力學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)須知

(1)在實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)認(rèn)真預(yù)習(xí)與本次實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求、原理及所使用機(jī)器的構(gòu)造原理，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)應(yīng)帶上計(jì)算器、鉛筆、鋼筆(或圓珠筆、中性筆)、三角板和橡皮，以便在實(shí)驗(yàn)中使用。

(2)按時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中不得談?wù)撆c實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的話題，不得擅自離開(kāi);愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和儀器;認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)室安全制度和儀器設(shè)備使用操作規(guī)程，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的人身安全。

(3)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備就緒后，請(qǐng)教師檢查認(rèn)可后方能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);相互配合完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，注意從儀器上讀取測(cè)試數(shù)據(jù)的單位要和實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要求的計(jì)算單位相一致。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、原始記錄經(jīng)指導(dǎo)教師檢查簽字認(rèn)可后，將實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)原狀，布置整齊，打掃室內(nèi)衛(wèi)生后方可離開(kāi)。

(5)力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)認(rèn)真獨(dú)立完成，要堅(jiān)持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不得抄襲，按教師規(guī)定的時(shí)間由班學(xué)委統(tǒng)一收齊，并附一份實(shí)驗(yàn)人員成績(jī)空表交到力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心辦公室，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谠撻T理論課中占一定的比例。

(6)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室在規(guī)定時(shí)間開(kāi)放，同學(xué)們根據(jù)自己的實(shí)際情況可選做規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或自選力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)約登記，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)具體情況給以合理安排。

大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)者交出的實(shí)驗(yàn)成果，是對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。為了使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的工作作風(fēng)，特制訂本規(guī)范，希望學(xué)生嚴(yán)格按本規(guī)范要求撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告包含下列內(nèi)容:

(1)實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)者及同組人員的姓名。

(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)畫(huà)出簡(jiǎn)圖，使用機(jī)器和儀表的名稱、型號(hào)、精度、量程等。

(3)實(shí)驗(yàn)原理:簡(jiǎn)要說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的原理、公式、方法及其他主要儀器描述。

(4)實(shí)驗(yàn)步驟:按實(shí)驗(yàn)過(guò)程的先后順序?qū)懗鲋饕襟E，對(duì)于加載方案要有計(jì)算過(guò)程。

(5)試件尺寸:在表格中填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)前后所測(cè)得的實(shí)際數(shù)值。

(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析:在實(shí)驗(yàn)中將記錄的原始數(shù)據(jù)利用有關(guān)力學(xué)公式進(jìn)行加工分析處理。必須用圓珠筆、中性筆或鋼筆書(shū)寫(xiě)整齊，數(shù)據(jù)必須使用國(guó)標(biāo)單位，要注意儀器的精度和有效數(shù)字。一般情況下，儀器的最小刻度代表儀器的精度，在多次測(cè)量同一物理量時(shí)，可取測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為該物理量的具體值。在實(shí)驗(yàn)中，一般可保留小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字。在計(jì)算中所用到的公式必須明確列出，并理解公式各符號(hào)所代表的意義。

(7)誤差分析:實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最后部分應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)，并簡(jiǎn)要回答思考題。

第 1章材料力學(xué)測(cè)試設(shè)備和儀器

1.1 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)

材料試驗(yàn)機(jī)是對(duì)試件或模型施加荷載的專用設(shè)備。試驗(yàn)機(jī)按施加荷載的性質(zhì)可分為靜載試驗(yàn)機(jī)和動(dòng)載試驗(yàn)機(jī)。按施加荷載的形式又可分為拉力、壓力、扭轉(zhuǎn)等試驗(yàn)機(jī)。如果一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)可以兼做拉力、壓力、彎曲等多種實(shí)驗(yàn)，則稱為萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)。如果試驗(yàn)機(jī)具有閉環(huán)控制系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析處理、顯示及輸出功能則稱為電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

1.1.1

主機(jī)構(gòu)造原理

電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)主機(jī)主要由負(fù)荷機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)、夾持系統(tǒng)與位置保護(hù)裝置組成。負(fù)荷機(jī)架由四立柱支承上橫梁與工作臺(tái)板構(gòu)成門式框架，兩絲杠穿過(guò)動(dòng)橫梁兩端并安裝在上橫梁與工作臺(tái)板之間。工作臺(tái)板由兩個(gè)支腳支承在底板上，且機(jī)械傳動(dòng)減速器也固定在工作臺(tái)板上。工作時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)減速器，進(jìn)而帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)使中間動(dòng)橫梁上下移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，力在門式負(fù)荷框架內(nèi)得到平衡。電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(圖 1-1)的傳動(dòng)絲杠是采用帶有消隙結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠，負(fù)荷傳感器安裝在動(dòng)橫梁上，萬(wàn)向聯(lián)軸器及一只拉伸夾具安裝在負(fù)荷傳感器上，另一只夾具安裝在上橫梁上。當(dāng)做壓縮或彎曲等實(shí)驗(yàn)時(shí)在下空間進(jìn)行，當(dāng)做拉伸實(shí)驗(yàn)在上空間進(jìn)行。安裝好試件后，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)啟動(dòng)橫梁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)即可完成全部實(shí)驗(yàn)。

