材料力学实验指导书 (1)
材料力学实验指导书
河北科技大学建筑工程学院
2005年2月
目录
实验一拉伸实验 (2)
实验二压缩实验 (7)
实验三纯弯曲梁的正应力实验 (10)
实验四材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (14)
附录1 微控万能材料实验机 (19)
附录2 组合式材料力学多功能实验台 (20)
附录3 电测法的基本原理 (22)
实验一 拉伸试验
一、实验目的和实验要求
1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标:屈服应力s σ和抗拉强度b σ。
2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标:伸长率δ和断面收缩率ψ。
3.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标:抗拉强度b σ。
4.绘制低碳钢和灰铸铁的应力应变图,比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。
5.学习和掌握材料的力学性能测试的基本实验方法。
二、实验原理
1.为了检验低碳钢拉伸时的机械性质,应使试样轴向受拉直到断裂,在拉伸过程中以及试样断裂后,测读出必要的特征数据(如;P S 、P b 、l 1、d l )经过计算,便可得到表示材料力学性能的四大指标:σs 、σb 、δ、ψ。
2.铸铁属脆性材料,轴向拉伸时,在变形很小的情况下就断裂,故一般测定其抗拉强度极限
σb 。
三、实验方法
按照国家标准《金属拉伸试验试样》,金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。
圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距,按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系,分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=,矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=,其中,前者称为长比例试样(简称长试样),后者称为短比例试样(简称短试样)。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接,以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大,其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。
1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标
实验开始后,观察实验软件绘出的拉伸过程中的σ-ε曲线,直至试件拉断,以测出低碳钢在拉伸时的力学性质。
(1)强度性能指标
屈服应力(屈服点)s σ——试样在拉伸过程中荷载不增加而试样仍能继续产生变形时的荷载(即屈服荷载)s F 除以原始横截面面积A 所得的应力值,即
A
F s
s =
σ 抗拉强度b σ——试样在拉断前所承受的最大载荷b F 除以原始横截面面积A 所得的应力值,即
A
F b
b =
σ 低碳钢是具有明显屈服现象的塑性材料,在均匀缓慢的加载过程中,σ-ε曲线上表现的屈服阶段的最小荷载(下屈服荷载)即为屈服荷载F s 。
超过屈服荷载后,再继续缓慢加载直至试样被拉断,万能试验机读出的最大荷载即为极限荷载。
当载荷达到最大载荷后,可以看到,在试样的某一部位局部变形加快,出现颈缩现象,随后试样很快被拉断。
(2)塑性性能指标
伸长率δ——拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比,即
%1001?-=
l
l
l δ 式中:l 为试样的原始标距;1l 为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。
试样的塑性变形集中产生在颈缩处,并向两边逐渐减小。因此,断口的位置不同,标距l 部分的塑性伸长也不同。若断口在试样的中部,发生严重塑性变形的颈缩段全部在标距长度内,标距长度就有较大的塑性伸长量;若断口距标距端很近,则发生严重塑性变形的颈缩段只有一部分在标距长度内,另一部分在标距长度外,在这种情况下,标距长度的塑性伸长量就小。因此,断口的位置对所测得的伸长率有影响。
(a )
(b )
图1-1 测1l 的移位法
断面收缩率ψ——拉断后的试样在断裂处的最小横截面面积的缩减量与原始横截面面积的百分比,即
%1001
?-=
A
A A ψ 式中:A 为试样的原始横截面面积;1A 为拉断后的试样在断口处的最小横截面面积。
2.测定灰铸铁拉伸时强度性能指标
灰铸铁在拉伸过程中,当变形很小时就会断裂,万能试验机读出的最大载荷b F 除以原始横截面面积A 所得的应力值即为抗拉强度b σ,即
A
F b
b =
σ 四、实验步骤
1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标
(1)依次合上主机、控制器、计算机系统的电源,一般要求预热15分钟。
(2)在试样标距范围内的中间以及两标距点的内侧附近,分别用游标卡尺在相互垂直方向上测取试样直径的平均值为试样在该处的直径,取三者中的最小值作为计算直径。
(3)调整横梁位置,以便夹持试件。
(4)打开实验软件,联机,进行试样录入、参数设置。
(5)将试件夹持在上下夹具内,将力、位移清零;然后加紧夹具,调整初载0.05mm/min 。 (6)点击“实验开始”,观察试样的屈服现象和颈缩现象,直至试样被拉断为止,试验结束。 (7)进入“数据管理”,进行查询、打印,并分别记录F s 、F b 。
(8)取下拉断后的试样,将断口吻合压紧,用游标卡尺量取断口处的最小直径和两标点之间的距离。
2.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标
(1)测量试样的尺寸。
(2)调整横梁位置。
(3)打开实验软件,进行试样录入、参数设置。
(4)将试件夹持在上下夹具内,将力、位移清零;然后加紧夹具,调整初载0.05mm/min。
(5)点“实验开始”,直至试样被拉断为止,试验结束。
(6)进入“数据管理”,进行查询、打印,并记录F b。
五、实验设备和仪器
1.WDW3100微控电子万能实验机。
2.游标卡尺(0.02mm)。
六、实验数据的记录与计算
1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标
表1-2 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算
2.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标
表1-2 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算
3.拉伸试验结果的计算精确度
(1)强度性能指标(屈服应力s σ和抗拉强度b σ)的计算精度要求为MPa 5.0,即:凡<
MPa 25.0的数值舍去,≥MPa 25.0而<MPa 75.0的数值化为MPa 5.0,≥MPa 75.0的数值者则进为MPa 1。
(2)塑性性能指标(伸长率δ和断面收缩率ψ)的计算精度要求为%5.0,即:凡<%25.0的数值舍去,≥%25.0而<%75.0的数值化为%5.0,≥%75.0的数值则进为%1。 七、注意事项
1.实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程,严禁开“快速”档加载。开动万能试验机后,操作者不得离开工作岗位,实验中如发生故障应立即停机。
2.引伸仪系精密仪器,使用时须谨慎小心,不要用手触动指针和杠杆。安装时不能卡得太松,以防实验中脱落摔坏;也不能卡得太紧,以防刀刃损伤造成测量误差。
3.加载时速度要均匀缓慢,防止冲击。 八、思考题
1.低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同?
