力學實驗

前言實驗須知 1 大學力學實驗報告書寫規範 2

第 1章材料力學測試設備和儀器 3

1.1電子萬能試驗機 3

1.2微機屏顯液壓萬能材料試驗機 8

1.3微機數控扭轉試驗機 13

1.4機械式扭轉試驗機 16

1.5 NJ-100B型扭轉試驗機 17

1.6遊標卡尺 19

1.7千分表 22

1.8球鉸式引伸儀 23

1.9電子引伸計及其應用 24

1.10電阻應變儀及其應用 25

1.11測力儀及其應用 29

1.12數碼光彈儀的應用 29

1.13螺栓扭轉試驗機及其應用 31

1.14高頻疲勞試驗機及其應用 33

第 2章材料力學性能實驗 44

2.1概述 44

2.2壓縮實驗 44

2.3拉伸實驗 48

2.4拉伸彈性模量的測定實驗 53

2.5扭轉實驗 54

2.6剪切彈性模量的測定實驗 58

2.7規定非比例伸長應力的測定實驗 61

第 3章電測應力實驗 64

3.1電阻應變片的粘貼技術 64

3.2電阻應變片在電橋中的接法（一） 68

3.3電阻應變片在電橋中的接法（二） 70

3.4梁彎曲正應力電測實驗 72

3.5彎扭組合變形時的主應力測定 75

3.6組合梁（疊梁）應力測定實驗 80

3.7複合梁應力測定實驗 84

3.8電阻應變片靈敏度係數的測定（一） 89

3.9電阻應變片靈敏度係數的測定（二） 92

3.10電阻應變片橫向效應係數的測定 94

3.11工程桁架結構內力測定實驗 96

第 4章光測力學實驗 100

4.1光彈性儀及應力光學效應 100

4.2光彈性材料條紋值和應力集中係數的測定 104

4.3平面光彈性實驗 106

4.4激光全息干涉法測量靜位移實驗 109

4.5激光全息干涉法測量動位移實驗 110

4.6激光間接散斑法實驗 112

4.7激光直接散斑法實驗 114

4.8雲紋法測量應變實驗 116

4.9影像雲紋法測量變形實驗 117

第 5章選做實驗 119

5.1衝擊實驗 119

5.2偏心拉伸實驗（一） 122

5.3偏心拉伸實驗（二） 124

5.4材料的橫向變形係數測定 126

5.5壓桿穩定臨界力測定 128

5.6疲勞實驗 131

5.7等強度梁實驗 134

5.8位移互等定理驗證 135

5.9錨固力拉拔實驗 136附錄鋼材力學及工藝性能實驗取樣規定 139參考文獻 144

實驗須知

（1）在實驗前，應認真預習與本次實驗有關的內容，明確實驗目的、要求、原理及所使用機器的構造原理，寫出實驗預習報告，做好實驗準備工作。進入實驗室時應帶上計算器、鉛筆、鋼筆（或圓珠筆、中性筆）、三角板和橡皮，以便在實驗中使用。

（2）按時進入實驗室，實驗進行過程中不得談論與實驗無關的話題，不得擅自離開；愛護實驗室設備和儀器；認真閱讀實驗室安全制度和儀器設備使用操作規程，確保實驗過程中的人身安全。

（3）實驗準備就緒后，請教師檢查認可後方能進行實驗。實驗分組進行，在實驗過程中應認真觀察、記錄實驗數據；相互配合完成實驗內容，注意從儀器上讀取測試數據的單位要和實驗報告中要求的計算單位相一致。

（4）實驗結束后，所測得的實驗數據、原始記錄經指導教師檢查簽字認可后，將實驗裝置恢復原狀，布置整齊，打掃室內衛生後方可離開。

（5）力學實驗報告應認真獨立完成，要堅持實事求是的科學態度，如實記錄實驗數據，不得抄襲，按教師規定的時間由班學委統一收齊，並附一份實驗人員成績空表交到力學實驗中心辦公室，實驗成績在該門理論課中佔一定的比例。

（6）力學實驗室在規定時間開放，同學們根據自己的實際情況可選做規定的實驗項目，或自選力學實驗項目到實驗室進行預約登記，實驗室根據具體情況給以合理安排。

大學力學實驗報告書寫規範

實驗報告是實驗者交出的實驗成果，是對本次實驗的總結。為了使學生養成認真、嚴謹、求實的工作作風，特製訂本規範，希望學生嚴格按本規範要求撰寫實驗報告。實驗報告包含下列內容：

