材料力学实验指导书.doc

实验一 金属材料拉伸、压缩实验  实验简介：金属材料常温、静载下的轴向拉伸与压缩试验是材料力学实验中最基本且应用广泛的实验。通过实验，可以全面测定材料的力学性能指标。这些指标对材料力学的分析计算及工程设计有极其重要的作用。本次试验将参照国家标准GB/T228-2002金属材料室温 拉伸试验方法选用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，分别进行拉伸和压缩试验。预习要求：学生在上实验课之前，必须复习课堂上讲过的有关材料在拉伸、压缩时力学性能的内容。根据上述试验目的，写出确定各个力学性能参数的计算公式，明确在试验前应测量哪些初始数据，在试验过程中需要记录哪些数据，合理列出本次试验所需的数据记录与表格，画在实验记录纸上。试验前交指导教师检查。一实验目的：1测定低碳钢下列力学性能指标：拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率；压缩时的屈服极限。2测定铸铁下列力学性能指标：拉伸时的强度极限；压缩时的强度极限。3观察上述两种材料在拉伸和压缩的全过程中所出现的各种变形现象。4比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）的力学性能特点与试件的断口情况，分析各自的破坏原因。二实验设备仪器：1电子万能材料试验机。2画线机、力传感器、位移传感器和游标卡尺等。3符合国标规定的圆形截面拉伸和压缩试件。  三实验原理 ：进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都设有自动绘图装置，用以记录试样的拉伸图即P-L曲线，形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。但是P-L曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此，拉伸图往往用名义应力-应变曲线(即-曲线)来表示： 试样的名义应力 试样的名义应变A0和L0分别代表初始条件下的面积和标距。-曲线与P-L曲线相似，但消除了几何尺寸的影响。因此，能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在-曲线上定义的。如果试验能提供一条精确的拉伸图，那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。不同性质的材料拉伸过程也不同，其-曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两种典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。低碳钢具有良好的塑性，由-曲线（如图)可以看出，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段：弹性阶段（oa）试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即 （其中，比例系数E代表直线的斜率，称作材料的弹性模量）。屈服阶段(bc)：-曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点作为材料屈服极限s ()。s是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过s，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限s作为确定许可应力的基础。从屈服阶段开始，材料的变形包含弹性和塑性两部分。如果试样表面光滑，材料杂质含量少，可以清楚地看到表面有45°方向的滑移线。强化阶段（ce)：屈服阶段结束后，-曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。如果在这一阶段卸载，弹性变形将随之消失，而塑性变形将永远保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后若重新加载，加载线仍与弹性阶段平行，但重新加载后，材料的弹性阶段加长、屈服强度明显提高，而塑性却相应下降。