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10工程力学实验指导书初稿

10工程力学实验指导书初稿
10工程力学实验指导书初稿

《理论力学》实验部分

实验一:单自由度系统自由振动(无阻尼)

一、实验目的

1. 记录小阻尼情况下衰减振动的时间――位移曲线,了解阻尼对自由振动的影响。

2. 测量并计算单自由度系统的对数减缩率δ、阻尼系数n 和阻尼比ζ测量系统的固有频率。

3.了解振动实验仪器。 二、实验装置框图和实验原理

1.实验框图

图1 单自由度自由衰减振动实验框图

2.实验原理

把质量与钢尺组成的系统视为单自由度系统,在给予一定的初始扰动以后使之产生衰减振动,衰减振动信号经加速度传感器拾振,再经过电荷放大器和信号采集硬件采集后,送入计算机进行显示、记录,并由打印机打印波形和结果。

(1) 单自由度系统在小阻尼下的振动是衰减振动,位移随时间的变化规律为

sin()Nt d X Ae t ωθ-=+,时间――位移曲线如后图所示。 利用该曲线可以求出对数

减缩率 δ、阻尼系数n 和阻尼比 ζ 对数减缩率为1ln i i A A δ+=,或1

ln i i m

A m A δ+=(m 为间隔 m 周期)。 (2) 阻尼系数d d

n f T δ

δ=

=。

(3) 阻尼比

2(2)2d nT δ

ζδπζπ=

==≈。

图2自由衰减振动的加速度波形

(4) 加速度随时间的变化规律sin()nt d X A e t αωβ-=+ ,除初相位、幅值不同外,衰减规律与时间――位移曲线相同。由时间――加速度曲线按相同的方法,也可测量系统的固

有频率和阻尼比。 三、实验仪器

实验模型;加速度传感器;电荷放大器;信号采集箱和振动信号处理软件;计算机和打印机。 四、实验步骤

1. 打开电源总开关;

2. 依次打开电荷放大器、信号采集箱、计算机和打印机电源开关;

3. 启动振动信号采集系统,设置采集硬件参数,并设采集方式为触发采集;

4. 给实验模型一个初始的位移干扰,使其作自由衰减振动;

5. 由采集硬件和软件记录自由衰减振动的加速度波形,参看图2。

五、实验数据及结果

1.自由衰减振动曲线 (附测试图) 。

2.实验数据与计算结果。

A i (mm) A i+m

(mm)

m

F d

(Hz)

2

δ

ζ

π

=

3.判读系统的固有频率f测 = Hz。

4.请你给出本实验的方法在工程实际中的应用实例。

六、实验要求

1.记录实验数据及受迫振动曲线,并让老师检查。

2.实验报告中必须达到实验报告基本要求,具备基本的数据表格和曲线图,认真做

好实验报告。

3.认真完成实验,注意实验安全事项。

实验二:单自由度系统自由振动(有阻尼)

一、实验目的

3. 记录小阻尼情况下衰减振动的时间――位移曲线,了解阻尼对自由振动的影响。

4. 测量并计算单自由度系统的对数减缩率δ、阻尼系数n 和阻尼比ζ测量系统的固有频率。

3.了解振动实验仪器。 二、实验装置框图和实验原理

1.实验框图

图1 单自由度自由衰减振动实验框图

2.实验原理

把质量与钢尺组成的系统视为单自由度系统,在给予一定的初始扰动以后使之产生衰减振动,衰减振动信号经加速度传感器拾振,再经过电荷放大器和信号采集硬件采集后,送入计算机进行显示、记录,并由打印机打印波形和结果。

(4) 单自由度系统在小阻尼下的振动是衰减振动,位移随时间的变化规律为

sin()Nt d X Ae t ωθ-=+,时间――位移曲线如后图所示。 利用该曲线可以求出对数

减缩率 δ、阻尼系数n 和阻尼比 ζ 对数减缩率为1ln i i A A δ+=,或1

ln i i m

A m A δ+=(m 为间隔 m 周期)。 (5) 阻尼系数d d

n f T δ

δ=

=。

(6) 阻尼比

2(2)2d nT δ

ζδπζπ=

==≈。

图2自由衰减振动的加速度波形

(4) 加速度随时间的变化规律sin()nt d X A e t αωβ-=+ ,除初相位、幅值不同外,衰减规律与时间――位移曲线相同。由时间――加速度曲线按相同的方法,也可测量系统的固

有频率和阻尼比。 三、实验仪器

实验模型;加速度传感器;电荷放大器;信号采集箱和振动信号处理软件;计算机和打印机。 四、实验步骤

6. 打开电源总开关;

7. 依次打开电荷放大器、信号采集箱、计算机和打印机电源开关;

8. 启动振动信号采集系统,设置采集硬件参数,并设采集方式为触发采集; 9. 给实验模型一个初始的位移干扰,使其作自由衰减振动; 10. 由采集硬件和软件记录自由衰减振动的加速度波形,参看图2。

五、实验数据及结果

5.自由衰减振动曲线 (附测试图) 。

6.实验数据与计算结果。

A i (mm) A i+m

(mm)

m

F d

(Hz)

2

δ

ζ

π

=

7.判读系统的固有频率f测 = Hz。

8.请你给出本实验的方法在工程实际中的应用实例。

六、实验要求

4.记录实验数据及受迫振动曲线,并让老师检查。

5.实验报告中必须达到实验报告基本要求,具备基本的数据表格和曲线图,认真做

好实验报告。

6.认真完成实验,注意实验安全事项。

实验三:单自由度系统受迫振动

一、实验目的

1.了解干扰力频率对振幅的影响,观察共振现象。

2.掌握受迫振动系统幅――频响应曲线、固有频率和阻尼的测量方法。

3.了解电磁振动台的工作原理。

二、实验装置框图和原理概述

1.实验框图

图3单自由度系统受迫振动实验模型

2.实验原理

(1) 给振动系统以简谐形式的位移干扰,使之产生受迫振动,受迫振动微分方程的标准形式为:

稳态受迫振动的响应为:

式中:,

(2) 稳态受迫振动的加速度响应为:

加速度振幅:

本实验中,激振力的频率f由信号发生器提供,振动块的响应由加速度传感器拾振,经放大器放大,由计算机测量响应的大小。调节激振频率,测量相应的响应值,画出幅――频响应曲线。根据幅频响应曲线和共振时的响应曲线,可求得系统共振频率,也可根据幅――频响应曲线,按半功率点法,计算系统的阻尼(见注)。

三、实验仪器

实验模型;加速度传感器;电荷放大器;信号采集箱和振动信号处理软件;计算机和打印机;信号源、功率放大器和振动台。

四、实验步骤

(一) 幅――频响应曲线测量

1.打开电源总开关;

2.把信号源输出信号旋钮和功率放大器功率信号输出旋钮置于最小位置;

3.依次打开振动台励磁电源、信号源、功率放大器、电荷放大器、信号采集

箱、计算机和打印机的电源开关;

4.启动振动信号采集系统,设置采集硬件参数,并设置采集方式为自由采集;

5.把信号源输出信号旋钮和功率放大器功率信号输出旋钮置于合适位置;

6.按实验要求改变信号源频率,每改变一次信号源频率,对应测量一个加速

度传感器信号的输出有效值;

