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工程力学实验大全
目录
实验一 金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 2
实验二 金属材料的压缩试验 6
实验三 复合材料拉伸实验 9
实验四 金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定 14
实验五 电阻应变片的粘贴技术及测试的桥路变换实验 18
实验六 弯曲正应力电测实验 21
实验七 叠（组）合梁弯曲的应力分析实验 24
实验八 弯扭组合变形的主应力测定 28
实验九 偏心拉伸实验 32
实验十 偏心压缩实验 35
实验十一 组合结构应力测试实验 38
实验十二 金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验 40
实验十三 冲击实验 43
实验十四 压杆稳定实验 47
实验十五 组合压杆的稳定性分析实验 50
实验十六 光弹性实验 53
实验十七 单转子动力学实验 59
实验十八 单自由度系统固有频率和阻尼比的测定 64
实验一 金属材料的拉伸及弹性模量测定试验
一、实验目的与要求
1．观察低碳钢和铸铁在拉伸试验中的各种现象。
2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F―Δl曲线)。
3．测定低碳钢的拉伸屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ、断面收缩率δ和铸铁的抗拉强度σb。
4．测定低碳钢的弹性模量E。
5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。
6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。
二、实验设备和仪器
1．微机控制电子万能试验机。
2．电子式引伸计。
3．游标卡尺。
4．钢尺。
三、实验原理与方法
金属材料的屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ和断面收缩率δ是由拉伸试验测定的。试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。这样可以避免因试样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：d0为试样直径，l0为试样的标距，并且短比例试样要求l0=5d0。国家标准中还规定了其他形状截面的试样，可适用于从不同的型材和构件上制备试样。
图 1-1
金属拉伸试验应遵照国家标准(GB/T 228-2002)在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F―Δl曲线)，如图1-2所示。
图 1-2
低碳钢试样的拉伸曲线(图1-2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、局部变形阶段。如果在强化阶段卸载，F―Δl曲线会从卸载点开始向下绘出平行于初始加载弹性阶段直线的一条斜直线，表明它服从弹性规律。如若重新加载，F―Δl曲线将沿此斜直线重新回到卸载点，并从卸载点接续原强化阶段曲线继续向前绘制。此种经过冷拉伸使弹性阶段加长、弹性极限提高，塑性下降的现象，工程中称为冷作硬化现象。
铸铁试样的拉伸曲线(图1-2b)比较简单，既没有明显的直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试样就突然断裂，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。与电子万能试验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试样的屈服载荷Fs。、最大载荷Fb和铸铁试样的最大载荷Fb。
取下试样测量试样断后最小直径d1和断后标距l1，由下述公式
， ， ，
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。如若实验前将试样的初始直径d0，初始标距长度l0等数据输入微型计算机，微型计算机可绘出应力-应变(σ-ε)曲线，并在实验结束后给出该材料的屈服点σs和抗拉强度σb。
应当指出，上述所测定的力学性能均为名义值，工程应用较为方便，称为工程应力和工程应变。由于试样受力后其直径和长度都随载荷变化而改变，真实应力和真实应变须用试样瞬时截面积和瞬时标距长度进行计算。注意到试样在屈服前，其直径和标距变化很小，真应力和真应变与工程应力和工程应变差别不大。试样屈服以后，其直径和标距都有较大的改变，此时的真应力和真应变与工程应力和工程应变会有较大的差别。
低碳钢的弹性模量E由以下公式计算：
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．分别测量两种试样的初始直径d0和初始标距长度l0：在试样标距段的两端和中间三处测量试样直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。三处直径的最小值取作试样的初始直径d0。用扎规和钢板尺测量低碳钢试样的初始标距长度l0。
2．熟悉微机控制电子万能试验机的操作方法，，并开启控制器电源。
3．在试验机上装夹低碳钢试样：先用上夹头卡紧试样一端，然后提升试验机活动横梁，使试样下端缓慢插入下夹头的V形卡