2.测定材料的力学性能有何实用价值?
3.你认为产生试验结果误差的因素有哪些?应如何避免或减小其影响?
实验二 压缩试验
一、实验目的
1.测定低碳钢压缩时的强度性能指标:屈服应力s σ。
2.测定灰铸铁压缩时的强度性能指标:抗压强度bc σ。
3.绘制低碳钢和灰铸铁的压缩图,比较低碳钢与灰铸铁在压缩时的变形特点和破坏形式。 二、实验试样
按照国家标准GB7314—87《金属压缩试验方法》,金属压缩试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆柱体试样、正方形柱体试样和板状试样三种。其中最常用的是圆柱体试样和正方形柱体试样,如图2-1所示。根据试验的目的,对试样的标距l 作如下规定:
()d l 2~1=的试样仅适用于测定bc σ;
()d l 5.3~5.2=(或b )的试样适用于测定pc σ、sc σ和bc σ; ()d l 8~5=(或b )的试样适用于测定pc0.01σ和c E 。
其中d (或b )mm 20~10=。
(a ) (b )
图2-1 压缩试样
(a )圆柱体试样;(b )正方形柱体试样
三、实验原理与方法
1.测定低碳钢压缩时的强度性能指标
低碳钢在压缩过程中,当应力小于屈服应力时,其变形情况与拉伸时基本相同。当达到屈服应力后,试样产生塑性变形,随着压力的继续增加,试样的横截面面积不断变大直至被压扁。故只能测其屈服载荷s F ,屈服应力为
A
F s
s =
σ 式中:A 为试样的原始横载面面积。
2.测定灰铸铁压缩时的强度性能指标
灰铸铁在压缩过程中,当试样的变形很小时即发生破坏,故只能测其破坏时的最大载荷bc F ,抗压强度为
A
F σbc bc =
四、实验设备和仪器
1.WDW3100微控电子万能实验机。
2.游标卡尺(0.02mm )。
五、实验步骤
(1)依次合上主机、控制器、计算机系统的电源,一般要求预热15分钟。
(2)检查试样两端面的光洁度和平行度,并涂上润滑油。用游标卡尺在试样的中间截面相互垂直的方向上各测量一次直径,取其平均值作为计算直径。
(3)调整横梁位置,以便放置试件。
(4)检查球形承垫与承垫是否符合要求。将试样放进万能试验机的上、下承垫之间,并检查对中情况。
(5)打开实验软件,联机,进行试样录入、参数设置。调整初载0.05mm/min 。
(6)点击“实验开始”,缓慢加载,直至被压缩产生明显的鼓状变形或灰铸铁试件被压坏时,点击试验结束。
(7)进入“数据管理”,进行查询、打印,并分别记录低碳钢试件的屈服荷载F s 、灰铸铁的最大荷载F b 。并注意观察试件的变形现象。
六、实验数据的记录与计算
表1-4 测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算
七、注意事项
1.实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程,严禁开“快速”档加载。开动万能试验机后,操作者不得离开工作岗位,实验中如发生故障应立即停机。
2.低碳钢压缩实验时,要密切观察试件的变形情况,到一定程度时适时结束实验,以免发生危险。
3.加载时速度要均匀缓慢,防止冲击。
八、思考题
1.比较低碳钢和灰铸铁在拉伸与压缩时所测得的s σ和b σ的数值有何差别?
