《力学》课程教学资源（实验指导）实验力学试验指导

实验力学试验指导 实验1贴片练习 实验1贴片练习 要求完成实验报告（一）。 一，目的 熟悉在金属表面进行单栅应变片的粘贴技术，制作用电测法拉伸测量材料弹性模量E 和泊松比4的试件。 二贴片位置和测量桥路设计 本实险的Eu试件采用厚度为5mm(实际厚度约为4.74.8mm),宽度为12mm的 LY12CZ铝合金板制成拉伸试件，制好后先进行试测弹性系数E、口之用，兼作实验6的侧 力传感器用，因为将要安装夹式引伸计，在设计中应将应变片和端子设计在试件中线的一侧， 以免在安装夹式引伸计时碰伤测量电路，如图1所示。 图1E、4与夹式引伸计的安装图 在设计测量电路时，必须想法排除各种弯矩的干扰，以保证测到真实的下。在E、4测 量中，建议使用温补片，测量片和温补片在贴片质量的控制方面有何不同请自己思考。划线 时应注意在测量片中的正反两组（纵向、横向）应变片的位置一定要对准。 三.贴片准备 1)应变片的准备 根据被测物及其应力分布选择适当规格的应变片。原则为：应力梯度大处选小标距应变 片：几何形状变化刷烈的位置上应选用基长、宽比较小的应变片：在主应力方向已知处选单 轴应变片，沿应力主方向粘贴：主应力方向未知处选应变花，沿最容易定准的方向粘贴：构 件材质不均匀时，可选大标距应变片。 2)应变片的检查 主要检查外观质量，有无褶皱，电阻值是否准确，方向标记是否清楚。 3)胶的准备 原则为：黏结剂固化后，最好和被测物表面有相近的力学参数和热膨胀系数：被测物表 面质量好时，应选用固化前黏度较小的胶：被测物表面质量不好时，可以选用固化前黏度较

实验力学试验指导 实验 1 贴片练习 1 实验 1 贴片练习 要求完成实验报告（一）。 一. 目的 熟悉在金属表面进行单栅应变片的粘贴技术，制作用电测法拉伸测量材料弹性模量 E 和泊松比 μ 的试件。 二. 贴片位置和测量桥路设计 本实验的 Eμ 试件采用厚度为 5 mm（实际厚度约为 4.7~4.8mm），宽度为 12mm 的 LY-12CZ 铝合金板制成拉伸试件，制好后先进行试测弹性系数 E、μ 之用，兼作实验 6 的侧 力传感器用，因为将要安装夹式引伸计，在设计中应将应变片和端子设计在试件中线的一侧， 以免在安装夹式引伸计时碰伤测量电路，如图 1 所示。 图 1 E、μ 与夹式引伸计的安装图 在设计测量电路时，必须想法排除各种弯矩的干扰，以保证测到真实的 FN。在 E、μ 测 量中，建议使用温补片，测量片和温补片在贴片质量的控制方面有何不同请自己思考。划线 时应注意在测量片中的正反两组（纵向、横向）应变片的位置一定要对准。 三. 贴片准备 1) 应变片的准备 根据被测物及其应力分布选择适当规格的应变片。原则为：应力梯度大处选小标距应变 片；几何形状变化剧烈的位置上应选用基长、宽比较小的应变片；在主应力方向已知处选单 轴应变片，沿应力主方向粘贴；主应力方向未知处选应变花，沿最容易定准的方向粘贴；构 件材质不均匀时，可选大标距应变片。 2) 应变片的检查 主要检查外观质量，有无褶皱，电阻值是否准确，方向标记是否清楚。 3) 胶的准备 原则为：黏结剂固化后，最好和被测物表面有相近的力学参数和热膨胀系数；被测物表 面质量好时，应选用固化前黏度较小的胶；被测物表面质量不好时，可以选用固化前黏度较

