實(shí)驗(yàn)四??塑性材料剪切彈性模量（G）的測定

1.?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

（1）測定低碳鋼的剪切彈性模量（G），并使學(xué)生基本掌握測試塑性材料剪切彈性模量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)備操作及試驗(yàn)結(jié)果分析。

（2）驗(yàn)證圓軸扭轉(zhuǎn)變形公式。

2.?實(shí)驗(yàn)設(shè)備及量具

NY—4型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、百分表、游標(biāo)卡尺、鋼板尺等。

3.?試件選取及設(shè)備主要指標(biāo)

（1）取ф₁₀低碳鋼（圓鋼），試件長度260 mm。經(jīng)同批試件拉伸試驗(yàn)，測定屈服強(qiáng)度為235Mpa（Q235#鋼）。

（2）測G值試件要求：取標(biāo)距=120mm（標(biāo)距可調(diào)，60—150?mm），在標(biāo)距內(nèi)卡算出試件的最小直徑，用于計(jì)算極慣性矩。

（3）設(shè)備的力臂長度a=200?mm；百分表觸點(diǎn)到試樣軸線距離b=100mm；放大倍數(shù)K=100格/mm；砝碼4塊，每塊重=5N，扭矩增量==1?N·m；砝碼托作為初載荷，重1.3N，它產(chǎn)生的初始扭矩T₀=0.26?N·m；設(shè)備精度：誤差<5%。

4.?實(shí)驗(yàn)原理

（1）驗(yàn)證虎克定律

選取已知屈服點(diǎn)的低碳鋼材料。在比例極限內(nèi)，利用設(shè)備通過n次等增量加載荷，由百分表可測出每次產(chǎn)生相近的位移增量值?(因設(shè)備誤差，不可能完全相等)，即可驗(yàn)證虎克定律的正確性。

（2）剪切彈性模量求取

在剪切比例極限內(nèi)，分四次加載荷，每次對(duì)試件施加相等的載荷。圓軸受扭時(shí)，橫截面上只有切應(yīng)力，因符合虎克定律，所以每次扭矩增量也相等，在四次相同扭矩增量的作用下，求取所產(chǎn)生的四個(gè)極為相近的扭轉(zhuǎn)角增量值。每個(gè)扭轉(zhuǎn)角增量值可通過百分表讀取格數(shù)后換算得到，所以每個(gè)扭角增量值對(duì)應(yīng)的百分表讀格數(shù)亦極為相近，故取其算術(shù)平均值=（單位：格）作為扭轉(zhuǎn)角增量（單位：弧度rad）對(duì)應(yīng)的換算值。從扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的造原理知，當(dāng)標(biāo)距兩端截面產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，標(biāo)距兩端截面相對(duì)扭角增量很小，百分表測出的平均位移增量值（弦長）與對(duì)應(yīng)的弧長幾乎相等。于是有=?，即可測算。

根據(jù)圓軸扭轉(zhuǎn)的變形公式，扭轉(zhuǎn)角增量（單位rad）的表達(dá)式為=，這里G、及均為常數(shù)，這個(gè)變形公式是否成立，即扭角增量與扭矩增量是否成線性關(guān)系，該關(guān)系在此實(shí)驗(yàn)中容易得到驗(yàn)證。

試件標(biāo)矩和極慣性矩均已知，只要測取扭矩增量和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角增量，由扭轉(zhuǎn)變形公式可得到剪切彈性模量：

????????????????????????　?

故材料的剪切彈性模量G值完全可以從測試中求取。

5.?實(shí)驗(yàn)步驟

（1）卡取試件直徑：為了避免試件加工的錐度和橢圓度影響，在標(biāo)距內(nèi)選取3個(gè)卡點(diǎn)，3個(gè)卡點(diǎn)的位置分別選在標(biāo)距中間和接近標(biāo)距的兩端；對(duì)每個(gè)卡點(diǎn)，用游標(biāo)卡尺在兩個(gè)相互垂直方向上卡其直徑，兩個(gè)卡值的精度≤0.02mm，取其算術(shù)平均值，精度0.1mm；選擇3個(gè)卡點(diǎn)中最小值的平均直徑（d₀）參加極慣性矩的計(jì)算（л＝3.1416）。修約口決見7。

