【正文】 八、討論題 低碳鋼和鑄鐵在沖擊作用下所呈現(xiàn)的性能是怎樣的？ 材料沖 擊實(shí)驗(yàn)在工程實(shí)際中的作用如何？ 。將擺錘舉起同空打時的位置，打開鎖桿。 調(diào)整沖擊試驗(yàn)機(jī)指針調(diào)到“零點(diǎn)”根據(jù)試件材料估計(jì)所需破壞能量，先空打一次，測定機(jī)件間的摩擦消耗功。 圖 31 五、沖擊實(shí)驗(yàn)形式 簡梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn) 肱梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn) 拉伸沖擊實(shí)驗(yàn) 簡梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn)工程中最常用 六、實(shí)驗(yàn)方法與步驟 測量試件尺寸，要測量缺口處的試件尺寸 。40177。177。故測定 k? 值的沖擊實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是一種比較性實(shí)驗(yàn)，其沖擊試件形狀如圖所示。并了解試件的破壞方式是塑性滑移還是脆性斷裂。往 往在靜荷下具有很好塑性性能的材料，在沖擊載荷下會呈現(xiàn)出脆性的性質(zhì)。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解沖擊實(shí)驗(yàn)的意義，材料在沖擊載荷作用下所表現(xiàn)的性能 測定低碳鋼和鑄鐵的沖擊韌度值 k? 。再用這組數(shù)據(jù)按公式（ 21）計(jì)算 E。試驗(yàn)臺和儀器回復(fù)原狀。數(shù)據(jù)列表記錄。加載荷 1500N后，記錄應(yīng)變 du? ，然后卸載。對所選通道設(shè)置參數(shù)。數(shù)據(jù)列表記錄。每增加載荷 300N，記錄應(yīng)變讀數(shù) dui? ，共加載五級，然后卸載。 3．測彈性模量 E 按圖 22 將有關(guān)應(yīng)變片接入所選通道（注意： B、 B′ 間短接片應(yīng)脫開）；對所選通道設(shè)置參數(shù)（橋路形式應(yīng)與橋路接線一致，即全橋 —— 代號 0。 2．力傳感器接線、設(shè)置參數(shù)： 將力傳感器的黃、蘭、紅和白四根引線依次接在 0 通道的 A、 B、 C 和 D 端。記錄儀器讀數(shù) du? 。 為了測定偏心距 e，可如圖 23 組橋。 為 了 測 定 彈 性 模 量 E ， 可 如 圖 22 組 橋 ， 并 等 增 量 加 載 ， 即0 ( 1 , 2 , , 5 )iF F i F i? ? ?? ?末級載荷 5F 不應(yīng)使材料超出彈性范圍。 若如圖 22 組橋，則由（ I7）、（ a）和（ b）式得 2du a b F? ? ? ?? ? ? 若如圖 23 組橋，則由（ I7）、（ a） 和（ b）式得 2du a b M? ? ? ?? ? ? 通常將儀器讀出的應(yīng)變值與待測應(yīng)變值之比稱為橋臂系數(shù)。 —— 這就是所謂內(nèi)力 素測定。利用此特性，采取適當(dāng)?shù)牟计徒M橋，可以將組合載荷作用下各內(nèi)力產(chǎn)生的應(yīng)變成份分別單獨(dú)測量出來，且減少誤差，提高測量精度。相對兩臂應(yīng)變符 號相同時，儀器讀數(shù)絕對值是兩者絕對值之和；應(yīng)變符號相異時，儀器讀數(shù)互相抵銷。 四、試驗(yàn)原理 由電測原理知： 1 2 3 4du? ? ? ? ?? ? ? ? （ I7） 式中 du? 為儀器讀數(shù)。 7） 三、試樣 采用圖 21 所示的鋁合金偏心拉伸試樣， Ra 和 Rb 為沿應(yīng)變方向粘貼的應(yīng)變片，另外有兩枚粘貼在與試樣材質(zhì)相同但不受載荷的鋁塊上的應(yīng)變片，供全橋測量時組橋之用。 3．學(xué)習(xí)組合載荷作用下由內(nèi)力產(chǎn)生的應(yīng)變成份分別單獨(dú)測量的方法。 