材料力学试验目录
阅读：502发布时间：2022-2-27
材料力学实验目录
**部分 基本实验
一、 材料的基本力学性能实验
实验一 材料在轴向拉伸、压缩、扭转时的力学性能
二、 材料弹性常数的测定
实验二 工程材料弹性常数E、μ的测定
实验三 钢材切变模量G的测定
三、 梁应力与变形实验
实验四 直梁弯曲实验
实验五 梁变形实验
四、 组合变形实验
实验六 偏心拉伸实验
实验七 弯扭组合实验
**部分 演示实验
实验八 薄壁圆筒压缩失稳演示实验
实验九 光弹性演示实验
实验十 疲劳演示实验
实验十一 主动控制阻尼减缓演示实验
第三部分 综合实验
实验十二 薄壁复合梁实验 1
**部分 基本实验
实验一 材料在轴向拉伸、压缩、扭转时的力学性能
一、实验要求
1. 测定低碳钢在拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率；
2. 观察低碳钢和铸铁在拉伸时的各种现象；
3. 观察低碳钢和铸铁在压缩时的各种现象；
4. 观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象;
5. 观察试件的断口特征，分析其破坏原因，建立强度概念。
二、实验仪器和设备
1. 微机控制电子试验机；
2. 划线机；
3. 引伸仪；
4. 游标卡尺。
三、实验课安排
1、让学生做出低碳钢标准试件的拉伸应力——应变曲线，以加深对塑性材料在拉伸时四个阶段力学性能特点的认识；
2、教师采用现场演示、讲解与学生观察、讨论相结合的讲授方法，使学生了解不同类型材料在拉伸、压缩、扭转时的不同力学性能；
3、集中分析断口特点，使学生认识其破坏原因，从而建立强度概念。
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实验二 工程材料弹性常数的测定 ——电测法测钢材弹性模量E和泊松比μ
——引伸仪测铝材弹性模量E
一、实验目的
1.电测法测量钢材弹性模量E和泊松比μ；
2.用引伸仪测铝材弹性模量E；
2.验证单向拉伸虎克定律；
3.学习电测法的基本原理。
二、实验仪器和设备
1. 微机控制电子试验机
2. 电阻应变仪
3. 引伸仪
4. 游标卡尺
三、试件
中碳钢矩形截面试件，材料的屈服极限360MPa。
矩形截面铝试件，材料的屈服极限280MPa。
试件
实验装置
四、实验原理和方法
电测法测定钢材弹性常数E、μ, 一般采用比例极限内的拉伸试验。材料在比例极限内服从虎克定律，其关系式为：
0APEii⋅ΔΔ=ε =μεε′
用引伸仪测铝材的弹性常数E，要求**地测量试件标距内的变形。其关系式为： AllPE⋅Δ⋅= 3
五、思考题
1. 如果试件上的应变片位置及角度贴得不准，对试验结果有无影响？
2. 电测法测弹性模量E，提出*佳布片方案？
3. 本实验的数据处理方法有什么优缺点？有无其他处理方法？
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实验三 钢材切变模量的测定
一． 实验目的
1．测定钢材的切变模量G；
二． 实验设备和器材
1．微机控制电子试验机；
2．扭角仪；
3．电阻应变仪；
4．百分表,游标卡尺。
三． 试件
中碳钢圆轴试件，直径d = 40mm, σs= 360MPa
四． 实验方法
1．扭角仪测切变模量G
测量扭转角的装置如图所示
实验原理 G =pITLΦ
实验扭转角为：φ = bδ
δ——百分表杆移动距离
b——百分表杆触点至试件轴的距离
2.电测法测切变模量G
实验原理 G =0452εpWT−
通过电测法可测出450方向的正应变045ε
实验贴片:在试件表面贴直角电阻应变花（如下图）。
－45°
＋45°
测量方法：四分之一桥；二分之一桥；全桥。 5
实验四 直梁弯曲实验