（2）將已卡取直徑為、長為260mm的試件安裝在NY—4型測G扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，并固緊。

由于扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)帶有=10?mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，所以實(shí)驗(yàn)步驟的前兩步可免。

（3）桌面目視基本水平，把儀器放到桌子上（先不加砝碼托及砝碼）。

（4）調(diào)整兩懸臂桿的位置，先固定左懸臂桿，在固定右懸臂桿前，用游標(biāo)卡尺控制使左、右懸臂桿的距離達(dá)到=120mm，然后再固定右懸臂桿。調(diào)整右橫桿，使百分表觸頭距試件軸線距離b=100mm，并使表針預(yù)先轉(zhuǎn)過十格以上（b值也可不調(diào)，按實(shí)際測值計(jì)算）。

（5）掛上砝碼托，記下百分表的初讀數(shù)。

（6）分4次加砝碼（加砝碼時(shí)一定要平穩(wěn)緩慢，不可使砝碼擺動(dòng)、傾斜、避免滑落），每加一次砝碼，記錄一次百分表的讀數(shù)，后一次減前一次的讀數(shù)即為增加5N砝碼產(chǎn)生的值，取四次的算數(shù)平均值。

（7）要求：至少重復(fù)做3次試驗(yàn)，取最穩(wěn)定的一組數(shù)據(jù)計(jì)算值。

（8）實(shí)驗(yàn)完畢，卸下砝碼，卸下百分表，規(guī)整試驗(yàn)機(jī)。

6.?注意事項(xiàng)

（1）加載過程中，要注意檢查傳力機(jī)構(gòu)的零件是否受到干擾，若受干擾，需卸載調(diào)整。

（2）加、減砝碼時(shí)要緩慢放手，以使之為靜載，并防止失落而砸傷人、物等。

（3）加載荷前，要先加有一定重量的初載荷（一般指砝碼托），它的意義不僅在于其上可加載荷，主要是避免實(shí)驗(yàn)開始時(shí)試件會(huì)因夾頭不牢或設(shè)備機(jī)構(gòu)間隙的存在而產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致試件夾持表面上產(chǎn)生微小的滑動(dòng)，這些均影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故必須加一定的初載荷。

7.?計(jì)算單位及精度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228—2010，剪切彈性模量(G)單位為Mpa，精度取三位有效數(shù)字；標(biāo)距精度0.1mm；極慣性矩（）精度0.0001mm⁴；百分表讀數(shù)精度1格，平均（）精度為1格；扭轉(zhuǎn)角增量值（）精度1×10^-5弧度。修約口決如下：

四舍六入五考慮，五后非零應(yīng)進(jìn)一，五后是零看前位，前為偶數(shù)應(yīng)舍去，前為奇數(shù)應(yīng)進(jìn)一。

8.?試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

試件原始尺寸及幾何參數(shù)

實(shí)?驗(yàn)?記?錄

9.?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

扭轉(zhuǎn)角增量：

=

剪切彈性模量：

=

10.?討論題

（1）試討論影響測量誤差的主要因素是什么？

（2）用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證圓軸扭轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力公式。

實(shí)驗(yàn)五??純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力分布規(guī)律實(shí)驗(yàn)

⒈ 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

??①?用實(shí)驗(yàn)方法測定梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律。

② 驗(yàn)證梁在純彎曲下的正應(yīng)力公式。

③ 掌握電測法的原理、方法及電阻應(yīng)變儀的使用。

⒉ 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及量具

WSG—80型純彎曲正應(yīng)力試驗(yàn)臺(tái)、電阻應(yīng)變儀、電源插座、螺刀。

⒊ 標(biāo)準(zhǔn)試件

試驗(yàn)臺(tái)已備標(biāo)準(zhǔn)試件（圖）。試件材料為20#鋼，E=208×10³MPa，跨度L=600mm，a=200mm，副梁跨度（純彎曲段）CD=200mm，橫截面高h=28mm，寬b=10mm。載荷增量△F=200N（砝碼分4次加載，每個(gè)砝碼重10N，采用1：20杠桿比例放大），橫截面在荷載的作用下，彎矩M=F×a/2，所以△M=20Nm。砝碼托作為初載荷，F₀=30N，M₀=3.0Nm。橫截面對(duì)中性軸Z的慣性矩I_z=bh³/12=10×28³/12≈18293.3333mm⁴。

?