这种现象称作为形变强化或冷作硬化。冷作硬化是金属材料极为宝贵的性质之一。塑性变形和形变强化二者联合，是强化金属材料的重要手段。例如喷丸，挤压，冷拨等工艺，就是利用材料的冷作硬化来提高材料强度的。强化阶段的塑性变形是沿轴向均匀分布的。随塑性变形的增长，试样表面的滑移线亦愈趋明显。e点是-曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度记作b ()。对低碳钢来说b是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。颈缩阶段（ef)：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直到断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在破断的试样上。材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量，单拉时的塑性指标用断后伸长率和断面收缩率来表示。· · · · · · · · ·8070605040302010020 15 10 5 0 颈缩试样各分格的伸长 其中 L1，A1分别代表试样拉断后的标距和断口的面积。低碳钢颈缩部分的变形在总变形中占很大比重如图所示。测试断后伸长率时，颈缩局部及其影响区的塑性变形都应包含在L1之内。这就要求断口位置应在标距的中央附近。若断口落在标距之外则试验无效。工程上通常认为，材料的断后伸长率> 5%属于韧断，< 5%则属于脆断。韧断的特征是断裂前有较大的宏观塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维状组织。低碳钢断裂时有很大的塑性变形，断口为杯状周边为45°的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状，因此是一种典型的韧状断口。铸铁是典型的脆性材料，其拉伸曲线如图所示。其拉伸过程较低碳钢简单，可近似认为是经弹性阶段直接过渡到断裂。其破坏断口沿横截面方向，说明铸铁的断裂是由拉应力引起，其强度指标只有b。由拉伸曲线可见，铸铁断后伸长率甚小，所以铸铁常在没有任何预兆的情况下突然发生脆断。因此这类材料若使用不当，极易发生事故。铸铁断口与正应力方向垂直，断面平齐为闪光的结晶状组织，是典型的脆状断口。 P00（a）P（b） 不同类型材料的拉伸图L L 多数工程材料的拉伸曲线介于低碳钢和铸铁之间，常常只有两个或三个阶段如图。但强度、塑性指标的定义和测试方法基本相同。所以，通过拉伸破坏试验，分析比较低碳钢和铸铁的拉伸过程，确定其机械性能，在机械性能试验研究中具有典型意义。  低碳钢试件压缩时，在屈服前P-L关系曲线与拉伸时相似，但无明显的屈服阶段，当指针转动暂停或稍有退回时的载荷即为屈服载荷。此后，由于塑性变形试件面积随载荷增加而逐渐增大，最后试件被压成饼状而不破裂，故无法求得最大载荷及强度极限，只能测取屈服点s即： （式中：Ps屈服时的载荷；A0试件原始横截面面积）。进行压缩试验时，由于试验机装有球形承垫，球形承垫位于试件下端。当试件端面略有不平行时，球形承垫可以自动调节，使压力趋于均匀分布。为了减少试件两端面与支承座之间的摩擦力，可在试件端面涂上石墨、润滑油等。但仍不可避免地存在摩擦力而阻止试件的横向变形，以致试件被压成鼓形。 铸铁试件受压时，在很小的塑性变形下发生了破坏，如图，因此只能测出它的破坏抗力Pb由b=Pb/A0。可得铸铁的强度极限。铸铁受压呈微鼓形破坏，试件表面将出现与试件横截面成45° 50°的倾斜裂纹，这是因为铸铁受压时，实际上是先达到剪力极限而破坏。四实验步骤：1试件：采用国家标准GB228-87所规定的圆棒试件，拉伸试件如图2-1所示，其直径D和试验段L0满足L0/D=10或5。压缩试件如图2-2所示，一般规定为    图2-22测量试件尺寸：在试件标距L0范围内，用游标卡尺分别测量试件两端及中部三个横截面直径，每处在相互垂直的两个方向各测一次，取平均值为该截面直径，以三处测量结果中的最小截面的直径作为D，计算试件的横截面积。3确定标距长度L0，填入数据记录表内，在试件中间截取标距长度L0，把标距长度分为10等份并用笔画上标记，以便于当试件断裂不在中间部位时进行换算。从而求得比较准确的延伸率。