一. 实验目的：
1. 用电测法测定纯弯梁横截面上的正应变分布，并与理论计算结果进行比较。
2. 验证纯弯理论的两个假设；
3. 学习电测法的多点测量。
二. 实验设备：
1. 微机控制电子试验机；
2. 电阻应变仪。
三． 实验试件：
本实验所用试件为中碳钢矩形截面梁，其横截面设计尺寸为h×b
=(50×30)mm2 ( 图1 ), 材料的屈服极限σs= 360MPa, 弹性模量E=210GPa。
图1 实验装置图
四.实验原理：
梁受纯弯曲时（见图1），根据平面假设和单向受力假设，其横截面上的正应力为线性分布，距中性层为 y 处的正应力和正应变分别为：
ZIyMy⋅=)(σ ZIEyMy⋅⋅=)(ε 6
实验采用电测法，在梁纯弯曲段某一横截面A—B的不同高度（梁的顶面、底面、中性层及距中性层±15mm）处粘贴纵向电阻应变片（见图1），并在梁的上下表面处粘贴横向应变片。
实验加载方案采用增量法，分别测得上述各点在载荷增量△P作用下的应变增量Δεi 。
五.思考题：
1.本次实验采用的夹具有何要求？
2.按拟定好的加载方案，如何用互补半桥接线法测定*大弯曲正应变？
3.在试件A-B截面的上表面和下表面（图1），沿纵轴方向分别再贴上R1’和R5’两个应变片，按拟定好的加载方案，如何用全桥接线法测*大弯曲正应变？
4．如果已有两个温度补偿片，在仅有R1和R1’或仅有R5和R5’两个应变片的情况下，如何用全桥接线法组成对桥测量电路？请画出接线图。
5．安装试件时应当注意什么问题？
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实验五 梁变形实验
（1）简支梁实验
（2）悬臂梁实验
（1）简支梁实验
一、 实验目的：
1、简支梁在跨度中点承受集中载荷P，测定梁*大挠度和支点处转角，并与理论值比较；
2、验证位移互等定理；
3、测定简支梁跨度中点受载时的挠曲线（测量数据点不少于7个）。
P
fmax
θ
二、 实验设备：
1、简支梁及支座；
2、百分表和磁性表座；
3、砝码、砝码盘和挂钩；
4、游标卡尺和钢卷尺。
三、 试件及实验装置：
中碳钢矩形截面梁，=sσ360MPa，E=210GPa。
实验装置图 8
四、 实验原理：
1、简支梁在跨度中点承受集中载荷P时，跨度中点处的挠度*大；
2、梁小变形时，简支梁某点处的转角)(θθtg≈；
3、验证位移互等定理部分请参照理论课教材的相关内容，自行确定实验方案；
五、 思考题：
1、简支梁非支点处的转角是否可以通过本实验测出？为什么？
2、验证位移互等定理时，是否可在梁上任选两点进行测量？
3、在测定梁挠曲线时，如果要求百分表不能移动，能否测出挠度曲线？怎样测？
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（2） 悬臂梁实验
一. 实验目的：
利用贴有应变片的悬臂梁装置，确定黑色砝码的质量m。
二.实验设备：
1.悬臂梁支座；
2.电阻应变仪；
3.白色砝码两个，黑色砝码一个，砝码盘和挂钩。
4.游标卡尺和钢卷尺。
三.实验试件及装置：
中碳钢矩形截面梁，屈服极限бs=360MPa,弹性模量E=210GPa。
RB
RA
mg
图（1）实验装置示意图
四.实验原理：
在某一横截面的上下表面A点和B点分别沿纵向粘贴电阻应变片。
加载方案采用重复加载，要求重复加载次数n≥4。ΔP = mg 。
由梁的弯曲正应力公式导出黑色砝码重量mg的计算公式
lWEmgz⋅Δ⋅=ε
五.思考题：
1.如果要求只用梁的A点或B点上的电阻应变片，如何测黑色砝码的质量？
2.如果要求梁A点和B点上的电阻应变片同时使用，如何测黑色砝码的质量？
3.比较以上两种方法，分析哪种方法实验结果准确？
4.如果悬臂梁因条件所限只能在自由端端点处安装百分表，如何测得悬臂梁自由端受载时的挠曲线。（要求测量点不少于5点）
