力学测试课后习题答案(1)

实验一机械性能实验地点：A3-101时间:17周周二13:30~2108011101-1919人14:35~2108011120-3819人周二15:40~2108011201-1919人16:45~2108011220-3718人对于脆性材料还要做压缩试验脆性材料铸铁铸造合金高碳钢拉伸时,没有一点韧性现象，压缩时表现出韧性4.3金属材料压缩时的力学性能压缩性能指标:压缩屈服强度ReHcReLc上压缩屈服强度下压缩屈服强度ReHc初始瞬时效应ReLc同样有规定压缩强度指标，两项，均要加脚注规定非比例压缩强度Rpc例：Rpc0.2规定总压缩强度Rtc例：Rtc0.5对以上性能指标计算方法分别为eHceHc0FRSpcpc0FRStctc0FRSmcmc0FRS压缩弹性摸量Ec抗压强度RmceLceLc0FRS对压缩试样要求：d0为试样直径，L为试样长度do——（10~20）mm短压缩试样L——（1~2）d0长压缩试样L——（2.5~3.5)do试验速度线弹性范围1~10N/mm2S-1按应力速率加载塑性范围0.0005~0.001/S按应变速率（500~1000/S）试验温度10~35°压缩弹性摸量（装引伸计）L——(5~8)d0试验条件测定压缩性能一般也都用作图法、割线法、逐次逼近法等方法，拉伸性能测定能用的方法，压缩性能测定都能用。习题：4.2，4.3，4.4，4.6，4.8复习题3.18如图所示为起重吊车，其吊钩可在L长度范围内移动。现欲测定吊车的载荷F，试问在吊车梁上应如何布片？如何接桥？并说明理由。测载荷F，吊车在L范围内移动，在布片时要考虑F在L范围内移动不会改变。由材料力学知FRA+FRB=F如图布片，R1与R3，R2与R4在A、B点正反两面，并互相相差90°，且都在中性层上A、B两点应力状态ABRAAFbhA、B点为工字梁的腹板，由材料力学知工字梁上切应力主要由腹板承担，因此，若腹板高度为h，厚度为b，则A、B点切应力为RBBFbh确定A、B点45°方向线应变AABBR441RBtFbhER331RAtFbhER22111RBRBBtFtBttEFbEEhR11111RAFtttRAAAtEFbhEERAAFbhRBBFbh1121E（）广义虎克定律组成全桥测量电路1111()2(1)()dRARBRARBRARBFFFFbhEbhEbhEbhEFFbhE2(1)dbhEF因为RARBFFF2(1)dFbhE所以3.19图示矩形截面的悬臂梁，F作用在xoy纵向平面内，有一偏心距e，已知材料的弹性模量E，问如何布片、组桥方可测出e及F力的大小。R2R1补偿片1.测FR1、R2与R补偿片组成对臂全桥FFESEMFeWWE112342dFR1FMt，，R2FMt，，2.测eR1、R2组成双臂半桥2122dM22dM112dFbhE212MdFeEWE22126dddWEheF因为12dF12dFSE112dFbhEMFeEWE所以3.20如图是一个测力传感器的钢制圆筒。其上贴有八个应变片。试将该八个应变片接成全桥以消除力的偏心影响。消除力偏心影响的全桥，八个片安排如桥路图3.21有一偏心受压短杆如图。欲得到载荷作用点位置，在杆上贴有四个应变片，确定组桥方案，并写出载荷位置与读数应变d之间的关系式。xyz设F距z轴距离为a距x轴距离为bMz=F·aMx=F·b1.确定a2、4组成双臂半桥1122dMzFaWE222dWEbF2.确定b1、3组成双臂半桥2222dMxFbWE112dWEaFx3.22拐臂结构受载如图，设几何尺寸、材料常数均已知，用电测法如何贴片组桥能测得Fx、Fy、Fz，并写出各方向力F与读数应变ed的关系式。2XZXMFlZXZMFx2YTFlMXZFyFZTFXxTMXZFyFZFXLLA2XZXMFlZXZMFx2YTFlΙΙІ-І截面上下各粘贴一片应变片R1，R2。