4开机实验：电子材料试验机可以做拉伸、压缩、剪切、弯曲等试验，故习惯上称它为万能材料试验机，万能材料试验机有机械、液压和电子等多种类型。目前普遍采用电子材料试验机，试验机主要由加力部分和测力部分组成。电子材料试验机的构造、工作原理及操作规程介绍详见电子材料试验机指南。开机前必须认真阅读操作说明，并经过指导教师检查后方可开机进行实验。5.安装试件:根据试样长度调整试验机的上、下夹头的位置，达到适当的位置后，试件先安装在试验机的下夹头内。试样安装必须正确，试样的轴线应与上、下夹头的轴线重合，防止出现试样偏斜和夹持部分过短的现象。试验机调零后，再把试件上夹头夹紧。6.电子试验机操作流程:1）测试前的准备工作：（限位及过载保护的设置）1. 限位保护：本机配有上下机械限位保护，每一级同时配有程控和机械位置保护，当程控失效后，机械保护起作用，系统断电，当出现此情况时，说明程控限位有故障，排除故障后，方可进行测试；在试验开始测试之前，必须调整好限位紧固螺钉，程控保护有效时，十字头只能向相反方向移动。 警告! 在试验开始之前，必须调整限位位置，无误后，方可进行试验，否则有可能损坏设备。l 过载保护：超过满量程的5%时进行保护，伺服断电，同时十字头移动停止。警告！ 过载时严禁快速移动十字头，只能慢速卸载。2）开机：l 打开显示器及计算机电源开关。l 打开主机电源开关。l 按控制器上的电源按钮，若计算机控制，控制器的工作方式必须为“PC-CTRL”（单机工作为“MC-CTRL”）。l 待控制器出现计算机控制界面后，双击桌面上的“试验软件”图标。软件启动后点击主界面上的“伺服启动”按钮，之后可以进行移动横梁和试验等操作。3）试验条件输入与选择：（测试前用户必须输入与测试相关的试验参数以及试验选择，具体过程如下：）l 设置选项：选择负荷传感器（若配置两个以上）。l 设置选项：选择负荷单位、强度、长度单位。l 设置选项：选择引伸计（或X轴）处理方式。l 设置选项：选择试验类型（如拉伸、压缩等）及报告模板。l 设置选项：选择需要输出的数据项与之相应的修约间隔。l 设置选项：输入相关的规定值（若需要）。l 试样参数：根据的试样特性进行计算面积处理选择；试样尺寸、试验数量等参数输入。l 试验控制：确定过程控制阶段，并输入相关的数据，设置试验结束控制l 图形设置：依材料的力学性能指标，输入坐标轴显示最大值，最小值通常设为0，若最大值无法确定，通常设置小一些，在测试过程中自动调整大小。l 主界面：正确输入存储文件名（试验编号），系统在测试结束后自动按该编号存储数据。建议最好以年月日为字符串，以便追溯。l 装卡试件：在夹持试样（第一个试样）前必须点击负荷【调零】按钮进行负荷调零 ，以后可以不再调零。测试时伸长、位移、时间自动调零。l 选择控制方式：若为负荷控制（或应力控制），按【开始测试】按钮，开始预加载，待预加载值达到后进行以下操作。l 夹持引伸计（若使用引伸计），最好夹持在试样的中间部分。l 测试开始：等上述工作全部完成后可进行以下操作：菜单操作，除用鼠标在主界面上菜单操作外还可用键盘操作。热键:Alt+T+T 快捷键:F5；便捷按钮操作：用鼠标点击【开始测试】按钮，即可进入测试。4）结束测试：l 测试正常结束：依测试条件中的试验结束条件而定；是破坏结束，还是非断裂结束，结束后十字头是停止，还是以最高速返回到原来位置，结束后，大约等1秒钟，试验数据显示在主界面，观看其实验结果。（注：直接按<空格>键，试验正常结束，试验结果有效。）l 测试终止：由于人为因素，如试样未夹持好或引伸计忘夹持等等，此时可以在测试状态下，点击主界面工具条上【终止测试】按钮，终止测试，同时十字头停止移动。终止测试。5）关机：l 关闭主机电源。l 退出试验软件l 退出Windows：点击任务栏的【开始】按钮，点击“关闭计算机”，弹出一对话框，选择“关闭计算机”，点击【是（Y）】按钮。等计算机主机电源关闭后，关闭显示器。6）安全注意事项：材料试验涉及由于载荷高、移动速度快和贮存的能量而带来的固有危险。必须清楚，所有的可移动和可操作部件都是潜在的危险，尤其是电动机械试验系统的移动横梁。一旦认为出现危险，立刻按下“紧急停止”按钮，停止试验并切断试样系统的电源。因此，实验前要仔细阅读所有相关手册并查看所有“警告”与“注意”。确保将要在材料、组件或结构上使用的试验设置和实际试验不会对自己或他人造成危险。充分利用所有的机械和电子限位功能。