1.1.2

長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究院電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作方法

(1)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，接通放大器電源，雙擊計(jì)算機(jī)桌面上" TextExpert(NENET)"圖標(biāo)，單擊"登錄"按鈕進(jìn)入試驗(yàn)機(jī)啟動(dòng)聯(lián)機(jī)界面。默認(rèn)密碼為空，進(jìn)入"試驗(yàn)操作"界面后單擊"聯(lián)機(jī)"按鈕進(jìn)行聯(lián)機(jī)。聯(lián)機(jī)成功"啟動(dòng)"按鈕變成綠色，如圖 1-2所示。

圖 1-1 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)

(2)單擊"啟動(dòng)"按鈕后，功能鍵圖標(biāo)變亮，這時(shí)就可以用手控盒控制橫梁進(jìn)行上、下移動(dòng)，調(diào)節(jié)下橫梁到合適位置，安裝好試件。如果是壓縮實(shí)驗(yàn)，將橫梁和試件的縫隙調(diào)到 1mm左右即可。

(3)實(shí)驗(yàn)方法設(shè)置:單擊"方法"按鈕，彈出下拉菜單。其中包含有機(jī)器出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)置好的一些實(shí)驗(yàn)方法，單擊其選項(xiàng)可以快速選取對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，如拉伸實(shí)驗(yàn)或壓縮實(shí)驗(yàn)等。

(4)單擊"方法定義"按鈕進(jìn)入"方法定義"主界面。它包含 3個(gè)子菜單，分別是"基本設(shè)置"、"設(shè)備及通道"、"控制與采集"。這里只對(duì)直徑進(jìn)行修改，通過(guò)直徑右邊的編輯，輸入該實(shí)驗(yàn)試件最小直徑后確認(rèn)。

(5)單擊"試驗(yàn)操作"按鈕回到試驗(yàn)機(jī)啟動(dòng)聯(lián)機(jī)界面，對(duì)下面的力、位移、變形數(shù)字清零，清零方法是將指針移到力數(shù)字上右擊，然后左鍵清零，其他清零相同。

(6)單擊綠色三角符號(hào)按鈕即開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程及曲線，如果是拉伸測(cè)彈性模量 E實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將電子引伸計(jì)安裝在拉伸試件的工作段，之后拔下限位銷，如果屏幕下方變形數(shù)字有變動(dòng)表示電子引伸計(jì)已連接好。電子引伸計(jì)的標(biāo)距是 50mm，試件直徑一般是 10mm左右，屏幕上應(yīng)顯示力-變形曲線，力從 2kN到 16kN每增加 2kN力時(shí)讀一次電子引伸計(jì)的變形數(shù)，兩者讀數(shù)要同步。讀完最后一次數(shù)后，檢查變形讀數(shù)增量是否基本相等，如果基本相等即驗(yàn)證了力和變形呈線性關(guān)系，否則單擊紅色"停止實(shí)驗(yàn)"按鈕。單擊活動(dòng)橫梁上升按鈕，以緩慢速度將力卸載到 0N，按上述步驟重新進(jìn)行拉伸測(cè)彈性模量 E實(shí)驗(yàn)。當(dāng)力值上升到 16kN時(shí)，單擊"引伸計(jì)"圖標(biāo)，變形通道采集將停止工作，從試件上取下電子引伸計(jì)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，將試件拉斷后單擊"停止實(shí)驗(yàn)"按鈕，取下試件，讀取實(shí)驗(yàn)屈服力和破壞力值數(shù)據(jù)。如果是鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)，到達(dá)最大力后聽(tīng)到破壞聲音或荷載下降到 80%即可單擊"停止實(shí)驗(yàn)"按鈕，取下試件，讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)果打印設(shè)置:

①單擊"數(shù)據(jù)處理"按鈕進(jìn)入數(shù)據(jù)處理界面，該界面顯示保存在本機(jī)的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)調(diào)閱查看和打印實(shí)驗(yàn)曲線。界面右側(cè)是查詢功能區(qū)，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很多，可以使用查詢功能來(lái)快速查找需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖 1-3所示。選擇想要打印的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，雙擊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)曲線。

