材料力学实验绪论课

材料力学实验绪论课工程力学系材料力学实验室电测室一.学生实验课守则1.学生进入实验室应遵守实验课守则。实验时应严肃认真，保持课堂安静。2.实验课前必须预习实验指导书，未经预习不得进行实验。3.爱护机、仪器及其他设备，并应严格遵守操作规程，如发生故障应及时报告任课教师。4.实验完毕应整理实验现场，实验设备恢复实验前状态，实验记录必须经教师审阅后方可离开实验室。二.机、仪器使用规则1.在实验前必须了解所使用机、仪器的一般原理及操作方法，实验时应严格遵守操作规程。2.非本实验所用机、仪器切勿任意动用。3.实验过程中，如发生故障，应立即停止实验，及时报告教师；切忌自作主张，擅自处理。4.实验完毕后，应将机、仪器恢复到实验前状态，关闭电源。三.材料力学实验绪论1.实验课的作用。•实验课是材料力学教学中的一个重要环节。•巩固、加深和运用讲课中的基本理论知识。•掌握测定材料机械性能及测定应力和变形的基本方法。•学会有关的机、仪器的操作使用。•培养独立确定实验方案、正确处理实验结果的能力；严肃认真的科学作风。三.材料力学实验绪论2.材料力学实验的主要内容：测定材料机械性能的实验：拉伸、压缩、扭转、冲击等。实验目的：巩固概念、增强感性认识，掌握实验方法。•验证理论的实验：将实际问题抽象为理想模型，再根据科学假设，推导出一般性公式。假设是否正确，理论公式是否能实际运用需要通过实验验证。弯曲应力、压杆稳定、弯扭组合受力等实验属于验证性实验。实验目的：巩固理论概念、学会验证方法。•综合性实验：工程中实际构件的形状和受力情况复杂，单凭理论计算比较困难。通常采用实验的方法测定应力和变形。综合性实验包括：组合梁、框架、薄壁构件、组合柱等实验。实验目的：着重训练用电测法测定应力应变、正确使用电阻应变仪的能力，掌握电测法的基本技术。培养学生运用基本理论确定实验方案，分析实验现象的能力。三.材料力学实验绪论3.做好实验应注意的几个问题（1）做好预习和课前的准备工作要做到：•课前预习，明确实验目的、原理和步骤；•确定实验的具体方法，如要求理论计算的实验，都应进行理论计算。•设计记录实验数据的表格。（2）实验过程中应做到：•充分动手：掌握有关的实验技术，能独立操作机、仪器。•充分动脑：密切结合、灵活运用基本理论知识。善于观测实验现象和对实验结果的分析，加深对基本理论知识的理解。电测实验：2～3人；性能实验：3～4人一组。（3）实验结束后：应认真做好实验报告，报告独立完成。三.材料力学实验绪论4.对实验报告的要求实验报告报告应包括以下基本内容。•实验名称，实验日期，实验成员姓名及学号。•实验目的。•实验设备及装置简图：应注明所用机、仪器的名称、型号、精度、量程等，并画出实验装置简图。•原始实验数据：包括所用材料的力学性能指标，如：材料名称及牌号、弹性模量E。机、仪器的量程，加载速度、应变仪的灵敏系数、电阻片的灵敏系数、试样的几何尺寸等。•实验数据的处理：实验数据应列表和以曲线形式给出，注明测量单位，给出最终实验结果。对结果应定性分析实验误差，分析主要误差来源。•实验结果的讨论：应将实验中所观测到的主要现象、实验结果进行总结归纳；并运用基本理论，分析实验中观测到的实验现象，以便巩固和加深基本理论概念。在报告中可以表达对实验的体会及对实验的意见。三.材料力学实验绪论•实验曲线的正确画法，左图不正确，右图正确。-300-250-200-150-100-50050100150200250h/2h/40h/4h/2理论曲线实验曲线-250-200-150-100-50050100150200250h/2h/40h/4h/2光滑曲线实验曲线图1理论曲线与实验曲线2003年春季学期材力实验课进度表2002,12,30实验教室安排：电测在1515（五层）强度在3104（一层）理力在3120（一层）•实验课进度表2003年春季学期材力实验课进度表2002,12,30三.材料力学实验绪论5.