实验力学试验指导 实验1贴片练习 大的胶：在冲击、振动条件下，应选用固化后韧性好的胶：在潮湿条件下，应选用固化后不 易吸湿、绝缘性好的胶：高温条件下，应选用化学结构稳定的胶：在工作条件差时，应选用 园化快、使用简单的胶。 4)材料和工具的准备 领取：LY12CZ铝合金板拉伸试件1个，厚度为5mm(实际厚度约为4.74.8m),宽 度为12mm:LY12CZ铝合金板温度试件1个，练习用废应变片1个，正式应变片8个，端 子6对，导线12根，6色，1.5m。 检查工具是否齐全：2人一组负责一套工具。来时学生清点，走时教师清点。 电烙铁1把：锡丝1卷：502胶1瓶：壁纸刀1把：剪刀2把：镊子2把：大锉2把： 小健2把：小改锥2把，清洗用丙酮（易燃，有毒）2小吸瓶。砂纸、脱脂棉、焊膏、数字 式万用表、以及大型工具公用。试件的简单修理在钳工室。 三.贴片工艺 1)试件表面加工 将试件在贴片局部将表面加工平整，去掉突起、毛刺。为增加贴片车度，用砂布打磨出 与得轴方向成±45°磨痕。 2)划线 在试件贴片处表面上轻轻划刻出栅轴方向和横向短线，标明贴片方位。 3)试件表面清洗 为了得到附若性好的高质量被测物表面，用脱脂棉蘸少许丙酮对贴片位置进行清洗，直 至用新脱脂棉擦拭后无任何污垢。 4)贴片 将质量检查后合格的对应变片准确粘贴与设计部位。手指与应变片之间用透明聚乙烯薄 膜隔离，以免粘住手指。贴片动作要准确、清洁、快速。贴好后指压应变片35分钟至胶水 初步固化（不再流动）后手指离开。等待约10分钟，手指离开，轻轻揭去薄膜，轻轻将引 线提起不使其与金属接触，令其自然固化。 5)贴端子 对应变片进行检查后，在应变片附近，综合考虑将来走线的方便选择适当的位置，粘贴 接线端子，以便于引线和导线的焊接。 6)焊接引线、导线 用502胶粘结的端子经约30分钟固化。固化后焊接应变片引线。导线挂锡，往端子上 焊时要快，不要烧毁应变片，焊点要光滑。 7)干燥 严格按照胶的固化工艺进行，经至少24小时的固化和干燥，可以用灯烤、吹风等法进 行干燥，确保绝缘电阻达标。 8)保护

实验力学试验指导 实验 1 贴片练习 2 大的胶；在冲击、振动条件下，应选用固化后韧性好的胶；在潮湿条件下，应选用固化后不 易吸湿、绝缘性好的胶；高温条件下，应选用化学结构稳定的胶；在工作条件差时，应选用 固化快、使用简单的胶。 4) 材料和工具的准备 领取：LY-12CZ 铝合金板拉伸试件 1 个，厚度为 5 mm（实际厚度约为 4.7~4.8mm），宽 度为 12mm；LY-12CZ 铝合金板温度试件 1 个，练习用废应变片 1 个，正式应变片 8 个，端 子 6 对，导线 12 根，6 色，1.5m。 检查工具是否齐全：2 人一组负责一套工具。来时学生清点，走时教师清点。 电烙铁 1 把；锡丝 1 卷；502 胶 1 瓶；壁纸刀 1 把；剪刀 2 把；镊子 2 把；大锉 2 把； 小锉 2 把；小改锥 2 把，清洗用丙酮（易燃，有毒）2 小吸瓶。砂纸、脱脂棉、焊膏、数字 式万用表、以及大型工具公用。试件的简单修理在钳工室。 三. 贴片工艺 1) 试件表面加工 将试件在贴片局部将表面加工平整，去掉突起、毛刺。为增加贴片牢度，用砂布打磨出 与栅轴方向成±45°磨痕。 2) 划线 在试件贴片处表面上轻轻划刻出栅轴方向和横向短线，标明贴片方位。 3) 试件表面清洗 为了得到附着性好的高质量被测物表面，用脱脂棉蘸少许丙酮对贴片位置进行清洗，直 至用新脱脂棉擦拭后无任何污垢。 4) 贴片 将质量检查后合格的对应变片准确粘贴与设计部位。手指与应变片之间用透明聚乙烯薄 膜隔离，以免粘住手指。贴片动作要准确、清洁、快速。贴好后指压应变片 3~5 分钟至胶水 初步固化（不再流动）后手指离开。等待约 10 分钟，手指离开，轻轻揭去薄膜，轻轻将引 线提起不使其与金属接触，令其自然固化。 5) 贴端子 对应变片进行检查后，在应变片附近，综合考虑将来走线的方便选择适当的位置，粘贴 接线端子，以便于引线和导线的焊接。 6) 焊接引线、导线 用 502 胶粘结的端子经约 30 分钟固化。固化后焊接应变片引线。导线挂锡，往端子上 焊时要快，不要烧毁应变片，焊点要光滑。 7) 干燥 严格按照胶的固化工艺进行，经至少 24 小时的固化和干燥，可以用灯烤、吹风等法进 行干燥，确保绝缘电阻达标。 8) 保护