（1）實驗名稱、實驗日期、實驗者及同組人員的姓名。

（2）實驗目的：實驗裝置應畫出簡圖，使用機器和儀錶的名稱、型號、精度、量程等。

（3）實驗原理：簡要說明本實驗所依據的原理、公式、方法及其他主要儀器描述。

（4）實驗步驟：按實驗過程的先後順序寫出主要步驟，對於載入方案要有計算過程。

（5）試件尺寸：在表格中填寫實驗前後所測得的實際數值。

（6）實驗結果及分析：在實驗中將記錄的原始數據利用有關力學公式進行加工分析處理。必須用圓珠筆、中性筆或鋼筆書寫整齊，數據必須使用國標單位，要注意儀器的精度和有效數字。一般情況下，儀器的最小刻度代表儀器的精度，在多次測量同一物理量時，可取測量結果的算術平均值作為該物理量的具體值。在實驗中，一般可保留小數點后兩位有效數字。在計算中所用到的公式必須明確列出，並理解公式各符號所代表的意義。

（7）誤差分析：實驗報告的最後部分應對實驗結果進行分析、總結，並簡要回答思考題。

第 1章材料力學測試設備和儀器

1.1 電子萬能試驗機

材料試驗機是對試件或模型施加荷載的專用設備。試驗機按施加荷載的性質可分為靜載試驗機和動載試驗機。按施加荷載的形式又可分為拉力、壓力、扭轉等試驗機。如果一台試驗機可以兼做拉力、壓力、彎曲等多種實驗，則稱為萬能材料試驗機。如果試驗機具有閉環控制系統和實驗數據的自動採集、分析處理、顯示及輸出功能則稱為電子萬能試驗機。

1.1.1

主機構造原理

電子萬能試驗機主機主要由負荷機架、傳動系統、夾持系統與位置保護裝置組成。負荷機架由四立柱支承上橫樑與工作台板構成門式框架，兩絲杠穿過動橫樑兩端並安裝在上橫樑與工作台板之間。工作台板由兩個支腳支承在底板上，且機械傳動減速器也固定在工作台板上。工作時，伺服電動機驅動機械傳動減速器，進而帶動絲杠轉動，驅使中間動橫樑上下移動。實驗過程中，力在門式負荷框架內得到平衡。電子萬能試驗機（圖 1-1）的傳動絲杠是採用帶有消隙結構的滾珠絲杠，負荷感測器安裝在動橫樑上，萬向聯軸器及一隻拉伸夾具安裝在負荷感測器上，另一隻夾具安裝在上橫樑上。當做壓縮或彎曲等實驗時在下空間進行，當做拉伸實驗在上空間進行。安裝好試件后，通過主控計算機啟動橫樑驅動系統及測量系統即可完成全部實驗。

1.1.2

長春試驗機研究院電子萬能試驗機操作方法

（1）啟動計算機，接通放大器電源，雙擊計算機桌面上“ TextExpert（NENET）”圖標，單擊“登錄”按鈕進入試驗機啟動聯機界面。默認密碼為空，進入“試驗操作”界面后單擊“聯機”按鈕進行聯機。聯機成功“啟動”按鈕變成綠色，如圖 1-2所示。

圖 1-1 電子萬能試驗機

（2）單擊“啟動”按鈕后，功能鍵圖標變亮，這時就可以用手控盒控制橫樑進行上、下移動，調節下橫樑到合適位置，安裝好試件。如果是壓縮實驗，將橫樑和試件的縫隙調到 1mm左右即可。

（3）實驗方法設置：單擊“方法”按鈕，彈出下拉菜單。其中包含有機器出廠時已經設置好的一些實驗方法，單擊其選項可以快速選取對應的實驗方法，如拉伸實驗或壓縮實驗等。

（4）單擊“方法定義”按鈕進入“方法定義”主界面。它包含 3個子菜單，分別是“基本設置”、“設備及通道”、“控制與採集”。這裡只對直徑進行修改，通過直徑右邊的編輯，輸入該實驗試件最小直徑后確認。

（5）單擊“試驗操作”按鈕回到試驗機啟動聯機界面，對下面的力、位移、變形數字清零，清零方法是將指針移到力數字上右擊，然後左鍵清零，其他清零相同。

（6）單擊綠色三角符號按鈕即開始實驗，觀察實驗過程及曲線，如果是拉伸測彈性模量 E實驗，實驗前應將電子引伸計安裝在拉伸試件的工作段，之後拔下限位銷，如果屏幕下方變形數字有變動表示電子引伸計已連接好。電子引伸計的標距是 50mm，試件直徑一般是 10mm左右，屏幕上應顯示力-變形曲線，力從 2kN到 16kN每增加 2kN力時讀一次電子引伸計的變形數，兩者讀數要同步。讀完最後一次數后，檢查變形讀數增量是否基本相等，如果基本相等即驗證了力和變形呈線性關係，否則單擊紅色“停止實驗”按鈕。單擊活動橫樑上升按鈕，以緩慢速度將力卸載到 0N，按上述步驟重新進行拉伸測彈性模量 E實驗。當力值上升到 16kN時，單擊“引伸計”圖標，變形通道採集將停止工作，從試件上取下電子引伸計繼續實驗，將試件拉斷後單擊“停止實驗”按鈕，取下試件，讀取實驗屈服力和破壞力值數據。如果是鑄鐵壓縮實驗，到達最大力后聽到破壞聲音或荷載下降到 80%即可單擊“停止實驗”按鈕，取下試件，讀取實驗數據並進行實驗結果分析。

