材料力学 实验讲义.docVIP

实验一 电测法基本原理及贴片实验 一、实验目的 了解电测法的基本原理； 了解应变片的基本构造和特点； 学习应变片的粘贴方法； 二、实验设备与仪器 耗材：应变片、接线端子、砂纸、丙酮、棉球、502胶水、聚氯乙烯薄膜、焊锡及焊锡膏、牙签、铜芯导线、橡皮膏、硅橡胶（703或704或705）； 工具：数字万用表、剥线钳、剪刀、镊子、直尺、刻刀、焊枪； 硬铝拉伸试样； 三、电测法基本原理和应变片的粘贴及检验方法 1）电测法基本原理： 电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。 图一 电阻应变片的结构示图 试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形，这时，敏感栅的电阻由初始值R变为R+ΔR。在一定范围内，敏感栅的电阻变化率ΔR/R与正应变ε成正比，即： (1) 上式中，比例常数k为应变片的灵敏系数。故只要测出敏感栅的电阻变化率，即可确定相应的应变。 构件的应变值一般都很小，相应的应变片的电阻变化率也很小，需要用专门的仪器进行测量，测量应变片的电阻变化率的仪器称为电阻应变仪，其基本测量电路为一惠斯通电桥。 图二 电阻应变仪的基本测量电路（E为电源电压） 电桥B、D端的输出电压为： (2) 当每一电阻分别改变时，B、D端的输出电压变为： (3) 略去高阶小量，上式可写为： (4) 在测试时，一般四个电阻的初始值相等，则上式变为： (5) 将式(1)代入上式，得到： (6) 如果将应变仪的读数按应变标定，则应变仪的读数为： (7) 2）应变片的粘贴方法： 在电测应力分析中，应变片的粘贴质量很大程度上决定了测量数据的可靠性。这就要求粘结层薄而均匀，无气泡，充分固化，既不产生蠕滑又不脱胶。应变片的粘贴完全由手工操作，故需要实践经验的积累，才能达到较高的粘贴质量。应变片的粘贴过程如下： 应变片的筛选。直观检查应变片的表面质量，看是否有弯折、锈蚀、局部破损；用万用表测量应变片电阻，看与所给值是否符合。 试样表面处理。首先用砂纸在试件上需要贴片的部分区域打磨，打磨方向应与应变片轴线成45度角，然后用划针或刻刀划出贴片位置的标志线，并用蘸有丙酮的药棉清洗打磨位置，直至药棉清洁为止。 应变片粘贴。待试件风干后，在待贴片的表面涂一薄层快干胶，用手指（或镊子）捏住应变片的引出线，将应变片放在试样上，并使应变片的基准线与试件上的标志线对齐。然后盖上聚氯乙烯透明薄膜（或玻璃纸），用拇指按压应变片（一般半分钟即可），挤出气泡和多余胶水，以保证粘结层薄而均匀，但应避免按压时应变片滑动。经过适宜的干燥时间后，将透明薄膜揭开，检查应变片的粘贴情况。 导线的连接和固定。应变片的引出线和应变仪的接口之间需用导线连接，导线一般采用铜导线。导线与应变片引出线的连接一般通过接线端子过渡。接线端子用502胶固定在试件上，导线头和接线端子上预先挂锡，然后将应变片引出线和导线焊接在端子上。最后将导线固定在试件上，以免实验过程中拉断导线或应变片引出线接头。 检查。首先检查应变片是否有局部隆起或皱折，应变片引出线是否粘在试件上。然后用万用表检查导线连接后的应变片电阻值。 应变片的防潮保护。粘贴好的应变片，如果长期暴露在空气中，会因受潮而降低粘结质量。对于长期使用的应变片应在应变片表面涂上一层防潮保护层。一般可用703、704、705胶等 3）试件的拉伸实验： 贴好应变片的试件在正式做实验前，应该预加一定载荷以检查贴片的有效性。本次试件的拉伸实验就是检测应变片粘贴的有效性。 将贴好应变片的试件装夹在试验机上，并将应变仪设置好，然后将应变片的连接导线接在应变仪的相应接口上，预加一初载荷，记录下应变仪的读数，或进行清零，然后分2~3级等增量加载，记录下每级载荷增量下的应变增量。如果各级应变增量值大致相等，则说明本次应变片粘贴是有效的。 实验二 材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的力学性能 预习要求： 复习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容； 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 观察低碳钢在拉伸时的