圖???標(biāo)準(zhǔn)試件受力狀況

⒋ 實(shí)驗(yàn)原理

（1）試件受力圖

在實(shí)驗(yàn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)試件受力狀況見圖。

（2）實(shí)驗(yàn)前，在試件矩形截面梁的純彎曲區(qū)域內(nèi)，離中性軸不同高度處粘貼好五個(gè)間距相等的電阻應(yīng)變片：?1片、5片貼在距中性軸距離的h/2處（梁截面的上下邊緣），2片、4片貼在距中性軸距離的h/4處，3片貼在中性軸的位置上。

（3）理論值計(jì)算

梁橫截面上某點(diǎn)的正應(yīng)力增量的理論值按公式可計(jì)算，其中y_i為測點(diǎn)到中性軸的距離。

（4）實(shí)測值計(jì)算

由于CD段是純彎曲段，縱向?qū)用娓骼w維間互不擠壓，只產(chǎn)生拉伸或壓縮變形，故橫截面上各測點(diǎn)為單向受力狀態(tài)。因此可按虎克定律計(jì)算正應(yīng)力的增量△σ_實(shí)。根據(jù)橫梁截面上各點(diǎn)所測出的應(yīng)變增量，計(jì)算△σ_實(shí)=E·。將計(jì)算出各點(diǎn)的正應(yīng)力增量△σ_實(shí)與理論值△σ進(jìn)行比較，計(jì)算出他們的相對(duì)誤差，以驗(yàn)證理論公式的正確性。

⒌ 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）粘貼應(yīng)變片

在CD段大致中間的位置上，沿與軸線平行的方向粘貼五片應(yīng)變片，各片相距h/4，均作為工作片。另外在一塊與試件相同的材料上粘貼一片應(yīng)變片，作為補(bǔ)償片。應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)為2.00。

（2）實(shí)驗(yàn)操作

①應(yīng)變儀接線：將粘貼在測點(diǎn)的應(yīng)變片（5個(gè)通道線和一個(gè)0線）和補(bǔ)償塊上的應(yīng)變片按1∕4橋接到靜態(tài)應(yīng)變儀對(duì)應(yīng)通道的接線柱上；?0線接在應(yīng)變儀某一接線柱的最上端；補(bǔ)償塊上的應(yīng)變片接在指定的接線柱上。打開電源開關(guān)，應(yīng)變儀進(jìn)入自然掃描狀態(tài)，但需要預(yù)熱30分鐘。

②設(shè)置修正系數(shù)：應(yīng)變儀的靈敏度系數(shù)為2.00，故修正系數(shù)為1.0000。選擇通道——按設(shè)置鍵——輸入修正系數(shù)值——按確認(rèn)鍵。對(duì)每個(gè)接線通道均重復(fù)以上過程即可完成設(shè)置。

③測試儀—試驗(yàn)臺(tái)聯(lián)合操作：調(diào)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)蝶形螺母，使杠桿尾端稍翹起一些。選擇應(yīng)變儀通道——確認(rèn)——調(diào)平。先掛砝碼托，記錄應(yīng)變儀顯示的數(shù)值；再分四次加砝碼測試，分別記錄數(shù)值。完后，再按次序逐一取下砝碼，觀察是否回到最初狀態(tài)；如果回到最初狀態(tài)，則確定下一個(gè)通道，重復(fù)進(jìn)行；如果沒回到最初狀態(tài)，則重做。靜態(tài)應(yīng)變儀的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由老師操作。

④注意事項(xiàng)：加砝或撤碼時(shí)，要緩慢進(jìn)行；加載過程中，檢查各傳力零件是否受卡、別等，若受卡、別等應(yīng)卸載調(diào)整。

（3）結(jié)束操作

實(shí)驗(yàn)完成后，關(guān)閉開關(guān)，拔掉電源，規(guī)整設(shè)備，清掃雜物。

⒍ 計(jì)算結(jié)果要求

對(duì)每個(gè)測點(diǎn)，取四次測量結(jié)果差值的算術(shù)平均值作為該測點(diǎn)的測量應(yīng)變值，精度為10^-7mm，即0. 1個(gè)με單位應(yīng)變值。實(shí)驗(yàn)計(jì)算的△σ_實(shí)值和理論計(jì)算的△σ值，單位為Mpa，精度為0.01，修約口決見實(shí)驗(yàn)一。兩者的相對(duì)誤差應(yīng)小于7.0%（工程上的要求）。橫截面對(duì)中性軸Z的慣性距I_z，精度0.0001mm。

