研究生班實驗指導(dǎo)

1、力學(xué)實驗指導(dǎo)書（研究生實驗指導(dǎo)手冊）內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)力學(xué)實驗室二O一四年九月一日實驗一、電阻應(yīng)變片粘貼技術(shù)一、 實驗?zāi)康模?、初步掌握常溫用電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)。2、為電阻應(yīng)變測量實驗做好在試件上粘貼應(yīng)變片的準備工作。二、實驗設(shè)備及器材：1、鑄鐵或低碳鋼拉伸試件、刻線機。2、應(yīng)變片、502膠。3、數(shù)字萬用表、電烙鐵。4、鑷子、丙酮、石蠟、砂紙、導(dǎo)線。三、實驗方法與步驟：1、試件表面處理：1. 打磨: 最好選用細砂紙，在試件上應(yīng)變片待貼位置成正負45方向交叉打磨且打磨出光澤。（1） 劃線：用刻線機在每個拉伸試件上劃兩條橫向線，一條縱向線，如圖（a）所示。（3）清洗：用酒精或丙酮清洗試件表面直到棉球

2、上無污漬為止。禁止用手觸摸或用嘴吹處理好的試件表面。2、3、 應(yīng)變片粘貼：(1)選片：用萬用表測應(yīng)變片的阻值，選阻值較接近的應(yīng)變片，每位實驗者選兩片。(2)粘貼：每個試件上粘貼兩片，如圖（b）所示。貼片時一手拿住應(yīng)變片的引出線，一手拿502粘結(jié)劑瓶，將瓶口向下在應(yīng)變片基底底面上涂抹一層膠水，立即將應(yīng)變片底面向下平放在試件貼片位置上，輕輕校正方向使應(yīng)變片基準對準方向線，然后蓋上一張塑料薄膜，用手指朝一個方向滾壓應(yīng)變片，擠出氣泡和過量的膠水，保證膠層盡可能地薄而均勻，手指保持不動約1分鐘后再放開，輕輕掀開薄膜，檢查有無氣泡，翹曲，脫膠等現(xiàn)象否則需重貼。4、 焊線：（1） 粘絕緣膠帶：將應(yīng)變片引出線

3、輕輕撩起，在引出線下面粘貼膠帶紙，以保證引出線與試件之間的絕緣。（2） 固定導(dǎo)線：事先將導(dǎo)線塑料皮剝?nèi)ゼs3mm，使導(dǎo)線一端與應(yīng)變片引出線靠近，將導(dǎo)線用膠布固定在試件上。（3） 焊接：用電烙鐵將應(yīng)變片引出線與測量導(dǎo)線錫焊，焊點要求光滑小巧，防止虛焊。5、 檢查：（1）通路檢查：用萬用表檢查應(yīng)變片引出導(dǎo)線之間的阻值是否是120。（2）絕緣檢查：用萬用表檢查應(yīng)變片引出線與試件之間的電阻，應(yīng)大于50 M。6、 防護：用電烙鐵熔化石蠟密封應(yīng)變片區(qū)域以防應(yīng)變片受潮。實驗二、偏心壓縮一、實驗?zāi)康谋緦嶒炈玫氖且桓鶊A柱形試棒，它所受的一對壓力是“偏心”的，即其作用線與試棒軸線平行，但不重合，而且兩條線的距離（

4、偏心距）未知。圓柱側(cè)表面上事先貼著一些縱向和橫向應(yīng)變片，要求在一定壓力作用下測量各點的應(yīng)變值，并回答下列問題：1、圓柱側(cè)表面上各點的軸向應(yīng)變服從什么分布規(guī)律（用公式=（Y，Z表達）？是否可由此驗證理論課上介紹的某些結(jié)論？2、試棒材料的彈性模量E和泊松比是多大？3、縱向壓力的作用點在哪里？4、試棒橫截面上的彎矩有多大？這是一個由同學(xué)們自行設(shè)計的成分較大的實驗，對于這個實驗本講義只有原則性建議，為回答上述問題要測量什么數(shù)據(jù)以及如何處理數(shù)據(jù)均由同學(xué)自行決定。所以，本實驗的根本目的是培養(yǎng)同學(xué)用實驗手段去探求自己尚不清楚的規(guī)律的初步能力?？v向片AB橫向片二、試棒及其它裝A縱向片橫向片試棒試驗機上壓頭球面

5、承壓底座ZpZPYpDDBC（a）試棒安裝圖 （b）試棒布片圖三、實驗設(shè)備1、萬能材料試驗機萬能材料試驗機是實驗中的施力裝置。它通過高壓油泵產(chǎn)生的高壓油推動活塞運動，進而推動試件夾頭運動，達到對試件施力的目的。配上不同的試件夾頭可以對試件加拉伸，壓縮，彎曲，剪切等載荷。試驗機上設(shè)有進油閥（用于加載）和回油閥（用于卸載）。在關(guān)閉回油閥的情況下打開進油閥可對試件進行加載。閥門開的越大，加載速度也越大。載荷的大小可以從示力盤上讀出。示力盤上一般有三種刻度。究竟用哪一種刻度，要看試驗機后面擺錘的配重是多少。實驗時可向教師問清楚。卸載時只要打開回油閥即可。使用的一般步驟是：（1）夾持試件。（2）關(guān)閉進油