實(shí)驗(yàn)二 偏心拉伸實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．測定偏心拉伸試樣材料的彈性模量 E。 四 .實(shí)驗(yàn)報(bào)告 39 A B C D Ra Rb Rt Rt 圖 22 e Ra Rb b t 圖 21 、接線、檢查等主要實(shí)驗(yàn)步驟。防潮處理應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)的要求和環(huán)境采用不同的防潮材料。 為防止在導(dǎo)線被拉動時應(yīng)變計(jì)引出線被拉壞，可使用接線端子 ,接線端子相當(dāng)于接線柱，使用時先用膠水把它粘在應(yīng)變計(jì)引出線前端 ,然后把應(yīng)變計(jì) 引出線及導(dǎo)線分別焊于接線端子的兩端，以保護(hù)應(yīng)變計(jì)，如圖 301 所示。然后把導(dǎo)線與應(yīng)變計(jì)引線焊接在一起，焊接時注意防止假焊。焊接導(dǎo)線前，先用萬用電表檢查導(dǎo)線有否斷路，然后在每根導(dǎo)線的兩端貼上同樣的號碼標(biāo)簽，避免測點(diǎn)多時造成差錯。通常靜應(yīng)變測定用雙蕊多股平行線。 ：應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變儀之間用導(dǎo)線連接。如氣溫在20℃以上，相對濕度在 55％左右時用 502 膠水粘貼，采用自然干燥即可。此外，應(yīng)變計(jì)和試件間應(yīng)有一定的絕緣度，以保證應(yīng)變讀數(shù)的穩(wěn)定。注意粘結(jié)劑不要 38 用得過多或過少，過多則膠層太厚影響應(yīng)變片性能，過少則粘結(jié)不牢不能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變。 ：在測點(diǎn)位置和應(yīng)變計(jì)的底基面上，涂上薄薄一層膠水，一手捏住應(yīng)變片引出線，把應(yīng)變計(jì)軸線對準(zhǔn)座標(biāo)線 ,上面蓋一層聚乙烯塑料膜作為隔層，用手指在應(yīng)變計(jì)的長度方向滾壓，擠出片下汽泡和多余的膠水，直到應(yīng)變計(jì)與被測物緊密粘合為止。然后同樣進(jìn)行表面打磨清洗等工作。打磨好的表面，如暫時不貼片，可涂以凡士林等防止氧化。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑為止。 ：為使應(yīng)變計(jì)與被測試件貼得牢 ,對測點(diǎn)表面要進(jìn)行清潔處理。 。 、藥棉等清洗器材。 、鑷子、鐵沙紙等工具。 。 、接線、防潮、檢查等準(zhǔn)備工作。 四 、 試驗(yàn)方法與步驟 1．量取試件尺寸：厚度 t ；寬度 b ；長度 L。 3．靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。 (a) (b) 圖 二 三 、 試驗(yàn)儀器、裝置與工具 1．壓桿試驗(yàn)臺。所以可用電測應(yīng)變的方法來確定臨界載荷 crP 。 IMy 當(dāng)用半橋溫度自補(bǔ)償?shù)姆椒▽㈦娮钁?yīng)變片接到靜態(tài)電阻應(yīng)變儀后，可消除由軸向壓力產(chǎn)生的應(yīng)變讀數(shù)，在應(yīng)變儀上讀數(shù)就是測點(diǎn)處由彎矩 M 產(chǎn)生的真實(shí)應(yīng)變的兩倍，把應(yīng)變儀讀數(shù)寫為 ds? ，把真實(shí)應(yīng)變寫為ε，則 ds? =2ε。曲線 OA’ B’與折線 OAB 的偏離，就是由于初曲率載荷偏心等影響造成，此影響越大，則偏離也越大。 μ 和壓桿端點(diǎn)支座情況有關(guān)的系數(shù)，兩端鉸支桿 μ =1. 當(dāng)壓桿所受的荷載 P 小于試件的臨界力 crP ,壓桿在理論上應(yīng)保持直線形狀，壓桿處于穩(wěn)定平衡狀態(tài) .