⒎ 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

試?件?和?電?阻?應(yīng)?變?片?數(shù)?據(jù)

實(shí)?驗(yàn)?記?錄

⒏?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)值與理論值比較

⒐?討論題

（1）試用米格紙畫出梁橫截面上正應(yīng)力的分布：理論值曲線與實(shí)驗(yàn)值曲線。

（2）彎曲正應(yīng)力的大小是否會(huì)受材料彈性模量E的影響？

（3）影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要原因是什么？

實(shí)驗(yàn)六??彎扭組合變形主應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)

⒈ 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

①?利用電阻應(yīng)變儀和應(yīng)變花測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的主應(yīng)力大小及方向，并與理論值進(jìn)行比較。

②?測定彎扭組合變形桿件中的彎矩和扭矩分別引起的應(yīng)變，并確定內(nèi)力分量彎矩和扭矩的實(shí)驗(yàn)值。

③?掌握電阻應(yīng)變片花的應(yīng)用。

⒉ 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及量具

WNG—100型彎扭組合變形試驗(yàn)臺(tái)、電阻應(yīng)變儀、電源插座及螺刀。

⒊ 標(biāo)準(zhǔn)試件

試驗(yàn)臺(tái)已備標(biāo)準(zhǔn)試件，是一個(gè)薄壁圓管。它的一端固定在支座上，另一端固定一個(gè)加力臂上。加力裝置采用1：10杠桿比例放大，杠桿的一端懸掛砝碼，另一端通過吊桿、吊叉與加力臂的加力端聯(lián)接。圓管受彎曲和扭轉(zhuǎn)組合作用，在距離加力臂的中心平面處l取一點(diǎn)A，A點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)試件的圓管長L=317mm，外徑D=50mm，內(nèi)徑d=43～45mm（具體值在管壁上，要抄下來）。材料為20#鋼，彈性模量E=199.8Gpa，泊松比μ=0.2685。被測點(diǎn)至加力臂豎直軸線平面的距離，位于圓管的上頂點(diǎn)。加力臂的加力點(diǎn)至圓管軸線的距離a=250mm。載荷增量△P=100N（砝碼分4次加載，每個(gè)砝碼重10N），相應(yīng)地△T=25Nm，△M=15Nm。砝碼托做初載荷P₀=13N?（已放大10倍），相應(yīng)地T₀=3.25Nm，M₀=1.95Nm。

⒋ 實(shí)驗(yàn)原理

利用已知參數(shù)的材料和專用設(shè)備，在標(biāo)準(zhǔn)試件同時(shí)受到彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種載荷作用下，用應(yīng)變儀測定已知點(diǎn)在不同方向上的應(yīng)變值，并計(jì)算出實(shí)驗(yàn)的正應(yīng)力，從而驗(yàn)證理論計(jì)算值。

（1）理論值計(jì)算

①A點(diǎn)產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力增量值為??

式中：W—圓管的抗彎截面模量 ???????

l—測點(diǎn)至加力臂的距離 ?????????l=150mm。

②A點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力增量值為??????

式中：W_n—圓管的抗扭截面模量 ??????

a—加力點(diǎn)至圓筒中心的距離 ????a=250mm。

③理論值計(jì)算主應(yīng)力公式

? ? ???????????????????（1）

? ? ? ? ?? ????（2）

（2）實(shí)測值計(jì)算

在測點(diǎn)A處貼一組45°的應(yīng)變花，根據(jù)測得應(yīng)變花的應(yīng)變值、、代入以下公式算出實(shí)驗(yàn)值的主應(yīng)力的大小和方向：

??????（3）? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??????????????（4）

將實(shí)驗(yàn)得出的正應(yīng)力σ_{1、2實(shí)}、方向角_實(shí)與理論值σ_{1、2理}、方向角_理進(jìn)行比較，計(jì)算出他們的相對(duì)誤差，以驗(yàn)證理論公式的正確性。

