工程力学实验
• 南昌大学 • 工程力学实验中心
目录（1）
一、金属材料拉伸及弹性模量测定试验 二、金属材料的压缩试验 三、复合材料拉伸试验
四、金属扭转破坏试验、剪切弹性模量测定
五、应变片的粘贴技术、应变片测试的桥路变换试验
目录（2）
拉 伸 试 验
一、试验目的： 1．测定低碳钢拉伸弹性模量E；
2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )； 3．测定灰铸铁拉伸强度s b； 二、试验仪器：
强化阶段 屈服阶段 颈缩阶段
屈服极限：
Pp
Ps s A0
强度极限：
冷作硬化 线弹性阶段
O 延伸率： d
DL
Pb b A0
L1 L0 A0 A1 断面 100% 收缩率： 100% L0 A0
拉 伸 试 验
低碳钢拉伸试验现象： 屈服： tmax引起
颈缩： 断裂：
拉 伸 试 验
R3
E
DR1 DRT DRT E U BD ( ) 4 R1 R2 E k ( 1 T T ) 4 E k 1 4
电测法基本原理
四、几种常见应力状态下的布片方式及应力计算： 1．单向应力状态： 轴向拉压、纯弯曲，横力弯曲上下缘 P R1 R2 P P R1
R2
E ( ) 1b 1 1 2 1a E ( ) 3 1a 1b 2 1
沿已知主应力方向贴 片，还采用半桥接法 ，工作片通过转换开 关轮流接入电桥测量 ，温度补偿只需一片
电测法基本原理
3．不知主应力方向的二向应力状态：
90o 45o—3应变花： 45o
电测法基本原理
120o 60o—3应变花： 0o 60o
1 E ( ) 0 60 120 3 3( 1 )
2 E ( )2 ( 2 ( 2 ) ) 0 60 60 120 120 0 3( 1 ) ( 0 120 ) ( 0 60 ) tg 2 0 3 ( 0 120 ) ( 0 60 )
L L+D L
应变片 P
DR k DL k
R L
k：电阻应变片的 灵敏度系数
电测法基本原理
二、电阻应变仪： 应变测量原理： 利用电桥平衡测量电阻改变， 从而进一步得到应变。 B 电桥平衡(UBD=0)： R1 R3 R2 R4 R1 R2 A R4 D E R3 C 若R1~R4为四个阻值相同应变片， 受力后，BD间电压改变为：
矩形截面梁的纯弯曲
一、试验目的： 1．测定纯弯曲下矩形截面梁横截面上正应力的 分布规律，并与理论值比较； 2．熟悉电测法基本原理和电阻应变仪的使用； 二、试验仪器：
1．纯弯曲试验装置；
2．YJ28A—PIOR型静态数字电阻应变仪；
矩形截面梁的纯弯曲
三、试验原理： 1．结构示意图及理论值计算： P P/2 P/2 b m a z a h m y P/2 + Q P/2 Pa/2 M +
3 3
Q Tn
C 45 o
D
A
C
Q Tn
R3
R7 A
C R9
Tn
1
1
R1
Q
薄壁圆管弯扭组合变形
测量值： Tn d 4 Tn ( U BD )
由虎克定律得
Tn 1 ( 1 3 ) 1 [ Tn ( Tn )] E E 1 1 ( G )
A
D
R9 C R8 R7 R6 B R5 R4 R3 A R2 R1
约定蓝线应变片为 -45o ，白线为0o ，绿线为45o
薄壁圆管弯扭组合变形
3．等量逐级加载法： 4．指定点(B、D)的主应力大小及方向： 共用温度补偿片的半桥接法，一个载荷水平下分 别测B、D两点6个应变片的应变值 1)试验值： 主应力大小：
拉伸试验
DL
O 灰铸铁压缩 试验现象：
tmax引起
剪 切 试 验
一、试验目的： 1．测定低碳钢名义剪切强度极限tb；
2．测定灰铸铁名义剪切强度极限tb； 二、试验仪器： 万能材料试验机、剪切器；
三、试件：
试件：
剪 切 试 验
四、试验原理：
Pb
名义剪切 强度极限：
Pb b 2 A0
双剪： 试件有两个剪切面；
低碳钢扭转试验现象： 屈服： tmax引起
断裂：
扭 转 试 验
3．测定灰铸铁剪切强度极限tb； Mn Mb 剪切强度 极限：
j
O 灰铸铁扭转试验现象： 断裂：
Mb b Wn
拉应力引起
电测法基本原理
一、电阻应变片： 电阻丝(丝栅) 基底 电阻应变片种类： 丝式(绕线式)、箔式、半导体式 应变片：将机械量(应变)转换为 电量(电阻)的传感器 引出线 由试验发现： P
I I a
l
D d
I—I截面
M n Pa I—I截 P 面内力 M Pl Q P ：
R Dd 0 2 Dd t 2
薄壁圆管弯扭组合变形
2．布片示意图： B C R12 D R11 R10 A、B、C、D四点 各贴-45o、0o、45o 应变花
E Tn E Tn Tn 1 E Tn E 2(1 ) 2
3 Tn
Tn
1 Tn
E Tn d 4(1 )
拉 伸 试 验
四、试验原理： P 1．低碳钢拉伸弹性模量E： P
DL
L
DL PL E P L A DL EA
√ √
√ √
DP D P d (D L )2
等量逐级加载法：
d (D L)1
E DP L A d ( DL )
DL
O
拉 伸 试 验
2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 s b 、 d、 y )； P Pe Ps Pb
P
温度自补偿，测量电压 得到有效放大：
1 E 1
U BD E k ( 1 T 2 T ) 4 E k ( 1 ) 1 4
电测法基本原理
2．已知主应力方向的二向应力状态：
扭转、横力弯曲的中性轴、均匀内压的薄壁圆筒 R1a R1b 45o 45o
R2
0o
1 E ( ) E 2 ( 2 ( ) ) 0 90 0 45 45 90 3 2 ( 1 ) 2 ( 1 )
( 45 90 ) ( 0 45 ) tg 2 0 ( 45 90 ) ( 0 45 )
m—m截面：
Q 0 M C ( 常数 )
—纯弯曲
My 理 Iz
矩形截面梁的纯弯曲
2．布片示意图及试验值： DP 温度补偿片 2 1 0 1' 2' 2 1 0 1' 2'
实 E
3．等量逐级加载法：
DM y 理 Iz 实 E D
四、试验原理：
1．测定低碳钢压缩屈服极限ss-； P 屈服极限： Ps