2.仔细观察灰铸铁的破坏形式并分析破坏原因。
实验三 纯弯曲梁的正应力实验
一、实验目的
1.学习使用电阻应变仪,初步掌握电测方法。 2.测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律。 3.验证纯弯曲梁的正应力计算公式。 二、实验仪器设备和工具
1. 组合实验台中纯弯曲梁实验装置
2. 力&应变综合参数测试仪
3. 游标卡尺 三、实验原理及方法
在纯弯曲条件下,根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设,可得到梁横截面上任一点的正应力,计算公式为
z
M I y ?=
σ
式中M 为弯矩,I z 为横截面对中性轴的惯性矩;y 为所求应力点至中性轴的距离。
为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律,在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度,平行于轴线贴有应变片(如图3-1)。
图 3-1 应变片在梁中的位置
当梁受弯曲时,即可测出各点处的轴向应变实i ε(i =1、2、3、4、5)。由于梁的各层纤维之间无挤压,根据单向应力状态的虎克定律,求出各点的实验应力 为:
实实i i E εσ=(i =1、2、3、4、5)
式中E 是梁材料的弹性模量。
实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。采用增量法加载,每增加等量的载荷△P ,测得各点相应的应变增量为实i ε?,求出实i ε?的平均值实i ε?,依次求出各点的应力增量实i σ?为:
实实i i E εσ?=? (3-1)
把实i σ?与理论公式算出的应力增量:
z
i M I y i
??=
?理σ (3-2) 加以比较从而验证理论公式的正确性。从图 3-l 的试验装置可知,△M 应为:
a 2
1
??=
?P M (3-3) 四、实验步骤
1.设计好本实验所需的各类数据表格。
2.测量矩形截面梁的宽度b 和高度h 、载荷作用点到梁支点距离各应变片到中性层的距离y i 。 拟订加载方案。先选取适当的初载荷P 0(一般取P 0 =10%P max 左右),算P max (P max ≤4000N ),分4~6级加载。
3.根据加载方案,调整好实验加载装置。
4.按实验要求接好线,调整好仪器,检查整个测试系统是否处于正常工作状态。
5.加载。均匀缓慢加载至初载荷P 0,记下各点应变的初始读数;然后分级等增量加载,每增加一级载荷,依次记录各点电阻应变片的应变值εi ,直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2
6.作完实验后,卸掉载荷,关闭电源,整理好所用仪器设备,清理实验现场,将所用仪器设备复原,实验资料交指导教师检查签字。
五、实验结果处理 1. 实验值计算
根据测得的各点应变值εi 求出应变增量平均值实i ε?代入胡克定律计算。 各点实验应力计算:
6
i 10
E -???==实实实εεσi i E
2. 理论值计算
载荷增量△P= N
弯距增量△M=△P·a/2= N·m
各点理论值计算:
3.绘出实验应力值和理论应力值的分布图
分别以横坐标轴表示各测点的应力σi实和σi理,以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置y i,选用合适的比例绘出应力分布图。
表3-1实验值与理论值的比较
表3-2 试件相关数据
六、思考题
1.影响实验结果准确性的主要因素是什么?
2.弯曲正应力的大小是否受弹性模量E的影响?
3.实验时没有考虑梁的自重,会引起误差吗?为什么?
4.梁弯曲的正应力公式并未涉及材料的弹性模量E,而实测应力值的计算却用上了弹性模量E,为什么?
实验四 材料弹性模量E 和泊松比μ的测定
一、实验目的
1. 测定常用金属材料的弹性模量E 和泊松比μ。
2. 验证胡克(Hooke )定律。 二、实验仪器设备和工具 1. 组合实验台中拉伸装置 2. 力&应变综合参数测试仪
3. 游标卡尺 三、实验原理和方法
试件采用矩形截面试件,电阻应变片布片方式如图4-1。在试件中央截面上,沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片R 1、R 1ˊ和一对横向应变片R 2、R 2ˊ,以测量轴向应变ε和横向应变εˊ。
补偿块
图 4-1 拉伸试件及布片图
1. 弹性模量E 的测定
由于实验装置和安装初始状态的不稳定性,拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差,实验宜从一初载荷P 0(P 0≠0)开始,采用增量法,分级加载,分别测量在各相同载荷增量△P 作用下,产生的应变增量△ε,并求出△ε的平均值。设试件初始横截面面积为A 0,又因l l /?=ε,则有
ε
??=
0A P
E
上式即为增量法测E 的计算公式。式中 A 0 —试件截面面积,ε? — 轴向应变增量的平均值.