并粘贴两片补偿片。补偿片ІІІІІ-І截面和ІІ-ІІ在中性层各粘贴一片应变片R3，R4。R1、R2在MXZ和FZ对І-І截面弯矩的中性层上。R1、R2分别感受的应变有：1.将R1、R2和R组成对臂全桥R1FyxMFt，，R2FyxMFt，，2FyxFyxxdMFtttMFtF（）因为xxFFSE2xdFSE所以12xdFSE2.将R1、R2组成双臂半桥2FyxFyxFydMFtMFtM（）因为()FyyAMFLLWE()2yAdFLLWE所以2()ydAWEFLL3.将R3、R4组成双臂半桥R3、R4在Fy对І-І、ІІ-ІІ截面弯矩的中性层上。R3、R4分别感受的应变有：R31xzFzMMt，-，R42xzFzMMt，-，2112xzFzxzFzFzFzdMMtMMtMM（）因为1()FzzAMFLLWE2FzyAMFLWE()zAzAzdFLLFLFLWEWEWE所以zdWEFL1．分析各种测量方法中温度补偿的实现方法。单臂半桥、对臂全桥组桥均由温度补偿片实现温度补偿；双臂半桥、四臂全桥、串、并联半桥组桥均由工作片实现温度自补偿。2．采用串联或并联组桥方式，能否提高测量灵敏度？为什么？采用串联或并联组桥方式，不能提高测量灵敏度。因为无论串、并联均不能改变，不能提高读数应变。RRK3．当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致时，将粘贴在被测件上的应变片组成单臂半桥测量电路，被测件受力后，应变仪读到的应变是否是被测件表面的应变？实验二思考题电桥测量灵敏度是测量电桥所感受被测件上应变的灵敏程度。P66当应变片灵敏系数与应变仪灵敏系数一致，组成单臂半桥测量电路时，应变仪读到的应变即为被测件表面的应变。4．电桥测量灵敏度是否指用应变片组成的测量电桥所感受被测件上应变的灵敏程度？5.将粘贴在被测件上的应变片组成测量电桥接至应变仪上，未对被测件作用外力，但应变仪有读数应变，问该读数应变是由什么原因引起的？该读数应变是由于四桥臂电阻阻值不完全相等，造成电桥不平衡所引起的。1.比较应变片6和7（或应变片4和5）的应变值，可得到什么结论？4和5，6和7应变相等，符号相反，对称于中性层，纵向纤维间无挤压。实验三思考题2.应变片测量的应变是：a.应变片栅长中心处的应变？b.应变片栅长长度内的平均应变？c.应变片栅长两端点处的平均应变？应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变3.本实验中对应变片的栅长尺寸有无要求？为什么？本实验中对应变片的栅长尺寸无要求。因为应变片测量的应变是应变片栅长长度内的平均应变，而纯弯曲梁在纯弯曲段内沿梁轴线方向应变是均匀的，沿梁横截面高度应变是线性分布的。根据公式，实测应变分别为：274.5、206、137。jdKK仪片4．应变片的灵敏系数K为2.24，应变仪的灵敏系数K仪为2.12，已知读数应变分别为290，218，145，问实测应变为多少？5．能通过加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻值来改变应变片的灵敏系数？为什么？用加长或增加应变片敏感栅线数的方法改变应变片的电阻值，不能改变应变片的灵敏系数，因为应变片的灵敏系数与电阻变化率有关，即RRK实验四讨论1.不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征有何不同？不同约束支撑条件下，细长压杆失稳时的变形特征不同，两端铰支撑时，变形对称，在处，变形最大，为失稳截面；而一端固定一端铰支撑时，则在处，变形最大，为失稳截面；后者的临界力2lx0.35xl2.临界力测定结果和理论计算结果之间的差异主要是由哪些因数引起的？