这些限位可以防止作动缸活塞或移动横梁的移动超过需要的操作区域。同时为试样和设备提供保护以减少潜在的危险。五试验结果记录及数据处理：    根据力学性能指标的计算公式及试验中所测定的数据，分别计算出材料的各力学性能参数，根据试验所绘出的P-L图，画出图。对试验中的各种现象及破坏情况进行分析和比较，并写进实验报告中。    完成实验后，每个学生都要独立写出实验报告。实验报告是对所作试验的综合报告，其要求包括：用自己的语言，准确扼要的叙述实验的目的、原理、步骤和方法，记录所使用的设备和仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容。要求做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。六思考题：1. 低碳钢在拉伸过中可分为几个阶段，各阶段有何特征？2. 低碳钢和铸铁在拉伸和压缩实验中的性能和特点有什么不同？比较低碳钢与铸铁试件拉伸与压缩图的差异。比较低碳钢与铸铁试件在拉伸与压缩时的力学性能。比较低碳钢与铸铁试件在拉伸与压缩破坏时形状。比较铸铁试件在拉伸与压缩时的强度。3. 何谓“冷作硬化”现象？此现象在工程中如何运用。4. 为什么低碳钢压缩时测不出强度极限？5. 铸铁压缩时沿大约45o斜截面破坏，拉伸时沿横截面破坏，这种现象说明了什么？ （附：）实验报告格式参考一实验目的：二实验设备仪器：   三实验原理：四实验步骤：五实验数据记录及结果处理：1拉伸实验：1）实验前拉伸试件尺寸：材料名称标距mm直径D(mm)最小横截面面积A 0 (mm2 )横截面横截面横截面12平均12平均12平均碳钢铸铁2）实验数据：材料屈服载荷 p s（kN）最大载荷p b（kN）拉断后标距L 1 （mm）颈缩处直径d 1 （mm）颈缩处最小横截面积A 1 （mm2 ）碳钢铸铁3）计算结果：材料名称强 度 指 标塑 性 指 标屈服极限s（MPa）强度极限b（MPa）延伸率(%)截面收缩率 (%)碳钢铸铁4）根据试验结果绘制拉伸（-）曲线及试样断口草图。材料拉 伸 试 件 破 坏 断 口 草 图碳 钢铸 铁2压缩实验1）试件尺寸及测试结果材 料 低 碳 钢 铸 铁直 径D = mmD = mm截 面 积A0 = mm2A0 = mm2高 度h = mmh = mm屈服载荷Ps= kN最大载荷Pb = KN屈服强度ss= Ma抗压强度sb = MPa压缩试件破坏草图图  2）根据实验结果绘制压缩图（-）曲线 实验二 弯曲实验一实验目的：1. 掌握电测法测定应力的基本原理和电阻应变仪的使用。2. 验证梁的理论计算中正应力公式的正确性，以及推导该公式时所用假定的合理性。二实验设备仪器：1弯曲梁试验台2静态电阻应变仪及预调平衡箱3拉、压力传感器及数字测力仪三实验原理：1实验装置原理：梁弯曲理论的发展，一直是和实验有着密切的联系。如在纯弯曲的条件下，根据实验现象，经过判断，推理，提出了如下假设：梁变形前的横截面在变形后仍保持为平面，并且仍然垂直于变形后梁的轴线，只是绕截面内的某一轴旋转了一定角度。这就是所说的平面假设。以此假设及单向应力状态假设为基础，推导出直梁在纯弯曲时横截面上任一点的正应力公式为 式中：M-横截面上的弯矩；Iz横截面轴惯性矩；y所求应力点矩中性轴的距离。整梁弯曲试验采用矩形截面的低炭钢单跨简支梁，梁承受荷载如图纯弯曲梁、T型及工字梁的材料为45钢调质处理，长700mm、宽20mm 、高40mm、弹模E=210-200GPa、泊松比=0.28、力矩a=150mm在其长度方向上分别制成矩形截面、工字形截面和T形截面三段，每段梁的侧面沿与轴线平行的不同高度上均粘贴有单向应变片，每种截面的尺寸及应变片位置如图所示。通过材料力学多功能试验装置如图实现等量逐级加载，载荷大小由数字载荷显示仪显示。在载荷P的作用下梁发生弯曲变形，三种截面上所承受的弯矩均为：；横截面上的正应力理论计算公式为： ；矩形梁及T形、工字梁截面式中为欲求应力点到中性轴的距离。对于矩形截面和工字形截面，梁的中性轴（轴）位置均在其几何中心线上，但T形截面梁的中性轴（轴）位置不在其几何中心线上，通过计算可得T形截面的中性轴。各截面的惯性矩为矩形截面的惯性矩工字形截面的惯性矩T形截面的惯性矩其中y0为底边到中性轴的距离。将每段梁上的应变片）以1/4 桥形式分别接入应变仪的通道中，公用一个温度补偿片，组成如图所示的电桥。