5.?實(shí)驗(yàn)步驟

（1）粘貼應(yīng)變花

在被測點(diǎn)上貼一片45⁰的應(yīng)變花，另在一塊不受力的鋼片上貼一片應(yīng)變花的1/3部分（補(bǔ)償片）。應(yīng)變花的靈敏度系數(shù)為2.09。

應(yīng)變花的粘貼是電測法的重要工序，貼片的質(zhì)量對(duì)測量的可靠性影響極大，粘貼技術(shù)要求也高，其粘貼過程及要求詳見有關(guān)教程。

（2）實(shí)驗(yàn)操作

①應(yīng)變儀接線：將粘貼在測點(diǎn)的應(yīng)變花（3個(gè)通道線和一個(gè)0線）和補(bǔ)償片上的應(yīng)變花按1∕4橋接到靜態(tài)應(yīng)變儀對(duì)應(yīng)通道的接線柱上，即：0°線（X軸方向）接1通道；45°線接2通道；90°線接3通道；0線接在應(yīng)變儀某一接線柱的最上端；補(bǔ)償片上的應(yīng)變花接在指定的接線柱上。打開電源開關(guān)，應(yīng)變儀進(jìn)入自然掃描狀態(tài)，但需要預(yù)熱30分鐘。

②設(shè)置修正系數(shù)：應(yīng)變儀的靈敏度系數(shù)為2.00，故修正系數(shù)為0.9569。選擇通道——按設(shè)置鍵——輸入修正系數(shù)值——按確認(rèn)鍵。對(duì)每個(gè)接線通道均重復(fù)以上過程即可完成設(shè)置。

③試驗(yàn)臺(tái)加碼操作：調(diào)動(dòng)蝶形螺母，使杠桿尾端稍翹起一些。選擇應(yīng)變儀通道——確認(rèn)——調(diào)平。先掛砝碼托，記錄應(yīng)變儀顯示的數(shù)值；再分四次加砝碼測試，分別記錄數(shù)值。完后，再按次序逐一取下砝碼，觀察是否回到最初狀態(tài)；如果回到最初狀態(tài)，則確定下一個(gè)通道，重復(fù)進(jìn)行；如果沒回到最初狀態(tài)，則重做。

④每個(gè)通道取4次測量結(jié)果差值的平均值作為該點(diǎn)通道的應(yīng)變值，即可算出該點(diǎn)的主應(yīng)力的大小和方向。

（3）注意事項(xiàng)

①加碼或撤碼時(shí)，要緩慢進(jìn)行。

②應(yīng)變花的面積一定要小，一般是2×3，最好是1×2，這樣測量的值才更接近于一點(diǎn)的應(yīng)變。因?yàn)閳A管比較細(xì)，曲率大，如果應(yīng)變花面積大就會(huì)有較大誤差。

（4）結(jié)束操作

實(shí)驗(yàn)完成后，關(guān)閉開關(guān)，拔掉電源，規(guī)整設(shè)備，清掃雜物。

⒍ 計(jì)算結(jié)果要求

（1）л=3.1416。圓管的抗彎截面模量，精度0.001mm³。圓管的抗扭截面模量，精度0.001mm³。

（2）彎曲正應(yīng)力增量值，精度為0.001Mpa。扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力增量值，精度為0.001Mpa。

（3）對(duì)實(shí)測點(diǎn)某個(gè)方向的通道，取四次測量的算術(shù)平均值作為該方向通道的測量應(yīng)變值，精度為0.1個(gè)με的應(yīng)變值。

（4）實(shí)驗(yàn)計(jì)算的σ_{1、2實(shí)}值和理論計(jì)算的σ_1、2理值，單位Mpa，精度0.01（修約口決見實(shí)驗(yàn)一），兩者的相對(duì)誤差<10.00%（試驗(yàn)臺(tái)使用說明要求）。方向角_實(shí)與方向角_理的單位為度，精度0.01°，相對(duì)誤差<10.00%。

⒎ 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

?儀器編號(hào)：????????????????試?件?參?數(shù)?表

其?它?參?數(shù)?表

測?試?記?錄?表（）

⒏?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）理論值計(jì)算主應(yīng)力公式

??= ????????Mpa

?= ???????????????????????????????????????

（2）實(shí)測值計(jì)算

?= ????????????????????????????