圖 1-3 查詢實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理界面

②再單擊"方法定義"按鈕進(jìn)入方法定義界面，選擇"編輯打印文檔"和"設(shè)置報(bào)告標(biāo)題"這兩個(gè)菜單命令進(jìn)行文檔和標(biāo)題的編輯。

編輯打印文檔:單擊"方法定義"按鈕進(jìn)入基本設(shè)置界面，選擇"編輯打印文檔"命令，彈出"設(shè)置打印文檔"對(duì)話框，在這里可以設(shè)置需打印文檔的"文檔標(biāo)題"與"文檔內(nèi)容"。

添加用戶自定義文檔:在"設(shè)置打印文檔"對(duì)話框中單擊"添加用戶自定義文檔"按鈕會(huì)彈出"輸入用戶自定義文檔"對(duì)話框，輸入相應(yīng)的文檔標(biāo)題即可，如實(shí)驗(yàn)員、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)日期等，自定義文檔完成后顯示在"可選文檔標(biāo)題"欄，雙擊該文檔可以快速選取。選取的文檔標(biāo)題顯示在"已選文檔標(biāo)題"欄。

輸入文檔內(nèi)容:在"設(shè)置打印文檔"對(duì)話框中單擊"輸入文檔內(nèi)容"按鈕會(huì)彈出文檔內(nèi)容輸入欄，在這里可以輸入"已選文檔標(biāo)題"的內(nèi)容，如實(shí)驗(yàn)員為"小王"，實(shí)驗(yàn)材料為"低碳鋼"，實(shí)驗(yàn)日期為" 2013年 10月 5日"等。

設(shè)置報(bào)告標(biāo)題:單擊"方法定義"按鈕進(jìn)入基本設(shè)置界面，單擊"設(shè)置報(bào)告標(biāo)題"按鈕會(huì)彈出"輸入標(biāo)題內(nèi)容"對(duì)話框。在這里可以自定義報(bào)告標(biāo)題文檔內(nèi)容。完成以上操作后單擊"保存方法"按鈕，這時(shí)所設(shè)置的打印文檔方法將被保存，方便下次繼續(xù)使用該格式打印。

③再次單擊"數(shù)據(jù)處理"按鈕，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理界面，在界面中單擊"打印"按鈕。

進(jìn)入打印界面后單擊"打印預(yù)覽"按鈕可進(jìn)行打印預(yù)覽，目的是查看即將打印

的報(bào)告文檔是否輸入正確。如發(fā)現(xiàn)輸入有誤則按照以上步驟重新修改，確認(rèn)無(wú)誤后

單擊"打印"按鈕進(jìn)行打印。

這里需要注意的是，需要打印的是幾號(hào)試樣實(shí)驗(yàn)曲線，在右上角的"選擇試樣號(hào)"就選擇幾號(hào)，這兩個(gè)數(shù)字必須一致。例如，需要打印的是 5號(hào)試樣實(shí)驗(yàn)曲線，那么右上角的"選擇試樣號(hào)"就必須選擇" 5"，否則打印文檔將會(huì)按默認(rèn)的 1號(hào)試樣實(shí)驗(yàn)曲線打印。

(8)若不需要打印報(bào)告即可進(jìn)行下一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如果實(shí)驗(yàn)全部完成，退出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)掉儀器電源。

1.1.3 上海華龍?jiān)囼?yàn)機(jī)有限公司電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)操作方法

1.拉伸實(shí)驗(yàn)操作步驟

(1)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)，接通電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)主機(jī)電源(在主機(jī)的右下方將電源開(kāi)關(guān)順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90°)，待手控盒上的自檢燈不閃時(shí)，說(shuō)明機(jī)器工作正常，可進(jìn)行下一步操作。

(2)在計(jì)算機(jī)桌面上單擊"Textworld"圖標(biāo)，選擇彈出窗口中相應(yīng)實(shí)驗(yàn)選項(xiàng)進(jìn)行"加載";然后單擊界面右側(cè)的"啟動(dòng)"按鈕，聽(tīng)到咔嚓聯(lián)機(jī)聲后可用手動(dòng)調(diào)控盒或在界面設(shè)定橫梁的移動(dòng)速度，將橫梁移動(dòng)到合適位置停止，以便安裝實(shí)驗(yàn)試件。

(3)將拉伸試件夾持部位插入下夾頭并加緊，打開(kāi)上夾頭到最大位置，緩慢向下移動(dòng)橫梁，使試件上夾持部位進(jìn)入夾頭 3/4，或到合適位置停止下降并夾緊試件，將"負(fù)荷"清零，如測(cè)彈性模量 E時(shí)，將電子引伸計(jì)用皮筋綁夾在試件工作部位上，之后拔下限位銷。該機(jī)的拉伸空間在下方，壓縮空間在上方。