用上述板试件测E 时,合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。下面讨论几种常见的组桥方式。
(1) 单臂测量(图4-2a )
工作片补偿片
机内电阻
(a) A A
(b) (c) A
(d) (e)
A
图4-2 几种不同的组桥方式
实验时,在一定载荷条件下,分别对前、后两枚轴向应变片进行单片测量,并取其平均值ε=(ε1+ε1′)/2。显然(εn+ε0)代表载荷(P n+P0)作用下试件的实际应变量。而且ε消除了偏心弯曲引起的测量误差。
(2)轴向应变片串连后的单臂测量(图4-2b)
为消除偏心弯曲引起的影响,可将前后两轴向应变片串联后接在同一桥臂(AB)上,而邻臂(BC)接相同阻值的补偿片。受拉时两枚轴向应变片的电阻变化分别为
△R1 + △R M
△R1′-△R M
△R M为偏心弯曲引起的电阻变化,拉、压两侧大小相等方向相反。根据桥路原理,AB桥臂有△R/R = (△R1 + △R M + △R1′-△R M)/( R1 + R1′) =△R1/△R1
因此轴向应变片串联后,偏心弯曲的影响自动消除,而应变仪的读数就等于试件的应变即εp =εd,很显然这种测量方法没有提高测量灵敏度。
(3)串联后的半桥测量(图4-2c)
将两轴向应变片串联后接AB桥臂;两横向应变片串联后接BC桥臂,偏心弯曲的影响可自动消除,而温度影响也可自动补偿。根据桥路原理
εd=ε1-ε2-ε3+ε4
其中ε1=εp;ε2=-μεp, εp代表轴向应变,μ为材料的泊松比。由于ε3、ε4为零,故电阻应变仪的读数应为
εd=εp(1+μ)
有εp=εd/(1+μ)
如果材料的泊松比已知,这种组桥方式使测量灵敏度提高(1+μ)倍。
(4)相对桥臂测量(图4-2d)
将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂(AB、CD),两温度补偿片接在相对桥臂(BC、DA),偏心弯曲的影响可自动消除。根据桥路原理
εd=2 εp
测量灵敏度提高2倍。
(5)全桥测量
按图4-2(e)的方式组桥进行全桥测量,不仅消除偏心和温度的影响,而且测量灵敏度比单臂测量时提高2(1+μ)倍,即
εd=2 εp(1+μ)
2. 泊松比μ的测定
利用试件上的横向应变片和纵向应变片合理组桥,为了尽可能减小测量误差,实验宜从一初载荷P 0(P 0≠0)开始,采用增量法,分级加载,分别测量在各相同载荷增量△P 作用下,横向应变增量△εˊ和纵向应变增量△ε。求出平均值,按定义
ε
ε
μ?'?=
便可求得泊松比μ。 四、实验步骤
1.设计好本实验所需的各类数据表格。
2.测量试件尺寸。在试件标距范围内,测量试件三个横截面尺寸,取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A 0。见附表1
3.拟订加载方案。先选取适当的初载荷P 0(一般取P 0 =10% P max 左右),估算P max (该实验载荷范围P max ≤5000N ),分4~6级加载。
4.根据加载方案,调整好实验加载装置。
5.按实验要求接好线(为提高测试精度建议采用图3-5d 所示相对桥臂测量方法),调整好仪器,检查整个测试系统是否处于正常工作状态。
6.加载。均匀缓慢加载至初载荷P 0,记下各点应变的初始读数;然后分级等增量加载,每增加一级载荷,依次记录各点电阻应变片的应变值,直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2,半桥单臂测量数据表格,其他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。
7.作完实验后,卸掉载荷,关闭电源,整理好所用仪器设备,清理实验现场,将所用仪器设备复原,实验资料交指导教师检查签字。
附表2 (实验数据)
五、实验结果处理 1. 弹性模量计算 ε
??=
0A P
E
2. 泊松比计算
ε
ε
μ?'?=
六、思考题
1. 分析纵、横向应变片粘贴不准,对测试结果的影响。
2. 根据实验测得的E 实、μ实值与已知E 理、μ理值作对比,分析误差原因。
3. 采用什么措施可消除偏心弯曲的影响?
附录1 微控万能材料试验机
微控万能材料试验机是采用各类传感器进行力和变形检测,通过微机控制的新型机械式试验机。由于采用了传感技术、自动化检测和微机控制等先进的测控技术,它不仅可以完成拉伸、压缩、弯曲、剪切等常规试验,还能进行材料的断裂性能研究以及完成载荷或变形循环、恒加载速率、恒变形速率、蠕变、松弛和应变疲劳等一系列静、动态力学性能试验。
现以WDW3100万能材料试验机为例,简单介绍其构造原理和使用方法(见图1-1)。该机采用全数字化控制,配备载荷传感器、电子引伸计、光电位移编码器等传感器,机械加载部分采用直流伺服控制系统控制预应力滚珠丝杠带动横梁移动。
一、工作原理
在测试系统接通电源后,微机按试验前设定的数值发出横梁移动指令,该指令通过伺服控制系统控制主机内部的伺服电机转动,经过皮带、齿轮等减速机构后驱动左、右丝杠转动,由活动横梁内与之啮合的螺母带动横梁上升或下降。装上试样后,试验机可通过载荷、应变、位移传感器获得相应的信号,该信号放大后通过A/D进行数据采集和转换,并将数据传递给微机。微机一方面对数据进行处理,以图形及数值形式在微机显示器上反映出来;另一方面将处理后的信号与初始设定值进行比较,调节横梁移动改变输出量,并将调整后的输出量传递给伺服控制系统,从而可达到恒速率、恒应变、恒应力等高要求的控制需要。
二、操作方法
由于WDW3100微控万能材料试验机采用了全数字化控制技术,因此,其工作过程均通过软件操作来实现。下面结合软件来介绍操作方法。
1、依次合上主机、控制器、计算机系统的电源,一般要求预热一会儿。
2、直接点击计算机桌面上的图标,打开软件,进入试验方法模式,如以前已编好了试验方法,可直接点击进入;如果没有,可查找合适的试验法。
3、选定所要的试验方法后,输入相关的试验参数,如:加载速率、试样尺寸、数据采集模式和所需试验结果等,最后存储方法。
4、安装试样,检查设备的上下限保护是否设置正确。
5、启动试验,并注意观察,若发生意外立即终止试验。
6、试验完成后,存储试验数据,根据需要提供试验分析结果或打印试验报告。
7、将主机的横梁回位,以免接着试验时,造成软件与主机连接不上。
8、实验完毕,关闭软件,关闭计算机系统,关闭控制器,关闭主机电源,最后切断总电源。
9、清洁主机,填写设备使用记录。
材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)
C 61`材料的拉伸压缩实验 一、实验目的 1.观察试件受力和变形之间的相互关系; 2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理 现象;观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3.测定拉伸时低碳钢的强度指标(s 、b )和塑性指标(、);测定压 缩时铸铁的强度极限b。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。 二、实验设备 1.微机控制电子万能试验机; 2.游标卡尺。 三、实验材料 拉伸实验所用试件(材料:低碳钢)如图1所示,压缩实验所用试件(材料:铸铁)如图2所示: d l l 图1 拉伸试件图2 压缩试件 四、实验原理 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中,通过力传感器和位移传感器进行数据采集,A/D转换和处理,并输入计算机,得到F-l曲线,即低碳钢拉伸曲线,见图3。 对于低碳钢材料,由图3曲线中发现OA直线,说明F正比于l,此阶段称为弹性阶段。屈服阶段(B-C)常呈锯齿形,表示载荷基本不变,变形增加很快,材料失去抵抗变形能力,这时产生两个屈服点。其中,B点为上屈服点,它受变形大小和试件等因素影响;