將實(shí)驗(yàn)得出的正應(yīng)力σ_{1、2實(shí)、}方向角_實(shí)與理論值σ_{1、2理、}方向角_理進(jìn)行比較，計(jì)算出他們的相對(duì)誤差，驗(yàn)證理論公式的正確性。

實(shí)驗(yàn)值與理論值比較

項(xiàng)??目	實(shí)?驗(yàn)?值	理?論?值	相對(duì)誤差（%）
（MPa）
（MPa）
方向角

⒐?討論題

（1）試分析本次實(shí)驗(yàn)的誤差是由哪些主要原因造成的？

（2）在粘貼應(yīng)變花時(shí)，是否一定要有一片的方位與桿的軸線平行？在選應(yīng)變花及選擇測點(diǎn)的位置時(shí)要注意些什么？

實(shí)驗(yàn)七??塑性材料彈性模量（E）的測定

1.?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

（1）在比例極限內(nèi)驗(yàn)證胡克定律。

（2）測定低碳鋼的彈性模量（E），使學(xué)生基本掌握測試塑性材料拉伸彈性模量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)備操作及試驗(yàn)結(jié)果分析。

2.?實(shí)驗(yàn)設(shè)備及量具

CEG—4K型測E試驗(yàn)機(jī)、Qy—1球鉸式引伸儀、千分表、游標(biāo)卡尺。

3.?試件選取及設(shè)備主要指標(biāo)

（1）取ф₁₀低碳鋼（圓鋼），試件長度380 mm。經(jīng)同批試件拉伸試驗(yàn)，屈服強(qiáng)度為235Mpa（Q235#鋼）。

（2）測E值試件要求：取標(biāo)距=100mm（由球鉸式引伸儀控制），在標(biāo)距內(nèi)卡算出最小直徑，參加計(jì)算截面積。

（3）設(shè)備采用1：40杠桿比放大；初載砝碼托16N，初載荷F₀=16×40=640N；分四次加載，每個(gè)砝碼重25N，載荷增量=1000N。設(shè)備精度：誤差＜5%。

4.?實(shí)驗(yàn)原理

（1）驗(yàn)證虎克定律

選取已知屈服點(diǎn)的低碳鋼材料。在比例極限內(nèi)，利用設(shè)備通過n次等增量加載荷，由千分表可測出每次產(chǎn)生相近的位移增量值?(因設(shè)備誤差，不可能完全相等)，即驗(yàn)證虎克定律的正確性。

（2）拉伸彈性模量求取

分四次加荷，每加一次載荷則在標(biāo)距內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)伸長增量，對(duì)每個(gè)伸長增量值可由千分表讀出。由于符合虎克定律，所以在四次增加相同載荷的作用下，相應(yīng)產(chǎn)生4個(gè)相近的伸長增量放大值（單位：格_?），求取4個(gè)拉伸增量的算術(shù)平均值，即=。由此得到，在載荷的作用下，真實(shí)的拉伸增量值=，式中K=2000(格/mm)為放大系數(shù)。由虎克定律：/=E·/, 于是彈性模量E可由下式算出：

E?=·∕·???????????????

其中：是本次實(shí)驗(yàn)所測算的數(shù)值。

5.?實(shí)驗(yàn)步驟

（1）卡取試件直徑，為了避免試件加工的錐度和橢圓度影響，在標(biāo)距內(nèi)選取3個(gè)卡點(diǎn)，3個(gè)卡點(diǎn)的位置分別選在標(biāo)距中間和接近標(biāo)距的兩端。對(duì)每個(gè)卡點(diǎn)，用游標(biāo)卡尺在兩個(gè)相互垂直方向上卡其直徑，兩個(gè)卡值的精度≤0.02mm，取其算術(shù)平均值，精度0.1mm。選擇3個(gè)卡點(diǎn)中最小平均直徑（d₀）計(jì)算截面積（），л＝3.1416。修約口決見實(shí)驗(yàn)四。

（2）將已卡取直徑為、長為380mm的試件安裝在測E試驗(yàn)機(jī)上，并固緊。

由于測E試驗(yàn)機(jī)帶有=10 mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，所以實(shí)驗(yàn)步驟的前兩步可免。