6、閥和回油閥，然后按下油泵啟動按鈕。將示力盤指針調(diào)零，把隨動指針撥向零。（3）緩慢打開進油閥加載。眼睛密切注視示力盤上指針的變化。千萬注意不可使進油閥開得過大。否則載荷一旦加上， 在幾秒鐘內(nèi)即可達到很大值，把試件破壞，甚至損壞實驗機。（4）達到預(yù)定載荷后，記下讀數(shù)。打開回油閥卸載。（5）關(guān)閉油泵、回油閥、進油閥。2、電阻應(yīng)變儀及予調(diào)平衡箱由于本實驗測點較多，把它們逐個接到應(yīng)變儀的AB接線柱上測量將不勝其繁。若有n個測點。就需要換n次線，加n次載。為了克服這一缺點，本實驗將使用予調(diào)平衡箱。予調(diào)平衡箱的背面有二十組接線柱，可同時接二十個測點。每一組接線柱有A、B、C、D四個接線端，對應(yīng)于電橋上的A、

7、B、C、D點，用于接工作片（AB間）和補償片（BC間）。予調(diào)平衡箱的正面有二十個滑線電阻旋鈕，它們的每一個與后面一組接線柱對應(yīng)（上 面標有點號），用于每一個測點的電阻予調(diào)平衡。予調(diào)平衡箱用專用電纜與應(yīng)變儀相連。該箱下部有一選點旋鈕，該旋鈕擰到哪一點即表示該點與應(yīng)變儀接通，可對其予調(diào)平衡或測量。這樣只需一次加載即可把所有測點數(shù)據(jù)測量下來，中間也勿需換線。3、游標卡尺。用來測量試件尺寸。MyPYPZpYpZMzO四、實驗原理若任意選擇坐標系Y，Z如圖41（b），假定P力作用點的坐標為（Zp，Yp），則可將P力向中心點O簡化，得到一個軸向壓力P和分別繞Z軸和Y軸作用的兩個彎矩Mz、My，如圖42的虛

8、線所示。用軸向壓縮和平面彎曲（兩個方向）理論即可分別計算這三個內(nèi)力素引起的應(yīng)力和應(yīng)變：由軸向壓縮引起的正應(yīng)力為：常數(shù) 曲Mz引起的正應(yīng)力為：按圖42所示坐標系，Yp與Y均取正值時應(yīng)力應(yīng)為負值（壓應(yīng)力），故上式右部加了負號。由Mx引起的正應(yīng)力為：總和正應(yīng)力為：由于這個試棒處于單向應(yīng)力狀態(tài)，單向虎克定律成立，故我們所測得的總和正應(yīng)變?yōu)椋焊鶕?jù)上述關(guān)系式和泊松比的定義就可以考慮實驗方案了。五、實驗方法上的注意事項1、加載技術(shù)方面：（1）實驗應(yīng)在材料處于彈性范圍的條件下進行，故總載荷不能過大。（2）為消除加載初期由于實驗機機構(gòu)間的摩擦和應(yīng)變片與試棒變形的不一致等因素造成的力與應(yīng)變示值誤差，應(yīng)設(shè)“初載荷”

9、Po（例如1KN），并記下各測點的“初應(yīng)變”oi，或用予調(diào)平衡箱上的予調(diào)旋鈕將oi調(diào)為零。然后加載到予定的終值P，并記下各測點的應(yīng)變終值i。這樣，本實驗的載荷就是（PPo），各點的應(yīng)變值為（i，oi，）。（3）由于在初載荷或終載荷下都要測讀許多點的應(yīng)變，這需要一定的時間，因而操作試驗機給試棒加載的同學(xué)要細心控制進油閥開關(guān)，使載荷在讀應(yīng)變的時間內(nèi)保持不變。2、試件在試驗機承壓座上的位置可隨意安放，有意造成加載偏心。不過偏心量不宜過大，以防加載中由于球面承壓座的歪斜把試棒擠出。3、為使測量值可靠，一般應(yīng)多次（如三次以上）重復(fù)同樣的測量操作，若各次測量結(jié)果接近方可取其平均值為正式實測值。六、實驗報告

10、要求1、實驗?zāi)康摹?、實驗數(shù)據(jù)。3、用實驗數(shù)據(jù)回答“實驗?zāi)康摹表椫兴岢龅膯栴}。4、討論：（1）能否用更少測點達到本實驗?zāi)康模孔钌僖獪y量幾個應(yīng)變值？為什么？（2）用什么方法處理數(shù)據(jù)可以使應(yīng)變分布公式=（Y，Z）比較準確？*（3）如何用電橋的加載特性簡化或精確化本實驗的測量？提示參閱本院物理講義有關(guān)實驗數(shù)據(jù)的似合部分。*（4）通過本次實驗的主要體會和對改進實驗教學(xué)的建議。注帶*者為選做項目。實驗三、光彈儀調(diào)整及材料條紋值測定一、實驗?zāi)康?1、了解光彈儀各部分名稱及作用,掌握光彈儀使用方法。2、觀察光彈性模型受力后在偏振光場中的光學(xué)效應(yīng)。3、學(xué)習(xí)對徑受壓圓盤測量材料條紋值的方法。二、 實驗設(shè)備：1