B 点为下屈服点。下屈服点比较稳定,所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs 时,必须缓慢而均匀地加载,并应用s =F s / A 0(A 0为试件变形前的横截面积)计算屈服极限。 图3 低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后,要使试件继续变形,就必须增加载荷,材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后,在试件的某一局部发生显著变形,载荷逐渐减小,直至试件断裂。应用公式b =F b /A 0计算强度极限(A 0为试件变形前的横截面积)。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积,计算出低碳钢的延伸率和端面收缩率 ,即 %100001?-= l l l δ,%1000 1 0?-=A A A ψ 式中,l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度,A 1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中,通过力传感器和位移传感器进行数据采集,A/D 转换和处理, 并输入计算机,得到F-l 曲线,即铸铁压缩曲线,见图4。 图4 铸铁压缩曲 线
材料力学实验指导书
材料力学实验指导书 §5 梁弯曲正应力电测实验指导书 1、概述 梁是工程中常用的受弯构件。梁受弯时,产生弯曲变形,在结构设计和强度计算中经常要涉及到梁的弯曲正应力的计算,在工程检验中,也经常通过测量梁的主应力大小来判断构件是否安全,也可采用通过测量梁截面不同高度的应力来寻找梁的中性层。 2、实验目的 1、用应变电测法测定矩形截面简支梁纯弯曲时,横截面上的应力分布规律。 2、验证纯弯梁的弯曲正应力公式。 3、观察纯弯梁在双向交变加载下的应力变化特点。 3、实验原理 梁纯弯曲时,根据平面假设和纵向纤维之间无挤压的假设,得到纯弯曲正应力计算公式为: Z I My =σ 式中:M —弯矩 Z I —横截面对中性层的惯性矩 y —所求应力点的纵坐标(中性轴为坐标零点)。 由上式可知梁在纯弯曲时,沿横截面高度各点处的正应力按线性规律变化,根据纵向纤维之间无挤压的假设,纯弯梁中的单元体处于单纯受拉或受压状态,由单向应力状态的胡克定律E *εσ=可知,只要测得不同梁高处的ε,就可计算出该点的应力σ,然后与相应点的理论值进行比较,以验证弯曲正应力公式。 4、实验方案 4.1实验设备、测量工具及试件: YDD-1型多功能材料力学试验机(图1.8)、150mm 游标卡尺、四点弯曲梁试件(图5.1)。 YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成,主机部分由加载机构及相应的传感器组成,数据采集部分完成数据的采集、分析等。 图5.1实验中用到的纯弯梁,矩形截面,在梁的两端有支撑圆孔,梁的中间段有四个对称半圆形分配梁加载槽,加载测试时,两半圆型槽中间部分为纯弯段,在纯弯段中间不同梁高部位、在离开纯弯段中间一定距离的梁顶及梁底、在加工有长槽孔部位的梁顶及梁底均粘贴电阻应变片。 4.2 装夹、加载方案 安装好的试件如图5.2所示。试验时,四点弯曲梁通过销轴安装在支座的长槽孔内,形成滚动铰支座。梁向下弯曲时,荷载通过分配梁等量地分配到梁上部两半圆形加载槽,梁向上弯曲时,荷载通 过分配梁等量地分配到梁下部两半圆形加载槽,分配梁的两个加载支滚,一个为滚动铰支座,一个为 图5.1 四点弯曲梁试件
控制工程基础实验指导书(答案)
控制工程基础实验指导书 自控原理实验室编印
(内部教材)
实验项目名称: (所属课 程: 院系: 专业班级: 姓名: 学号: 实验日期: 实验地点: 合作者: 指导教师: 本实验项目成绩: 教师签字: 日期: (以下为实验报告正文) 、实验目的 简述本实验要达到的目的。目的要明确,要注明属哪一类实验(验证型、设计型、综合型、创新型)。 二、实验仪器设备 列出本实验要用到的主要仪器、仪表、实验材料等。 三、实验内容 简述要本实验主要内容,包括实验的方案、依据的原理、采用的方法等。 四、实验步骤 简述实验操作的步骤以及操作中特别注意事项。 五、实验结果
给出实验过程中得到的原始实验数据或结果,并根据需要对原始实验数据或结果进行必要的分析、整理或计算,从而得出本实验最后的结论。 六、讨论 分析实验中出现误差、偏差、异常现象甚至实验失败的原因,实验中自己发现了什么问题,产生了哪些疑问或想法,有什么心得或建议等等。 七、参考文献 列举自己在本次准备实验、进行实验和撰写实验报告过程中用到的参考文献资 料。 格式如下 作者,书名(篇名),出版社(期刊名),出版日期(刊期),页码
实验一控制系统典型环节的模拟、实验目的 、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法; 、通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性; 、了解典型环节中参数的变化对输出动态特性的影响。 二、实验仪器 、控制理论电子模拟实验箱一台; 、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 、数字万用表一只;
、各种长度联接导线。 三、实验原理 运放反馈连接 基于图中点为电位虚地,略去流入运放的电流,则由图 由上式可以求得下列模拟电路组成的典型环节的传递函数及其单位阶跃响应。 、比例环节 实验模拟电路见图所示 U i R i U o 接示波器 以运算放大器为核心元件,由其不同的输入网络和反馈网络组成的各种典型环节,如图所示。图中和为复数阻抗,它们都是构成。 Z2 Z1 Ui ,— U o 接示波器 得:
控制工程基础实验指导书(答案) 2..
实验二二阶系统的瞬态响应分析 一、实验目的 1、熟悉二阶模拟系统的组成。 2、研究二阶系统分别工作在ξ=1,0<ξ<1,和ξ> 1三种状态下的单 位阶跃响应。 3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调 整时间ts。 4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。 5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统,并观察结果。 二、实验仪器 1、控制理论电子模拟实验箱一台; 2、超低频慢扫描数字存储示波器一台; 3、数字万用表一只; 4、各种长度联接导线。 三、实验原理 图2-1为二阶系统的原理方框图,图2-2为其模拟电路图,它是由惯性环节、积分环节和反号器组成,图中K=R2/R1,T1=R2C1,T2=R3C2。 图2-1 二阶系统原理框图