（3）在試件上安裝球鉸式引伸儀，使試件與引伸儀充分接觸，先擰上頂尖螺釘，之后將引伸儀小軸放平，使其與下標(biāo)距叉對(duì)齊、對(duì)嚴(yán)，再擰下頂尖螺釘。夾裝后的引伸儀不打滑即可。

（4）將千分表安裝在引伸儀上。安裝時(shí)，引伸儀體架不與試驗(yàn)臺(tái)體接觸，千分表面與試驗(yàn)臺(tái)體大致成45°左右。

（5）調(diào)整千分表，使表中小針倒回0.3—0.5mm的位置，再將測頭與引伸儀的測頭座接觸，擰緊表夾使之固定。轉(zhuǎn)動(dòng)千分表大盤，使大針指向零點(diǎn)。

（6）調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)的吊桿螺母，使杠桿尾端上翹一些，滿載時(shí)近于水平。

（7）加碼試驗(yàn)

①掛上砝碼托，記錄千分表的讀數(shù)。

②依次加4個(gè)砝碼，每加1個(gè)砝碼，在千分表上讀一次數(shù)，并記錄。讀數(shù)精度為1格。

③加碼、讀數(shù)完成后，逐個(gè)輕拿砝碼卸載，同時(shí)觀察每去掉一個(gè)砝碼時(shí)的讀數(shù)，如果差別較大，則重做。

④要求：至少做3次試驗(yàn)，取最穩(wěn)定的一組數(shù)據(jù)計(jì)算值。

（8）結(jié)束操作

試驗(yàn)操作完成后，先卸下砝碼，再卸下引伸儀，規(guī)整設(shè)備。

6.?注意事項(xiàng)

（1）調(diào)節(jié)吊桿螺母前，必須使兩墊刀刃對(duì)正V形槽溝底，否則墊刀將由受力不均而被壓裂。此外引伸儀為精密儀器，裝夾時(shí)要特別小心，以免受損。

（2）安裝好的引伸儀應(yīng)對(duì)試件左右對(duì)稱，不對(duì)稱度＜0.2mm。

（3）引伸儀下標(biāo)距叉不能因裝夾而有明顯的高低不平，以保證千分表測桿與下標(biāo)距叉相垂直。千分表測桿的軸線與下標(biāo)距叉的縱向?qū)ΨQ線不相交度＜0.5mm，保證所測得變形是純軸線伸長。

（4）保證千分表側(cè)頭最高點(diǎn)與下標(biāo)距叉螺頂?shù)捻敿饣驹谝恢本€上。為減小測試誤差，不得使用非本儀器配置的千分表，并定期用標(biāo)定儀標(biāo)定。

（5）加載過程中，要注意檢查傳力機(jī)構(gòu)的零件是否受到干擾，若受干擾，須卸載調(diào)整。

（6）加、減砝碼時(shí)要緩慢放手，以使之為靜載，防止失落傷人、物等。

（7）加載荷前，要先加有一定重量的初載荷（一般指砝碼托）。它的意義不僅在于其上可加載荷，主要是避免實(shí)驗(yàn)開始時(shí)試件會(huì)因夾頭不牢或設(shè)備機(jī)構(gòu)間隙的存在而產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致試件夾持表面上產(chǎn)生微小的滑動(dòng)，這些均影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故必須加一定的初載荷。

7.?計(jì)算單位及精度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228—2010，拉伸彈性模量(E)單位為Mpa，精度取三位有效數(shù)字；標(biāo)距精度0.1mm；截面積（）精度0.01 mm²；千分表讀數(shù)精度1格，平均（）精度為1格；拉伸增量值（）精度1×10^-4mm。修約口決見實(shí)驗(yàn)四。

8.?試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

試?件?及?引?伸?儀?參?數(shù)

測?試?記?錄?參?數(shù)

9.?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)力增量：??????????????= ?????Mpa

引伸儀讀數(shù)差的平均值：??=

試件在標(biāo)距L段各級(jí)變形增量的平均值：= ????mm

應(yīng)變增量：??????????????

彈性模量：?????????????Mpa

10.?討論題

（1）軸向受單向拉伸時(shí)，橫向應(yīng)變等于，則橫向的正應(yīng)力為，這樣對(duì)嗎？為什么？

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么要加初載荷F₀？為什么不測F=0時(shí)的引伸儀讀數(shù)？又為什么要嚴(yán)格控制終載荷F_n的值？

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（下）.docx