实验力学试验指导 实验1贴片练习 将应变片、引线用05硅基防护物覆盖，避免机械损伤和水分、腐蚀性介质和小、微生 物进入。待其固化（至少24小时） 四.整个试验过程 1)练习贴片 用废应变片练习，完成三1一三，4步骤，要求贴实、方向正。 2)正式贴片 制作用电测法拉伸测量材料弹性模量E和泊松比“的试件和温补块。首先按照自选的 测量桥路设计贴片数量、位置、方向。在第一次实验中，在试件和温补块上完成所有计划贴 片的三1)小三.6)焊引线步骤，第二次实验导线编辫子，完成三6)焊导线三.8)步骤

实验力学试验指导 实验 1 贴片练习 3 将应变片、引线用 705 硅基防护物覆盖，避免机械损伤和水分、腐蚀性介质和小、微生 物进入。待其固化（至少 24 小时）。 四. 整个试验过程 1) 练习贴片 用废应变片练习，完成三. 1)~三. 4)步骤，要求贴实、方向正。 2) 正式贴片 制作用电测法拉伸测量材料弹性模量 E 和泊松比 μ 的试件和温补块。首先按照自选的 测量桥路设计贴片数量、位置、方向。在第一次实验中，在试件和温补块上完成所有计划贴 片的三. 1)~三. 6)焊引线步骤，第二次实验导线编辫子，完成三. 6)焊导线~三. 8)步骤

实险力学试验指导 实验2电测法基本练习 实验2电测法基本练习 要求完成实验报告（二）。 1.材料弹性系数E、μ的测定 一目的 1.学习电测法的基本原理，练习使用应变片和电桥电路测量表面应变。 2.学习测量材料弹性模量E和泊松比μ的方法。 刷 二.设备与仪器 昌块 1.拉弯实验台。 2.数字式静态电阻应变仪。 三，试件 本实验采用厚度为5mm(实际厚度约为4.7~48mm),宽 度为12mm的LY12CZ铝合金板制成拉伸试件，如图2所示。 拉弯实验台的结构及试件在实验台中的安装方法见图3。 四、原理 材料的E、4应该在材料的比例极限内的进行测定。在该 阶段中材料服从虎克定律 4试件 P E-a 式中。为横截面拉伸应力，ε为纵向纯拉伸线应变，是仅由轴向拉力所引起（后记为ε）。 当试件受拉力P时 纵向应变￡可以由许多种 桥路测出。测量的基本原理为： 对于薄板形试件，存在微小的初 始曲率在所难免。设在加力时该 曲率被拉直，厩拉伸引起附加的 曲率变化，这一现象会引起弯曲 应变EM,且设R,所在的表面GM 图3加载装置和试样在实验台中的安装方法 取正值，则各应变所吸收的应变 为