(4)單擊桌面上的"試樣"按鈕，在"形狀"、"批次選項(xiàng)"文本框中輸入相應(yīng)的試件數(shù)量、直徑后，按 Enter鍵確認(rèn)。

(5)單擊"圖形"，Y軸選 kN，X軸選變形或位移。

(6)在屏幕右下方"文件存儲(chǔ)名"文本框輸入相應(yīng)文件名后按 Enter鍵。

(7)單擊"控制"按鈕設(shè)置實(shí)驗(yàn)控制方式，如圖 1-4所示，"控制指令類型"欄一般實(shí)驗(yàn)設(shè)兩個(gè)及以上，前一個(gè)控制指令一般設(shè)為"定位移動(dòng)控制"，5mm/min的速度及以下，"目標(biāo)值"欄根據(jù)情況而定，可以是彈性段最大力值(如 20kN)，也可以是應(yīng)變(如 1%)，設(shè)置"到達(dá)目標(biāo)后"欄為"繼續(xù)實(shí)驗(yàn)"，最后一個(gè)控制必須設(shè)置為

"定向移動(dòng)控制"，"到達(dá)目標(biāo)后"欄空，而"破壞結(jié)束"欄為"判斷破壞"。

前言實(shí)驗(yàn)須知 1 大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范 2

第 1章材料力學(xué)測(cè)試設(shè)備和儀器 3

1.1電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 3

1.2微機(jī)屏顯液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 8

1.3微機(jī)數(shù)控扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī) 13

1.4機(jī)械式扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī) 16

1.5 NJ-100B型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī) 17

1.6游標(biāo)卡尺 19

1.7千分表 22

1.8球鉸式引伸儀 23

1.9電子引伸計(jì)及其應(yīng)用 24

1.10電阻應(yīng)變儀及其應(yīng)用 25

1.11測(cè)力儀及其應(yīng)用 29

1.12數(shù)碼光彈儀的應(yīng)用 29

1.13螺栓扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)及其應(yīng)用 31

1.14高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)及其應(yīng)用 33

第 2章材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn) 44

2.1概述 44

2.2壓縮實(shí)驗(yàn) 44

2.3拉伸實(shí)驗(yàn) 48

2.4拉伸彈性模量的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 53

2.5扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 54

2.6剪切彈性模量的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 58

2.7規(guī)定非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力的測(cè)定實(shí)驗(yàn) 61

第 3章電測(cè)應(yīng)力實(shí)驗(yàn) 64

3.1電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 64

3.2電阻應(yīng)變片在電橋中的接法(一) 68

3.3電阻應(yīng)變片在電橋中的接法(二) 70

3.4梁彎曲正應(yīng)力電測(cè)實(shí)驗(yàn) 72

3.5彎扭組合變形時(shí)的主應(yīng)力測(cè)定 75

3.6組合梁(疊梁)應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) 80

3.7復(fù)合梁應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) 84

3.8電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)的測(cè)定(一) 89

3.9電阻應(yīng)變片靈敏度系數(shù)的測(cè)定(二) 92

3.10電阻應(yīng)變片橫向效應(yīng)系數(shù)的測(cè)定 94

3.11工程桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) 96

第 4章光測(cè)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 100

4.1光彈性儀及應(yīng)力光學(xué)效應(yīng) 100

4.2光彈性材料條紋值和應(yīng)力集中系數(shù)的測(cè)定 104

4.3平面光彈性實(shí)驗(yàn) 106

4.4激光全息干涉法測(cè)量靜位移實(shí)驗(yàn) 109

4.5激光全息干涉法測(cè)量動(dòng)位移實(shí)驗(yàn) 110

4.6激光間接散斑法實(shí)驗(yàn) 112

4.7激光直接散斑法實(shí)驗(yàn) 114

4.8云紋法測(cè)量應(yīng)變實(shí)驗(yàn) 116

4.9影像云紋法測(cè)量變形實(shí)驗(yàn) 117

第 5章選做實(shí)驗(yàn) 119

5.1沖擊實(shí)驗(yàn) 119

5.2偏心拉伸實(shí)驗(yàn)(一) 122

5.3偏心拉伸實(shí)驗(yàn)(二) 124

5.4材料的橫向變形系數(shù)測(cè)定 126

5.5壓桿穩(wěn)定臨界力測(cè)定 128

5.6疲勞實(shí)驗(yàn) 131

5.7等強(qiáng)度梁實(shí)驗(yàn) 134

5.8位移互等定理驗(yàn)證 135

5.9錨固力拉拔實(shí)驗(yàn) 136附錄鋼材力學(xué)及工藝性能實(shí)驗(yàn)取樣規(guī)定 139參考文獻(xiàn) 144