图2-1 二阶系统的模拟电路 由图2-2求得二阶系统的闭环传递函 12 22 122112 /() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为 (1)(2), 对比式和式得 n ωξ== 12 T 0.2 , T 0.5 , n S S ωξ====若令则。调节开环增益K 值,不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值,可以得到过阻尼(ξ>1)、 临界阻尼(ξ=1)和欠阻尼(ξ<1)三种情况下的阶跃响应曲线。 (1)当K >0.625, 0 < ξ < 1,系统处在欠阻尼状态,它的单位阶跃响应表达式为: 图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线 (2)当K =0.625时,ξ=1,系统处在临界阻尼状态,它的单位阶跃响应表达式为: 如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。 (2) +2+=222n n n S S )S (G ωξω ω1 ()1sin( ) (3) 2-3n t o d d u t t tg ξωωωω--=+=式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线 e t n o n t t u ωω-+-=)1(1)(
材料力学实验指导书
《材料力学》实验指导书(土木工程) 铜陵学院土木建筑系实验中心 王明芳编 2012-2-22
力学实验规则及要求 一、作好实验前的准备工作 (1)按各次实验的预习要求,认真阅读实验指导复习有关理论知识,明确实验目的,掌握实验原理,了解实验的步骤和方法。 (2)对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理,以及操作注意事项。 (3)必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。 二、严格遵守实验室的规章制度 (1)课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。 (2)未经许可,不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。 (3)作实验时,应严格按操作规程操作机器、仪器,如发生故障,应及时报告,不得擅自处理。 (4)实验结束后,应将所用机器、仪器擦拭干净,并恢复到正常状态。 三、认真做好实验 (1)接受教师对预习情况的抽查、质疑,仔细听教师对实验内容的讲解。 (2)实验时,要严肃认真、相互配合,仔细地按实验步骤、方法逐步进行。 (3)实验过程中,要密切注意观察实验现象,记录好全部所需数据,并交指导老师审阅。 四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写,培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此,要求学习者在自己动手完成实验的基础上,用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法,所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容,独立地写出实验报告,并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。
目录 实验一纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验 (4) 实验二材料弹性模量E、泊松比μ的测定 (7) 实验三偏心拉伸实验 (12) 实验四等强度梁实验 (16) 实验五悬臂梁实验 (18) 实验六压杆稳定实验 (21) 实验七纯扭转实验 (25) 实验八电阻应变片灵敏系数测定实验实验 (28)
《控制系统计算机仿真》实验指导书
实验一 Matlab使用方法和程序设计 一、实验目的 1、掌握Matlab软件使用的基本方法; 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、熟悉Matlab程序设计的基本方法 二、实验内容 1、帮助命令 使用help命令,查找sqrt(开方)函数的使用方法; 2、矩阵运算 (1)矩阵的乘法 已知A=[1 2;3 4]; B=[5 5;7 8]; 求A^2*B (2)矩阵除法 已知A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; B=[1 0 0;0 2 0;0 0 3]; A\B,A/B (3)矩阵的转置及共轭转置 已知A=[5+i,2-i,1;6*i,4,9-i]; 求A.', A' (4)使用冒号选出指定元素 已知:A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]; 求A中第3列前2个元素;A中所有列第2,3行的元素; (5)方括号[] 用magic函数生成一个4阶魔术矩阵,删除该矩阵的第四列 3、多项式 (1)求多项式p(x) = x3 - 2x - 4的根 (2)已知A=[1.2 3 5 0.9;5 1.7 5 6;3 9 0 1;1 2 3 4] , 求矩阵A的特征多项式; 求特征多项式中未知数为20时的值; 4、基本绘图命令 (1)绘制余弦曲线y=cos(t),t∈[0,2π] (2)在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5),t∈[0,2π] 5、基本绘图控制 绘制[0,4π]区间上的x1=10sint曲线,并要求: (1)线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号; (2)坐标轴控制:显示范围、刻度线、比例、网络线 (3)标注控制:坐标轴名称、标题、相应文本; 6、基本程序设计 (1)编写命令文件:计算1+2+?+n<2000时的最大n值; (2)编写函数文件:分别用for和while循环结构编写程序,求2的0到n次幂的和。 三、预习要求 利用所学知识,编写实验内容中2到6的相应程序,并写在预习报告上。
《材料力学实验指导书》解析
课程教案 课程名称: 任课教师: 所属院部:建筑工程与艺术学院 教学班级: 教学时间:2015—2016 学年第 1 学期湖南工学院
1 实验一 拉伸实验 一、本实验主要内容 低碳钢和铸铁的拉伸实验。 二、实验目的与要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象,绘出外力和变形间的关系曲线(F L -?曲线)。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 三、实验重点难点 1、拉伸时难以建立均匀的应力状态。 2、采集数据时,对数据的读取。 四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、启发、演示、辩论等;实验前对学生进行实验的理论指导和提醒学生实验过程的注意事项。 五、作业与习题布置 1、低碳钢拉伸图分为几阶段?每一阶段,力与变形有何关系?有什么现象? 2、低碳钢和铸铁在拉伸时可测得哪些力学性能指标?用什么方法测得?
