【精品】宏观缺陷对试件中应力分布的影响实验

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1、机械设计创新实验（一）1・1宏观缺陷对试件中应力分布的影响实验一、实验目的1.练习并熟悉电测方法和多点应变测量方法。2.了解应力集中概念以及宏观缺陷对试件中应力分布的影响。3.测定试件中缺陷的局部和远端应力情况。二、实验设备及试件1.带有力传感器和显示器的简易加载装置，或电子万能实验机。2.数字应变仪。3.试样有两类试样，一类为屮心带圆孔的薄板和等横截面的完整薄板，薄板上不同部位贴有应变片，圆孔周围也贴有应变片；另一类为带垂直裂纹梁和等横截面梁，梁高度方向贴三枚应变片，裂纹的顶端也贴有应变片。三、实验原理受轴向拉伸或压缩的构件中，只有在离加力处稍远、横截面尺寸又无剧烈

2、改变的区域，横截面上的应力才是均匀分布的。但是，在工程上常有一些零件因有切口、切槽、螺纹等，以至截面尺寸剧烈改变。在这样的截面边沿处应力比其它地方要大得多，这种因截面尺寸急剧改变而引起的应力局部增大的线性称为应力集中。根据圣维南原理，应力提高的现象只是发生在局部，稍远的地方应力就急剧下降而趋于平缓，所以，应力集中表现出局部性质。但是，对于材料的承载能力而言，应力集中现彖却十分重要。因为，材料的强度是由最薄弱的部分所决定的，应力集中首先使局部破坏,最终使得材料的整体失效。所以，在机械设计中不能不考虑这方面的影响。为此，人们引入应力集中系数a:6是局部最大应力值，O■”是

3、同一截面上应力均匀分布时的应力值。应力集屮系数与材料、截面的几何形状、受力状况和边界条件都有关系。对于塑性材料，随着载荷增大，应力集中首先使局部应力达到屈服极限，材料进入塑性区，当外力继续增大，屈服区逐渐扩大，使应力分布趋于平缓，但是整个构件仍有承载能力。对于脆性材料，因材料没有屈服阶段，当局部最大应力达到强度极限吋，该处首先断裂，导致整个构件破坏。所以，应力集屮对脆性材料的承载能力影响最明显。需要指岀的是，对组织不均匀的脆性材料，如铸铁，在它内部有许多片状石墨（不能承担载荷），这相当于材料内部有许多小孔穴，材料本身就具有严重的应力集屮。这种情况下，由于截面尺寸改变引

4、起的应力集中对材料的构件的承载能力就没有明显的影响。图1.1本实验中，我们对中心有一圆孔的薄板进行考察。薄板受单向拉伸，圆孔四周及远处有应变片。首先，根据材料力学知识计算出薄板屮贴应变片处的应力应变；然后对薄板施加载荷，测出相应点的应变值，总结圆孔周围的应力分布。四、实验步骤1.设定三载荷值P,P2，P、CP^P2,P3<0.7ah）,计算处薄板屮应力。2.调试电阻应变仪，根据应变片灵敏度系数k,设定仪器灵敏系数k仪=嘉3.连接应变片测试电路，可以采用单点或多点连接方式，补偿片始终与待测应变片组成半桥电路。4.对薄板依次施加载荷片，厶，4,记录各点应变值。5.重复操

5、作4,再测试一遍。五、试验结果的处理1.把实验数据按不同载荷列成表格。2.每一点的应变值取两次测量值的平均值。3.根据数据，将应变换算为应力值，在坐标纸上绘11!光滑的（T—x曲线。4.比较不同载荷下的曲线情况，计算相应的应力集中系数并比较。六、预习与思考题1.预习《材料力学》屮电阻应变仪的使用方法。2.思考材料力学怎么处理这种问题，用材料力学的方法为什么不能解释？3.思考该实验屮测出的应力集屮系数的适用范围？§1.2不同杆端约束下压杆稳定性实验一、实验目的1.观察不同支座约束下压杆的失稳现象。2.测定不同支座约束下压杆临界压力二、实验设备及试件1.带有力传感器和显示

6、器的简易加载装置，或电子万能实验机。2.数字应变仪。3.大量程百分表及支架。4.游标卡尺及卷尺。5.试样压杆为弹簧钢细长杆，截面为矩形，在试样中点的左右两侧沿轴线各贴一枚应变片。6.支座有较支座，自由支座和固定支座三种。三、实验原理对于理想状态下，两端饺支细长压杆的临界压力由下列欧拉公式计算：式中I为横截面对z轴的惯性矩。当压力小于临界压力时，压杆的直线平衡是稳定的，当压力大于或等于临界压力时，压杆的稳定变为不稳定，转变为曲线平衡。所以，理想状态下压力P与挠度〃的关系如图屮的直线段OA,AB。实际上，由于材料的不均匀、压力偏心、压杆初始弯曲等因素的影响，P与挠度5的关

7、系为曲线OCD所示，在压力P接近鬥」寸，/急剧增大。所以，实验时，在压杆中点的两侧各安置一个百分表，测定P-8曲线。同时，还可以利用屮点两侧的应变片，测定P~£曲线。由上述两曲线的水平渐近线便可以确定临界压力Pcr。压杆两端的约束条件不同，对压杆失稳后的变形情况和临界压力有明显的影响。对于不同约束下的临界压力的计算，可以在两端钱支的欧拉公式基础上，通过引入长度系数“对欧拉公式进行修正，从而用一个统一的欧拉公式表示不同杆端约束情况下的压杆临界压力：pq