（7）實驗結果列印設置：

①單擊“數據處理”按鈕進入數據處理界面，該界面顯示保存在本機的所有實驗數據，可以隨時調閱查看和列印實驗曲線。界面右側是查詢功能區，如果實驗數據很多，可以使用查詢功能來快速查找需要的實驗數據，如圖 1-3所示。選擇想要列印的實驗數據，雙擊實驗數據，這時顯示實驗曲線。

圖 1-3 查詢實驗數據及處理界面

②再單擊“方法定義”按鈕進入方法定義界面，選擇“編輯列印文檔”和“設置報告標題”這兩個菜單命令進行文檔和標題的編輯。

編輯列印文檔：單擊“方法定義”按鈕進入基本設置界面，選擇“編輯列印文檔”命令，彈出“設置列印文檔”對話框，在這裡可以設置需列印文檔的“文檔標題”與“文檔內容”。

添加用戶自定義文檔：在“設置列印文檔”對話框中單擊“添加用戶自定義文檔”按鈕會彈出“輸入用戶自定義文檔”對話框，輸入相應的文檔標題即可，如實驗員、實驗材料、實驗日期等，自定義文檔完成後顯示在“可選文檔標題”欄，雙擊該文檔可以快速選取。選取的文檔標題顯示在“已選文檔標題”欄。

輸入文檔內容：在“設置列印文檔”對話框中單擊“輸入文檔內容”按鈕會彈出文檔內容輸入欄，在這裡可以輸入“已選文檔標題”的內容，如實驗員為“小王”，實驗材料為“低碳鋼”，實驗日期為“ 2013年 10月 5日”等。

設置報告標題：單擊“方法定義”按鈕進入基本設置界面，單擊“設置報告標題”按鈕會彈出“輸入標題內容”對話框。在這裡可以自定義報告標題文檔內容。完成以上操作后單擊“保存方法”按鈕，這時所設置的列印文檔方法將被保存，方便下次繼續使用該格式列印。

③再次單擊“數據處理”按鈕，進入數據處理界面，在界面中單擊“列印”按鈕。

進入列印界面后單擊“列印預覽”按鈕可進行列印預覽，目的是查看即將列印

的報告文檔是否輸入正確。如發現輸入有誤則按照以上步驟重新修改，確認無誤后

單擊“列印”按鈕進行列印。

這裡需要注意的是，需要列印的是幾號試樣實驗曲線，在右上角的“選擇試樣號”就選擇幾號，這兩個數字必須一致。例如，需要列印的是 5號試樣實驗曲線，那麼右上角的“選擇試樣號”就必須選擇“ 5”，否則列印文檔將會按默認的 1號試樣實驗曲線列印。

（8）若不需要列印報告即可進行下一個實驗，如果實驗全部完成，退出實驗程序，關掉儀器電源。

1.1.3 上海華龍試驗機有限公司電子萬能試驗機操作方法

1．拉伸實驗操作步驟

（1）開啟計算機，接通電子萬能試驗機主機電源（在主機的右下方將電源開關順時針旋轉 90°），待手控盒上的自檢燈不閃時，說明機器工作正常，可進行下一步操作。

（2）在計算機桌面上單擊“Textworld”圖標，選擇彈出窗口中相應實驗選項進行“載入”；然後單擊界面右側的“啟動”按鈕，聽到咔嚓聯機聲后可用手動調控盒或在界面設定橫樑的移動速度，將橫樑移動到合適位置停止，以便安裝實驗試件。

（3）將拉伸試件夾持部位插入下夾頭並加緊，打開上夾頭到最大位置，緩慢向下移動橫樑，使試件上夾持部位進入夾頭 3/4，或到合適位置停止下降並夾緊試件，將“負荷”清零，如測彈性模量 E時，將電子引伸計用皮筋綁夾在試件工作部位上，之後拔下限位銷。該機的拉伸空間在下方，壓縮空間在上方。

（4）單擊桌面上的“試樣”按鈕，在“形狀”、“批次選項”文本框中輸入相應的試件數量、直徑后，按 Enter鍵確認。

（5）單擊“圖形”，Y軸選 kN，X軸選變形或位移。

（6）在屏幕右下方“文件存儲名”文本框輸入相應文件名后按 Enter鍵。

（7）單擊“控制”按鈕設置實驗控制方式，如圖 1-4所示，“控制指令類型”欄一般實驗設兩個及以上，前一個控制指令一般設為“定位移動控制”，5mm/min的速度及以下，“目標值”欄根據情況而定，可以是彈性段最大力值（如 20kN），也可以是應變（如 1%），設置“到達目標后”欄為“繼續實驗”，最後一個控制必須設置為

“定向移動控制”，“到達目標后”欄空，而“破壞結束”欄為“判斷破壞”。