材料力学实验三四五.docx
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材料力学实验三四五
实验三扭转破坏实验
实验日期：
年月日实验室温度：
一、实验目的
1．观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行为。
观察材料的破坏方式。
2．测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。
3．熟悉扭转试验机的工作原理及使用方法。
二、主要仪器装置及材料
1.扭转试验机：
用以作扭转破坏实验。
2.游标卡尺。
三、试件受力简图
1．试件
采用圆形截面试件，如图所示，在试件表面画上一条纵线，以便观察试件的扭转变形。
2．扭转试验机的工作原理
扭转试验机如图。
在机体上有一个基本固定的夹头，用两平面和夹紧螺栓固定扭转试样的一端。
试验机上有一个能306°旋转的扭转装置，其左端是一个可旋转的夹头，以夹持试样的另一端。
当人力使装置转动时，带动活动夹头转动，而使试样的一端相对于另一端发生了转动，故试件受扭而产生变形。
3．扭转实验原理
试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。
低碳钢试件在发生扭转变形时，其T－φ曲线如图所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段：
弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有三个强度特征值：
剪切比例极限、剪切屈服极限和剪切强度极限。
对应这三个强度特征值的扭矩依次为Tp、Ts、Tb。
在比例极限内，T与φ成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。
如图（a）所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图（b）所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增加，T－φ的关系成为曲线。
直到整个截面几乎都是塑性区，如图（c）所示。
abc
在T－φ出现屈服阶段，示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆，由此可读出屈服扭矩Ts，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出：
屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值Mb进入断裂阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限
可同下式求出：
四、实验方法及步骤：
1．试件准备：
测量试件等截面范围两端及中间共三处截面的直径。
为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算平均值，以三截面中最小处的平均值来计算初始横截面面积A0。
2．安装试件：
（1）将试样的端头安装于夹头中，并夹紧。
（2）调整示力度盘主动针，对准零点。
3．进行实验：
以顺时针方向缓慢转动摆手，使之按要求的速度对试件加载，对于低碳钢试件，注意观察试验机示力度盘的指针，若指针停止转动或有轻微回摆，说明材料发生屈服，记录此时的扭矩Ts经过屈服阶段以后（铸铁试件无此阶段），即可快速加载，直至剪断为止，停车。
由从动针读出最大扭Tb并记录。
4．取下试件，清理设备。
5．整理数据，完成实验报告。
五、实验数据和计算结果：
试验材料
截面直径d0/mm
抗扭截面系数Wp/mm2
屈服扭矩MS/N-m
屈服极限τa/MPa
最大扭矩Mb/N-m
强度极限τb/MPa
断口破坏形式
备注
低碳钢
铸铁
计算公式：
扭转屈服点
MPa抗扭强度
MPa
6、低碳钢、铸铁扭转曲线示意图：
7、思考题：
1.低碳钢铸铁扭转破坏有何不同？
为什么？
2.根据拉伸、压缩、扭转三种试验结果，综合分析低碳钢与铸铁的力学性能。
3.低碳钢拉伸屈服极限和剪切屈服极限有何关系？
实验四纯弯曲梁正应力测定实验
一、实验目的
1.测定夹层梁纯弯段应变、应力分布规律，为建立理论计算模型提供实验依据；将实测值与理论计算结果进行比较。
2.通过实验和理论分析深化对弯曲变形理论的理解，培养思维能力。
3.学习多点测量技术。
二、夹层梁的结构、尺寸和纯弯曲加载方式
夹层梁的结构、尺寸和纯弯曲加载方式如图所示。
梁的上、下层是45号钢条，它们的厚度相同，中层是铝合金，三层用螺栓紧固，锥销定位。
在梁的上、下表面各粘贴两枚应变片，以检查载荷是否偏斜，一个侧面上等间距地粘贴五枚应变片。
它们的编号如侧视图所示。
a=130mmb=18mmc=140mm
图2-1
三、实验步骤
1.打开应变仪电源、预热。
