工程力学实验的讲义.doc

工程力学实验讲义 东莞理工学院 机电工程系 张小萍编写 内容提要 本书为《材料力学》理论教学的配套教材——材料力学基本实验指导书。书中主要介绍了低碳钢和铸铁材料的拉伸和压缩实验，以及合金钢梁的弯曲正应力电测实验，包括实验目的、实验设备、实验原理，实验方法与步骤以及思考题等内容。书中还介绍了有关仪器和设备的使用。 前 言 材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分。材料力学中的一些理论和公式是建立在实验、观察、推理、假设的基础上，它们的正确性还必须由实验来验证。学生通过做实验，用理论来解释、分析实验结果，又以实验结果来证明理论，互相印证，以达到巩固理论知识和学会实验方法的双重目的。 本讲义是根据东莞理工学院机电工程系开设的材料力学实验内容和实验仪器设备情况而编写的，由低碳钢和铸铁材料的拉伸、压缩实验，合金钢梁的纯弯曲正应力电测实验，以及相关仪器和设备的介绍组成。 编写时主要参考了刘鸿文、吕荣坤的《材料力学实验》、曹以柏、徐温玉的《材料力学测试原理及实验》，王绍铭等的《材料力学实验指导》，以及其他院校的有关实验教学资料。 由于水平和时间有限，本书难免有不足和错误，望广大读者给以批评指正。 学生实验须知 1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。 2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。 3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。 4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。 5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。 6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。 7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据； 8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。 9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。 10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。 目 录 实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 实验二 低碳钢和铸铁的压缩实验 实验三 弹性模量E及泊松比μ的测定 实验四 纯弯曲梁正应力分布电测 附录A 液压式万能试验机简介 附录B 球铰式引伸仪 附录C 电阻应变测量技术及DH3818静态应变测量仪简介 实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 实验目的 测定低碳钢的弹性模量E、屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率Ψ。 测定铸铁的强度极限σb。 观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 （4）熟悉材料实验机和其它仪器的使用。 二、 实验设备 WE-30型万能材料试验机。 游标卡尺。 （3） 球铰式引伸仪。 三、 试件介绍 由于试件的形状和尺寸对实验结果有一定的影响，为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试件。按国家有关标准的规定，拉伸试件分为比例试件和非比例试件两种。在试件中部，用来测量试件伸长的长度，称为原始标距（简称标距）。比例试件的标距l0与原始横截面面积A0的关系规定为 （1.1） 式中系数k的取值为5.65时为短试件，取11.3时为长试件。对直径为d0的圆截面试件，短试件和长试件的标距l0分别为5 d0和10 d0。非比例试件的l0和A0不受上述关系限制。本实验采用圆截面的长试件，即l0=5 d0. 四、实验原理及方法 常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量E、屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。 （1）低碳钢弹性模量E的测定 由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即 （1.2） 因为,,所以弹性模量E又可以表示为 (1.3) 式中： E—材料的弹性模量，， P—实验时所施加的荷载，A－以试件直径的平均值计算的横截面面积， L0——引伸仪标距，试件在载荷P作用下，标距L0段的伸长量。 可见，在弹性变形范围内，对试件作用拉力P，并量出拉力P引起的标距内伸长，即可求得弹性模量E，实验时，拉力P值由试验机读数盘示出，标距L0＝50㎜（不同的引伸仪标距不同），试件横截面面积A可算出，只要测出标距段的伸长量，就可得到弹性模量E。 在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验荷载与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测