當(dāng) P = crP 時，壓桿處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定平衡之間的臨界狀態(tài)稍有干擾 ,壓桿即失穩(wěn)而彎曲 ,其撓度迅速增加 .若以荷載 P 為縱坐標(biāo) ,壓桿中點(diǎn)撓度δ為橫坐標(biāo)，按歐拉小撓度理論繪出的 Pδ圖形即為折線 OAB，如圖 — (b)所示 . (a) (b) 圖 — 34 由于試件可能有初曲率，荷載可能有微小的偏心，以及材料的不均勻等因素 ,壓桿在受力后就會發(fā)生彎曲，其中點(diǎn)撓度δ隨荷載的增加而逐漸增大 .當(dāng) P crP 時 , δ增加緩慢。 I試件截面的最小慣性矩 。由這些數(shù)據(jù)的△0? 、△ 45? 及△ 90? 應(yīng)用（ 8— 2）和（ 8— 1）式即可求出 A 點(diǎn)的主應(yīng)力，并與理論結(jié)果進(jìn)行比較。以上過程可重復(fù)一次，檢查兩次數(shù)據(jù)是否相同，必要時對個別點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)復(fù)測， 32 以得可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 2．儀器準(zhǔn)備 將各電阻片的導(dǎo)線接到應(yīng)變儀的預(yù)調(diào)平行箱上，依次將各點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡。如圖 8— 5 所示，其主應(yīng)力與主方向的理論值分別為： 圖 8— 5 2221 22 ????? ?????? ）（ （ 8— 3） 和 ??? 22 ??tg 然后將計(jì)算所得主應(yīng)力及主方向理論值與實(shí)測值進(jìn)行比較。今在橫桿自由端加碼，使軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)與彎曲的 組合變形。所測得的應(yīng)變分別的 0? 、 45?及 90? ，即可由下式計(jì)算出主應(yīng)變 1? 及 2? 的大小和方向： 29045245090021 2 22 ）（）（， ??????? ?????? 9009004522g ?? ???? ? ???t （ 8— 2） 31 若所測部位主應(yīng)力的方向已知，則只須用兩個電阻片，使其方向與已知主應(yīng)力方向重合，即可測出主應(yīng)變 1? 和 2? ，如圖 8— 4 所示，再用公式（ 8 一 1）計(jì)算出主應(yīng)力的大小。主應(yīng)力的大小可從各向同性材料的廣義虎克定律求得： ?????????????）（）（1222212111??????????EE （ 8— 1） 為了方便起見，把三個已知方向的應(yīng)變 a? 、 b? 和 c? 間隔一定的角度。根據(jù)這三個應(yīng)變值可以計(jì)算出主為 1? 及 2? 的大小和方向。 圖 8— 1 三、原理 平面應(yīng)力狀態(tài)下任一點(diǎn)的應(yīng)力有三個未知數(shù)（主應(yīng)力大小及方向）。 帶有橫臂的空心圓軸，見圖 8— 1。 學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變的應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)值與理論值進(jìn)行比較，求出百分誤差。 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，逐點(diǎn)算出應(yīng)變增量平均值 實(shí)i?? 代入公 式（ 7— 1）求出△實(shí)i? 。 進(jìn)行試驗(yàn) 再次預(yù)調(diào)平衡，分級加載，逐次逐點(diǎn)進(jìn)行測量，記下讀數(shù)，直至最大載荷，測量完畢后，卸載。當(dāng)試驗(yàn)機(jī)壓頭接近橫梁時，減慢上升速度，以防急劇加載，損壞試件。 圖 7— 1 檢查及試車 請指導(dǎo)教師檢查后，開始試車。 