7.根据步骤6的数据绘制实验模型的幅――频响应曲线。

(二) 确定模型的共振频率

1.启动振动信号采集系统,设置采集硬件参数,并设置采集方式为自由采集;

2.把信号源输出信号旋钮和功率放大器功率信号输出旋钮置于合适位置;

3.小步进改变信号源频率,每改变一次信号源频率,对应测量一个加速度传

感器信号的输出有效值, 直到寻找出加速度传感器输出的信号有效值为

最大时为止,则该频率值就近似为模型的共振频率;

4.在共振状态下,记录加速度传感器输出的信号波形;

5.确定模型的共振频率也可以根据幅—频响应曲线测量结果进行。

五、实验数据及结果

1. 加速度幅――频响应曲线数据记录表。

激振频率f(Hz)8 10 10.5 11 11.5 12 13 14 15 16 响应值(mv)

2. 幅――频响应曲线。

3. 共振时的振动时域曲线。

注:由受迫振动的幅――频响应曲线求阻尼比,可用半功率点法,其公式为:

图4幅―频响应曲线

4.判读系统固有频率

(1)由幅――频响应曲线判读固有频率f= Hz。

(2)由幅――频响应曲线求系统的阻尼比δ = 。

5. 试将固有频率的理论值与上述各测量结果进行比较,并分析产生误差的原因。

6. 请你给出本实验的方法在工程实际中的应用实例。

注:实验模型的固有频率由以下公式计算:

式中:

m = g,E = ;b = ,h = ;L = ,J = ;f n= Hz 。

六、实验要求

1.记录实验数据及受迫振动曲线,并让老师检查。

2.实验报告中必须达到实验报告基本要求,具备基本的数据表格和曲线图,认真做

好实验报告。

3.认真完成实验,注意实验安全事项。

实验四:悬臂梁振动表演

一、实验目的

1. 通过实验观察多自由度系统共振特点与振型,扩展思维响。

2. 掌握测量固有频率和振型的基本方法。

3. 利用实验方法实测悬臂梁一阶至三阶振型及其对应的固有频率和节点位置。

二、实验装置框图和原理概述

1.实验框图

图8悬臂梁振动实验框图

2.悬臂钢尺有关参数

长L = ,宽b = ,厚h = ,弹性模量E = ,

单位体积质量γ = 7.8g/cm3。

3.实验原理

悬臂梁为无穷多个自由度系统(弹性梁),理论上有无穷多个固有频率。当固定端作位移激振时,梁产生振动,当激振频率与梁的某个固有频率相同时,梁便发生共振,并呈现特定的振型。梁有无穷多个共振频率,也就有无穷多个振型。

三、实验仪器

实验模型;信号源、功率放大器和振动台。

四、实验步骤

1.打开电源总开关;

2.把信号源输出信号旋钮和功率放大器功率信号输出旋钮置于最小位置;

3.依次打开振动台励磁电源、信号源、功率放大器;

4.把信号源输出信号旋钮和功率放大器功率信号输出旋钮置于合适位置;

5.逐渐改变振动台的频率(慢扫描),寻找梁的共振状态,观察梁共振时的振型、节点,

记录梁共振时的频率、节点位置,并绘制振型曲线。

五、实验数据及结果

1.记录梁共振时的频率、节点位置,并绘制振型曲线。

2.梁的共振频率的理论计算公式:

L—梁长,F—截面面积,γ—单位体积质量,a n—振动常数

3.实验小结

六、实验要求

1.记录实验数据,并让老师检查。

2.实验报告中必须达到实验报告基本要求,具备基本的数据表格和曲线图,认真做好实验报告。

3.认真完成实验,注意实验安全事项。

《材料力学》实验部分

实验一 拉伸与压缩实验

(一)拉伸实验

拉伸试验是目前应用最为广泛的强度试验,它提供机械制造、冶金及其他各种工业部门可靠的材料强度数据。便于合理的使用材料,保证机器(结构物)及其零件(杆件)的强度。

拉伸试验能显示出金属材料在弹性变形时应力与应变的情况以及材料的某些机械性能。

一. 实验目的

1.了解万能试验机的构造原理,并掌握万能试验机的操作方法和安全注意事项。

2.测定低碳钢的屈服极限s σ,强度极限b σ,延伸率δ和截面收缩率ψ。

3.测定铸铁的强度极限b σ。

4.观察拉伸过程中的各种现象,并绘制拉伸图。

5.比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)机械性质的特点。

二. 设备及工具

1. 万能试验机

2.游标卡尺

三. 试样

拉伸试样:按国家标准,采用圆截面比例试样,试样分为长标距0010l d =和短标距

005l d =两种(如下图1.1所示)

拉伸试样图1.1

四. 原理

材料的机械性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸试验来确定的。为此应首先用测试材

料制备试件。

试件可制成圆形或矩形截面。试件中段用于测量拉伸变形,此段的长度0l 称为“标距”。两端较粗的部分是头部,为装入试验机夹头中传递拉力之用。

试验表明,试件的尺寸和形状对试验结果具有一定的影响。为了避免这种影响和便于各种材料机械性质的数值能互相比较,所以对试件的尺寸和形状,国家定出统一规定。根据国家标准GB228-76,拉力试件分为比例试件和非比例试件两种,比例试件是指标距长度与横截面面积间具有下列关系的试件:

0l =式中系数通常为5.65和11.3,前者称为短试件,后者称为长试件。因此,直径为0d 的短、长圆形试件的标距长度0l 分别等于50d 和100d 。非比例试件不具备上述关系。 试验时,利用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢和铸铁的拉伸图,应当指出,绘图器所绘出的拉伸变形l ?主要是整个试件(不只是标距部分)的伸长,还包括机器本身的弹性变形和实践在夹头中的滑动因素。实践开始受力时,头部在夹头内的滑动较大,故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

对于低碳钢,屈服阶段常呈锯齿形。上屈服点'B 受变形速度和试件形式等因素的影响较大,而下屈服点B 则比较稳定,故工程上均以点B 对应的荷载作为材料屈服时的荷载s P 。确定屈服载荷s P 时,必须注意观察读数盘上测力指针的转动情况,一般规定测力指针回转后所指示的最小载荷为屈服载荷s P 。 试件拉伸达到最大载荷b P 以前,在标距范围内的变形是均匀的。最初在对试件加载时,测力指针随载荷的增加向前转动,同时它又推动随动指针前进。当达到最大载荷b P 时,测力指针开始后退,而随动指针则停留在载荷最大值的刻度上,给出的读数即为最大载荷b P 。

铸铁试件在承受拉力变形极小时,就达到最大载荷而突然发生断裂。它没有屈服和颈缩现象。其强度极限远小于低碳钢的强度极限。

低碳钢拉伸图1.2 铸铁拉伸图1.3

五. 实验步骤 低碳钢试件

1. 试件准备

为了便于观察标距范围内沿轴向的变形情况,用划线机在标距0l 范围内每隔10毫米

或每隔5毫米刻划一根圆周线,将标距分成十格。

用游标卡尺测量标距两端及中间这三个横截面内沿互相垂直的两个直径方向各测量一次取平均值。用所测得的三个平均值中最小的值计算试件的横截面面积0A 。计算0A 时取三位有效数字。 2. 试验机准备

