《材料力学》试验 一、拉伸试验 二、压缩试验 三、纯弯曲试验 四、组合变形试验
拉 伸 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢拉伸弹性模量E； 2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )； 拉 伸 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢拉伸弹性模量E； 2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )； 3．测定灰铸铁拉伸强度s b； 二、试验仪器： 1．万能材料试验机； 2．杠杆引伸仪； 3．游标卡尺；
拉 伸 试 验 三、试件： 1．材料类型： 低碳钢： 灰铸铁： 塑性材料的典型代表； 脆性材料的典型代表； 2．标准试件： 拉 伸 试 验 三、试件： 1．材料类型： 低碳钢： 灰铸铁： 塑性材料的典型代表； 脆性材料的典型代表； 试验机读数表盘 主动指针：反映载荷瞬时大小； 被动指针：反映最大载荷； L0 标点 标距 d0 2．标准试件： 尺寸符合国标的试件； 标距：用于测试的等截面部分长度； 圆截面试件标距：L0=10d0或5d0
拉 伸 试 验 四、试验原理： 1．低碳钢拉伸弹性模量E： 等量逐级加载法： P P D L L D L O D P d (D L)2 拉 伸 试 验 四、试验原理： P 1．低碳钢拉伸弹性模量E： O P D L D L L 等量逐级加载法： D P d (D L)2 D P d (D L)1
拉 伸 试 验 2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )； 屈服极限： 强度极限： 断面 延伸率： 收缩率： P Pb 拉 伸 试 验 2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )； O P D L 屈服极限： Pb 颈缩阶段 强化阶段 Pe Ps 屈服阶段 Pp 强度极限： 冷作硬化 线弹性阶段 断面 收缩率： 延伸率：
拉 伸 试 验 低碳钢拉伸试验现象： 屈服： tmax引起 颈缩： 断裂：
拉 伸 试 验 3．测定灰铸铁拉伸机械性能 s b； O P D L 强度极限： Pb
压 缩 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢压缩屈服极限ss-； 2．测定灰铸铁压缩强度极限s b-； 二、试验仪器： 万能材料试验机； 压 缩 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢压缩屈服极限ss-； 2．测定灰铸铁压缩强度极限s b-； 二、试验仪器： 万能材料试验机； 三、试件： d0 h0 标准试件： 粗短圆柱体： h0=1~3d0
压 缩 试 验 四、试验原理： 1．测定低碳钢压缩屈服极限ss-； O P D L 屈服极限： 拉伸试验 Ps-
压 缩 试 验 低碳钢压缩试验现象： 低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两端摩擦力影响，形成“腰鼓形”。
压 缩 试 验 2．测定灰铸铁压缩强度极限sb-； O P D L Pb- 强度极限： 拉伸试验 灰铸铁压缩 试验现象： tmax引起
剪 切 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢名义剪切强度极限tb； 2．测定灰铸铁名义剪切强度极限tb； 二、试验仪器： 剪 切 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢名义剪切强度极限tb； 2．测定灰铸铁名义剪切强度极限tb； 二、试验仪器： 万能材料试验机、剪切器； 三、试件： 试件：
剪 切 试 验 四、试验原理： Pb 名义剪切 强度极限： 双剪： 试件有两个剪切面；
剪 切 试 验 低碳钢剪切试验现象： 剪切、挤压、弯曲引起 灰铸铁剪切试验现象： 弯曲拉应力引起
扭 转 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢剪切弹性模量G； 2．测定低碳钢剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb； 扭 转 试 验 一、试验目的： 1．测定低碳钢剪切弹性模量G； 2．测定低碳钢剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb； 3．测定灰铸铁剪切强度极限tb； 4．分析比较低碳钢和灰铸铁两种材料的破坏情况； 二、试验仪器： 1．扭转试验机； 2．扭角仪；
扭 转 试 验 三、试件： 1．测低碳钢G采用自制试件： d l 2．测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试件： d0
扭 转 试 验 四、试验原理： 1．低碳钢剪切弹性模量G： l O Mn j d a Dd P b P 等量逐级加载法：
扭 转 试 验 2．测定低碳钢剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb； 剪切屈服极限： 剪切强度极限： O Mn j Mb tb Mn= Ms 扭 转 试 验 2．测定低碳钢剪切屈服极限ts、剪切强度极限tb； O Mn j Mb tb Mn= Ms Mn< Ms Mn= Mb ts r dr Ms 剪切屈服极限： 剪切强度极限：