選用試驗(yàn)機(jī)測力盤，復(fù)習(xí)試驗(yàn)操作規(guī)程。 實(shí)i?? （ 7— 1） 把△ 實(shí)i? 與理論公式算出的應(yīng)力增量： 28 △ 理i? = ziJ YM?? （ 7— 2） 加以比較從而驗(yàn)證理論公式的正確性。 實(shí)i? （ i= 5） 式中 E 是梁材料的彈性模量。當(dāng)梁受彎曲時，即可測出各點(diǎn)處的軸向應(yīng)變 實(shí)i? （ i= 5）。 三、實(shí)驗(yàn)原理 已知梁受純彎曲時的正應(yīng)力公式為 zJYM??? 式中 M 為作用在截面上的彎矩， JZ 為橫截面對中性軸 Z 的慣矩， Y 為由中性軸到欲測點(diǎn)的距離。 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀與預(yù)調(diào)平衡箱。 27 實(shí)驗(yàn) 五 梁的彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測定梁純彎曲時的正應(yīng)力分布規(guī)律，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。 6．結(jié)束工作。加載到（ Mn） min，讀取扭角儀上的相應(yīng)初讀數(shù)。 4．用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上 的手搖裝置，施加扭矩到（ Mn） max，與此同時，檢查扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)和扭角儀的運(yùn)行是否正常，然后卸載到（ Mn） min 以下少許，處于待令工作狀態(tài)。在試件的標(biāo)距兩端，裝上扭角儀。 在（ Mn） min 和（ Mn） max 的范圍內(nèi)分 4～ 5 級進(jìn)行加載，確定每級的扭矩增量△Mn，這增量要使扭角儀有明顯的讀數(shù)變化。至于 p? 能從有關(guān)手冊 中查得更好，否則可按 p? = p? 來估計(jì)。根據(jù)試樣的直徑 d，求出抗扭截面模量 Wn，估計(jì)試件材料的剪切比例極限 p? ，按下式求出應(yīng)加在試樣上 的最小和最大扭矩值： （ Mn） min＝（ ～ ） p? Wn （ Mn） max＝（ ～ ） p? Wn 材料的強(qiáng)度越高，（ Mn） min 越應(yīng)取得接近上限，（ Mn） max 越應(yīng)取得接近下限。在試件的標(biāo)距內(nèi)，用游標(biāo)卡尺量測中間和兩端等三處直徑，每處測一對正交方向，取平均值，作為計(jì)算截面極慣性矩 IP 之用。 當(dāng)試件受扭時，固夾在試件上的 AC， BDE 桿就會繞試件軸轉(zhuǎn)動，曲桿 BDE 就會使安裝在 AC 桿上的千分表指針走動。如果用千分表來放大、測讀兩臂桿的相對旋轉(zhuǎn)弧長，那就是機(jī)械式測角儀（如果用鏡片來代替二臂桿，分別用光杠桿放大 A、 B 兩截面圓周旋轉(zhuǎn)的相對弧長，就成為鏡式測角儀。 圖 5— 1 所示的是一種機(jī)械式測角儀。 測角儀的種類很多，按其結(jié)構(gòu)來分， 有機(jī)械式、光學(xué)式和電子式等。 鋼在彈性范圍內(nèi)，兩截面間的相對扭角是非常微小的，用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上的測角裝置是難以精確測讀的。 2．游 標(biāo)卡尺。根據(jù)測得的各級扭轉(zhuǎn)角增量的平均值△Φ，可用下式算出 切變 模量 pnIMG ???? 01 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和量具 1．扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。 通過扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，對試件逐級增加同樣大小的扭矩△ Mn，相應(yīng)地