钢压缩屈服极限s ss；OPD D LPs 屈服极限屈服极限：0APss s s拉伸试验拉伸试验压压 缩缩 试试 验验2022-11-30材料力学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2022-11-30材料力学2测定灰铸铁压缩强度极限测定灰铸铁压缩强度极限s sb；OPD D L0APbb s s强度极限强度极限：拉伸试验拉伸试验Pb 灰
6、铸铁压缩灰铸铁压缩试验现象试验现象：t tmax引起引起压压 缩缩 试试 验验2022-11-30材料力学一、试验目的：一、试验目的：1测定低碳钢名义剪切强度极限测定低碳钢名义剪切强度极限t tb；2测定灰铸铁名义剪切强度极限测定灰铸铁名义剪切强度极限t tb；二、试验仪器：二、试验仪器：万能材料试验机、剪切器万能材料试验机、剪切器；三、试件：三、试件：试件试件：剪剪 切切 试试 验验2022-11-30材料力学四、试验原理：四、试验原理：名义剪切名义剪切强度极限强度极限：02APbb t t双剪双剪：试件有两个剪切面；试件有两个剪切面；Pb剪剪 切切 试试 验验2022-11-30材料力学低
7、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 切切 试试 验验2022-11-30材料力学一、试验目的：一、试验目的：1测定低碳钢剪切弹性模量测定低碳钢剪切弹性模量G；2测定低碳钢剪切屈服极限测定低碳钢剪切屈服极限t ts、剪切强度极限剪切强度极限t tb；3测定灰铸铁剪切强度极限测定灰铸铁剪切强度极限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坏情况分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破坏情况；扭扭 转转 试试 验验2022-
8、11-30材料力学三、试件：三、试件：1测测低碳钢低碳钢G采用自制试件：采用自制试件：dl2测测低碳钢低碳钢t ts、t tb、灰铸铁灰铸铁t tb采用标准试件：采用标准试件：d0扭扭 转转 试试 验验2022-11-30材料力学四、试验原理：四、试验原理：1低碳钢低碳钢剪切弹性模量剪切弹性模量G：OMnj jdbalPPDdDdpnGIlM j jj jj jppnIPalIlMG 等量逐级加载法：等量逐级加载法：DjDjD DpIPalG bd dD DDjDj 扭扭 转转 试试 验验2022-11-30材料力学2测定低碳钢剪切屈服极限测定低碳钢剪切屈服极限t ts、剪切强度极限剪切强度极
9、限t tb；OMnj jMbMsMn Msr rdr rMn=Ms剪切屈剪切屈服极限：服极限：nssWM43 t t剪切强剪切强度极限：度极限：nbbWM43 t tMn=Mbt tst tst tbt tb扭扭 转转 试试 验验2022-11-30材料力学低碳钢扭转试验现象低碳钢扭转试验现象：屈服：屈服：t tmax引起引起断裂：断裂：扭扭 转转 试试 验验2022-11-30材料力学3测定灰铸铁剪切强度极限测定灰铸铁剪切强度极限t tb；剪切强剪切强度极限：度极限：nbbWM t tOMnj jMb灰铸铁扭转试验现象灰铸铁扭转试验现象：断裂：断裂：拉应力拉应力引起引起扭扭 转转 试试 验验
10、2022-11-30材料力学一、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PPL+D D LLLkRRD DD 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：将机械量：将机械量(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2022-11-30材料力学二、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
11、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)(kE43214 电测法基本原理电测法基本原理2022-11-30材料力学两种接法中的应变片型号、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，
12、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2022-11-30材料力学BADCER1R2R3R4工作片工作片温度补偿片温度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
13、D D RT，则则)RRRRR(EUTTBD2114D DD DD D 1144 kE)(kETT 电测法基本原理电测法基本原理2022-11-30材料力学PP1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PPR1R211 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：电压得到有效放大：)(kEUTTBD 214114 )(kE 电测法基本原理电测法基本原理2022-11-30材料力学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
14、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R2R1aR1b45o45o )(E)(Ebaba1123112111 s s s s沿已知主应力方向贴沿已知主应力方向贴片，还采用半桥接法，片，还采用半桥接法，工作片通过转换开关工作片通过转换开关轮流接入电桥测量，轮流接入电桥测量，温度补偿只需一片温度补偿只需一片电测法基本原理电测法基本原理2022-11-30材料力学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：290452450900311212)()()(E)()(E s ss s )()()()(tg45090
15、45450904502 90o0o45o电测法基本原理电测法基本原理2022-11-30材料力学120o0o60o60o3应变花：应变花：2012021206026001206003113213)()()()(E)()(E s ss s )()()()(tg60012006001200032 电测法基本原理电测法基本原理2022-11-30材料力学2YJ28APIOR型静态数字电阻应变仪型静态数字电阻应变仪；一、试验目的：一、试验目的：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