1 实验一 拉伸实验 拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果,可以说明材料在静拉伸下的一些性能,诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能,这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。 一、实验目的要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象,绘出外力和变形间的关系曲线(F L -?曲线)。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 二、实验设备和仪器 万能材料试验机、游标卡尺、分规等。 三、拉伸试件 金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距,试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定,两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。 为了使实验测得的结果可以互相比较,试件必须按国家标准做成标准试件,即 5l d =或10l d =。 对于一般板的材料拉伸实验,也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积 和试件标距关系为l = l =A 为标距段内的截面积。 四、实验方法与步骤
材料力学实验
材料力学实验 文档编制序号:[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
实验一实验绪论 一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器: 100kN(10T)微机控制电子万能试验机;200kN(20T)微机控制电子万能试验机;WEW-300C微机屏显式液压万能试验机;WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器: 弯曲测试系统;静态数字应变仪 二、应变电桥的工作原理 三、材料力学实验与材料力学的关系 四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述,并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位
实验二轴向压缩实验 一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法 金属的压缩试样一般制成很短的圆柱,以免被压弯。圆柱高度约为直径的倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。 低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明:低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε,都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后,试样 越压越扁,横截面面积不断增大,试样抗压能力也继续增强,因而得不 到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样,记录数据 二、轴向压缩实验原始数据 指导老师签名:徐
三、轴向压缩数据处理 测试的压缩力学性能汇总 强度确定的计算过程: 实验三轴向拉伸实验 一、实验预习 1、实验目的 (1)、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E; (2)、测定低碳钢的屈服强度,抗拉强度。断后伸长率δ和断面收缩率; (3)、测定铸铁的抗拉强度,比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I.弹性模量E及强度指标的测定。(见图) 低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线 (1)测弹性模量用等增量加载方法:F o =(10%~20%)F s , F n =(70%~80%)F s 加载方案为:F 0=5,F 1 =8,F 2 =11,F 3 =14,F 4 =17 ,F 5 =20 (单位:kN) 数据处理方法: 平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ(1) 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( (2)
材料力学实验指导书
试验一岩石单轴抗压试验 一、试验的目的: 测定岩石的单轴抗压强度R c。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时,单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度,即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。 二、基本原理 岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时,单位面积上所承受的最大压应力: (MPa) 一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同,又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。 岩石的单轴抗压强度,常采用在压力机上直接压坏标准试样测得,也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行,或用其它方法间接求得。 三、主要仪器设备 1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。 2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。 3、压力机,应满足下列要求: (1)压力机应能连续加载且没有冲击,并具有足够的吨位,使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。 (2)压力机的承压板,必须具有足够的刚度,其中之一须具有球形座,板面须平整光滑。 (3)承压板的直径应不小于试样直径,且也不宜大于试样直径的两倍。如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时,需在试样上下两端加辅助承压板。辅助承压板的