扭 转 试 验 低碳钢扭转试验现象： 屈服： tmax引起 断裂：
扭 转 试 验 3．测定灰铸铁剪切强度极限tb； O Mn j 剪切强度极限： Mb 灰铸铁扭转试验现象： 断裂： 拉应力引起
电测法基本原理 一、电阻应变片： 由试验发现： 电阻应变片种类： 丝式(绕线式)、箔式、半导体式 应变片：将机械量(应变)转换为 引出线 由试验发现： 电阻丝(丝栅) 应变片 L 基底 P L+D L 电阻应变片种类： 丝式(绕线式)、箔式、半导体式 应变片：将机械量(应变)转换为 电量(电阻)的传感器 k：电阻应变片的 灵敏度系数
电测法基本原理 二、电阻应变仪： 应变测量原理： 利用电桥平衡测量电阻改变， 从而进一步得到应变。 B 电桥平衡(UBD=0)： R1 R2 A D C E R1 R2 R3 R4 电桥平衡(UBD=0)： 若R1~R4为四个阻值相同应变片，受力后，BD间电压改变为：
电测法基本原理 三、电桥接法及温度补偿： 全桥接法(四个电阻均为应变片)； 1．电桥接法： 半桥接法(R1、R2为应变片， 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。 2．温度补偿： 由于温度对电阻值变化影响很大，利用电桥特性，可以采用适当的方法消除这种影响。
电测法基本原理 工作片 相同应变片R1、R2，R1贴在构件受力处，R2贴在附近不受力处，环境温度对R1、R2引起的阻值变化相同，为D RT，则 B A D C E R1 R2 R3 R4 温度补偿片 固定电阻
电测法基本原理 四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算： 1．单向应力状态： 轴向拉压、纯弯曲，横力弯曲上下缘 P P R1 R1 R2 温度自补偿，测量电压得到有效放大： R2
扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒 电测法基本原理 2．已知主应力方向的二向应力状态： 扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒 R1a 45o 沿已知主应力方向贴片，还采用半桥接法，工作片通过转换开关轮流接入电桥测量，温度补偿只需一片 R1b R2
电测法基本原理 3．不知主应力方向的二向应力状态： 90o 0o 45o 45o—3应变花：
电测法基本原理 120o 0o 60o 60o—3应变花：
矩形截面梁的纯弯曲 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 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仪的使用； 二、试验仪器： 1．纯弯曲试验装置； 2．YJ28A—PIOR型静态数字电阻应变仪；
矩形截面梁的纯弯曲 三、试验原理： 1．结构示意图及理论值计算： —纯弯曲 P P/2 h b z y a m m—m截面： Q P/2 + - —纯弯曲 M Pa/2 +
矩形截面梁的纯弯曲 2．布片示意图及试验值： D P 温度补偿片 2 2' 1 1' 3．等量逐级加载法：
薄壁圆管弯扭组合变形 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 大小及方向； 2．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； 二、试验仪器： 1．弯扭组合试验装置； 2．YJ28A—PIOR型静态数字电阻应变仪；
薄壁圆管弯扭组合变形 三、试验原理： 1．结构示意图： d D a l I I—I截面 P I—I截 面内力：
薄壁圆管弯扭组合变形 2．布片示意图： R12 D R11 A、B、C、D四点各贴-45o、0o、45o应变花 B R10 C R9 R8
薄壁圆管弯扭组合变形 3．等量逐级加载法： 4．指定点(B、D)的主应力大小及方向： 1)试验值： 主应力大小： 主应力方向： a是主应力与圆管轴线的夹角
薄壁圆管弯扭组合变形 2)理论值(以B点为例)： s1、 s2、 s3、 a0分别与试验值比较 内力 s B t 应力 按平面应力状态分析得到： s1、 s2、 s3、 a0分别与试验值比较
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： 1)由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片： 2)弯矩M引起正应力的测量： B A D C R5 R11 取圆筒上下(B、D)两点0o应变片接成半桥线路
薄壁圆管弯扭组合变形 3)扭矩Tn引起剪应变的测量： B A D C R3 R1 R7 R9 取圆筒前后(A、C)两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路 R3 R1 A R7 R9 C Tn Q A C
薄壁圆管弯扭组合变形 由虎克定律得
薄壁圆管弯扭组合变形 4)剪力Q引起剪应变的测量： B 仍取A、C两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路，与3)不同在于R9、R7换位 D C R3 R1 R9 R7 4)剪力Q引起剪应变的测量： 仍取A、C两点-45o、 45o四个应变片接成全桥线路，与3)不同在于R9、R7换位 R3 R1 A R7 R9 C Q Tn
薄壁圆管弯扭组合变形 6．相关理论值计算： 1)I—I截面内力增量： 2)I—I截面应力增量： 3)应变增量：
薄壁圆管弯扭组合变形 6．纯剪切应力状态g 与e 1关系的另一推导： x D l a g