材料弹性常数E、μ与材料切变模量G的测定
11页1、实验二 材料弹性常数E、的测定 电测法测定弹性模量E和泊松比预习要求:1、 预习电测法的基本原理;2、 设计本实验的组桥方案;3、 拟定本实验的加载方案;4、 设计本实验所需数据记录表格。一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E和泊松比;2. 验证单向受力虎克定律;3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。图一 试件示意图二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机;2. 电阻应变仪;3. 游标卡尺。t三、试件b中碳钢矩形截面试件,名义尺寸为bt = (307.5)mm2。材料的屈服极限。图二 实验装置图四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律,在单向受力状态下,应力与应变成正比: (1)上式中的比例系数E称为材料的弹性模量。由以上关系,可以得到: (2) 材料在比例极限内,横向应变与纵向应变之比的绝对值为一常数: (3)上式中的常数m称为材料的横向变形系数或泊松比。本实验采用增量法,即逐级加载,分别测量在各相同载荷增量DP作用下,产生的应变增量Dei。于是式(2)和式(3)分别变为: (4) (5)根据每级载荷得到的Ei和mi,求平均值: (6) (7)
2、以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。上式中n为加载级数。2、增量法 增量法可以验证力与变形之间的线性关系,如图三所示。若各级载荷增量P相同,相应的应变增量De也应大致相等,这就验证了虎克定律。ePP0P10PnDeDP图三 增量法示意图 利用增量法,还可以判断实验过程是否正确。若各次测出的应变不按线性规律变化,则说明实验过程存在问题,应进行检查。采用增量法拟定加载方案时,通常要考虑以下情况:(1)初载荷可按所用测力计满量程的10%或稍大于此标准来选定;(本次实验试验机采用50KN的量程)(2)最大载荷的选取应保证试件最大应力值不能大于比例极限,但也不能小于它的一半,一般取屈服载荷的70%80%,故通常取最大载荷;(3)至少有4-6级加载,每级加载后要使应变读数有明显的变化。五、实验步骤1. 设计实验所需各类数据表格;2. 测量试件尺寸;分别在试件标距两端及中间处测量厚度和宽度,将三处测得横截面面积的算术平均值作为试样原始横截面积 。3. 拟定加载方案;4. 试验机准备、试件安装和仪器调整;5. 确定组桥方式、接线和设置应变仪参数;6. 检查及试车:检查以上步骤完成情况,然后预加载荷
3、至最大值,再卸载至初载荷以下,以检查试验机及应变仪是否处于正常状态。7. 进行试验:加初载荷,记下此时应变仪的读数或将读数清零。然后逐级加载,记录每级载荷下各应变片的应变值。同时注意应变变化是否符合线性规律。重复该过程至少两到三次,如果数据稳定,重复性好即可。8. 数据经检验合格后,卸载、关闭电源、拆线并整理所用设备。六、试验结果处理1. 在坐标纸上,在坐标系下描出实验点,然后拟合成直线,以验证虎克定律;2. 用逐差法(参考公式(4) (7)计算弹性模量E和泊松比m。七、思考题1. 电测法测弹性模量E,试提出最佳布片方案?2. 在绘制图时,如何确定坐标原点?3. 本实验如果不采用增量法,应如何拟定加载方案?实验三 材料切变模量G的测定预习要求:1、 复习电测法;2、 预习扭角仪和百分表的使用方法。3、 设计本实验的组桥方案;4、 拟定本实验的加载方案;(参照实验二中增量法部分的介绍)5、 设计本实验所需数据记录表格。一 实验目的1 两种方法测定金属材料的切变模量G;2 验证圆轴扭转时的虎克定律。二 实验仪器和设备1 微机控制电子万能试验机2 扭角仪3 电阻应变仪4 百分表5 游标卡尺三
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