根据低碳钢的强度极限b σ和横截面面积0A 估计试件的最大载荷。根据最大载荷的大小,选择合适的测力度盘。

调整测力指针,对准“零”点,并使随动指针与之靠拢。同时调整好自动绘图器。

3. 安装试件

先将试件安装在试验机的上夹头内,再移动下夹头使其达到适当位置,并把试件下端夹紧。 4. 检查及试车

在严格完成以上步骤的情况下,然后开动试验机,预加少量载荷后,卸载回“零”点,以检查试验机工作是否正常。 5. 进行试验

开动试验机使之缓慢匀速加载。注意观察测力指针的转动、自动绘图情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时说明材料开始屈服,记录屈服载荷s P 。试件断裂后停车,由随动指针读出最大载荷b P ,并记录下来。

取下试件。将断裂试件的两端对齐并尽量靠紧,用游标卡尺测量断裂后标距段的长度1l ;测量两段断口处的直径1d ,应在每一断口处沿两个互相垂直方向各测量1d 一次,计算其平均值,取其中最小者计算断口处最小横截面面积1A 。

铸铁试件

1. 试件准备

用游标卡尺测量试件两端及中间这三处横截面直径,取其中均值最小者计算试件的横截面面积0A 。 2. 试验机准备(同前)。 3. 安装试件(同前)。 4. 检查(同前)。勿需试车。 5. 进行试验

开动试验机,并使自动绘图器工作,直至试件断裂为止。停车。记录最大载荷。 6. 结束工作

取下试件和绘好的拉伸曲线图纸。 请教师检查试验记录。 将试验机的一切机构复原。

清理试验现场,将借用的仪器归回原处。 试验数据一律用表格形式记录。

六. 试验结果的处理

1. 根据屈服载荷s P 及最大载荷b P 计算屈服极限s σ及强度极限b σ

0s s P A σ=

= M P a

;0

b b P

A σ== MPa

2. 根据试件前、后的标距段长度及横截面面积计算延伸率δ及截面收缩ψ

100l l l δ-=

×100%;01

A A A ψ-=×100% 若断口不在标距长度中部三分之一区段内(如下图1.4),需采用断口移中的办法(即

借计算法将断口移至中间),以计算试件拉断后的标距长度1l 。采用断口移中法时,试验前要将试件标距等分为十个格(a )图。试验后将拉断的试件断口对紧,如下图。以断口O 为起点,在长段上取基本等于短段的格数得B 点。当长段所余格数为偶数时(b )图,然后量取长段所余格数的一半得出C 点,将BC 段长度移到试件左端,则移位后的1l 为:1l =AB+2BC 。在长段上取基本等于短段格数得B 点后,当长段所余格数为奇数时(c )图,可在长度上量取长段所余格减一之半得出C 点,再量取所余格数加一之半得出1C 点 ,则移位后的1l 为:1l =AB+BC+1BC

图1.4

当断口非常靠近试件两端,而其与头部的距离等于或小于直径0d 的两倍时,试验结果无效,必须重做。 3. 试验结果分析

七. 注意事项

1. 参见万能试验机操作注意事项。

2. 试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短的现象。

3. 试验时听见异声或发生任何故障,应立即停车。

八. 思考题

1. 试比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)的拉伸机械性质。

2. 试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。

3. 什么叫比例试件,它应满足什么要求?

拉伸试验记录

(一)使用设备及量具:

万能试验机:型号: 使用量程: 游标卡尺:精度 (二)低炭钢拉伸试验:

2、屈服载荷Ps=

kN 最大载荷P b = kN 3、试样拉断后尺寸: 注:断口不在标距L 0中部1/3区段内,需用断口移中法计算L 1

4、试验结果计算: 屈服极限: 1

s P A σ== 强度极限: b

s P A σ== 延伸率: 10

100

100%L L L δ-=

?= 截面收缩率: 01100

100%A A

A ψ-=?=

试验立断最大载荷 P b = kN 计算极限强度b σ=

拉伸图(低碳钢材料)

△L

拉伸图(铸铁材料)

△L

P P

(二 ) 压缩试验 一. 试验目的

1. 测定低碳钢压缩时的屈服极限s σ。

2. 测定铸铁在压缩时的抗压强度b σ。

3. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象。

二. 设备及工具

1. 压力机或万能试验机。

2. 游标卡尺。

三. 试样

试件加工须按《金属压缩试验方法》GB7314-87)的有关要求进行,取试件高度 0h =(2.5~3.5)0d ,如下图所示。试件两端面必须平行且与轴线垂直,以保证试件承受轴向压力。

压缩试件图1.5

四. 试验原理

当试件承受压缩时,其上下两端面与试验机支承垫之间存在很大的摩擦力,

这些摩擦力阻碍试件上部和下部的横向变形。若在试件两端面涂以润滑油,就可以减小摩擦力,试件的抗压能力就会降低。可见,压缩试验是有条件的。在相同的试验条件下,才能对不同材料的压缩性能进行比较。实验时,利用自动绘图装置绘出类似低碳钢拉伸时的荷载-变形曲线(p F l -?图),如下图1.6所示:

低碳钢压缩图1.6(a ) 铸铁压缩图1.6(b )

从低碳钢的压缩图可以看出,低碳钢的压缩曲线有明显的弹性直线段和强化段,两段之间有拐点,该点对应的荷载即为屈服荷载ps F 。其屈服极限为:

A F PS S =

σ

工程力学实验指导书(建环)

工程力学实验指导书(建环、给排水、包装工程) 2016年 9月

目录 实验一金属材料的拉伸实验 (2) 实验二金属材料的压缩实验 (5) 实验三弯曲正应力电测实验 (8)

实验一金属材料的拉伸实验 一、实验目的和要求 1、 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ;强度极限b σ,伸长率δ和截面收缩率φ 3、测定铸铁的强度极限b σ。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验装置和原理 实验仪器设备: CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。 试件制备: 实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成,如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸和形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:d 0为试件直径,L 0为试件的标距,并且短比例试件要求L 0=5d 0。 图1-1 实验原理: 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌粗糙。抗拉强度σb 较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 。、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。

兰大网院工程力学测试题及答案

1.梁横截面上的内力,通常()。 ?只有剪力FS ?只有弯矩M ?既有剪力FS,又有弯矩M ?只有轴力FN 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??既有剪力FS,又有弯矩M? 2.下列正确的说法是。() ?工程力学中,将物体抽象为刚体 ?工程力学中,将物体抽象为变形体 ?工程力学中,研究外效应时,将物体抽象为刚体,而研究内效应时,则抽象为变形体 ?以上说法都不正确。 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??以上说法都不正确。? 3.单元体各个面上共有9个应力分量。其中,独立的应力分量有()个。 ?9 ?3 ?6 ?4 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??6? 4.静不定系统中,未知力的数目达4个,所能列出的静力方程有3个,则系统静不定次数是()。?1次 ?3次 ?4次 ?12次 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??1次? 5.任意图形,若对某一对正交坐标轴的惯性积为零,则这一对坐标轴一定是该图形的()。 ?形心轴 ?主惯性轴

本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??主惯性轴? 6.空间力系作用下的止推轴承共有()约束力。 ?二个 ?三个 ?四个 ?六个 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??三个? 7.若在强度计算和稳定性计算中取相同的安全系数,则在下列说法中,()是正确的。?满足强度条件的压杆一定满足稳定性条件 ?满足稳定性条件的压杆一定满足强度条件 ?满足稳定性条件的压杆不一定满足强度条件 ?不满足稳定性条件的压杆不一定满足强度条件 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??满足稳定性条件的压杆一定满足强度条件? 8.有集中力偶作用的梁,集中力偶作用处()。 ?剪力发生突变 ?弯矩发生突变 ?剪力、弯矩不受影响 ?都不对 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??弯矩发生突变? 9.下列说法正确的是() ?工程力学中我们把所有的物体都抽象化为变形体 ?在工程力学中我们把所有的物体都抽象化为刚体 ?稳定性是指结构或构件保持原有平衡状态 ?工程力学是在塑性范围内,大变形情况下研究其承截能力。 本题分值:??4.0? 用户未作答? 标准答案:??稳定性是指结构或构件保持原有平衡状态?

