创新实验报告书.doc

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1、力学创新实验报告书班级：工程力学11-3班学院：力学与建筑工程学院组员：倪宏阳，张可，杨洪峰周明国，张敏，周顺2015年1月一、实验背景最近，宿舍阳台的晾衣杆突然脱落，大家洗好的衣服都没地方晾了，只好到其他宿舍晾衣服，给我们的生活带来的一些不便，正好需要做材料力学创新实验，我们小组就打算利用脱落的晾衣杆或以它为原型来构思我们的实验。开始我们打算利用晾衣杆做薄壁圆筒的组合实验，来验证材料力学的一些理论公式，但是像材料的弹性模量、泊松比等都是之前力学实验做过的，之后想通过实验测量杆端转角，进而得到剪切模量，来验证弹性模量、剪切模量、泊松比的关系，即,但实验的内容及过程太少，我们下次

2、小组讨论实验内容。最终我们打算以简化的晾衣干模型即钢管，检验在载荷下的弯矩，剪力，最大正应力与理论值的误差。同时，工程实际中的构件往往是几种基本变形的组合，处于复杂应力状态下。要确定这些构件上某点的主应力大小和方向，也就比较复杂，甚至有些复杂的工程结构尚无准确的理论公式可供计算，在这种情况下，常常要借助实验的方法解决。工程中只有两端支撑在柱子上的梁，主要承受正弯矩，一般为静定结构。体系温变、混凝土收缩徐变、张拉预应力、支座移动等都不会在梁中产生附加内力，受力简单，简支梁为力学简化模型。二、实验理论分析2.1材料属性及模型简化当晾衣杆上挂满衣服时，我们将这种情形下的受力状态简化成

3、均布载荷，由于支座的外侧不受力，也将其简化掉了，然后进行理论分析计算，首先得到其弯矩图和剪力图，显而易见，中心的弯矩最大。薄壁圆筒用不锈钢1Cr18Ni9Ti制造，材料弹性模量E = 202GPa ，泊松比μ=0.28，圆筒外径D=40mm，内径d=36.40mm，长l=450mm，，图2-1模型受力图及均布荷载弯矩剪力图2.2最大正应力的计算2.3最大剪应力的计算2.4最大挠度的计算由材料力学中简支梁的挠度计算公式可以计算得到：一、实验过程由于试验中加载均布载荷不容易加载，为了适应万能试验机的加载，我们便简化为两个集中力作用，如图所示：图3-1材料加载图3.3最大正应力由图可

4、知梁在荷载作用下，梁的最大正应力就发生在该段梁的中点处。考虑到在加载过程中，荷载可能不是作用在梁的中线上，导致试件可能会发生扭转。考虑到上述因素，我们确定的贴片方案是，在梁的跨中下表面均匀地粘贴三个应变片，编号为2、3、4，测得相应的应变，并取其平均值作为跨中下表面的应变。由于该点处于单轴应力状态，所以由胡克定律可以求得最大正应力。这样贴片的好处是，在测得该处的正应变的同时消除了可能发生扭转而导致的误差。图3-2-底面投影贴片图3.3最大剪应力由剪力图3-2可见，除梁在荷载作用之间的其他部分，剪力均匀分布，由于中性轴上的正应力为零，因此这部分的中性轴上处于纯剪切状态。我们的贴片

5、方案是，将一个应变片贴在中性轴处的位置，并与中性轴成45°。应变贴片位置处于纯剪切，所以只需要贴一个应变片就可以得到该点的剪应力。由广义虎克定律，得到最大剪应力图3-3应力状态分析图图3-4应力圆图3-5侧面贴片图四、实验步骤1：对所选构件进行打磨：首先，将分发的材料进行全面的处理，进行一系列的打磨和擦拭；2：通过理论分析确定应变片粘贴位置：通过理论分析，只需在梁中的下端处贴三个应变片，测量相应位置的应变量，然后在荷载与支点中点的中轴线处与水平线成45度方向贴一个应变片即可；3：在确定的位置正确粘贴应变片：对贴片的位置进行进一步的打磨，是表面光滑平整，便于贴片，然后用酒精擦去表

6、面的灰尘，把502胶水先滴一小滴在贴片位置，然后将应变片轻轻地准确地贴在上边，压匀；用电烙铁将应变片的两个线头与电线焊接在一起；4：检测应变片是否有效：打开万用表并调制欧姆档，将万用表的两个表头分别接在应变片的两个线端，观察是否有示数，从而确认应变片是否有效；5：在万能实验机上安装试件：将试件准确地放在万能实验机上，支撑两端的距离为450mm，在试件上侧将两个小圆棒分别放在离试件中点112.5mm的两侧，上面放上用来传递荷载的工字钢，并将连接应变片的彩线正确地连接在数字电阻应变仪上；6：在实验机上进行分级加载实验：匀速缓慢加载，荷载从0开始以200为一个增量步加载至850N,即

7、加载到200N、400N、600N、800N时记录对应的应变和位移。五、实验数据处理表5-1实验数据整理荷载测试值0N200N400N600N800Ne1（）0-11-1-6e2（）24111516e3（）15131718e4（）26141820平均值1.7512.716.718挠度f（mm）00.0460.0730.0910.1015.1最大正应力的计算利用数字应变仪测得梁中点处底面处的应变为，为了消除梁在加载过程中可能发生的扭转，取其平均值。得到最大正应力：(6-1)5.2最大剪应力的计