材料力学--跑材料切变模量g的测定-实验报告.docx

北京航空航天大学 材料力学 实验报告 实验名称：材料切变模量G的测定 学号 姓名 实验时间： 2010年12月12日 试件编号 试验机编号 计算机编号 应变仪编号 百分表编号 成绩 实验地点： 实6-103 7 7 7 7 7 教师 年 月 日 实验目的 两种方法测定金属材料的切变模量G； 验证圆轴扭转时的虎克定律。 +45o +45o -45o 微机控制电子万能试验机 扭角仪 电阻应变仪 百分表 图一 实验装置图 图一 实验装置图 百分表 扭角仪 扭角仪 试件 中碳钢圆轴试件，名义尺寸d=40mm, 材料屈服极限。 实验原理和方法 电测法测切变模量G 材料在剪切比例极限内，切应力与切应变成正比， （1） 上式中的G称为材料的切变模量。 由式(1)可以得到： （2） 圆轴在剪切比例极限内扭转时，圆轴表面上任意一点处的切应力表达式为： （3） 由式(1)~(3)得到： ?AB ? A B C D H D’ ? 图二 微体变形示意图 由于应变片只能直接测出正应变，不能直接测出切应变，故需找出切应变与正应变的关系。圆轴扭转时，圆轴表面上任意一点处于纯剪切受力状态，根据图二所示正方形微体变形的几何关系可知： （5） 图三 二向应变花示意图 由式（2） 图三 二向应变花示意图 （6） 根据上式，实验时，我们在试件表面沿?45o方向贴应变片（一般贴二向应变花，如图三所示），即可测出材料的切变模量G。 本实验采用增量法加载，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量?T作用下，产生的应变增量??。于是式（6）写为： （7） 根据本实验装置，有 （8） a——力的作用线至圆轴轴线的距离 最后，我们得到： （9） 扭角仪测切变模量G。 等截面圆轴在剪切比例极限内扭转时，若相距为L的两横截面之间扭矩为常数，则两横截面间的扭转角为： （10） 由上式可得： （11） 本实验采用增量法，测量在各相同载荷增量?T作用下，产生的转角增量??。于是式（11）写为： δb? δ b ? 图四 实测?的示意图 根据本实验装置，按图四所示原理，可以得到： （13） δ——百分表杆移动的距离 b——百分表杆触点至试件轴线的距离 最后，我们得到： （14） 电桥连接 原理 一般4个电阻的初始阻值相等，且应变片原理为当电阻值变为 , 一般4个电阻的初始阻值相等，且应变片原理为 当电阻值变为 , 将其带入上式并略去高阶小量 全桥接线法半桥接线法 全桥接线法 半桥接线法 1/4 1/4桥接线法（温补半桥） 温度补偿问题： 温度补偿问题： 1、温度场变化（热膨胀系数不同、热电偶） 2、电磁场影响 实验步骤 设计实验所需各类数据表格； 测量试件尺寸 拟定加载方案； 试验机准备、试件安装和仪器调整； 测量实验装置的各种所需尺寸； 确定组桥方式、接线、设置应变仪参数； 安装扭角仪和百分表； 检查及试车； 检查以上步骤完成情况，然后预加一定载荷（一般取试验机量程的15%左右），再卸载，以检查试验机、应变仪、扭角仪和百分表是否处于正常状态。 进行试验； 加初载荷，记录此时应变仪的读数或将读数清零，并记录百分表的读数。逐级加载，记录每级载荷下相应的应变值和百分表的读数。同时检查应变变化和位移变化是否基本符合线性规律。实验至少重复三到四遍，如果数据稳定，重复性好即可。 数据检查合格后，卸载、关闭电源、拆线、取下百分表并整理所用设备。 加载方案 增量法加载： 初压力 P0=1KN，应变仪和百分表调零； 分4级加压力, 每级压力增量ΔP=1KN，P max=5KN 重复2—3遍 原始数据 a=123.90mm b=64.90mm d=40.00mm L=138.96mm 1/4桥数据 通道 加载P/kN 1 2 3 4 角度 （mm） +1 0 0 0 0 0.070 +2 -63 +61 -63 +