材力实验讲义少学时和工程力学模板

实验一材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的力学性能 预习要求: 1、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容; 2、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法; 一、实验目的 1、观察低碳钢在拉伸时的各种现象, 并测定低碳钢在拉伸时的屈 服极限 s σ, 强度极限bσ, 延伸率δ和断面收缩率; 2、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象; 3、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象; 4、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象; 5、掌握微控电子万能试验机的操作方法。 二、实验设备与仪器 1、微控电子万能试验机; 2、扭转试验机; 3、50T微控电液伺服万能试验机; 4、游标卡尺。 三、试件 试验表明, 试件的尺寸和形状对试验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能, 国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准( GB6397—86) , 将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下: 试件标距长度 L0 横截面积 A0 圆试件直径 d0 表示延伸 率的符号

比例/长短 03.11A 或10d 0 任 意 任 意 δ10 065.5A 或5d 0 任 意 任 意 δ 5 本实验的拉伸试件采用国家标准中规定的长比例试件( 图一) , 试验段直径d 0=10mm , 标距l 0=100mm.。 本实验的压缩试件采用国家标准( GB7314-87) 中规定的圆柱形试件h /d 0=2, d 0=15mm, h =30mm (图二)。 本实验的扭转试件按国家标准( GB6397-86) 制做。 四、 实验原理和方法 ( 一) 低碳钢的拉伸试验 实验时, 首先将试件安装在试验机的上、 下夹头内, 并在实验段的标记处安装引伸仪, 以测量试验段的变形。然后开动试验机, 缓慢加载, 同时, 与试验机相联的 微机会自动绘制出载荷—变形曲 线( F —l 曲线, 见图三) 或应力—应变曲线( —曲线, 见图 图h d 0 l 0 d 0 图F 图 B B D E 图C

工程力学实验指导书.

第一章绪论 §1.1 工程力学实验的内容 实验是进行科学研究的重要方法,科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的,许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此,实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化,实际构件典型化,公式推导假设化基础之上的,它的结论是否正确以及能否在工程中应用,都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度,刚度等问题时,首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂,构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据,这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此,材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容: 1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下,材料在变形、强 度等方面表现出的一些特性,如弹性极限、屈服极限(屈服强度)、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据,而它们一般要通过实验来测定。此外,材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展,各种新型合金材料、合成材料不断涌现,力学性能的测定,是研究每一中新型材料的重要任务。 2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的,例如杆件 的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围,有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式,用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。 3.实验应力分析某些情况下,例如因构件几何形状不规则,受力复杂或精确的边 界条件难以确定等,应力分析计算难于获得准确结果。这时,用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力,便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算,其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。§1.2 材料力学试验的标准、方法和要求 材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等,虽是材料的固有属性,但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境(温度、介质)等有关。为使实验结果能相互比较,国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。

工程力学讲义

静力学 静力学的基本概念 1、平衡——平衡是物体机械运动的特殊形式,是指物体相对地球处于静止或匀速直线运动状态。 2、刚体——在外界的任何作用下形状和大小都始终保持不变的物体。或者在力的作用下,任意两点间的距离保持不变的物体。 刚体是一种理想化的力学模型。 一个物体能否视为刚体,不仅取决于变形的大小,而且和问题本身的要求有关。 3、力——力是物体相互间的机械作用,其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。 1. 静力学公理 基本概念 力系——作用于同一物体或物体系上的一群力。 等效力系——对物体的作用效果相同的两个力系。 平衡力系——能使物体维持平衡的力系。 合力——在特殊情况下,能和一个力系等效 的一个力。 公理一 (二力平衡公理) 要使刚体在两个力作用下维持平衡状态,必须也只须这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。 公理二 (加减平衡力系公理) 可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力,而不改变原力系对刚体的作用。 推论 (力在刚体上的可传性) 作用于刚体的力,其作用点可以沿作用线在该刚体内前后任意移动,而不改变它对该刚体的作用。 公理三 (力平行四边形公理) 作用于物体上任一点的两个力可合成为作用于同一点的一个力,即合力。合力的矢由原两力的矢为邻边而作出的力平行四边形的对角矢来表示。 即,合力为原两力的矢量和。 矢量表达式:R= F1+F2 推论 (三力汇交定理) 当刚体在三个力作用下平衡时,设其中两力的作用线相交于某点,则第三力的作用线必定也通过这个点。 公理四 (作用和反作用公理)

任何两个物体间的相互作用的力,总是大小相等,作用线相同,但指向相反,并同时分别作用于这两个物体上。 公理五 (刚化公理) 设变形体在已知力系作用下维持平衡状态,则如将这个已变形但平衡的物体变成刚体(刚化),其平衡不受影响。 2. 力对点之矩 力矩:表示力使物体绕某点转动效应的量称为力对点之矩简称力矩。 它的大小为力F的大小与力臂d的乘积,它的正负号表示力矩在平面上的转向。 由力矩的定义可知: a 当力的作用线通过矩心时,力臂值为0,力矩值也为0. b 力沿其作用线滑移时,不会改变力对点之矩的值,因为此时并未改变力,力臂的大小及力矩的转向。 合力矩定理 平面力系的合理对平面上任一点之矩,等于所有各分力对同一点力矩的代数和。 3 力偶的性质: 1、力偶的第一性质:力偶的作用效果是使刚体发生转动,不能与一个力等效——没有合力,也不能用一个力与之平衡——只有一个反转向的力偶才能与之平衡。因此力偶和力是静力学的两个基本要素(机械作用量)。 2、力偶的第二性质:力偶对物体的转动效应,用力偶矩来度量,其大小为力偶中力F与力偶臂h的乘积。同平面力偶的等效定理 3、同一平面内的两个力偶,如果力偶矩相等,则此二力偶相等。 4、力偶可在其作用面内任意移动(或移动到另一平行平面),而不改变对刚体的作用。 5、只要力偶的转向和力偶矩的大小不变(F、h可变),则力偶对刚体的作用效应就不变, 4. 力的平移定理 力的平移定理表明,作用于刚体上的力可以平移到刚体内任意一点,但必须附加一力偶。此附加力偶的力偶矩等于原力对平移点之矩。 5. 约束和约束反力 基本概念: 1、自由体:可以任意运动(获得任意位移)的物体。 2、非自由体:不可能产生某方向的位移的物体。 3、约束:由周围物体所构成的、限制非自由体位移的条件。 4、约束反力:约束对被约束体的反作用力。 5、主动力:约束力以外的力。 几种常见约束力 (一)光滑接触面约束 性质:光滑支承面对物体的约束力,作用在接触点处,方向沿接触表面的公法线,