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 4 实验 2 电测法基本练习 要求完成实验报告（二）。 1. 材料弹性系数 E、μ 的测定 一．目的 1. 学习电测法的基本原理，练习使用应变片和电桥电路测量表面应变。 2. 学习测量材料弹性模量 E 和泊松比 μ 的方法。 二．设备与仪器 1．拉弯实验台。 2．数字式静态电阻应变仪。 三．试件 本实验采用厚度为 5 mm（实际厚度约为 4.7~4.8mm），宽 度为 12mm 的 LY-12CZ 铝合金板制成拉伸试件，如图 2 所示。 拉弯实验台的结构及试件在实验台中的安装方法见图 3。 四、原理 材料的 E、μ 应该在材料的比例极限内的进行测定。在该 阶段中材料服从虎克定律   E = 式中 σ 为横截面拉伸应力，ε 为纵向纯拉伸线应变，是仅由轴向拉力所引起（后记为 ε 纵）。 当试件受拉力 P 时 Ebt P bt P = =  纵  纵向应变 ε 纵可以由许多种 桥路测出。测量的基本原理为： 对于薄板形试件，存在微小的初 始曲率在所难免。设在加力时该 曲率被拉直，既拉伸引起附加的 曲率变化，这一现象会引起弯曲 应变 εM，且设 R1 所在的表面 εM 取正值，则各应变所吸收的应变 为 图 2 E、μ 试件 图 3 加载装置和试样在实验台中的安装方法

实验力学试验指导 实验2电测法基本练习 6R1=8级+EM ER1=E数一EM 6=-4+6) ER4=-4E纵-EM) 图4中提示了部分测量桥路 如：“纵向半桥”输出为 3 “纵向全桥输出为 最后得到E的测量公式： 半桥 E= btEde 图4几种测量桥路 全桥 2P E= 为了验证虎克定律，并消除因加力盲目性可能造成的测量误差，本实验可采用逐步加载 法，亦称增量法。过程为：从一特定初载Po开始按相同的载荷增量△P来逐级测定c如：当 载荷增大到你所满意的水平为止（保证应力应变之间维持线性关系）。请注意，本实验中载 荷决不可过大，这样做会造成试件破坏！对于每一载荷增量△P(1,2,m),设应变输出增 量为 A5=6,-6 这时的E测量公式变成 使用纵向半桥的输出，E应为 E. i=1,2.m 使用“纵向全桥的输出，￡就是 2AP E,二bE i=1,2.m: 最后结果E可以是各E的算术均值： 泊松比的测量应根据材料力学公式，在单向应力状态下有 E横=一E纵

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 5 ( ) ( ) R M R M R M R M               = − − = − + = − = + 纵 纵 纵 纵 4 3 2 1 图 4 中提示了部分测量桥路。 如：“纵向半桥” 输出为  纵    = + = 2 R1 R2 du “纵向全桥”输出为  du =  R1 +  R2 = 2 纵 最后得到 E 的测量公式： 半桥 bt du P E  = 全桥 bt du P E  2 = 为了验证虎克定律，并消除因加力盲目性可能造成的测量误差，本实验可采用逐步加载 法，亦称增量法。过程为：从一特定初载 P0 开始按相同的载荷增量 ΔP 来逐级测定 εdu；当 载荷增大到你所满意的水平为止（保证应力应变之间维持线性关系）。请注意，本实验中载 荷决不可过大，这样做会造成试件破坏！对于每一载荷增量 ΔPi (i=1,2,.,m)，设应变输出增 量为  i = i − i−1    这时的 E 测量公式变成 使用“纵向半桥”的输出，E 应为 dui i i bt P E   = i=1，2，.，m； 或 使用“纵向全桥”的输出，E 就是 dui i i bt P E   = 2 i=1，2，.，m； 最后结果 E 可以是各 Ei 的算术均值： = = m i Ei m E 1 1 泊松比的测量应根据材料力学公式，在单向应力状态下有  横 = − 纵 图 4 几种测量桥路