16、仪的使用熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用；二、试验仪器：二、试验仪器：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2022-11-30材料力学三、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：hbPP/2P/2aa+QP/2P/2MPa/2+mmmm截面：截面：)(CMQ常数常数0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2022-11-30材料力学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 D P s sE 实实3等量逐级加载法等量逐级加载法：D Ds sD Ds
17、sEIyMz实实理理矩形截面梁的纯弯曲矩形截面梁的纯弯曲2022-11-30材料力学一、试验目的：一、试验目的：1用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；2YJ28APIOR型静态数字电阻应变仪型静态数字电阻应变仪；薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形2022-11-30材料力学三、试验原理：三、试验原理：1结构示意图：结构示意
18、图：alPIIII截面截面dD 220dDtdDR薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形 PQPlMPaMnII截截面内力：面内力：2022-11-30材料力学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应变花应变花薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形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45o2022-11-30材料力学)()(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：)()(2tg
19、0454504545 是主应力与圆管是主应力与圆管轴线的夹角轴线的夹角薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形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)试验值：试验值：2022-11-30材料力学薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形2)理论值理论值(以以B点为例点为例)：Bs ss st tt t pnBzBWTWMt ts s PaTPlMnBB内力内力应力应力按平面应力状态分析得到：按平面应
20、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2022-11-30材料力学薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形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，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引起正应力的测量：引起正应力的测量：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 MTMTM 2)()()(2BDMMdU 测测量量值值：22MdMMMdMEE s s ，2022-11-
21、30材料力学nTQt tt tt t 薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形3)扭矩扭矩Tn引起剪应变的测量：引起剪应变的测量：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 nnnnnTTQTQTQTQ 4)()()()(BADCR3R1oA45 oA45R7R9oC45oC45 R3R1AR7R9CQTnt ts s 3t ts s 1nTQt tt tt t t ts s 3t ts s 1AC2022-11-30材料力学薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形)(4BDTdTUnn 测测量量值值：)1(42
22、2 t t dTTTdTTTnnnnnnEG，2)1(21)(11)(1)(131nnnnnnnTTTTTTTEEGEEEE t t t t t tsss s 由虎克定律得由虎克定律得nTt tt t nTt ts s 3nTt ts s 12022-11-30材料力学薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形4)剪力剪力Q引起剪应变的测量：引起剪应变的测量：仍取仍取A、C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 QTQTQTQTQnnnn 4)()()()()(4BDQQdU 测量值：测量值：)
23、1(422 t t QdQQQdQQEG，BADCR3R1oA45 oA45R9R7oC45oC45 R3R1AR7R9CQTn2022-11-30材料力学 D D D DD D D DD D D DPQPlMPaMn1)II截面内力增量：截面内力增量：D D D DD D D DD D D D)/()(/)(/)(0maxmaxmaxtRQWMWMQpnMzMn t tt ts s薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形6相关理论值计算：相关理论值计算：2)II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 Dmaxmaxmax)(22)(22)(22QQQdTTdTMMMdGGEnnnt t t t s s 3)应变增量：应变增量：2022-11-30材料力学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：薄壁圆管弯扭组合变形薄壁圆管弯扭组合变形 xD D lall211 D Dalx122 D D 12 ax