临界力测定结果和理论计算结果之间的差异主要影响因素有：a）压杆受一对P力作用，P力作用偏心会影响测量结果；b）压杆反复测试，产生预弯曲，会影响测量结果；c）应变片粘贴位置与失稳截面有差异，会影响测量结果；d）理论计算力学模型与实际不完全一致，会引起计算结果与实测结果的差异，比如压杆长度，在一端固定一端铰支撑时，压杆长度的实际尺寸是小于350mm的。实验一思考题1.测定材料的力学性能为什么要用标准试件？为了排除试件尺寸对材料塑性指标A测试结果的影响，便于进行不同材料间的塑性指标A的比较。2．材料拉伸时有哪些力学性能指标？材料拉伸时的力学性能指标有强度指标：上屈服强度ReH、下屈服强度ReL；规定非比例延伸强度Rp，规定残余延伸强度Rr，规定总延伸强度Rt，抗拉强度Rm；塑性指标：断后伸长率A，断面收缩率Z；弹性指标：弹性模量E，泊松比。3．测定断后伸长率A11.3时，若断面邻近标距点的距离小于或等于1/3L0时，应如何处理？应进行断口移中处理，按或按来进行计算。4．试述低碳钢、铸铁拉伸、压缩、扭转时，主要是由哪些应力引起破坏的，为什么？低碳钢拉伸时，首先出现颈缩，由于颈缩中心部分处于三向应力状态，因此，中心部分被拉坏，边缘部分仍是单向应力状态，因此，边缘部分沿45方向由切应力引起破坏；压缩时，越压越扁，不会破坏；扭转时，沿与轴线垂直的截面由切应力引起破坏。因为低碳钢属于拉、压强度相等的材料，而剪切强度低于拉、压强度。002100%XYYZLAL00100%XYYZYZLAL铸铁拉伸时由拉应力引起破坏；压缩时，沿45方向由切应力引起破坏；扭转时，沿45方向由拉应力引起破坏。因为铸铁的抗拉强度低于抗剪强度，抗剪强度低于抗压强度。5．规定强度指标Rp、Rr、Rt是在受力还是在卸力的情况下测定的？Rp0.2和Rr0.2有何区别？规定非比例延伸强度Rp和规定总延伸强度Rt是在受力的条件下测定的；规定残余延伸强度Rr是在卸力后测定的.Rp0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力，在受力的情况下测定；而Rr0.2则表示规定残余延伸率为0.2%时的应力，在卸力的情况下测定。对于大多数金属材料，Rp0.2与Rr0.2非常接近。实验八思考题1.试件尺寸、形状对测定弹性模量和泊松比有无影响？为什么？试件尺寸对测定弹性模量有影响，对测定泊松比无影响；试件形状对测定弹性模量和泊松比均无影响，因为计算弹性模量时与试件的横截面尺寸有关，与试件形状无关。计算泊松比时，与试件形状和尺寸都无关。2.试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移或角度差，对实验结果有无影响？试件上应变片粘贴时与试件轴线出现平移，对实验结果基本没有影响；出现角度差对实验结果就有影响。3.本实验为什么采用全桥接线法？采用全桥接线法可以消除试件预弯曲的影响，同时也可以消除载荷作用不在同一轴线上造成试件弯曲的影响。4.比较本实验的数据处理方法。由于本实验在材料弹性范围内测定，材料在弹性范围内的应力-应变呈线性关系，因此三种数据处理（端值法、平均值法、最小二乘法）的结果差异不大。所以遇到类似线性的测试，数据处理用端值法比较好，既简单又保证一定的数据处理精度。1.测定由弯矩、剪力、扭矩所引起的应变，还有哪些接线方法，请画出测量电桥的接法。实验六思考题a．测量弯矩引起的应变，还可以用R5或R11与补偿片组成单臂半桥，见图；b．测量扭矩引起的应变见下图；c．测量剪力引起的应变见下图；2.本实验中能否用二轴450应变花替代三轴450应变花来确定主应力的大小和方向？为什么？本实验中A、C两点可以用二轴450应变花替代三轴450应变花，B、D两点不可以。因为，从理论上讲，A、C两点主应力方向是已知的，只要求主应力大