【文章內(nèi)容簡介】 驗教案李 穎2005年3月一、拉伸試驗一、實驗?zāi)康牧私馊f能機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及其工作原理，熟悉操作規(guī)程和正確使用方法，并注意安全事項。２、通過實驗觀察低碳鋼、鑄鐵在拉伸和壓縮過程中表現(xiàn)的各種變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象。分析和比較不同材料的力學(xué)性能。３、測定低碳鋼拉伸時的屈服極限ss、強(qiáng)度極限sb、延伸率d和截面的收縮率y。二、試件按GB228—76規(guī)定，本實驗試件采用圓棒長試件。取d0=10,L=100,如圖所示：三、實驗設(shè)備及儀器液壓式萬能材料實驗機(jī)；游標(biāo)卡尺；劃線機(jī)(鑄鐵試件不能使用)。一、低碳鋼的拉伸實驗 實驗原理及方法 實驗時，在向試件連續(xù)均勻地加載過程中。當(dāng)測力的指針出現(xiàn)擺動，自動繪圖儀繪出的P—ΔL曲線有鋸齒臺階時，說明材料屈服。記錄指針擺動時的最小值為屈服載荷Ps,屈服極限ζs計算公式為ss=Ps/A0P—ΔL曲線屈服極限ss的測定實驗時，試件承受的最大拉力Pb所對應(yīng)的應(yīng)力即為強(qiáng)度極限。試件斷裂后指針?biāo)甘镜妮d荷讀數(shù)就是最大載荷Pb，強(qiáng)度極限sb計算公式為：sb=Pb/A0延伸率δ和斷面收縮率Ψ的測定計算公式分別為：δ=(L1L)/L x 100% Ψ=(A0A1)/A0 x 100% L:標(biāo)距（本實驗L=100）L1:拉斷后的試件標(biāo)距。將斷口密合在一起，用卡尺直接量出。A0:試件原橫截面積。A1:斷裂后頸縮處的橫截面積，用卡尺直接量出。（三）實驗步驟：量出試件直徑 d0,用劃線機(jī)劃出標(biāo)距L和量出L?！?條進(jìn)行；，加載至試件斷裂，記錄 Ps 和Pb，并觀察屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象； ——14進(jìn)行；，用卡尺測量d1和L1，并記錄。二、扭轉(zhuǎn)實驗一、試驗?zāi)康模薄⒂^察低碳鋼和鑄鐵受扭過程中的變形現(xiàn)象；比較它們的破壞特征。２、驗證扭轉(zhuǎn)虎克定律，測定剪切強(qiáng)度極限。二、設(shè)備１、扭轉(zhuǎn)試驗機(jī)。２、游標(biāo)卡尺。３、試件。三、實驗原理及方法,=TL0/GIp 式中L0、G、Ip皆為常值,T、Φ為變量。若有一扭矩T則對應(yīng)一φ值,每增加同樣大小的扭矩ΔT,扭轉(zhuǎn)角的增量ΔΦ大致相等,、扭轉(zhuǎn)破壞Tn—鑄鐵低碳鋼和鑄鐵試件受扭直至破壞,它們的T—,有明顯的屈服階段,測力指針暫時不動或擺動,可看到低碳鋼試件的扭轉(zhuǎn)角非常大,沿橫截面扭斷,而鑄鐵試件的扭轉(zhuǎn)角很小,沿45176。~55176。螺旋面扭斷。四、實驗步驟用特殊鉛筆在低碳鋼試件表面劃出平行桿軸線的縱向線和左標(biāo)距內(nèi)兩個截面的圓周線，使成為小矩形格子（已由實驗室準(zhǔn)備好）。用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距長度內(nèi)量取直徑（方法如拉伸實驗）。選擇合適的度盤（施加扭矩后，禁止轉(zhuǎn)動量程選擇手鈕）。把試件先裝于固定夾頭內(nèi)，并夾緊。然后移動加載機(jī)構(gòu)，使試件插入主動夾頭至適當(dāng)位置夾緊。此時，主動指針應(yīng)在零點上。選定主動夾頭的轉(zhuǎn)速（一般試件屈服前用36176。/分，屈后0360176。/分），將被動針轉(zhuǎn)至與主動針重合。旋轉(zhuǎn)主動夾頭上的刻度環(huán)使零點與指針重合。選好扭轉(zhuǎn)方向，打開記錄器開關(guān)。啟動按扭。擰動多圈電位器，使主動夾頭至所需轉(zhuǎn)速。這時，可以看到扭轉(zhuǎn)變形隨扭矩而不斷增加。按VMn加載，并同時測出相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角。