工程力学实验报告

实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验时间:设备编号:温度:湿度: 一、实验目的 1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢的弹性模量E。 3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限;强度极限,伸长率和截面收缩率 4、测定铸铁的强度极限。 5、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 6、了解CMT微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验设备和仪器 1.CMT微机控制电子万能实验机 2.电子式引伸计仪 3.游标卡尺 4.钢尺 三.实验原理 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。

低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌粗糙。抗拉强度σb 较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。 取下试件测量试件断后最小直径d1和断后标距 l1,由下述公式 A Fs s = σ A F b b = σ %1000 1?-= l l l δ %1000 1 0?-= A A A ψ 可计算低碳钢的拉伸屈服点σs 。、抗拉强度σb 、伸长率δ,和断面收缩率ψ;铸铁的抗拉强度σb 。 低碳钢的弹性模量E 由以下公式计算: l A Fl E ??= 00 式中ΔF 为相等的加载等级,Δl 为与ΔF 相对应的变形增量。 四、实验步骤 (1)低碳钢拉伸试验步骤

非常经典的工程力学实验指导书+题.

《工程力学》实验指导书 主编:2011年11月

目录 实验一拉伸和压缩实验 (3) 实验二梁弯曲正应力实验 (8) 实验三金属材料扭转实验 (12)

实验一 拉伸和压缩实验 拉伸实验 一、实验目的 1.观察与分析低碳钢、灰铸铁在拉伸过程中的力学现象并绘制拉伸图。 2.测定低碳钢的σs 、σb 、δ、ψ 和灰铸铁的σb 。 3.比较低碳钢与灰铸铁的机械性能。 二、实验内容 1.低碳钢拉伸实验 材料的机械性能指标σs 、σb 、δ 和ψ 由常温、静载下的轴向拉伸破坏试验测定。整个试验过程中,力与变形的关系可由拉伸图表示,被测材料试件的拉伸图由试验机自动记录显示。低碳钢的拉伸图比较典型,可分为四个阶段 : 直线阶段OA ——此阶段拉力与变形成正比,所以也称为线弹性变形阶段,A 点对应的载荷为比例极限载荷Fp ; 屈服阶段BC ——曲线常呈锯齿形,此阶段拉力的变化不大,但变形迅速增加,此段内曲线上的最高点称为上屈服点B ,,最低点称为下屈服点B ,因下屈服点B 比较稳定,工程上一般以B 点对应的力值作为屈服载荷Fs ; 强化阶段CD ——此阶段拉力增加变形也继续增加,但它们不再是线性关系,其最高点D 对应的力值为最大载荷Fb ; 颈缩阶段DE ——过了D 点,试件开始出现局部收缩(颈缩),直至试件被拉断。 图1-1为低碳钢拉伸图。 图1-1 图1-2 F

2.灰铸铁拉伸实验 对于灰铸铁,由于拉伸时的塑性变形极小,在变形很小时就达到最大载荷而突然断裂,没有明显的屈服和颈缩现象,其强度极限即为试件断裂时的名义应力。图1-2为铸铁拉伸图。 三、实验仪器、设备 1.600KN 微机屏显式液压万能试验机; 2.游标卡尺。 四、实验原理 1.根据低碳钢拉伸载荷F s 、F b 计算屈服极限σs 和强度极限σb 。 2.根据测得的灰铸铁拉伸最大载荷F b 计算强度极限σb 。 3.根据拉断前后的试件标距长度和横截面面积,计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。 %100001?-= L L L δ %1000 1 0?-=A A A ψ 五、实验步骤 (一)实验准备 1.打开计算机,双击计算机桌面上的TestExpert 图标,试验软件启动。 2.打开控制系统电源,系统进行自检后自动进入PC-CONTROL 状态。 3.软件联机并启动控制系统: (1)点击“联机”按钮.出现联机窗口,当此窗口消失证明联机成功。 (2)按下启动按钮,控制系统“ON ”灯亮后,软件操作按钮有效。 4.测量并记录试件的尺寸:在刻线长度内的两端和中部测量三个截面的直径d 0,取直径最小者为计算直径,并量取标距长度L 0。 5.调节横梁位置并安装试样。 (二)进行实验 1.设置试验条件。 2.开始试验: (1)按下“试验”按钮,试验机开始按试验程序对试件进行拉伸。仔细观 A F s s =σ0 A F b b =σ4 2 00d A ?= π

工程力学实验考试思考题

金属拉伸试验时加载速度为什么必须缓慢均匀? 为了获得更加准确的试验精度.加载时如果动作过大,则在加载的瞬间其重量是有变化的,对精度有较大的影响. 加载速度超过一定值就称为“动载荷”,此时低碳钢的“屈服”阶段变得不明显,强度极限也有所提高。所以拉伸加载时速度应缓慢:静载荷 为了看金属的疲劳曲线,缓慢均匀才看得清楚 什么是卸载规律和冷作硬化现象? 当对材料加载,使其应力超过弹性极限,材料会出现弹性应变和塑性应变。此时卸载,其弹性变形会完全恢复,但是弹性变形是不可恢复的,这部分应变被称为残余应变。 对有残余应变的材料重新加载,则其应力应变曲线沿着卸载的直线上升,可以发现其弹性极限(应力)有提高,那么它的屈服极限(强度指标)自然有提高。这种在常温下,经过塑性变形后材料强度变高,塑性降低的现象称为冷作硬化 冷作硬化在实际运用的很多特别是钢材 望采纳 低碳钢与铸铁试样扭转破坏情况有何不同,为什么? 低碳钢试件受扭转时沿横截面破坏, 此破坏是由横截面上的切应力造成 的,说明低碳钢的抗剪强度较差; 铸铁试件受扭转时沿大约45度斜截面 破坏,断口粗糙,此破坏是由斜截面 上的拉应力造成的,说明铸铁的抗拉 强度较差。 低碳钢与铸铁的抗拉抗压抗剪能力 低碳钢的拉、压强度近似相等,抗扭强度要小(大概根号3倍)。铸铁就不同了铸铁的抗压强度最大,其它要小得多。 圆截面试样拉伸试验屈服点和扭转试验屈服点有什么区别和联系? 当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服极限时,占横截面绝大部分的内层切应力任低于弹性极限,因而此时试样人变现为弹性行为,没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使截面大部分区域的切应力达到剪切屈服极限时,试样会表现出屈服极限,此时的扭矩比真实的屈服扭矩要大一些,对于破坏扭矩也会有同样的情况。 剪切弹性模量G的物理意义

工程力学

《工程力学》综合复习资料 1.已知:梁AB 与BC ,在B 处用铰链连接,A 端为固定端,C 端为可动铰链支座。 试画: 梁的分离体受力图。 2.已知:结构如图所示,受力P 。DE 为二力杆,B 为固定铰链支座,A 为可动铰链支座,C 为中间铰链连接。 试分别画出ADC 杆和BEC 杆的受力图。 3.试画出左端外伸梁的剪力图和弯矩图。(反力已求出) D E C B A P