当梁在载荷P的作用下梁发生弯曲变形时，工作片的电阻随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变量。根据胡克定律可计算出相应的应力值。2电阻应变测量原理和方法：在实际工程中，对构件除了理论分析计算外，往往还采用实验的方法对构件或其模型进行应变、应力测量分析，这种方法称为实验应力分析。在实验应力分析的多种方法中，电阻应变片测量技术（又称应变电测法，简称电测法）是工程中最常用的应力分析方法之一。    电测法是一种非电量电测技术。测量时，用专用粘结剂将电阻应变片（简称应变片或应变计）粘贴到被测构件表面，应变片因感受测点的应变而使自身的电阻改变，电阻应变仪（简称应变仪）将应变片的电阻变化转换成电信号并放大，然后显示出应变值，再由应力、应变关系换算成应力值，达到对构件进行实验应力分析的目的。电测法主要有如下优点：    （1）灵敏度高  能测量小于（微应变=1×10-6）的微小应变；    （2）适应性强  应变片可测应变范围为12.2×105（1×10-62.2×10-1）的应变，可测应变频率为0200KHZ，能在接近绝对零度的极低温直到高于900的高温环境下工作，能在水中和核辐射环境下测量，能在转速为10000rpm和运动的构件上取得信号，还可以进行远距离遥测。    （3）精度高  在实验室常温条件下静态测量，误差可控制在1%以内；现场条件下的静态测量，误差为13%，动态测量误差在35%范围内。    （4）自动化程度高  科学技术的发展，为应变电测法提供了先进的测试仪器和数据处理系统，不仅使测试效率大为提高，也使测量误差不断降低。目前已有100点/秒的静态应变仪和对动态应变信号进行自动分析处理的系统。    （5）可测多种力学量  现已有裂纹扩展片（测量裂纹的扩展）、测温片、残余应力片等。采用应变片作敏感元件而制成的应变式传感器，可测力、压强、扭矩、位移、转角、速度和加速度等多种力学量。    当然，电测法也有局限性，只能测量构件表面有限点的应变，当测点较多时，准备工作量大。所测应变是应变片敏感栅投影面积下构件应变的平均值，对于应力集中和应变梯度很大的部位，会引起较大的误差。应变电测法所具有的独特优点，使该方法成为动态应变测量的最有效的方法，也是高温、液下和旋转、运动构件应变测量的唯一方法。现在，应变电测法在工业、农业、国防、科学研究、工程监测、航空、航天、医学、体育及日常生活中都得到广泛应用。1）电阻应变转换原理电阻应变片由物理学知，金属丝的电阻值除与其材料的性质有关外，还与金属丝的长度、横截面面积有关。若金属丝变形而使其长度和横截面面积发生变化，其电阻值亦将相应地发生变化。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝也随构件一起变形而发生电阻变化。因此，可用测量金属丝的电阻改变量的方法测定构件所产生的应变值。由于金属丝有一定的长度，而构件各点的应变往往并不相同。为能用金属丝测量一点（或接近一点）的应变，可将金属丝绕成栅状 ，如图（a）所示，并将金属丝栅粘固在纸质（胶质、金属）基底上，就称为电阻应变片（简称应变片）。电阻应变测量原理，是以电阻应变片作为传感元件，将其牢固地粘贴在构件的测点上。构件受力后，由于测点发生应变，应变片也随之变形而使应变片的电阻发生变化。再用专用仪器测得应变片的电阻变化的大小，并转换为测点的应变值。常用的应变片有丝绕式（如图a ）和箔式（如图 b ）应变片。丝绕式应变片是直径0.02-0.05mm的镍铬丝或康铜丝绕成栅状，粘固在两片基底之间，电阻丝两端用镀银铜线作引出线。箔式应片是用涂刷一层树脂基底的镍铬箔或康铜箔，经光刻腐蚀制成栅状，焊上引出线之后再覆盖上一层保护层而成。    测量应变时，将应变片粘固在构件表面待测应变处，使应变片的栅线方向与待测线应变的方向一致。设应变片变形前的电阻值为R。构件于测点处沿应变片方向的线应变为。应变片跟随构件一起变形后的电阻改变量为R。实验表明，在一定应变范围内，应变片的电阻变化率R/R与线应变成正比，即                                                                              式中，比例常数K称为应变片的灵敏系数，其值与应变片金属丝的材料、应变片的构造、制造工艺等多种因素有关。