材料力学实验报告（最后）..docx

北京航空航天大学 材料力学 实验报告实验名称：材料切变模量G的测定学号姓名实验时间： 2010年12月16日试件编号试验机编号计算机编号应变仪编号百分表编号成绩实验地点：实6-1031212121212教师 实验目的两种方法测定金属材料的切变模量G；验证圆轴扭转时的虎克定律。+45o-45o实验仪器和设备微机控制电子万能试验机扭角仪电阻应变仪百分表图一 实验装置图游标卡尺试件 中碳钢圆轴试件，名义尺寸d=40mm, 材料屈服极限。 实验原理和方法电测法测切变模量G 材料在剪切比例极限内，切应力与切应变成正比， （1） 上式中的G称为材料的切变模量。由式(1)可以得到： （2）圆轴在剪切比例极限内扭转时，圆轴表面上任意一点处的切应力表达式为： （3）由式(1)~(3)得到：ABCDHD’图二 微体变形示意图 （4）由于应变片只能直接测出正应变，不能直接测出切应变，故需找出切应变与正应变的关系。圆轴扭转时，圆轴表面上任意一点处于纯剪切受力状态，根据图二所示正方形微体变形的几何关系可知： （5）图三 二向应变花示意图 由式（2）~（5）得到： （6） 根据上式，实验时，我们在试件表面沿45o方向贴应变片（一般贴二向应变花，如图三所示），即可测出材料的切变模量G。本实验采用增量法加载，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量T作用下，产生的应变增量。于是式（6）写为： （7）根据本实验装置，有 （8）a——力的作用线至圆轴轴线的距离 最后，我们得到： （9）扭角仪测切变模量G。等截面圆轴在剪切比例极限内扭转时，若相距为L的两横截面之间扭矩为常数，则两横截面间的扭转角为： （10）由上式可得： （11）本实验采用增量法，测量在各相同载荷增量T作用下，产生的转角增量。于是式（11）写为：δb图四 实测的示意图 （12）根据本实验装置，按图四所示原理，可以得到： （13）δ——百分表杆移动的距离b——百分表杆触点至试件轴线的距离最后，我们得到： （14）电桥连接原理实验步骤1、测量实验所需的各种尺寸。2、调整试验机，仪器。3、确定组桥方式并接线，设置应变仪参数。在本实验中全桥、半桥，1/4桥进行实验。4、加初荷载1KN，将应变仪的读数清零，记录百分表的读数。逐级加载，记录每级荷载下相应的应变值和百分表的读数。5、数据检查合格后，卸载、关闭电源、拆线并整理所用的设备。加载方案增量法加载：初压力 P0=1KN，应变仪和百分表调零；分4级加压力, 每级压力增量ΔP=1KN，P max=5KN 重复2—3遍原始数据中碳钢圆轴试件 d=40mm标距 L=122.1mm力臂长度 a=127.28mm触点到轴心的距离 b=65.89mm1/4桥P/kN通道1通道2通道3通道4百分表100004.8261-62-626310.03122-12434184-18665247-2478半桥P/kN通道1通道2百分表1006.1212512810.1325025315.2437137521.2549650026.6全桥P/kN通道1百分表106.9218110.2336815.3456021.2574226.6数据处理1/4桥数据处理扭角仪测量切变模量G取1/4桥的数据进行处理：有原始数据知：δ1=4.8 δ2=10.0 δ3=15.3 δ4=20.6 δ5=25.8用逐差法处理：δ3－δ1＝10.5δ4－δ2＝10.6δ5－δ3＝10.5故2△δ＝（10.5＋10.6＋10.5）÷3＝10.53△δ＝5.26∴ G＝ ＝Pa＝Pa＝77.5GPa建立T-φ图（由公式及、）如图纵坐标为T，横坐标为φ。由图可知，我们可以清晰地看到扭矩与转角在允许的误差范围内呈线性关系，这就很好地证明了圆轴扭转时的虎克定律。电测法测切变模量G（取第一组数据）载荷/KN1234PΔPξΔξξΔξξΔξξΔξ10000216161-62-62-62-62+63633112261-124-62-125-63+125624118462-186-62-187-62+187625124763-249-63-251-64+25063 则： ，，，有，，，故建立T-ξ图（取第一组数据）如图纵坐标为T，横坐标为ξ。由图可知，我们可以清晰地看到扭矩与切应变在允许的误差范围内呈线性关系，这就很好地证明了圆轴扭转时的虎克定律。半桥数据处理扭角仪测量切变模量Gδ1=6.1 δ2=10.1 δ3=15.2 δ4=21.2 δ5=26.6用逐差法处理：δ3－δ1＝9.1δ4－δ2＝11.2δ5－δ3＝11.4故2△δ＝（9.1+11.2+11.4）÷3＝10.56△δ＝5.28∴ G＝ ＝Pa＝Pa＝77.2GPa建立T-φ图（由公式