电测法的基本原理（一）电测应变技术在科研和生产实践中的地位：电测技术是利用敏感元件——电阻应变片，把机械量转换成电量的一种测量方法，由于它测量方法简便、精度高、稳定性好、便于携带、可进行野外现场测量等特点，目前运用极为广泛。（二）电阻应变片：（1）应变片的分类：根据敏感元件的材料和型式可分为以下几类。丝式体型金属式箔式应变片薄模型半导体式•根据温度可分为：•低温：－30℃以下；常温：－30℃～60℃；中温：60℃～300℃；高温：300℃以上。（2）应变片的优点：•电阻变化率与应变成线性关系；尺寸小，重量轻，对构件的工作状态影响极微小；•测量范围：0～5000με；频响好：0～5000Hz。•精度高、通用性好：精度在0.1～1％，可测应变、力、位移、加速度、压力、扭矩等物理量。（3）金属丝的应变效应:根据物理学可知，物体的几何尺寸与电阻值有如下关系：对上式微分后可得：根据金属的物理性质有：RRLRAdRddLdARLAddVcVC-在常温常压条件下为常数。dVV-体积变化率。金属丝在受单向拉伸时电阻变化率dRR与轴向应变dLL＝有如下关系：(12)2(12)(12)22(1)(12)[2(1)(12)],(2(1)(12)dRdVdLdACRVLAdRcRccccdRKKcR经变换最后可得：由于、在常温常压下为常数，故常数由上式可见，当电阻片粘贴在构件上并一起变形，金属丝的电阻变化与被测点的应变成正比。电阻片就是利用这一原理，将机械量转换成电量进行测量。（4）应变片的结构形式及主要性能指标：应变片的结构如图，主要参数如下：•基长：应变敏感栅的轴向长度；•原始电阻值：60、120、350、600、1000Ω，其中以120Ω为常用。图1电阻片的结构图•绝缘电阻：指敏感栅和基底的电阻值，一般在500MΩ以上。•灵敏系数K：应变片最重要的技术参数，应变片的K值抽样检测。•允许电流：静荷测量25mA，动荷75～100mA，电流大应变片温度升高，影响测量精度。（三）应变仪及基本原理：1.桥式电路原理：已知应变片电阻变化率与被测点应变成正比，即一般应变片的K值在2.0左右，机械应变在10-3～10-6,电阻变化率很小，通常采用桥式电路精确测量，即惠斯顿电桥RRABCDUDBR1R2R3R4可以证明输出电压与桥臂阻值的关系：若电桥的四个臂均与粘贴于构件上的电阻片相连，当构件变形时，桥臂上的阻值分别变为：R1+R1、R2+R2、R3+R3、R4+R4。此时BD点的输出电压为：当在小应变、等桥臂（R1=R2=R3=R4）、相同的灵敏系数时，上式简化成下式：式中：1、2、3、4分别代表四个应变片所感受的应变值。ERRRRRRUDB434211ERRRRRRRRRRRRUUBDBD43434422111143214EKUBD2.几种常用的组桥方式：（1）单臂测量：桥路中只有一个桥臂参与构件的机械变形。输出的桥压为：（2）半桥测量：桥路中相邻的两个桥臂参与构件的机械变形。输出的桥压为：（3）对臂测量：桥路中相对的两个桥臂参与构件机械变形。输出的桥压为：（4）全桥测量：桥路中四个桥臂全部参与构件机械变形。输出的桥压为：11144EKERRUBD121221124)(44EKEKERRRRUBD21313311444EKEKERRRRUBD4143214)()(4EKEKUBD•温度补偿片引起电阻片的阻值改变的因素：1.机械变形；2.温度变化。温度变化引起阻值改变的量是无用的量。可以利用电桥加减特性，通过温度补偿片来消除。ABCDduBDE11144EKERRUBD•半桥测量在桥路中AB,BC臂接工作片，CD,DA接仪器内部标准电阻。两枚工作片处在相同温度场，温度影响自动消除，无需另接补偿片。EBduBDACD21331144EKERRRRUBD•对臂测量在AB,CD两个臂上接工作片，BC,DA接温度补偿片。四个臂的电阻同处一个温度场，温度影响相互抵消。duBDEABCD31331144EKERRRRUBD•全桥测量电桥的四个臂上接工作片，都参与机械变形，同处一个温度场，温度影响相互抵消。BEACDduBD41432144EKEKUBD