4.已知:悬臂梁受力如图所示,横截面为矩形,高、宽关系为h=2b ,材料的许用应力〔σ〕=160MPa 。 试求:横截面的宽度b=? 5.已知:静不定结构如图所示。直杆AB 为刚性,A 处为固定铰链支座,C 、 D 处悬挂于拉杆①和②上,两杆抗拉刚度均为EA ,拉杆①长为L ,拉杆②倾斜角为α,B 处受力为P 。 试求:拉杆①和②的轴力N1 , N2 。 提示:必须先画出变形图、受力图,再写出几何条件、物理方程、补充方程和静力方程。可以不求出最后结果。 q M e =qa 2 =(11/6)qa

6.已知:一次静不定梁AB ,EI 、L 为已知,受均布力q 作用。 试求:支反座B 的反力。 提示:先画出相当系统和变形图,再写出几何条件和物理条件。 7.已知:①、②、③杆的抗拉刚度均为EA ,长L ,相距为a ,A 处受力P 。 试求:各杆轴力。 提示:此为静不定结构,先画出变形协调关系示意图及受力图,再写出几何条件、物理条件、补充方程,静立方程。 A L B q

8.已知:传动轴如图所示,C轮外力矩M c=1.2 kN m ,E轮上的紧边皮带拉力为T1,松边拉力为T2,已知 T1=2 T2,E轮直径D=40 cm ,轴的直径d=8cm,许用应力[σ]=120 Mpa 。 求:试用第三强度理论校核该轴的强度。 9.已知:梁ABC受均布力q作用,钢质压杆BD为圆截面,直径d=4 0 mm, BD杆长 L=800 mm , 两端铰链连接,稳定安全系数nst=3 , 临界应力的欧拉公式为 σcr=π2 E / λ2 ,经验公式为σcr= 304–1.12 λ, E = 2 0 0 GPa , σp=2 0 0 MPa ,σs=2 3 5 MPa 。

《工程力学》实验指导书

工程力学实验指导书力学与机械学研究所编 天津理工大学机械工程学院

2005.7 学生实验守则 1.学生应按照课程教学计划,准时上实验课,不得迟到早退。 2.实验前认真阅读实验指导书,明确实验目的、步骤、原理,预习有关的理论知识,并接受实验教师的提问和检查。 3.进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹,不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。 4.做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程,爱护仪器设备,节约使用材料,服从实验教师指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。 5.实验中要细心观察,认真记录各种试验数据。不准敷衍,不准抄袭别组数据,不得擅自离开操作岗位。 6.实验时必须注意安全,防止人身和设备事故的发生。若出现事故,应立即切断电源,及时向指导教师报告,并保护现场,不得自行处理。 7.实验完毕,应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。 8.实验后要认真完成实验报告,包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。 9.在实验过程中,由于不慎造成仪器设备、工具损坏者,应写出损坏情况报告,并接受检查,由领导根据情况进行处理。 10.凡违反操作规程,擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的,肇事者必须写出书面检查,视情节轻重和认识程度,按章程预以赔偿。

目录 引言..................................................(4)实验一金属拉伸实验....................................(5)实验二金属压缩实验.....................................(8)实验三金属(园轴)扭转试验..............................(17)

工程力学测试题(附答案)

1、如图1所示,已知重力G ,DC=CE=AC=CB=2l ;定滑轮半径为R ,动滑轮半径为r ,且R=2r=l, θ=45° 。试求:A ,E 支座的约束力及BD 杆所受的力。 1、解:选取整体研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 选取DEC 研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 2、图2示结构中,已知P=50KN ,斜杆AC 的横截面积A1=50mm2,斜杆BC 的横截面积A2=50mm2, AC 杆容许压应力[σ]=100MPa ,BC 杆容许应力[σ]=160MPa 试校核AC 、BC 杆的强度。 解:对C 点受力分析: 所以,; 对于AC 杆:, 所以强度不够; 对于BC 杆:, 所以强度不够。 3、图3传动轴上有三个齿轮,齿轮2为主动轮,齿轮1和齿轮3消耗的功率分别为和。若轴的转速为,材料为45钢,。根据强度确定轴的直径。 3、解: (1) 计算力偶距 (2) 根据强度条件计算直径 从扭矩图上可以看出,齿轮2与3 间的扭矩绝对值最大。 4、设图4示梁上的载荷q,和尺寸a 为已知,(1) 图;(3)判定最大剪力和最大弯矩。 剪力方程: 弯矩方程: AC :(). CB: () 5、图5示矩形截面简支梁,材料容许应力[σ]=10MPa ,已知b =12cm ,若采用截面高宽比为h/b =5/3,试求梁能承受的最大荷载。 解:对AB 梁受力分析 作AB 梁的弯矩图,可以看出,最大弯矩发生在梁的中点处,且 由强度条件,, 所以,。 1、解:选取整体研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 选取DEC 研究对象,受力分析如图所示,列平衡方程 解得: 2、 解:对C 点受力分析: 1 2 3 x T 155N.m

工程力学(一)知识要点

《工程力学(一)》串讲讲义 (主讲:王建省工程力学教授,Copyright 2010-2012 Prof. Wang Jianxing) 课程介绍 一、课程的设置、性质及特点 《工程力学(一)》课程,是全国高等教育自学考试机械等专业必考的一门专业课,要求掌握各种基本概念、基本理论、基本方法,包括主要的各种公式。在考试中出现的考题不难,但基本概念涉及比较广泛,学员在学习的过程中要熟练掌握各章的基本概念、公式、例题。 本课程的性质及特点: 1.一门专业基础课,且部分专科、本科专业都共同学习本课程; 2.工程力学(一)课程依据《理论力学》、《材料力学》基本内容而编写,全面介绍静力学、运动学、动力学以及材料力学。按重要性以及出题分值分布,这几部分的重要性排序依次是:材料力学、静力学、运动学、动力学。 二、教材的选用 工程力学(一)课程所选用教材是全国高等教育自学考试指定教材(机械类专业),该书由蔡怀崇、张克猛主编,机械工业出版社出版(2008年版)。 三、章节体系 依据《理论力学》、《材料力学》基本体系进行,依次是 第1篇理论力学 第1章静力学的基本概念和公理受力图 第2章平面汇交力系 第3章力矩平面力偶系 第4章平面任意力系 第5章空间力系重心 第6章点的运动 第7章刚体基本运动 第8章质点动力学基础 第9章刚体动力学基础 第10章动能定理 第2篇材料力学 第11章材料力学的基本概念 第12章轴向拉伸与压缩 第13章剪切 第14章扭转 第15章弯曲内力 第16章弯曲应力 第17章弯曲变形 第18章组合变形 第19章压杆的稳定性 第20章动载荷 第21章交变应力

考情分析 一、历年真题的分布情况 结论:在全面学习教材的基础上,掌握重点章节内容,基本概念和基本计算,根据各个章节的分数总值, 请自行给出排序结果。 二、真题结构分析 全国2010年1月自学考试工程力学(一)试题 课程代码:02159 一、单项选择题(本大题共10小题,每小题2分,共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。

工程力学实验报告

实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 实验时间:设备编号:温度:湿度: 一、实验目的 1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢的弹性模量E。 3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限;强度极限,伸长率和截面收缩率 4、测定铸铁的强度极限。 5、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 6、了解CMT微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验设备和仪器 1.CMT微机控制电子万能实验机 2.电子式引伸计仪 3.游标卡尺 4.钢尺 三.实验原理 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 1 分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈—12a)低碳钢试件的拉伸曲线