拉伸试验
s
DL
Ps
A0
O
压 缩 试 验
低碳钢压缩试验现象：
低碳钢压缩变扁，不会断裂，由于两端摩擦 力影响，形成“腰鼓形”。
压 缩 试 验
2．测定灰铸铁压缩强度极限sb-；
P Pb
强度极限：
P b b A0
薄壁圆管弯扭组合变形
2)理论值(以B点为例)：
内力


B


M B Pl T Pa nB
应力
按平面应力状态分析得到： s1、 s2、 s3、 a0分别与 试验值比较
MB Wz T nB Wp
薄壁圆管弯扭组合变形
5．弯矩、扭矩及剪力各自引起应力的测量： 1)由于电桥特性均可以自补偿，不需要温度补偿片： 2)弯矩M引起正应力的测量： 取圆筒上下(B、D)两点0o应 变片接成半桥线路 A U BD ( R5 R11 ) [( M T ) ( M T )] 2 M 测量值： Md 2 M ( U BD ) Md E Md M ， M E M 2 2 B
DR1 DR2 DR3 DR4 E U BD ( ) 4 R1 R2 R3 R4 E k ( 1 2 3 4 ) 4
电测法基本原理
三、电桥接法及温度补偿： 1．电桥接法： 全桥接法(四个电阻均为应变片)；
半桥接法(R1、R2为应变片， R3、R4为固定电阻)
1．扭转试验机； 2．扭角仪；
扭 转 试 验
三、试件： 1．测低碳钢G采用自制试件： d
l
2．测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试件：
d0
扭 转 试 验
四、试验原理： 1．低碳钢剪切弹性模量G：
Mn
l
O
j
Dd
b
a
d
M nl M n l Pal j G GI p I pj I pj
3．测定灰铸铁拉伸机械性能 s b； P 强度极限：
Pb
DL
O
Pb b A0
压 缩 试 验
一、试验目的： 1．测定低碳钢压缩屈服极限ss-； 2．测定灰铸铁压缩强度极限s b-； 二、试验仪器： 万能材料试验机； 三、试件： 标准试件： d0 h0 粗短圆柱体： h0=1~3d0
压 缩 试 验
B0 o
R5
R11
D0 o
C
D
薄壁圆管弯扭组合变形
3)扭矩Tn引起剪应变的测量： B