压杆稳定实验

压杆稳定实验一．实验目的：1.观察压杆丧失稳定的现象。2.用绘图法测定两端铰支压杆的临界荷载crF，并与理论值进行比较。二．实验设备及工具：电子万能试验机、程控电阻应变仪三．试验原理：对于两端铰支受轴向压力的细长杆，根据欧拉公式，其临界荷载为2min2lEIFcr式中minI为最小惯性矩，l为压杆长度。当crFF时压杆保持直线形式，处于稳定平衡。当crjFF时，压杆即丧失稳定而弯曲。对于中柔度压杆，其临界应力公式为bacr式中a、b为常数。由于试样的初曲率往往很难避免，所以加载时压力比较容易产生偏心，实验过程中，即使压力很小时，杆件也发生弯曲，其挠度也随着荷载的增加而不断增加。本实验采用由碳钢制成的矩形截面的细长试件，表面经过磨光，试件两端制成刀刃形，如图a所示：实验前先在试样中间截面的左右两侧各贴一个应变片1和2，以便测量其应变,见图b，假设压杆受力后向左弯曲，以1和2分别表示压杆中间截面左、右两点的压应变，则2除了包括由轴向力产生的压应变外，还附加一部分由弯曲产生的压应变，而1则等于轴向力产生的压应变减去由弯曲产生的拉应变，故1略小于2。随着弯曲变形的增加，1与2差异愈来愈显著。当crFF时，这种差异尚小，当F接近crF时，2迅速增加，1迅速减小，两者相差极大。如以载荷F为横坐标，压应变为纵坐标，可绘出1-F和2-F曲线（见下图所示）。由图中可以看出，当1达到某一最大值后，随着弯曲变形的继续发生而迅速减小，朝着与2曲线相反的方向变化。显然，根据此两曲线作出的同一垂直渐近线AB，即可确定临界荷载crF的大小。以载荷P为横坐标，压应变为纵坐标，人工绘制1-P和2-P曲线，两曲线的同一垂直渐近线与力轴的交点，即为临界荷载crF四．实验步骤1.测量试样尺寸，在试样的两端及中部分别测量试样的宽度和厚度，取用三次测量的算术平均值2.启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置相对比较小，把试样放在两压槽的正中间位置上。3.将应变片分别接在应变仪2个通道上。4.打开应变仪电源开关，当程序结束后，按下“自动平衡”键使应变仪各通道清零。5.调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点，选择0.02mm/min的速度，并输入计算机，按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷。6.每增加一定量载荷，记录一次应变仪读数。当一通道的应变读数迅速增加时，而另一通道应变读数不再增加，说明它已经达到应变最大值，读取载荷对应的应变值，直到规定的变形为止。按下“停止”键。五．实验记录1.试样的尺寸：长度1l长度2l长度3l宽度1b宽度2b宽度3b厚度1h厚度2h厚度3h2.实验记录：载荷载荷增量应变仪读数FΔF测点1测点2C1C2六．数据处理七．实验结论八．预习思考题1.为什么压杆试样两端制成刀刃形？压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆,截面为矩形,两端加工成带有小圆弧的刀刃。这样减少误差，简便。2.安装试样前，调整试验机上下压头位置时，为什么中间不能有试样？答：调整上下压头时，试验机的速度一般比较快，不放试样是防止试验机度过快，把试样压坏。3.压杆实验为什么加载速度这么慢？尽量减少冲击造成的误差。4.为什么压杆试样尺寸测量三次，数据处理时使用算术平均值？因为任何物体的真值在有限次的测量中是无法测出来的，只有当测量次数为无限大时，才能求得其真值，当只有有限次的测量结果时，使用算术平均值是它的最接近真值的值。5.为什么说试样厚度对临界载荷影响极大？