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实验六 偏心拉伸实验
一、实验目的
1．测*大正应变maxε
2．测中碳钢材料的弹性模量E
3．测构件的偏心距e
4．进一步学习电测方法
二、实验设备
1．微机控制电子试验机；
2．电阻应变仪；
3．游标卡尺。
三、试件
中碳钢矩形截面试件，（如图所示）。
截面的名义尺寸为h×b = (7.0×30)mm2 ，σS = 360MPa。
四、实验原理
在外载荷作用下，试件承受偏心拉伸，偏心距为e。在试件两侧面的a点和b点处分别沿试件纵向粘贴应变片Ra和Rb ,则：
εa =εp +εM +εt
εb =εp -εM +εt
式中： εp——轴力P产生的应变
εM——弯距M产生的应变
εt——温度t产生的应变
通过不同的组桥方式即可将式中的εp+εM、εp及εM值分离出来，进一步求得*大正应变maxε，弹性模量E和偏心距e值。
思考题
1．材料在单向偏心拉伸时，分别有哪些内力存在。
2．用不同的组桥方式测εP时，哪种方式测量精度高。 11
实验七 弯扭组合试验
一． 实验目的
1． 用电测法测定平面应力状态下一点处的主应力大小和主平面的方位；
2． 测定弯扭组合变形杆件中，分别由弯矩和扭矩引起的应变，并确定该截面上弯矩、扭矩的数值；
3． 学习电阻应变花的应用。
二． 实验仪器和设备
1． 微机控制电子试验机；
2． 电阻应变仪 ；
三． 试验装置
弯扭组合试验装置如图所示，中碳钢材料屈服极限sσ＝360MPa，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.28。
实验装置图
四． 实验原理
圆轴试件的一端固定，另一端通过一拐臂（l1＝150mm）承受集中荷载P，圆轴处于弯扭组合变形状态，在轴某一横截面A－B(l2＝150mm)的上、下两点沿0°和±45°方向贴电阻应变片。
本次实验采用三轴直角应变花，沿θa＝－45°、θb＝0°、θc＝+45°粘贴，测得以上三个方向的线应变值，根据材料力学公式：12
αγαεεεεεα2sin22cos22xyyxyx+−++= （1）
可求得εx、εy、γxy。
再根据广义虎克定律、主应力计算公式和主平面方位角计算公式，即可得到某点处主应力的大小和主平面的方位。
构件受弯矩M和扭矩MT作用，其表面的任一点皆为平面应力状态。
任一截面弯矩、扭矩的测试方法如下：
弯矩测量
以某截面上应力*大的上点或下点作为测量点。因为轴向应力бx由弯矩M引起，故应利用沿X方向的应变片，由于
бx＝EεX＝M／WZ
故 M＝EWZε0
式中ε0的测量可用1/4桥接法，也可采用半桥接法。
扭矩测量
剪应力τxy是扭矩MT引起的，MT应通过τxy来测量。由式(1)可知γxy与ε±45°有关，故测MT时应利用沿±45°方向的应变片。
γxy的测量可按半桥或全桥组桥。
五、思考题
如果要求一次加载同时测出作用在A-B截面上的弯矩和扭距，如何实现。
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**部分 演示实验
实验八 薄壁圆筒压缩失稳演示实验
一、实验目的：
1、观察薄壁圆筒受压时变形特点；
2、分析薄壁圆筒受压破坏的原因，加深对稳定性问题的认识。
二、实验设备：
1、微机控制电液伺服试验机；
三、实验课安排：
实验课采用教师现场演示、讲解与学生参观、讨论相结合的讲授办法，使学生了解试件的不同破坏特点，激发学生对力学学科的兴趣。
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实验九 光弹性演示实验
一、实验目的：
1、参观平面光弹性实验装置，观察纯弯梁的应力场及带孔拉伸试件的孔边应力场；