实验力学试验指导 实险2电测法基本练习 横向应变ε的测量方法与纵向测法相似。 “横向半桥”的输出应为 8-55u=6限 2 横向全桥”的输出 6=6R3+5R4=25描 从而得到泊松比μ的计算公式 周 采用完全同样的增量加载方法，可得 %同 i=1,2,m 最后的μ值也可由诸山求算术均值而得： 五.实验步骤 1)观察 观察试件、应变片方位及其导线，认清纵向、横向应变片导线的颜色。 2)加载方式 观察拉弯试验台加力系统。加力杠杆固定支撑点到受力点长500mm,支撑点到施力点 长50mm,可将安放在加力砝码挂架下的砝码重力放大10倍后施加到试件上。力通过下、 上两细轴销传入试件，可以保证拉力与试件纵轴共线。 3)加载方案 取加力系统自重为初始载荷P。(不必在意其具体数值，可认为P=0)。取△P=196N,即 每次在挂架上加一个重2kg的砝码。取加力级数为m=3,即共加三次，试件最大受力588N。 4)接线 按照你所选定的测量电路（可先测ε，后ε），将各应变片的导线接到正确位置。当 你选中了由串联桥臂组成的半桥时，应使用接线柱将一个桥臂的两枚应变片各取一根导线联 通后，再将另二根导线接入应变仪相应的电桥节点。应变片是无极性元件，每应变片的两根 导线意义相同。 5)应变仪调整及预调平衡 接好线后，试件己处于P状态（试件安装好，挂架上无砝码）。这时打开应变仪电源， 按下应变仪“测量“按键，若液晶显示器上指示应变不为零，则用小改锥轻旋“调零”电位器使 指示调至零。这时的应变指示0称零点应变，应有0=0。这一步骤称电桥的预调平衡。 6

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 6 横向应变 ε 横的测量方法与纵向测法相似。 “横向半桥”的输出应为 横 3 4 2     = + = R R du “横向全桥”的输出  du =  R3 +  R4 = 2 横 从而得到泊松比 μ 的计算公式 纵 横    = 采用完全同样的增量加载方法, 可得 i i i 纵 横    = i=1，2，.，m 最后的 μ 值也可由诸 μi 求算术均值而得： = = m i i m 1 1   五．实验步骤 1) 观察 观察试件、应变片方位及其导线，认清纵向、横向应变片导线的颜色。 2) 加载方式 观察拉弯试验台加力系统。加力杠杆固定支撑点到受力点长 500mm，支撑点到施力点 长 50mm，可将安放在加力砝码挂架下的砝码重力放大 10 倍后施加到试件上。力通过下、 上两细轴销传入试件，可以保证拉力与试件纵轴共线。 3) 加载方案 取加力系统自重为初始载荷 P0（不必在意其具体数值，可认为 P0=0）。取 ΔP=196N，即 每次在挂架上加一个重 2kg 的砝码。取加力级数为 m=3，即共加三次，试件最大受力 588N。 4) 接线 按照你所选定的测量电路（可先测 ε 纵，后 ε 横），将各应变片的导线接到正确位置。当 你选中了由串联桥臂组成的半桥时，应使用接线柱将一个桥臂的两枚应变片各取一根导线联 通后，再将另二根导线接入应变仪相应的电桥节点。应变片是无极性元件，每应变片的两根 导线意义相同。 5) 应变仪调整及预调平衡 接好线后，试件已处于 P0 状态（试件安装好，挂架上无砝码）。这时打开应变仪电源， 按下应变仪“测量”按键，若液晶显示器上指示应变不为零，则用小改锥轻旋“调零”电位器使 指示调至零。这时的应变指示 ε0 称零点应变，应有 ε0=0。这一步骤称电桥的预调平衡