(图缩四个阶段。比较简单,既没有明显的直线段,也没有—2b)铸 铁试件的拉伸曲线(图1屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断 口与横截面重合,断口形貌粗较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型σb糙。抗拉强度和铸铁试件、最大载荷Fb电子计 算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs Fb。的最大载荷 l1,由下述公式取下试件测量试件断后最小直径d1和断后标距 A??lAFlFs????10b01%%?100????100?bs AAlA 0000,和断面收缩δσb、伸长率。可计算低碳钢的拉伸屈服点σs、抗拉强度。σbψ率;铸铁的抗拉强度由以下公式计算:低碳钢的弹 性模量E Fl?0?E l?A0相对应的变形增量。ΔΔl为与F为相等的加载等级,Δ式中F四、实验步骤 低碳钢拉伸试验步骤(1) 2 按照式样、设备的准备及测试工作,大致可以将低碳钢拉伸试验步骤归纳如下: do lo。在式样标距段的及标距首先,将式样标记标距点,测量式样直 径两端和中间3处测量式样直径,每处直径取两个相互垂直方向的平均值,do。用扎规和钢板尺处直径的最小值取作试验的初始直径做好记录。3lo测量低碳钢式样的初始标距长度。接着,安装试件。按照微机控制电子万能试验机的操作方法,运行电子万能试验机程序, 并开启控制器电源。先将有力传感器的夹具夹住式样的一端,在微型电子计算机电子万能试验机应用软件界面中执行力清零;在移动横梁,使式样的另一端缓慢插入另型卡板中,锁紧夹头,进行保护从而消除

工程力学实验指南

工程力学实验指导书 仲恺农业工程学院机电工程系 2008.1

前言 材料力学是研究工程材料力学性能和构件强度、刚度和稳定性计算理论的科学,主要任务是按照安全、适用与经济的原则,为设计各种构件(主要是杆件)提供必要的理论和计算方法以及实验研究方法。 要合理地使用材料,就必须了解材料的力学性能,各种工程材料固有的力学性质要通过相应的试验测得,这是材料力学实验的一个主要任务。 另外,材料力学的理论是以一定的简化和假设为基础。这些假设多来自实验研究,而所建立理论的正确性也必须通过实验的检验,这是材料力学实验的第二个任务。 材料力学实验的第三个任务是通过工程结构模型或直接在现场测定实际结构中的应力和变形,进行实验应力分析,为工程结构的设计和安全评估提供可靠的科学依据。 从以上所述各项任务中,不难看到材料力学实验的重要性,它与材料力学的理论部分共同构成了这门学科的两个缺一不可的环节。 学生在学习并进行材料力学实验时,应注意学习实验原理、试验方法和测试技术,逐步培养科学的工作习惯和独立分析、解决问题的能力,要善于提出问题,勤于思考,勇于创新。这样才能牢固地掌握材料力学课程的基本内容,为将来参加祖国社会主义现代化建设打下坚实的基础。 指导书中将实验内容分为“基本实验”和“选做实验”两个层次,这样既可保证实验教学的基本要求,又可根据不同的需求进行选择,以期在培养学生的综合分析能力和创新能力方面发挥重大作用。 本实验指导书中难免存在缺点和错误之处,请师生们指正,以便今后进一步修改和完善。

基本实验 1 低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1.试样在拉伸或压缩实验过程中,观察试样受力和变形两者间的相互关系,并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2.测定该试样所代表材料的P S、P b和ΔL等值。 3.对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较,对其强度指标和塑性指标进行比较。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具 电子万能试验机,引伸计、钢板尺,游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1.低碳钢的拉伸实验 在拉伸实验前,测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中,观察屈服(流动)、强化,卸载规律、颈缩、断裂等现象;绘制p——ΔL曲线如图2—1(a)所示;记录试件的屈服抗力P s和最大抗力P b。试件断裂后,测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据,计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。 7 图1—1 低碳钢拉伸图及压缩图 强度指标:

工程力学实验考试复习

第二章 一、实验技术标准 实验标准:针对给定试验对试验对象、设备、条件、方法、技术等各个环节给予具体规定的文件。一般由标准化组织制定。 二、试验方案 1、试验目的、内容,依据的标准或协议。 2、试样的要求(设计图、加工质量、数量)。 3、仪器设备的选择和标定。 4、试验的具体方法和步骤,试验出现异常时的预备方案和安全措施。 5、规划试验人员的配备、组织和协调。 6、试验经费预算和进度安排。 三、力学量及其测量设备 载荷测力仪、材料试验机 长度量具(游标卡尺、千分尺、光学显微镜) 变形引伸计 应变电测设备(应变计+应变仪) 四、试样 实验分为材料试样实验和实物模型实验 材料试样实验主要用于了解材料的力学性能;取材方式应满足相应的国家标准。 实物模型试验主要用于大型结构的设计(大坝、桥梁、核反应堆)等。模型应满足相似理论。 五、数值修约规则 一、修约的表达方式 指定修约位数的表示方法如:保留三位有效数字。保留两位小数。 指定修约间隔的表示方法 如:修约间隔为0.02。其含义是保留到小数点后两位、且是0.02的整数倍。 四舍六入五考虑, 五后非零则进一, 五后皆零看奇偶, 五前为偶则舍去, 五前为奇则进一。 例1:将下列数据修约到三位有效数据例2:将数据12.75按0.5单位修约。 三、有效数字运算法则 原则:先修约后运算 1、加减法:修约时,应按各数中末位最高者修约。 例4:求21.01,7.341,0.786的和。解:应为21.01+7.34+0.79=29.14 2、乘除法:修约时,按各数中有效数字最少者修约。

例4:求21.01,7.34,0.786的积。解:应为 21.0×7.34×0.786=121 第三章 一、变形计的基本特征 标距:指测量所使用的长度。 灵敏度:指变形计对被测变形量的感应能力,是读数与被测量值的商 。(也称为放大倍数) 量程:指被测量值的上、下限之差。 精确度:指测量结果与真值的符合程度 。用示值误差、示值变动性和示值进回程差衡量。 二、应变及其测量 1、线应变定义 若线段Δx 的变形为Δu ,则线段Dx 的平均线应变 x u x ??=ε 一点的线应变 x u x x ??=ε→?0lim 三、电阻应变计的构造 基 底—将敏感栅定位并保证敏感栅与构件之间的绝缘电阻 敏感栅—将被测构件表面应变转换成电阻变化输出 覆盖层—保护敏感栅 粘结剂—将敏感栅固结在基底和覆盖层之间 引出线—连接敏感栅与测量导线 Ks ——称为金属丝的应变灵敏系数 )21(ν++ερρ=ε=d R dR K S 在一定范围内,对特定材料和加工方法,电阻变化率与其应变之间成线性关系(如康铜等)。 四、理想的敏感栅材料特性 1、灵敏系数Ks 大,且在较大范围内保持不变。 2、电阻率高。 3、电阻温度系数小且稳定。 4、弹性极限高于被测构件弹性极限。 5、易于加工成丝或箔。 五、按敏感栅材料分类 : 康铜(Ni45%Cu55%) ——KS 高且稳定,电阻率r 高,电阻温度系数小,弹性好,加工性能好。常用于中、常温 静载及大应变测量。 镍铬合金(Ni80%Cr20%) ——高,电阻温度系数也大,疲劳寿命高。适宜动态应变测量和制作小栅长应变计。 卡玛合金(Ni74%Cr20%Al3%Fe3%)

