材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(工科類專業(yè))(編輯修改稿)
2025-08-30 04:57 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 變儀將此電阻值的變化測(cè)定出來，并換算成應(yīng)變值或輸出與此應(yīng)變值成正比的電壓（或電流）信號(hào)，由記錄儀記錄下來，就可得到所測(cè)定的應(yīng)變或應(yīng)力。圖2—4 電阻應(yīng)變片基本構(gòu)造示意圖2 電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片一般由敏感柵、引線、基底、覆蓋層和粘結(jié)劑組成，圖24所示為其構(gòu)造簡(jiǎn)圖。3 測(cè)量電路原理圖2—5 測(cè)量電橋通過在試件上粘貼電阻應(yīng)變片，可以將試件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片的電阻變化，但是通常這種電阻變化是很小的。為了便于測(cè)量，需將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號(hào)，再通過電子放大器將信號(hào)放大，然后由指示儀或記錄儀指示出應(yīng)變值。這一任務(wù)是由電阻應(yīng)變儀來完成的。而電阻應(yīng)變儀中電橋的作用是將應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號(hào)。電橋根據(jù)其供電電源的類型可分為直流電橋和交流電橋，下面以直流電橋?yàn)槔齺碚f明其電路原理。3．1 電橋的平衡 直流電橋如圖25所示，電橋各臂RRRR4可以全部是應(yīng)變片（全橋式接法），也可以部分是應(yīng)變片，其余為固定電阻，如當(dāng)RR2為應(yīng)變片，RR4接精密無感固定電阻時(shí)，稱為半橋式接法。橋路AC端的供橋電壓為E，則在橋路BD端的輸出電壓為： 由上式可知，當(dāng)橋臂電阻滿足: R1R3=R2R4時(shí)，電橋輸出電壓U=0 ，稱為電橋平衡。3．2 電橋輸出電壓設(shè)起始處于平衡狀態(tài)的電橋各橋臂（應(yīng)變片）的電阻值都發(fā)生了變化，即此時(shí)電橋輸出電壓的變化量為：可進(jìn)一步整理為對(duì)以下常用的測(cè)量電路，該輸出電壓的變化可作進(jìn)一步簡(jiǎn)化： a) 全等臂電橋在上述電橋中，各橋臂上的應(yīng)變片的起始電阻值全相等，靈敏系數(shù)K也相同，于是 ，以代入上式，得 b) 半等臂電橋 當(dāng)RR2為起始電阻值和靈敏系數(shù)K都相同的應(yīng)變片，RR4接精密無感固定電阻，此時(shí) c) 1/4電橋 當(dāng)RR2起始電阻值相同，R1為靈敏系數(shù)K的應(yīng)變片，RRR4接精密無感固定電阻，此時(shí) 3．3 電橋電路的基本特性 a）在一定的應(yīng)變范圍內(nèi)，電橋的輸出電壓與各橋臂電阻的變化率或相應(yīng)的應(yīng)變片所感受的（軸向）應(yīng)變成線性關(guān)系； b）各橋臂電阻的變化率或相應(yīng)的應(yīng)變片所感受的應(yīng)變對(duì)電橋輸出電壓的變化的影響是線形疊加的,其疊加方式為: 相鄰橋臂異號(hào), 相對(duì)橋臂同號(hào)。充分利用電橋的這一特性不僅可以提高應(yīng)變測(cè)量的靈敏度及精度，而且可以解決溫度補(bǔ)償?shù)葐栴}。c)溫度補(bǔ)償片溫度的變化對(duì)測(cè)量應(yīng)變有著一定的影響，消除溫度變化的影響可采用以下方法。實(shí)測(cè)時(shí)，把粘貼在受載荷構(gòu)件上的應(yīng)變片作為R1，以相同的應(yīng)變片粘貼在材料和溫度都與構(gòu)件相同的補(bǔ)償塊上，作為R2，以R1和R2組成測(cè)量電橋的半橋，電橋的另外兩臂R3和R4為測(cè)試儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻，則可以消除溫度影響。 利用這種方法可以有效地消除了溫度變化的影響，其中作為R2的電阻應(yīng)變片就是用來平衡溫度變化的，稱為溫度補(bǔ)償片。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 把等強(qiáng)度梁安裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，注意加載點(diǎn)要位于等強(qiáng)度梁的軸對(duì)稱中心。2. 將傳感器連接到BZ 2208A測(cè)力部分的信號(hào)輸入端，將梁上應(yīng)變片的導(dǎo)線分別接至應(yīng)變儀任13通道的A、B端子上，公共補(bǔ)償片接在公共補(bǔ)償端子上。檢查并紀(jì)錄各測(cè)點(diǎn)的順序。3. 打開儀器，設(shè)置儀器的參數(shù)，測(cè)力儀的量程和靈敏度。4. 本實(shí)驗(yàn)取初始載荷P0=20N，Pmax=100N，ΔP=20N，以后每增加載荷20N，記錄應(yīng)變讀數(shù)εi，共加載五級(jí)，然后卸載。再重復(fù)測(cè)量，共測(cè)三次。取數(shù)值較好的一組，記錄到數(shù)據(jù)列表中。5. 未知靈敏度的應(yīng)變片的簡(jiǎn)單標(biāo)定：沿等強(qiáng)度梁的中心軸線方向粘貼未知靈敏度的應(yīng)變片,焊接引出導(dǎo)線并將引出導(dǎo)線接4通道的A、B端子， 步。6. 