实验力学试验指导 实验2电测法基本练习 6)逐级加载测量 增加一砝码，这时P=196N,测量并记录指示应变，再加一砝码，这时P=392N,测 量并记录2。直至加满三个珐码，P=588N,测量并记录。 刀卸载观察回零应变。 去掉所有砝码，观察指示应变是否回到零点m。一般因操作时试件、导线、接线柱发生 移动或震动，或因为温度补偿效果不够好，指示应变有小的漂移是正常的。当指示应变偏移 量的绝对值小于3时可不做处理。当偏移量绝对值小于10时应进行如下修正 6h=6-60 c表示修正后的指示应变，当偏移量绝对值大于10时应停止实验，找到原因并解决后，再 重做实验。对于每种应变(c或：m)应按5~7重复三次。 8)测另一应变 如果你先测￡，在测好三次后拆除原桥路导线，按4至7步骤测出￡ 9)结束工作 整理好实验记录。关闭应变仪电源。将仪器、导线、温补块及用过的工具摆放整齐。 六。数据处理 1)修正应变测量值 应变仪的灵敏系数全部固定在K-2.00时，设应变片的灵敏系数为K。则真实的 测量应变为6实标 K数6位变收 K变 2)结果计算 根据前面所列的公式，将各参数按国际单位制代入公式：△P的单位为N:1、b的单位 为m:△c加的单位为微应变us=10(纯数)。E的单位为GPa(10N/m)。 按照1、2、3极载荷，分级测出6、△c和ε牌、上。求出材料的计算各级弹性模量 E、泊松比，平均后得出E、4 计算各级载荷所对应的理论应力，与测得的对应应变￡：相结合，绘出材料的实验应 力应变曲线ce图。 七。问题讨论 )本实验为何采用等增量加载法？若可以肯定最大载荷处于材料得比例极限范围内，该法 所得的E、μ与一次加载到最大值所测得的E、μ是否相同？ 2)实验中采取了什么措施来消除薄板初曲率对测量精度的影响？ 3)在测得E之后再测μ时，还有一种接桥方法本书中没有给出。请你将其给出。 >

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 7 6) 逐级加载测量 增加一砝码，这时 P=196N，测量并记录指示应变 ε1，再加一砝码，这时 P=392N，测 量并记录 ε2。直至加满三个珐码，P=588N，测量并记录 ε3。 7) 卸载观察回零应变 ε0 去掉所有砝码，观察指示应变是否回到零点 ε0。一般因操作时试件、导线、接线柱发生 移动或震动，或因为温度补偿效果不够好，指示应变有小的漂移是正常的。当指示应变偏移 量的绝对值小于 3 时可不做处理。当偏移量绝对值小于 10 时应进行如下修正 0 ' =  − du du ε'du 表示修正后的指示应变，当偏移量绝对值大于 10 时应停止实验，找到原因并解决后，再 重做实验。对于每种应变（ε 纵或 ε 横）应按 5~７重复三次。 8) 测另一应变 如果你先测 ε 纵，在测好三次后拆除原桥路导线，按４至７步骤测出 ε 横。 9) 结束工作 整理好实验记录。关闭应变仪电源。将仪器、导线、温补块及用过的工具摆放整齐。 六．数据处理 1) 修正应变测量值 应变仪的灵敏系数全部固定在 K 应变仪=2.00 时，设应变片的灵敏系数为 K 应变片。则真实的 测量应变为 应变仪 应变片 应变仪  实际  K K = 。 2) 结果计算 根据前面所列的公式，将各参数按国际单位制代入公式：ΔP 的单位为 N；t、b 的单位 为 m；Δεdu 的单位为微应变 με=10-6（纯数）。E 的单位为 GPa (109N／m2 )。 按照 1、2、3 极载荷，分级测出 ε 纵、Δε 纵和 ε 横、Δε 横。求出材料的计算各级弹性模量 Ei、泊松比 μi，平均后得出 E、μ。 计算各级载荷所对应的理论应力 σ，与测得的对应应变 ε 纵 i 相结合，绘出材料的实验应 力应变曲线 σ-ε 图。 七．问题讨论 1) 本实验为何采用等增量加载法？若可以肯定最大载荷处于材料得比例极限范围内，该法 所得的 E、μ 与一次加载到最大值所测得的 E、μ 是否相同? 2) 实验中采取了什么措施来消除薄板初曲率对测量精度的影响? 3) 在测得 E 之后再测 μ 时,还有一种接桥方法本书中没有给出。请你将其给出