當(dāng)變形繼續(xù)增加時，而扭矩不再成正比增加時，標(biāo)志材料已開始屈服，這時，塑性變形僅在外層發(fā)生，扭矩還可以增加。塑性變形將從圓周向中心逐漸擴(kuò)展，直至截面上各點處的剪應(yīng)力都一樣，這時扭矩稱極限扭矩用Mnjx表示，繼續(xù)扭轉(zhuǎn)試件已毋需增加外力偶矩，直至試件扭斷。其剪切流動極限ta=鑄鐵試件3Mnjx4Wn先測出試件計算直徑，然后把試件裝于扭轉(zhuǎn)機(jī)上，將主動夾頭轉(zhuǎn)速按紐放在036176。/分，加載直至破壞，記下破壞時的扭矩Mnb。其剪切強(qiáng)度極限。tb=Mnb Wn實驗三 彎曲實驗一、實驗?zāi)康臏y定純彎梁一個截面的應(yīng)力大小及分布規(guī)律，以驗證直梁彎曲時的正應(yīng)力公式。了解電測法，初步學(xué)會電阻應(yīng)變儀的使用。二、實驗設(shè)備及儀器 ； ，預(yù)調(diào)平衡箱；三、實驗用試件機(jī)裝置矩形截面梁試件，材料為A3鋼，試件尺寸及實驗裝置簡圖簡下圖：載荷通過副梁及兩個磙子施加到試件上，應(yīng)變片接線采用多點半橋式接法。R6為溫度補(bǔ)償片，五個工作片的粘貼位置為頂面1。底面中性層3及距中性層h/4處的4。四、實驗原理： 實驗采用等載荷增量法。當(dāng)載荷P作用時利用應(yīng)變儀可測出相應(yīng)的應(yīng)變度εds,根據(jù)胡克定律ζ實=Eεds，平均可求得個點正應(yīng)力分布圖，可看出純彎曲梁正應(yīng)力分規(guī)律。利用理論公式計算正應(yīng)力ζ理=M/l *=Pa/2,如果ζ理和ζ實的結(jié)果基本吻合。即說明理論公式是正確的。2．直梁彎曲時中點撓度測定 實驗采用等載荷增量法，在載荷P的作用下從百分表上可直接讀出梁中點C處的撓度Yc實，與理論公式Y(jié)c=Pa(3L*L4a*a)/48Ei的計算結(jié)果比較，如果基本吻合則說明理論公式式正確的。五、實驗步驟四、試驗步驟調(diào)節(jié)應(yīng)變儀（1）將后面板D1,D2,D3三點聯(lián)接起來（已接好），旋緊接線柱。把標(biāo)準(zhǔn)電阻接到后面板A、B、C接線柱上，旋緊，半橋測量法，再將后面板上的平衡開關(guān)打在平衡位置，即可進(jìn)行儀器的校準(zhǔn)。注意：儀器校準(zhǔn)時，后面板的接線板上不能聯(lián)接任何電阻，否則會影響精度。（2）開啟電源開關(guān)。把前面板選擇開關(guān)旋到“1”，這時指示表顯示的數(shù)據(jù)是電橋不平衡的分量，調(diào)節(jié)前面板平衡電位器“1”，使指針表顯示全為“0”，如果顯示數(shù)是正的，平衡電位器逆時針方向旋轉(zhuǎn)，顯示數(shù)是負(fù)的，平衡電位器順時針方向旋轉(zhuǎn)。（3）儀器的靈敏度調(diào)整：儀器平衡到“0”后，將標(biāo)定開關(guān)按入，用幅調(diào)電位器調(diào)到5000，如果小于5000時，順時針方向旋轉(zhuǎn)幅調(diào)電位器，反之，逆時針旋轉(zhuǎn)，調(diào)整好靈敏度，把標(biāo)定開關(guān)按出。（4）儀器的 K值調(diào)整：儀器時按K＝2設(shè)計的。當(dāng)使用的應(yīng)變片K值不為2時，必須在測試前標(biāo)定。本室使用應(yīng)變片K＝，即用幅調(diào)電位器調(diào)節(jié)為4545。調(diào)好后，在實測中，所顯示的數(shù)據(jù)不必再進(jìn)行K值修正。半橋測量接線。把標(biāo)準(zhǔn)電阻從儀器的A、B、C接線柱拆下來，把主梁各點的應(yīng)變片依次接到應(yīng)變儀后面板10點接線板上去，AB接一片測量片，BC接一片溫度補(bǔ)償片。調(diào)整應(yīng)變片所接點的對應(yīng)平衡電位器，使其平衡。在原始記錄上記下所測主梁的截面尺寸（數(shù)據(jù)已經(jīng)在梁上標(biāo)好）。調(diào)動實驗臺蝶形螺母，使杠桿尾端稍翹起。分四次加載。每次加一只砝碼（加砝碼時要求一手扶砝碼托，一手緩慢放砝碼，使其不致擺動）。記錄荷載P0=200N。記下應(yīng)變儀顯示器的應(yīng)變量讀數(shù)C0。