11、、 光彈性儀。2、 光彈性模型數(shù)個。三、 實驗方法：1、 平面偏振場的調(diào)整方法:（1） 正交平面偏振場（暗場）:a、取下兩個/4片。b、旋轉(zhuǎn)檢偏鏡,使光強最暗,此時兩偏振片正交。(2)平行平面偏振場（亮場）：a、取下兩個/4片。b、旋轉(zhuǎn)檢偏鏡,使光強最亮，此時兩偏振片平行。2、觀察光彈性模型在平面光場中的效應(yīng)：（1） 等傾線、等差線。（2） 上述條紋隨載荷變化情況。（3） 色序。（4） 同步旋轉(zhuǎn)起、檢偏鏡條紋的變化情況。（5） 單色光、白色光。（6）環(huán)氧樹脂模型、有機玻璃模型。要求參考以上幾方面的內(nèi)容寫光彈性模型在平面光場中暗場與亮場時效應(yīng)的實驗觀察總結(jié)。3、 正交圓偏振場的調(diào)整方法（暗場）:

12、（1）先裝入一塊/4片,將它旋轉(zhuǎn),使檢偏鏡后看到的光場最黑，這時表示/4片的快、慢軸分別與起偏鏡和檢偏鏡的偏振軸相平行。然后順(逆)時針將/4片旋轉(zhuǎn)450(也可同步旋轉(zhuǎn)檢偏鏡450)。 （2） 再裝入另一塊/4片, 將它旋轉(zhuǎn),使檢偏鏡后看到的光場再次最黑。這時兩塊/4片的軸是相互正交的，四塊鏡片構(gòu)成雙正交圓偏振場布置。4、觀察光彈性模型在圓偏振場中的效應(yīng)：(1) 等傾線消除否。(2) 找“0”級或“1”級條紋并觀察色序的變化以確定各級條紋級數(shù)。(3) 關(guān)掉白光,轉(zhuǎn)成單色光,觀察條紋的變化。(4) 換其它模型觀察。5、環(huán)氧樹脂材料條紋值f的測定： （1）調(diào)整正交圓偏振場； （2）測量圓盤尺寸；

13、（3）把圓盤放入加力架上加載,使中心條紋出現(xiàn)整數(shù)級(三級為宜)，記錄砝碼質(zhì)量。 實際載荷=砝碼質(zhì)量桿秤比 （桿秤比為4：1） (4)代入公式 計算條紋值。（P為載荷、N為條紋級數(shù)、D為直徑）實驗四、高梁在橫力彎曲下的應(yīng)力分析一、 實驗?zāi)康模?、 掌握等色線（包括整數(shù)級、分數(shù)級條紋）和等傾線的繪制方法。2、學(xué)會用剪應(yīng)力差法計算截面應(yīng)力分布,并進行平衡校核。二、 實驗設(shè)備：1、 光彈性儀。2、 有機玻璃和環(huán)氧樹脂矩形截面梁模型各一個。三、 實驗步驟：1、等差線的描繪：（1） 調(diào)整光彈儀為正交圓偏振場布置（暗場）。（2） 在加載架上安裝試件如圖所示，注意梁上劃出的支座及加載位置線。（3） 開啟白光光

14、源，并加少許載荷，調(diào)整加載裝置，使產(chǎn)生的條紋圖左右對稱。（4） 加載，P=100kg（杠桿比為4：1，實際加砝碼25kg即可）。（5） 找零級條紋并觀察色序的變化以確定各級條紋級數(shù)。（6） 轉(zhuǎn)成單色光，把整數(shù)級條紋等差線圖描下，在圖上注明級數(shù)及載荷。（7） 單獨旋轉(zhuǎn)檢偏鏡90o，即成平行圓偏振場布置（亮場），得到半級數(shù)條紋圖案；繼續(xù)把半級數(shù)條紋等差線圖描下。2、等傾線的描繪：（1）調(diào)整光彈儀為正交平面偏振場布置（暗場）。（2）更換有機玻璃模型加載至等傾線清晰為止。（3）同時旋轉(zhuǎn)起偏鏡和檢偏鏡，觀察等傾線變化規(guī)律。（4）同步反時針方向旋轉(zhuǎn)偏振鏡軸，在屏幕上用描圖紙依次描出0、10o、20 等傾線，每隔10o畫一條，并增畫（35o、45o、55o等傾線）。四、結(jié)果處理：1、 用剪應(yīng)力差法計算截面應(yīng)力分布：（1） 用千分尺測梁長L及梁高H。（2） A-A為計算截面，在其左右畫輔助截