实验力学试验指导 实验2电测法基本练习 2.材料剪切弹性模量G的测定 一.目的 )验证剪切虎克定律，测定金属材料的剪切弹性模量G。 2)掌握测量桥路接法与电阻应变仪使用方法。 二.设备与仪器 1)测G试验台，图5为其结构示意图。图6为其加载示意图， 2.数字式静态电阻应变仪。 扭臂 图5测G实验台结构示意图 图6测G实验台加载示意图 三.试件 安装在纯扭转试验台上的试件为铝合金薄壁圆管，如图7，两端增粗部分是为提高夹持 处的强度而设计。中部的等直段是为贴片测量之用。材料的弹性模量E=72GP,泊松比为 0.33。 测G试杆 图7测G试样与布片示意图 四、原理 本实验的试件受力方式、布片如图8。在图示扭矩T的作用下，材料处于纯剪应力状态 下，在比例极限之内，材料的应力应变关系服从剪切虎克定律。试件表面剪应力的计算公式 为

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 8 2. 材料剪切弹性模量 G 的测定 一. 目的 1) 验证剪切虎克定律，测定金属材料的剪切弹性模量 G。 2) 掌握测量桥路接法与电阻应变仪使用方法。 二. 设备与仪器 1) 测 G 试验台，图 5 为其结构示意图。图 6 为其加载示意图。 2．数字式静态电阻应变仪。 三. 试件 安装在纯扭转试验台上的试件为铝合金薄壁圆管, 如图 7，两端增粗部分是为提高夹持 处的强度而设计。中部的等直段是为贴片测量之用。材料的弹性模量 E=72GPa，泊松比为 μ=0.33。 四、原理 本实验的试件受力方式、布片如图 8。在图示扭矩 T 的作用下，材料处于纯剪应力状态 下，在比例极限之内，材料的应力应变关系服从剪切虎克定律。试件表面剪应力的计算公式 为 图 5 测 G 实验台结构示意图 图 6 测 G 实验台加载示意图 图 7 测 G 试样与布片示意图

实验力学试验指导 实丝？电测法基木练习 式中T是扭矩，W是抗矩截面系数，试件表面的剪应变Y需要我们使用电测法测出。最后， 应用剪切虎克定律可求出材料的剪切弹性模量G G=I 由应变片的工作原理可知，引起 应变片敏感栅电阻值变化的是沿栅长 方向的线应变。换句话说，应变片无 法直接测量剪应变。布片方案的设计 考虑对主应变进行测量，具体如图。 设单元体变形前为正方形，在变形之 后仍符合材料力学中小变形的基本假 设，对于纯剪应力状态下有 6.==0 6,=6,=0 w=场 图8纯剪切主应变测量方法 - 沿任意方向a的线应变为 很显然，当a±45°时，c达到绝对值的最大值。即 6如=-=36如==- 此公式也可以通过几何分析的方法得到，请看图7心中的应变单元体。显然，在AB利 AD方向上无应变存在，而最大的线应变沿对角线方向。根据小变形原理我们认为 BB-CC=yAB DE DB=AB EB=EB=√2BB/2 则对角线应变为 %-5- BD 同样的方法分析对角线AC后可得 8=-3 9

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 9 D D d T Pa W W T t t = = = −  =   (1 ) 16 4 3 式中 T 是扭矩，Wt 是抗矩截面系数，试件表面的剪应变 γ 需要我们使用电测法测出。最后， 应用剪切虎克定律可求出材料的剪切弹性模量 G   G = 由应变片的工作原理可知，引起 应变片敏感栅电阻值变化的是沿栅长 方向的线应变。换句话说，应变片无 法直接测量剪应变。布片方案的设计 考虑对主应变进行测量，具体如图。 设单元体变形前为正方形，在变形之 后仍符合材料力学中小变形的基本假 设，对于纯剪应力状态下有 t xy t xy x y x y GW T W T = − = − = − = − = = = =         0 0 沿任意方向 α 的线应变为 sin(2 ) 2     xy = − 很显然，当 α=±45°时,εα达到绝对值的最大值。即 2 2 2 2 45 45       = − = = = − − xy xy   此公式也可以通过几何分析的方法得到，请看图 7c 中的应变单元体。显然，在 AB 和 AD 方向上无应变存在，而最大的线应变沿对角线方向。根据小变形原理我们认为 ' 2 '/ 2 2 ' ' EB EB BB DE DB AB BB CC AB = = = = = =  则对角线应变为 2 ' ' 45   = = − = BD B E BD B D DE  同样的方法分析对角线 AC 后可得 2 45   = − −  图 8 纯剪切主应变测量方法

