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1、实验一 机械性能,实验地点:A3-101 时间:17周 周二 13:30 2108011101-19 19人 14:35 2108011120-38 19人 周二 15:40 2108011201-19 19人 16:45 2108011220-37 18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 ReHc ReLc,上压缩屈服强度,下压缩屈服强度,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
2、:Rtc0.5,对以上性能指标计算方法分别为,压缩弹性摸量 Ec,抗压强度 Rmc,对压缩试样要求: d0为试样直径,L为试样长度,do (1020 ) mm短压缩试样 L (12)d0长压缩试样 L (2.53.5)do,试验速度线弹性范围 110 N/mm2 S-1 按应力速率加载塑性范围 0.00050.001/S 按应变速率(5001000 /S)试验温度 1035,压缩弹性摸量(装引伸计) L (58) 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,3.1
3、8 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,A,B,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,确定A、B点45方向线应变,R4,R3,R2,R1,广义虎克定律,组成全桥测量电路,因为,所以,3.19 图示矩形截面的悬臂梁,F作用
4、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。,1. 测F,R1、R2与R补偿片组成 对臂全桥,R1,R2,2. 测e,R1、R2组成双臂半桥,因为,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ed之间的关系式。,设F 距 z 轴距离为a 距 x 轴距离为b,Mz=F aMx=F b,1. 确定a,2、4 组成双
5、臂半桥,2. 确定b,1、3 组成双臂半桥,3.22 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。,- 截面上下各粘贴一片应变片R1,R2。并粘贴两片补偿片。,- 截面和- 在中性层各粘贴一片应变片R3,R4。,R1、R2在MXZ和FZ对- 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,R1,R2,因为,所以,2. 将R1、R2组成双臂半桥,因为,所以,3. 将R3、R4组成双臂半桥,R3、R4在Fy对- 、-截面弯矩的中性层上。 R3、R4分别感受的应变有:,R
6、3,R4,因为,所以,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。,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
7、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
8、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。,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
9、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,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,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
10、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
11、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。,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
12、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. Rp 0.2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Rr 0.2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,Rp 0.2与Rr 0.2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
13、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
14、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,只要求主应力大小,两个未知数,只要用两个应变片就可以了。,3. 本实验中,测定剪力