工程力学实验指导书(五个)

工程力学实验指导书 (电测实验) 能源工程学院 二00九年三月

力学实验规则及要求 一、作好实验前的准备工作 (1)按各次实验的预习要求,认真阅读实验指导复习有关理论知识,明确实验目的,掌握实验原理,了解实验的步骤和方法。 (2)对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理,以及操作注意事项。 (3)必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。 二、严格遵守实验室的规章制度 (1)课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。 (2)未经许可,不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。 (3)作实验时,应严格按操作规程操作机器、仪器,如发生故障,应及时报告,不得擅自处理。 (4)实验结束后,应将所用机器、仪器擦拭干净,并恢复到正常状态。 三、认真做好实验 (1)接受教师对预习情况的抽查、质疑,仔细听教师对实验内容的讲解。 (2)实验时,要严肃认真、相互配合,仔细地按实验步骤、方法逐步进行。 (3)实验过程中,要密切注意观察实验现象,记录好全部所需数据,并交指导老师审阅。 四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写,培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此,要求学习者在自己动手完成实验的基础上,用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法,所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容,独立地写出实验报告,并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。

目录 第一章绪论 (1) §1-1实验的内容 (1) §1-2试验方法和要求 (1) 第二章实验设备及测试原理 (2) §2-1组合式材料力学多功能实验台 (2) §2-2电测法的基本原理 (3) 第三章材料力学电测实验 (8) 实验一材料弹性模量E的测定 (8) 实验二纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验......1 3 实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定..............1 5 实验四偏心拉伸实验 (20)

(完整版)工程力学试题库(学生用)

工程力学复习题 一、选择题 1、刚度指构件( )的能力。 A. 抵抗运动 B. 抵抗破坏 C. 抵抗变质 D. 抵抗变形 2、决定力对物体作用效果的三要素不包括( )。 A. 力的大小 B. 力的方向 C. 力的单位 D. 力的作用点 3、力矩是力的大小与( )的乘积。 A.距离 B.长度 C.力臂 D.力偶臂 4、题4图所示AB 杆的B 端受大小为F 的力作用,则杆内截面上的内力大小为( )。 A 、F B 、F/2 C 、0 D 、不能确定 5、如题5图所示,重物G 置于水平地面上,接触面间的静摩擦因数为f ,在物体上施加一力F 则最大静摩擦力最大的图是( B )。 (C) (B)(A) 题4图 题5图 6、材料破坏时的应力,称为( )。 A. 比例极限 B. 极限应力 C. 屈服极限 D. 强度极限 7、脆性材料拉伸时不会出现( )。 A. 伸长 B. 弹性变形 C. 断裂 D. 屈服现象 8、杆件被拉伸时,轴力的符号规定为正,称为( )。 A.切应力 B. 正应力 C. 拉力 D. 压力 9、下列不是应力单位的是( )。 A. Pa B. MPa C. N/m 2 D. N/m 3 10、构件承载能力的大小主要由( )方面来衡量。

A. 足够的强度 B. 足够的刚度 C. 足够的稳定性 D. 以上三项都是 11、关于力偶性质的下列说法中,表达有错误的是()。 A.力偶无合力 B.力偶对其作用面上任意点之矩均相等,与矩心位置无关 C.若力偶矩的大小和转动方向不变,可同时改变力的大小和力偶臂的长度,作用效果不变 D.改变力偶在其作用面内的位置,将改变它对物体的作用效果。 12、无论实际挤压面为何种形状,构件的计算挤压面皆应视为() A.圆柱面 B.原有形状 C.平面 D.圆平面 13、静力学中的作用与反作用公理在材料力学中()。 A.仍然适用 B.已不适用。 14、梁剪切弯曲时,其横截面上()。A A.只有正应力,无剪应力 B. 只有剪应力,无正应力 C. 既有正应力,又有剪应力 D. 既无正应力,也无剪应力 15、力的可传性原理只适用于()。 A.刚体 B. 变形体 C、刚体和变形体 16、力和物体的关系是()。 A、力不能脱离物体而独立存在 B、一般情况下力不能脱离物体而独立存在 C、力可以脱离物体 17、力矩不为零的条件是()。 A、作用力不为零 B、力的作用线不通过矩心 C、作用力和力臂均不为零 18、有A,B两杆,其材料、横截面积及所受的轴力相同,而L A=2 L B,则ΔL A和ΔL B 的关系是() A 、ΔL A=ΔL B B、ΔL A=2ΔL B C、ΔL A=(1/2)ΔL B 19、为使材料有一定的强度储备,安全系数的取值应()。 A 、=1 B、>1 C、<1 20、梁弯曲时的最大正应力在()。

工程力学实验指导书

工程力学实验指导书 (建环、给排水、包装工程) 2016年 9月

目 录 实验一 金属材料的拉伸实验 (2) 实验二 金属材料的压缩实验 (5) 实验三 弯曲正应力电测实验 (8) 实验一金属材料的拉伸实验 一、实验目的与要求 1、 观察低碳钢与铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ;强度极限b σ,伸长率δ与截面收缩率φ 3、测定铸铁的强度极限b σ。 4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。 5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理与使用方法。 二、实验装置与原理 实验仪器设备: CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。 试件制备: 实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成,如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸与形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:d 0为试件直径,L 0为试件的标距,并且短比例试件要求L 0=5d 0。 图1-1 实验原理: 试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3、0界面。试件在拉伸过程中,POWERTEST3、0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。 低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形

工程力学期末考试题及答案

一. 一. 一. 选择题(共10分) 1.(5分) 两根细长杆,直径、约束均相同,但材料不同,且E 1=2E 2则两杆临界应力的关系有四种答案: (A)(cr )1=(cr )2; (B)(cr )1=2(cr )2; (C)( cr )1=( cr )2/2; (D)( cr )1=3(cr )2。 正确答案是 。 2.(5分) 已知平面图形的形心为C ,面积为A ,对z 轴的惯性矩为I z ,则图形对z 1轴的惯性矩有四种答案: (A)I z +b 2A ; (B)I z +(a+b)2A ; (C)I z +(a 2-b 2)A ; (D)I z +(b 2-a 2)A 。 正确答案是 。 z z C z 1 a b C 二. 填空题(共10分) 1.(5分)

铆接头的连接板厚度t=d ,则铆钉剪应力 = ,挤压应力 bs = 。 P/2 t t t d P P/2 2.(5分) 试根据载荷及支座情况,写出由积分法求解时,积分常数的数目及确定积分常数的条件。 积分常数 个, 支承条件 。 A B C D P 2l l l 三.(15分) 图示结构中,①、②、③三杆材料相同,截面相同,弹性模量均为E ,杆的截面面积为A ,杆的长度如图示。横杆CD 为刚体,载荷P 作用位置如图示。求①、②、③杆所受的轴力。

C D

四.(15分) 实心轴与空心轴通过牙嵌离合器相连接,已知轴的转速n=100r/min ,传递的功率N=10KW ,[ ]=80MPa 。试确定实心轴的直径d 和空心轴的内外直径d 1和D 1。已 知=d 1/D 1=0.6。 d 1 D 1d

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