实验力学试验指导 实验2电测法基本练习 利用这个公式便可得出布片与接桥的方案。在试件的中部某截面上将圆周四等分，在每 一等分点上贴一枚应变片，并使R和R沿正45°，R和R沿负45°。按照图4-5-4方案接 成全桥，其应变输出 6=6m-+-64=2y 即 代入剪切虎克定律有 G27 32Pa D'l-(d1D's 五.步骤 1)观察试验台 了解试件受力方式，观察应变片方位及引线颜色和联接方法，认清各根导线的意义。 2)加载方案 取扭转力臂和珐码盘的自重为初载荷P。(不必在意其具体数值，可认为P。0,因初应 变己调为零)。取△P=19.6N,即每次向珐码盘增加一个重2kg的珐码，取加力级数m=5,最 大荷载为5个珐码，力值为98N。 3)接线及预调平衡 将各应变片接入应变仪。打开应变仪电源，按下“×1”健后预调平衡，一般应将应变仪 显示的初应变值调至零。 4)逐级加载测量 测量每级载荷 P=P+△Pi-1)i=1,2,.,m 下的指示应变edi,并计算增量 △6=6m-6h- l,2,m 5)卸载观察回零值 去掉所有珐码，观察指示应变是否回到心。必要时应加以修正。 句重复测量 将步骤4、5重复三次。必要时应重新预调平衡。 刀结束工作 整理好实验记录。关闭应变仪电源。将仪器、试验台及用过的工具摆放整齐。 六.数据处理 对于增量加载方法， 32aAp G.-(dI Dy'Ae i=1,2,m 将各参数按国际单位制代入公式。△P为N,a、D和d为m,a为微应变E。最后，材 料剪切弹性模量G的最终测量结果为

实验力学试验指导 实验 2 电测法基本练习 10 利用这个公式便可得出布片与接桥的方案。在试件的中部某截面上将圆周四等分，在每 一等分点上贴一枚应变片，并使 R1 和 R3 沿正 45°，R2 和 R4 沿负 45°。按照图 4-5-4 方案接 成全桥，其应变输出      2 du = R1 − R2 + R3 − R4 = 即 2 du   = 代入剪切虎克定律有 t D d D du Pa W T G  [1 ( / ) ] 2 32 3 4 − = = 五. 步骤 1) 观察试验台 了解试件受力方式，观察应变片方位及引线颜色和联接方法，认清各根导线的意义。 2) 加载方案 取扭转力臂和珐码盘的自重为初载荷 P0（不必在意其具体数值，可认为 P0=0，因初应 变已调为零）。取 ΔP=19.6N, 即每次向珐码盘增加一个重 2kg 的珐码，取加力级数 m=5，最 大荷载为 5 个珐码，力值为 98N。 3) 接线及预调平衡 将各应变片接入应变仪。打开应变仪电源，按下“×１”键后预调平衡，一般应将应变仪 显示的初应变值调至零。 4) 逐级加载测量 测量每级载荷 P = P +P(i −1) i i i=1，2，.，m 下的指示应变 εdui，并计算增量  dui = dui − dui−1    i=1，2，.，m 5) 卸载观察回零值 去掉所有珐码，观察指示应变是否回到 εdu0。必要时应加以修正。 6) 重复测量 将步骤４、５重复三次。必要时应重新预调平衡。 7) 结束工作 整理好实验记录。关闭应变仪电源。将仪器、试验台及用过的工具摆放整齐。 六. 数据处理 对于增量加载方法， du i 3 4 [1 ( / ) ] 32  −   = D d D a P Gi i=1，2，.，m 将各参数按国际单位制代入公式。ΔP 为 N，a、D 和 d 为 m，Δεdui 为微应变 με。最后，材 料剪切弹性模量 G 的最终测量结果为