2.调整实验台，安装梁
将左右支架安装到位，使左右支架跨矩为400mm且关于力传感器对称。
在力传感器上安装加载器。
安装梁和副梁，梁两头应大致在支架宽度的正中位置，并且还应大致在加载器两拉杆间的正中位置。
副梁的位置由纯弯曲定位板确定。
3.接线
将力传感器的红、蓝、白、绿四线依次接在测力专用通道（0通道）的A、B、C和D端。
按多点1/4桥公共补偿法对各测量片接线，即将试样上的应变片分别接在所选通道的A、B端。
所选通道B、B’间的连接片均应连上。
将贴在铝块和钢块上的两个补偿片分别接在补偿通道的补偿1和补偿2接线端子上。
4.设置参数
根据接线的方式设置应变仪的参数，包括力传感器的校正系数，各通道的组桥方式、应变片的灵敏系数和阻值等。
载荷限值设置为2100N。
5.测试5号测点应变
先测量5号测点的应变以确定夹层梁和副梁的安装是否符合实验要求，使梁处于完全不受载状态并平衡0通道和5号测点对应通道电桥。
缓慢加载到2000N左右，此时5号测点通道的应变绝对值应该≤1，若该值不符合要求，应分别调整加载器两拉杆上端的螺母，同时观察应变值的变化情况，使应变值接近于0。
然后卸载至0，应变值应回到0，若不是0，应再重复调整，直至符合要求。
6.平衡各通道电桥
使试样处于完全不受载状态。
按[
]、[BAL]键，再依次按各通道（包括0通道）对应的数字键。
仪器依次显示各通道的初始不平衡量，并将该值存贮在仪器内。
7.测量
按[MEAS]键，再缓慢加载，力显示屏数字从0开始不断增加。
增加到2000N时就停止加载，依次按各（应变通道对应的）数字键，右屏上就依次显示各点应变值，记录之。
然后卸载，重复6，7两步骤，共测量三次。
数据以表格形式记录。
四、实验结果及分析
根据测得的各点应变，计算相应的应力实验值。
再计算各点应力理论值。
然后计算它们之间的相对误差。
数据参考表2-1处理。
表2-1
a=130mm
b=18mm
c=140mm
F=2000N
弹性模量（MPa）（Est：
钢材；EAL：
铝合金）
210000
70000
210000
测点号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
实验值
应变（με）
第一次
第二次
第三次
平均（平均值×10-6）
应力σ=（Mpa）
应力理论值σ（Mpa）
相对误差=×100%
应变理论值计算表
M=F/2*a（N.mm）
yi（mm）
I=bh^3/12
σi=Myi/I
E
εi=σi/E
五、思考题：
1.实验结果和理论计算是否一致？
如不一致，其主要影响因素是什么？
2.电测弯曲正应力的大小是否会受材料弹性模量E的影响？
3.为什么要把温度补偿片贴在与构件相同的材料上？
实验五材料弹性常数E、μ测定
一、实验目的
1.测定材料的弹性模量E和泊松比μ。
2.验证胡克定律。
3.学习电测法原理和多点测量技术。
二、原理和方法
应变测量采用多点1/4桥公共补偿法。
为减少误差，也为了验证胡克定律，采用等量增载法，加载五次。
即Fi＝F0＋iΔF（i＝1，2，……5），末级载荷F5不应使应力超出材料的比例极限。
初载荷F0时将各电桥调平衡，每次加载后记录各点应变值。
计算两纵向应变平均值
和两横向应变平均值
，按最小二乘法计算E和μ。
（1-1），μ=
（1-2）
图1-1
三、试验步骤
1.打开应变仪电源，预热。
2.试验台换上拉伸夹具，将力传感器上下位置调整合适，安装试样。
3.接线
将力传感器的红、蓝、白、绿四线依次接在测力专用通道（0通道）的A、B、C和D端。
按多点1/4桥公共补偿法对各测量片接线，即将试样上的应变片分别接在所选通道的A、B端。
所选通道B、B’间的连接片均应连上。
将补偿片接在补偿1（或2）的接线端子上。
4.设置参数
根据接线的方式设置应变仪的参数，包括力传感器的校正系数，各通道的组桥方式、应变片的灵敏系数和阻值等。
载荷限值设置为1600N。
5.平衡各通道电桥
使试样处于完全不受载状态。
按[
]、[BAL]键，再依次按各通道（包括0通道）对应的数字键。
仪器依次显示各通道的初始不平衡量，并将该值存贮在仪器内。
6.测量
按[MEAS]键，再缓慢加载，力显示屏数字从0开始不断增加。
每增加300N，就暂停加载，依次按各（应变通道对应的）数字键，右屏上就依次显示各点应变值，记录之。
共加载五级，然后卸载。
重复5，6两步骤，共测量三次。
数据以表格形式记录。
四、实验结果及分析
将三组数据分别按表1-1作初步处理，从而找出线性关系最好的一组。
再用这组数据按公式（1-1）和（1-2）计算E、μ，计算步骤列表示出（参考表1-2）
表1-1
i
iΔF（N）
纵向应变（
）
横向应变（
）
平均
平均
0
0
0
0
0
/
0
0
0
/
1
300
2
600
3
900
4
1200
5
1500
注：
=
—
，
=
—
表1-2
b=24mm
t=1.9mm
ΔF=300N
i
i2
（
）
（
）
（
）
（
）
1
2
3
4
5
/
/
升级会员 