常用应变片的灵敏系数一般为2左右。具体数值由生产厂家给出。对灵敏系数K已知的应变片，只要测出由应变引起的电阻变化率R/R，就可以从测量仪器上直接读出所测点沿应变片方向的线应变。    2）电阻应变测量原理应变仪    （1）应变电桥测量应变片电阻变化率并转换为测点应变值的仪器称为电阻应变仪。电阻应变仪的测量电路是按惠斯登电桥原理设计的。如图为电阻应变仪的测量电桥。是由电阻R1、R2、R3和R4组成的四臂电桥，UAc为供桥电源电压，UBD为电桥输出电压。设流过R1、R2支路的电流为I1，流过R3、R4支路的电流为I2，则有              电桥输出电压UBD等于R1与R4两桥臂电阻电压降之差，即                                                                                                        当UBD=0时，电桥处于平衡状态。由于UAC0，所以电桥的平衡条件为或     a)全桥接法    若电桥的四个桥臂电阻都是贴在构件上的应变片，这种接桥方法称为全桥接法。设四个应变片的电阻值相等，即R1=R2=R3=R4=R，则电桥是平衡的，即满足式（3-2）。构件受力后，各桥臂电阻改变量分别为R1、R2、R3、R4。桥臂电阻改变后，电桥失去平衡，电桥的输出电压UBD不为零。根据电桥原理式（3-2），输出电压UBD为简化上式时，略去R（i=1，2，3，4，）的高次项，因R相对R来说数量很小，故化简分母时也可省略。这样在容许的非线性误差范围内得出一个线性关系式根据式，上式可写成   式中，KUAC/4为一常数因子。若应变仪的读数直接按应变值刻度，则上式成为   该式表明，应变仪读数与各测点的应变成线性关系。且相邻桥臂产生同号应变时，两应变值之间存在相减的关系；产生异号应变时，两应变值为叠加关系。相对桥臂产生同号应变时，两应变为叠加关系；产生异号应变时，两应变之间为相减关系。    b)半桥接法    若只在电桥的A、B节点间和B、C节点间接两片应变片。而A、D节点间和D、C节点间接应变仪内部的固定电阻。此时，只有半桥（R1、R2）参与应变测量，这种接电桥的方法称为半桥接法。应变仪的读数与测点应变间有关系式                                                                                 （2）温度补偿原理    用电阻应变片测量应变时，不仅构件的应变能使应变片的电阻值发生变化，环境温度的改变也会使应变片的电阻发生变化。此外，被测构件的线膨胀系数与应变片电阻丝的线膨胀系数不同时，温度变化时也会使应变片受到附加应变。一般的应变片，环境温度改变1时，所产生的温度“应变”可达几十微应变。在应变测量中，常采用温度补偿法来消除温度变化对测量结果的影响。已半桥接法为例，根据半桥接法，相邻桥臂中发生的同号应变相减的关系，在被测构件上沿待测应变方向贴一片应变片R1，称为工作片，接在电桥的一个桥臂上。将另一片相同的应变片R2贴在与构件材料相同但不受力的补偿块上，补偿块放在被测构件的附近，使它们在相同的温度场中。该应变片R2称为温度补偿片，如图所示。由于工作片与温度补偿片的温度相同，补偿块与构件的材料又相同，环境温度变化时，两片应变片中引起的温度“应变”完全相同。若工作应变片还感受构件受力后引起的工作应变，则应变仪的读数由式（3-7）表示为该式表明，应变仪读数中只反映工作应变片中感受的工作应变，消除了温度变化对测量结果的影响。    （3）电测法的一般过程    电测法的一般过程如下列框图所示：  四、实验步骤：1安装试验梁。梁的各测点应事先贴上电阻应变片（一般此工作已由实验室完成）2测量梁截面的尺寸，支点及加力点的距离。分别测量梁的各个截面尺寸、应变片位置参数及其它有关尺寸，预热应变仪和载荷显示仪。计算中性轴位置及各个截面的惯性矩。3.检查各种仪器是否连接好，按顺序将各个应变片按1/4桥接法接入应变仪的所选通道上。4.逐一将应变仪的所选通道电桥调平衡。 5.摇动多功能试验装置的加载机构，采用等量逐级加载（可取kN），每加一级载荷，分别读出各相应电阻应变片的应变值。加载应保持缓慢、均匀、平稳。可重复几遍，观察试验结果。6.将实验数据记录在实验报告的相应表格中。7.整理仪器，结束实验。