2、参观近代光学测试装置，用焦散线法测裂纹**应力强度因子；
3、通过三组演示实验，直观了解光测法的基本原理及特点，并加深对局部应力的认识。
二、实验设备：
1、409-2型光弹仪；
2、激光光源；
3、傅立叶光学镜片；
4、图像采集系统。
三、实验课安排：
实验课采用教师现场演示、讲解与学生参观、讨论相结合的讲授办法，使学生了解不同的实验测试方法。
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实验十 疲劳演示实验
一、实验目的：
1、参观疲劳实验设备；
2、了解疲劳载荷的特点；
3、了解疲劳强度和疲劳特性曲线的测定方法；
4、观察金属材料在交变载荷作用下的破坏特点。
二、实验设备：
1、悬臂式疲劳试验机；
2、纯弯疲劳试验机；
3、高频疲劳试验机。
三、实验课安排：
实验课采用教师现场演示、讲解与学生参观、讨论相结合的讲授办法，使学生了解试件在动载荷作用下的力学行为特点，观察疲劳破坏试件断口，认识动载荷与静载荷对构件的不同作用效果。
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实验十一 主动控制阻尼减缓演示实验
一、实验目的：
1、参观主动控制阻尼减缓系统实验装置；
2、了解梁的长度对梁振动模态的影响；
3、了解利用智能材料控制梁振动的方法及其应用。
二、实验设备：
1、表面贴有压电陶瓷的不同长度悬臂梁装置两个；
2、控制箱；
3、数据采集系统。
三、实验课安排：
实验课采用教师现场演示、讲解与学生参观、讨论相结合的讲授办法，使学生了解梁振动的特点以及智能材料的应用。
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第三部分 综合性实验
实验十二 薄壁复合梁实验
一、实验内容
薄壁复合梁的实验应力与变形分析：
学生可以自行选择两种材料的组合形式：搭接、搭接加润滑油、胶接加铆接等。自己提出实验目的和实验内容、拟定实验方案，独立实验，独立查阅参考文献和分析实验结果。如果对实验结果不满意，在分析原因和制定新的实验方案后，可以多次进行实验。教师应学生要求，在实验过程中参与讨论，进行必要的指导。
鼓励学生探讨与材料力学理论公式不相符的实验结果，对材料力学的力学模型，理论公式的精度及适用范围结合实验结果进行分析评价，鼓励学生提出自己的见解，对具体的问题提出改进方案。
二、实验设备与试件：
1、微控电子实验机；
2、电阻应变仪与相应的配套设备；
2、铝合金薄壁矩形截面型材（开口和闭口两种），中碳钢板条；
3、上述两种型材的复合梁（胶接加铆接）。
铝合金型材
钢板型材
三、实验时间
课内时间一般为４～６学时，**次课集中上，以后约定时间（开放实验室）。
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四、考核方式
学生提交试验小论文一篇。教师根据学生的实验能力、小论文的深度进行评分。注重学生的动手能力，注重独立见解。
五、参考文献
原则上自行查找，下属文献仅作举例。
【1】 单辉祖．材料力学Ⅰ、Ⅱ．北京：高等教育出版社，1999．
深入阅读梁应力分析，薄壁件分析等内容，领会“实验观测——假设——理论推导"的研究技术路线。
【2】 于学进，李文泉．力学在比萨斜塔纠偏中的应用．力学与实践．2001，23（6）：71-72．
了解解决实际工程难题“问题——分析和方案——失败——再研究——失败或部分成功⋯——成功"的艰难过程。
【3】蒋持平．材料力学教学中的科学思维方式培养．力学与实践，2001，23（3）：52．小问题329，考虑力学建模的多样性与精度
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