对于平板来说，因为厚度与临界载荷成三次方的关系，其他参数与临界载荷成一次方的关系，所以厚度的稍微变化对临界载荷影响很大九．分析思考题1.本次实验使用的试样是细长杆还是中柔度杆呢？为什么？2.本次实验是直接得到的临界力吗？3.产生实验结果误差的主要因素有哪些？4.失稳现象与屈服现象本质上有什么不同？5.对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？组合变形实验一．实验目的：1.学习组合变形情况下的应力测定方法。2.熟悉应变仪全桥测量原理及接桥方法3.对在弯扭组合受力状态下的薄壁圆管，分别测定其弯曲正应力和扭转剪应力，并与理论值比较。二．实验设备：多功能实验台、程控静态电阻应变仪、数字测力仪。三．试验原理：1）参阅材料力学、工程力学课程的教材及其他相关材料。2）组合变形实验装置如图：测试的试样为薄壁圆管，其长度为l，一端固定在铸铁框架上，另一端通过扇形加力臂上的钢丝绳对薄壁圆管试样施加载荷。在钢丝绳与加载手柄之间连接一个力传感器，通过数字测力计把传感器的信号显示出来。在试样的上下边缘对称位置，粘贴互相垂直的鱼尾应变花2片，如图所示。当试样受到F力作用时，薄壁圆管试样上的应变片均受到弯曲与扭转应变，即WN。在比例极限内，应力与应变之间存在着正比关系，即σ=E·ε通过测得的应变值便可计算出该点的应力数值。在理论课中已经学习了强度理论，也了解受弯扭组合变形的应力状态，因此也就可以分析出各应变片感受的应变关系，我们利用电桥输出特性，通过巧妙的全桥接桥方式，就可以只测出由扭矩产生的应变或由弯矩产生的应变，即ε读=4ε弯或ε读=4ε扭，在测量由弯矩产生的应变时，根据应力状态理论可知04521o，所以对于由弯矩产生的0o方向的应变即为045012o，由虎克定律得到弯曲正应力0E。在测量由扭矩产生的应变时，取薄壁圆管试样上测点处单元体，如下图所示的应力状态其中有：Rdytgdx，在比例极限内，近似地dxdyR同时cosdxdl，sindydl所以2sin21cossincossindxdydxdydxdydldl故2sin21Rdldl，由于dldl，所以2sin21R。在弯扭组合变形实验中，使用的是互相垂直的鱼尾应变花，其贴片方向且与轴线成±450，故α=45o，则Ro2145，即γR=2ε45o。由剪切虎克定律得到扭转剪应力RG。四．实验步骤1.量取试样相关尺寸，加载力臂，2.根据电测原理、电桥输出特性，通过讨论分析弯曲正应变和扭转剪应变的全桥接桥方式。3.按照第二步分析的结果，将应变片接入应变仪。4.打开电源开关，当程序结束后，用通道切换键，找到你所接入的通道，按下“自动平衡”键使应变仪通道清零。5.打开测力计电源开关，确定档位（SCLY-2数字测力计选20KN档，XL2116A测力仪选N档）。在确认没有给薄壁圆管试样梁加力的情况下，按下“清零”键。6.逐级加载，每增加0.1KN记录一次应变仪的读数，载荷加至0.4KN后，卸载。7.在完成弯曲应变测量后，从第三步重复，测量扭转应变。五．实验记录1.试样及装置的相关数据：内径d=外径D=弯矩力臂RW=扭矩力臂RN=弹性模量E=泊松比μ=2.实验记录：载荷测弯曲正应变时测扭转剪应变时应变仪读数C读数差ΔC应变仪读数C读数差ΔC平均值六．数据处理七．实验结论八．分析思考题1.如果再给你2个电阻，2个温度补偿片，阻值均为R，你还可以采用什么接桥方式，来完成本次实验测量？请详细阐述其中一种方法？2个补偿片一段相接连电流表正端，2个电阻一端相接连电流表负端，补偿片另一端与电阻另一端分别相接后接电源，桥平衡时，电表应没有读数。2.对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？九．实验报告要求请在实验报告中阐述你设计的接桥方式，画出示意图，详细推导其原理。