五思考题：1  直梁弯曲正应力公式的意义和推导方法。2  了解电阻应变片和电阻应变仪的基本原理和多点测量的方法。（附：）实验报告要求及参考表格一实验目的：二实验设备仪器：   三实验原理：四实验步骤：五实验数据记录及结果处理：1）将各类数据（包括原始数据，实验记录数据）整理，以表格中形式列出，其中包括试件尺寸，材料弹性模量，测试记录数据等。矩形截面直梁参数 GPa， mm， mm， mm应变()载荷(kN)11点 mm22点 mm33点 mm44点 mm55点 mm读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量 N MPa MPa2）应力计算要求根据测量结果j用公式计算相应的实测应力值，并根据P和梁的几何尺寸用公式计算理论应力值并填入上表中（要求有公式及数据代入过程）。3）根据试验数据计算各测点正应力；在坐标纸上按比例绘制应力分布曲线，并与理论计算应力比较。六思考题回答。 实验三 弯扭组合变形实验一实验目的：1测定薄壁圆筒弯、扭组合变形时的表面一点处的主应力大小和方向，并与理论值进行比较；2进一步熟悉电阻应变仪的使用方法；二实验设备仪器：1电阻应变仪；2弯扭组合实验装置；三实验原理：1实验装置：该装置用的试件采用高强度铝合金管制成的空心轴，外径D=39.9mm,内径d=34.4mm,E=71Gpa, =0.325，试验装置如图,根据设计要求初载Pmin50N,终载Pmax450N.实验前将力臂为250mm的扇形加力臂的钢丝绳与传感器上绳座相联接。电阻应变片在管的布片方案如图B,D两处 2主应力测量原理：构件的形状或受力无论多么复杂，它们表面上的一点一般都处于平面应力状态。对主应力方向已知的点，测主应力只需沿主应力方向贴2个片，测出主应变，由广义虎克定律即可求出主应力。在主应力方向未知的情况下，要测任一点的主应力和主方向，我们都可以通过测量该点处任意三个方向的线应变来求得。当被测点沿3个方向的正应变分别是，由应变转换方程可得：解得：，                               根据这一原理，我们用的45o应变花（如图），中间的应变片与X轴成0°，另外两个应变片则分别与X轴成±45°这样的应变花布置能使计算简单，从而推出用所测得的应变值-45，0，45 表示的主应力及主方向的计算公式。   ，主应力方向与主应变的方向相同。3实验内容及方法 指定点的主应力大小和方向的测定，是将-截面B、D两点的应变片R1R3，R4R6 按照单臂接法接入电阻应变仪，采用公共温度补偿片，加载后测得B、D两点的45，0，-45，已知材料的弹性常数，可用上式计算主应力大小及方向。4主应力理论计算 当在荷载P作用下，力矩为L1 =250mm 试件发生弯曲和扭转组合变形，距离圆筒端为L=300mm处的I-I截面为被测截面。其中弯矩：MW=P·L；扭矩：Mn=P·L1根据弯矩引起的正应力及扭矩引起的剪应力在该截面上的分布规律。其中：Wz截面抗弯模数； WP截面抗扭模数； 主应力大小和方向的理论计算公式为（1）计算弯曲正应力：； ；（2）计算扭转切应力：； （3）求主应力大小和方向、： ； 四实验步骤：1将B、D 两点中的任意点上的45o应变花分别接到应变仪上。采用公共温度补偿片，半桥测量方法。2调节应变仪，使各测点应变片组成的电桥处于平衡状态。3按预先估计的载荷P，分级加载，每级加载P，直至最大载荷P为止。并记录每级载荷时各测点应变片的应变值。4注意：待载荷数字显示稳定后，再进行读数。切勿随意用手揿压力臂杆和试件，严禁超载，以防损坏试件或应变花。五思考题：1主应力测量时，直角应变花是否可以沿任意方向粘贴？为什么？2分析形成误差的主要原因是什么? （附）实验报告格式一实验目的：二实验设备仪器：   三实验原理：四实验步骤：五实验数据记录及结果处理：1）试样尺寸及相关常数：实验设备编号外径D/mm内径d/mm弯矩力臂L/mm扭矩力臂a/mm弹性模量E/GPa泊松比应变计K3993443002507103252002）实验记录参考表格（应变单位：）次序载荷P(N)P实测差值实测差值实测差值12345平均3）实验数据处理计 算 公 式0°= 测点 45°= -45°= 计算值 （MPa）主应力 = =主方向  4）理论计算值： （1）计算弯曲正应力：； ；（2）计算扭转切应力：； （3）求主应力大小和方向 ；六思考题回答