實(shí)驗(yàn)完畢，卸載。實(shí)驗(yàn)臺(tái)和儀器恢復(fù)原狀。實(shí)驗(yàn)五：純彎梁實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定梁在純彎曲時(shí)某一截面上的應(yīng)力及其分布情況。觀察梁在純彎曲情況下所表現(xiàn)的虎克定律，從而判斷平面假設(shè)的正確性。進(jìn)一步熟悉電測(cè)靜應(yīng)力實(shí)驗(yàn)的原理并掌握其操作方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值比較,驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式σ=My/Iz的正確性。測(cè)定泊松比μ。二、實(shí)驗(yàn)梁的安裝示意圖圖31 純彎梁實(shí)驗(yàn)安裝圖其裝置如圖31所示。 ：在如圖31所示位置處，(兩個(gè))放于如圖所示的位置,并對(duì)于加力中心成對(duì)稱放置,將純彎梁置于支座上,也稱對(duì)稱放置,(兩對(duì))(兩個(gè))連接,調(diào)整加力桿的位置兩桿都成鉛垂?fàn)顟B(tài)并關(guān)于加力中心對(duì)稱。，,壓頭的尖端頂住加載下梁中部的凹槽,適當(dāng)搖動(dòng)手輪使傳感器端部與壓頭稍稍接觸。檢查加載機(jī)構(gòu)是否關(guān)于加載中心對(duì)稱,如不對(duì)稱應(yīng)反復(fù)調(diào)整。注意：實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)保證加載桿始終處于鉛垂?fàn)顟B(tài),并且整個(gè)加載機(jī)構(gòu)關(guān)于中心對(duì)稱,否則將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果有誤差，甚至錯(cuò)誤。圖33 純彎梁貼片圖：5＃、4＃分別位于梁水平上、下平面的縱向軸對(duì)稱中心線上，1＃片位于梁的中性層上,2＃、3＃片分別位于距中性層和梁的上下邊緣相等的縱向軸線上,6＃片與5＃片垂直，如圖33所示 三、實(shí)驗(yàn)原理圖34 純彎梁受力圖圖34為試樣受力圖為了測(cè)量應(yīng)變隨試樣截面高度的分布規(guī)律。這樣可以測(cè)量試件上下邊緣、中性層及其他中間點(diǎn)的應(yīng)變，便于了解應(yīng)變沿截面高度變化的規(guī)律。表31原始參數(shù)表材 料彈模(GPa)幾何參數(shù)應(yīng)變片參數(shù)應(yīng)變儀靈敏系數(shù) K儀b（cm）h（cm）a（cm）靈敏系數(shù) K片電阻值(Ω)碳鋼210120 由材料力學(xué)可知，矩形截面梁受純彎時(shí)的正應(yīng)力公式為 式中：M為彎矩；y為中性軸至欲求應(yīng)力點(diǎn)的距離；為橫截面對(duì)z軸的慣性矩。 本實(shí)驗(yàn)采用逐級(jí)等量加載的方法加載，每次增加等量的載荷⊿P，測(cè)定各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恳淮?，即：初載荷為零，最大載荷為4kN，等量增加的載荷⊿P為500N。分別取應(yīng)變?cè)隽康钠骄?修正后的值)，求出各點(diǎn)應(yīng)力增量的平均值。 把測(cè)量得到的應(yīng)力增量與理論公式計(jì)算出的應(yīng)力增量加以比較，從而可驗(yàn)證公式的正確性，上述理論公式中的按下式求出：材料力學(xué)中還假設(shè)梁的純彎曲段是單向應(yīng)力狀態(tài)，為此在梁上（或下）表面橫向粘貼6＃應(yīng)變片，可測(cè)出ε，根據(jù)式中μ：梁材料的泊松比可由（ε橫/ε縱）計(jì)算得到μ，從而驗(yàn)證梁彎曲時(shí)近似于單向應(yīng)力狀態(tài)。材料的彈性模量E值和泊松比μ值。 四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 確認(rèn)純彎梁截面寬度 b=20mm,高度 h=40mm,載荷作用點(diǎn)到梁兩側(cè)支點(diǎn)距離c=100mm 。2. 將傳感器連接到BZ 2208A測(cè)力部分的信號(hào)輸入端，將梁上應(yīng)變片的公共線接至應(yīng)變儀任意通道的A端子上，其它接至相應(yīng)序號(hào)通道的B端子上，公共補(bǔ)償片接在公共補(bǔ)償端子上。檢查并紀(jì)錄各測(cè)點(diǎn)的順序。3. 打開儀器，設(shè)置儀器的參數(shù)，測(cè)力儀的量程和靈敏度設(shè)為傳感器量程、靈敏度。4. 本實(shí)驗(yàn)取初始載荷P0=（500N），Pmax=(2500N)，ΔP=(500N)，以后每增加載荷500N，記錄應(yīng)變讀數(shù)εi，共加載五級(jí)，然后卸載。再重復(fù)測(cè)量，共測(cè)三次。取數(shù)值較好的一組，記錄到數(shù)據(jù)列表中。5. 實(shí)驗(yàn)完畢，卸載。實(shí)驗(yàn)臺(tái)和儀器恢復(fù)原狀。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）求出各測(cè)量點(diǎn)在等量載荷作用下，應(yīng)變?cè)隽康钠骄?。?）以各測(cè)點(diǎn)位置為縱坐標(biāo)，以修正后的應(yīng)變?cè)隽科骄禐闄M坐標(biāo)，畫出應(yīng)
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