15、FS引起的剪应力时,是否有其他力的影 响?若存在其他力的影响,请画出仅测定剪力FS引起的剪应 力的布片图以及组桥接线图。,有弯矩引起的应变的影响,1. 随机误差大都服从 分布,它会随着测量次数的增加而 。2. 在应变电桥中,按应变片在桥臂中的数量,电桥的接线方法分为半桥和全桥接线法。其中,半桥接线法在实际测量时,又分为两种情况: 和 。3. 测量系统的输出与输入变化量之比称为测量系统的 。4. 电测法中测点处的测量应变与应变片的 成正比。5.设应变片的灵敏度系数为2.17,静态应变仪的灵敏度系数为2.00。已知读数应变为290,则实测应变应为 。,1.如图所示为低碳钢的-曲线。与a点对应的应力
16、称为 ,与屈服阶段b点对应的应力称为 ,与最高点c相对应的应力称为 。,1. 根据下图中测量列的剩余误差判断系统误差类型,按次序依次判断正确的是( )A 分别是线性系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、复杂系统误差B 分别是恒定系统误差、线性系统误差、复杂系统误差、周期性系统误差C 分别是恒定系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、复杂系统误差D 分别是恒定系统误差、线性系统误差、周期性系统误差、周期性系统误差,1. 如下图所示杆件受力、应变片分布以及应变电测连接线路,则该电桥测量的应变是( )A 由弯矩M引起的正应变B 由力P引起的正应变C 由弯矩M和P引起的正应变D 由弯矩M和P引起的剪
17、应变,1. 下列关于电测法电桥温度补偿的说法正确的是:( )A 单臂半桥测量法,有两片工作片,其中一片为温度补偿片B 双臂半桥测量法,有一片工作片,一片温度补偿片C 对臂全桥测量法,有四片工作片,两片温度补偿片D 四臂全桥测量法,有四片工作片,且它们相邻两对相互温度补偿2. 铸铁压缩实验中,铸铁的破坏是由( )引起的。A 正应力 B 与轴线垂直的切应力 C 与轴线成45的切应力 D 以上皆是,1. 材料的扭转实验中,下列关于试件各点应力状态和主应力说法正确的是( )。A 受扭部分处于纯剪切状态,主应力方向为轴线方向和垂直轴线方向B受扭部分处于纯剪切状态,主应力方向为轴线方向,大小为切应力的倍C
18、 受扭部分处于纯剪切状态,主应力方向为轴线方向,大小和切应力相等D杆件各部分均为纯剪切状态,主应力方向为轴线方向和垂直轴线方向,大小和切应力相等2. 下列关于应变电测电桥桥臂串联和并联电阻说法正确的是( )A 串联电阻会放大测试应变,并联电阻会缩小测试应变B 串联电阻会放大测试应变,并联电阻基本不会改变测试应变C 串联电阻和并联电阻均基本不会改变测试应变D 串联电阻基本不会改变测试应变,并联电阻会缩小测试应变,1.塑性材料试样拉伸时,颈缩处断口呈 状,首先 部分 破坏,然后 部分 破坏。2. 铸铁圆棒在外力作用下,发生图示的破坏形式,其破坏前的受力状态如图( )。,1. 受扭圆轴上贴有3个应变
19、片,如图所示, 实验时测得应变片( )的读数为0。 A:1和2; B:2和3; C:1和3; D:1、2和3。 2. 圆轴受扭矩T的作用,用应变片测出的是 ( )A.剪应变 剪应力线应变扭矩,1. 电阻应变片的灵敏度系数K指的是( )。A. 应变片电阻值的大小B. 单位应变引起的应变片相对电阻值变化C. 应变片金属丝的截面积的相对变化D. 应变片金属丝电阻值的相对变化2以下结论中正确的是:。(1)对低碳钢进行压缩试验,能测出材料的屈服极限,但测不出强度极限。(2)对铸铁进行压缩试验,能测出材料的强度极限,但测不出屈服极限。(3)对低碳钢进行压缩试验,试件不会断裂。A(1),(2) B(2),(
20、3) C(1),(2),(3) D(1),(3),1图1所示拉伸试件上电阻应变片R1和R2互相垂直,采用半桥接法,R1接AB桥,R2接BC桥。在拉力F作用下,R1和R2的应变值分别为 1和2,若材料的泊松比为 ,则读数应变 r = 。A1+2 B(1+ )1 C(1 )1 D(1+ )2,1在图上画出低碳钢和铸铁扭转破坏时断口的形状。低碳钢是由( )破坏的,铸 铁是由( )破坏的。 A、剪应力 B、压应力 C、拉应力 D、弯曲应力2、电阻应变片所测量的应变是( )A、应变片栅长范围的平均应变;B、应变片长度范围的平均应变; C、应变片栅长中心点处的应变;D、应变片栅长两端点处应变的平均值;,1
21、如图,测量某材料的断后伸长率时,在标距L0=100mm的工作段内每10mm刻一条线,试样受轴向拉伸拉断后,原刻线间距离分别为10.1;10.3;10.5;11.0;11.8;13.4;15.0;16.7;14.9;13.5;则该材料的断后伸长率为( )。,1试件材料相同,直径相同,长度不同测得的断后伸长率、截面收缩率是( )。 A不同的 B. 相同的 C. 不同,相同 D相同,不同2. 抗拉强度是指试样在拉伸破坏试验过程中( )所对应的应力。A、屈服时拉力 B、最大拉力 C、进入塑性时的拉力3. 低碳钢的伸长率与拉断瞬时的平均线应变u的大小关系为:( )A.=u B.uC.u D.不能确定,对常用的应变片灵敏系数没有影响的是( )A.横向变形系数 B.所处环境C.所在位置 D.粘贴剂种类4. 如图示,沿梁横截面高度粘贴五枚电阻应片,编号如图,测得其中三枚应变片的应变读数分别为80、 38和-2,试判断所对应的应变片编号为( )。 A1、2、3; B5、4、2; C5、4、3; D1、2、4。,