以后每增加200N，記一次應(yīng)變值，并算出讀數(shù)差VC，直到800N為止。一片測量完畢之后，按同樣方法測量另一片直到五片全部測完為止。第四篇：工程力學(xué)教案2導(dǎo)課:在第一章中我們初步了解了力的基本概念和力的基本性質(zhì),以及力的一系列的特殊狀況,基 本 力 系167。21 匯 交 力 系一、空間力的投影 Φ 表示力的方向 力Fx、Fy、Fz的大小分別為圖21 設(shè)i、j、k為x、y、z軸上的單位矢量，根據(jù)矢量的正交分解特性，力F表示為其大小其方向用θ角，Φ角表示為設(shè)α、β、γ分別表示力F與Ox軸、Oy軸、Oz軸正向之間的夾角，它們統(tǒng)稱為方位角。則力F在三個直角坐標(biāo)軸上的投影分別為力F的大小由(23)式算出，力F的方向由決定。cosα、cosβ、cosγ統(tǒng)稱為力的方向余弦。圖22圖23 設(shè)一已知沿F指向的線段ON在三直角坐標(biāo)軸上的投影分別為lx、ly、lz。以O(shè)A和ON為對角線分別作兩個相似長方體。顯然，三角形OAC和三角形ONK相似(圖23)，對應(yīng)邊成比例有得同理有即其中若已知線段MN的起點不在坐標(biāo)原點，起點M的坐標(biāo)為(xyz1)，線段終點N的坐標(biāo)為(xyz2)，MN方向與已知力F一致(圖24)。于是將(28)式代入(27)式中，則可求得力F在三個直角坐標(biāo)軸上的投影。由圖知：lx0，lz0，故由(27)式得Fx0。二、匯交力系的合成作用于物體上諸空間力作用線匯交于一點的力系稱為空間匯交力系。若諸空間力的作用線僅分布于同一平面且作用線匯交于一點，這類力系稱為平面匯交 力系。研究匯交力系合成的方法有幾何法和解析法。設(shè)作用于剛體上的空間匯交力系為FF?、Fn，且各力作用線均匯交于一點O(圖27(a))。O點為匯交點。按力的可傳性原理，施加于剛體上的匯交力系中各力作用點均可沿各自作用線移至匯交點O。凡力系中諸力具有共同作用點的力系稱為共點力系(圖27(b))。圖27 按平行四邊形原理，力F力F3可合成為合力R′；再由R′和F1合成為R″；依次類推，兩兩合成下去，最后求得圖27(c)所示的共點力系的合力R，這也是圖27(a)所示匯交力系的合力。由此可見，匯交力系可以合成為一作用線通過匯交點的合力，它為各分力的矢量和，5 即圖28 一般空間匯交力系可合成為一作用線通過匯交點的合力，其合力矢量表示式為因合力R的投影分量為這就是說，合力在任一軸上的投影等于各分力在同 一軸上投影的代數(shù)和。這個結(jié)論稱為合力投影定理。合力R的大小和方向余弦為若匯交力系為平面匯交力系，可選取力所在平面為Oxy平面，則(212)式簡化為三、匯交力系的平衡條件力系的平衡條件是指剛體在某力系作用下保持平衡時力系中各力應(yīng)滿足的條件。前已指出，任一空間匯交力系總可以合成為一個合力，因此，空間匯交力系平衡的充要條件是力系的合力等于零。即 匯交力系的平衡條件既可用幾何法表示，也可用解析法表示：空間匯交力系的合力是以力系各分力為邊所構(gòu)成的力的多邊形的封閉邊。若該力系合力為零，則表明力的多邊形的封閉邊R=0。換言之，力的多邊形中最后一個分力的矢端與第一個分力的矢尾O點相重合，力的多邊形自行封閉(圖210)，這就是匯交力系平衡的幾何條件。圖210 由匯交力系合力公式R=可知，當(dāng)匯交力系平衡時其合力必然為零，即R=0，那么，合力公式中根號內(nèi)三個平方項應(yīng)分別為零，即有它表明，匯交力系平衡的解析條件為：匯交力系各力在三個坐標(biāo)軸上的投影的代數(shù)和分別為零。方程(215)稱為空間匯交力系的平衡方程。它建立了平衡時各力之間的相互關(guān)系。三個方程彼此獨立，故可求解三個未知量。若匯交力系為平衡匯交力系，可選取力所在平面為Oxy平面，則匯交力系的平衡條件簡化為這就是說，平面匯交力系平衡的充要條件是：各力在兩個坐標(biāo)軸上的投影代數(shù)和分別為零。小結(jié):在這一節(jié)中我們學(xué)習(xí)了力的匯交系統(tǒng),: 習(xí)題與思考題導(dǎo)課:在前一節(jié)中我們學(xué)習(xí)了匯交力系,那是力的一種求解方法,但是在實際應(yīng)用中力的求解方法一種是解決不了全部現(xiàn)實問題,從而我們要繼續(xù)學(xué)習(xí)力的另一種求解方法力矩167。22 力矩一、平面問題中力對點的矩當(dāng)一力作用于物體上時，可產(chǎn)生兩種效應(yīng)：一是力的作用線通過物體的質(zhì)心使物體產(chǎn)生平動效應(yīng)；二是力的作用線不通過物體的質(zhì)心而使物體繞某一點轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生角加速度，同時又使物體平動，產(chǎn)生平動加速度(圖215)。物體在力的作用下產(chǎn)生平動效應(yīng)，物理學(xué)中已作闡述。這里只研究力對物體作用而使物體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動效應(yīng)。圖215 通常把O點稱為矩心，把h稱為力臂，把力的大小與力臂的乘積稱為力對矩心的矩，簡稱力矩，用它來衡量力F使物體繞矩心轉(zhuǎn)動的效應(yīng)。力矩用符號mO(F)表示。人為約定：使物體產(chǎn)生逆時針轉(zhuǎn)動(或轉(zhuǎn)動趨勢)的力矩為正(圖217(a))；使物體產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動(或轉(zhuǎn)動趨勢)的力矩為負(fù)(圖217(b))。在平面問題中力對點的矩可表示為圖217圖216二、力對點的矩矢 在涉及空間力使物體繞某點產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)時，必須考慮下述三個因素：(1)轉(zhuǎn)動效應(yīng)的強(qiáng)度。它與力的大小和力臂的乘積成正比。(2)轉(zhuǎn)動軸線的方位。即力F的作用線與矩心O點所決定的平面的法線方位。(3)轉(zhuǎn)向。即使物體繞軸線轉(zhuǎn)動的方向。以上三個決定力使物體繞某點轉(zhuǎn)動效應(yīng)的因素，在數(shù)學(xué)上可用一特殊矢量來表示。這個矢量的模等于力的大小 F和力臂h的乘積；該矢量的方位(即轉(zhuǎn)動軸線在空間的方位)，其指向由右手螺旋法則確定(圖219)。這個矢量稱為力對點的矩矢，用符號mO(F)表示。由圖可知，它是一個通過矩心O的定位矢量，是力對物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)的度 量。圖219圖220 r和F的矢積的模為設(shè)選定直角坐標(biāo)系Oxyz，i、j、k分別為三對應(yīng)軸的單位矢量。F和r分別可寫為 代入(218)式得這就是力對點之矩矢的解析表達(dá)式。很顯然有三、合力矩定理設(shè)一力系F1，F(xiàn)2，?，F(xiàn)n可合成為一合力R，則合力對物體作用時產(chǎn)生的效應(yīng)與各分力對物體同時作用時所發(fā)生的效應(yīng)完全相同。于是，合力R對點的矩矢可寫為這就是合力矩定理，其物理意義是合力對任一點之矩矢，等于各分力對同一點之矩矢的矢量和。若力系為平面力系，各力對平面上任一點的矩為代數(shù)量，故合力矩定理在平面問題中表述為 它表明：平面力系的合力對平面上任一點的矩，等于各分力對同一點的矩的代數(shù)和。小結(jié)::習(xí)題與思考題導(dǎo)課:在學(xué)習(xí)了力系和力矩之后我們已經(jīng)了解了力在實際中的兩種表示方法,現(xiàn)在我們在力矩的基礎(chǔ)上我們繼續(xù)進(jìn)一步了解力偶系的表示方法和計算狀況.167。23 力 偶 系一、力偶的概念 把一對等值反向、作用線平行而不重合的力稱為力偶，記作(F，F(xiàn)′)。兩力作用線間的距離d稱為力偶臂。力偶所在平面稱為力偶作用面(圖224)。圖223圖224圖225 設(shè)一力偶(F，F(xiàn)′)，其力偶臂為d(圖225)，力偶對力偶作用面上任一點O的矩，應(yīng)為平行力F，F(xiàn)′對點O的矩的代數(shù)和，即由此可知，兩個力矩相加的結(jié)果與兩力矩的矩心位置無關(guān)，即力偶中兩力對力偶作用面上任一點之矩的代數(shù)和為一常量，它等于力偶中任一力F的大小F和 16 力偶臂d的乘積。此乘積