刚度和平整度应满足压力机承压板的要求。 (4)压力机的校正与检验,应符合国家计量标准的规定。 三、操作步骤 1、试样制备 (1)样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块,在取样和试样制备过程中,不允许发生认为裂隙。 (2)试件规格:采用直径5厘米,高为10厘米的方柱体,各尺寸允许变化范围为:直径及边长为±0.2厘米,高为±0.5厘米。 (3)对于非均质的粗粒结构岩石,或取样尺寸小于标准尺寸者,允许采用非标准试样,但高径之比宜为2.0~2.5。 (4)试样制备的精度应満足如下要求: a沿试样高度,直径的误差不超过0.03cm; b试样两端面不平行度误差,最大不超过0.005cm; c端面应垂直于轴线,最大偏差不超过0.25°; d 方柱体试样的相邻两面应互相垂直,最大偏差不超过0.25°。 (4)试样含水状态处理 在进行试验前应按要求的含水状;制备试样时采用的冷却液,必须是洁净水,不许使用油液。 (5)对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石,应采用干法制样 2、试样描述 描述内容包括:岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等;加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题; 3、试样尺寸测量
控制工程-实验指导书-修订版
《控制工程基础》实验指导书常熟理工学院机械工程学院 2009.9
目录 1.MATLAB时域分析实验 (2) 2.MATLAB频域分析实验 (4) 3.Matlab校正环节仿真实验 (8) 4.附录:Matlab基础知识 (14)
实验1 MATLAB 时域分析实验 一、实验目的 1. 利用MATLAB 进行时域分析和仿真。 要求:(1)计算连续系统的时域响应(单位脉冲输入,单位阶跃输入,任意输入)。 2.掌握Matlab 系统分析函数impulse 、step 、lsim 、roots 、pzmap 的应用。 二、实验内容 1.已知某高阶系统的传递函数为 ()265432 220501584223309240100 s s G s s s s s s s ++=++++++,试求该系统的单位脉冲响应、单位阶跃响应、单位速度响应和单位加速度响应。 MATLAB 计算程序 num=[2 20 50]; den=[1 15 84 223 309 240 100]; t= (0: 0.1: 20); figure (1); impulse (num,den,t); %Impulse Response figure (2); step(num,den,t);%Step Response figure (3); u1=(t); %Ramp.Input hold on; plot(t,u1); lsim(num,den,u1,t); %Ramp. Response gtext(‘t’); figure (4); u2=(t.*t/2);%Acce.Input u2=(0.5*(t.*t)) hold on; plot(t,u2); lsim(num,den,u2,t);%Acce. Response
材料力学实验
1,为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同? 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外). 2, 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状, 且有450的剪切唇,断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面,为闪光的结晶状组织。. 3,分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答:铸铁试件压缩破坏,其断口与轴线成45°~50°夹角,在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值,抗剪先于抗压达到极限,因而发生斜面剪切破坏. 4,低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料? 答:低碳钢为塑性材料,抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近,此时试件不会发生断裂,随荷载增加发生塑性形变;铸铁为脆性材料,抗压强度远大于抗拉强度,无屈服现象。压缩试验时,铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。 通过试验可以发现低碳钢材料塑性好,其抗剪能力弱于抗拉;抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差,其抗拉远小于抗压强度,抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广,脆性材料最好处于受压状态,比如车床机座。 5,试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答: 弹性模量是材料的固有性质,与试件的尺寸和形状无关。 6, 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同,采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差,同时可以验证材料此时是否处于弹性状态,以保证实验结果的可靠性。 7, 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施? 答:检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限,应调整百分表位置。 8,测G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答:所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得,故必须控制外加扭矩大小。 9, 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.
材料力学实验指导书
工程力学实验指导书 主讲:林植慧 机械与汽车工程学院 SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING
实验一, 二 低碳钢(Q235钢)、铸铁的轴向拉伸试验 一、实验目的与要求 1.观察低碳钢(Q235钢)和铸铁在拉伸试验中的各种现象。 2.测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F ―Δl 曲线)及应力―应变曲线(σ―ε曲线)。 3.测定低碳钢拉伸时的比例极限P σ,屈服极限s σ、强度极限b σ、伸长率δ、断面收缩率ψ和铸铁拉伸时的强度极限b σ。 4.测定低碳钢的弹性模量E 。 5.观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。 6.比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。 二、实验设备、仪器和试件 1.微机控制电子万能试验机。 2.电子式引伸计。 3.游标卡尺。 4.低碳钢、铸铁拉伸试件。 三、实验原理与方法 材料的力学性能主要是指材料在外力作用下,在强度和变形方面表现出来的性质,它是通过实验进行研究的。低碳钢和铸铁是工程中广泛使用的两种材料,而且它们的力学性质也较典型。 试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》) 制成,标距0l 与直径0d 之比为5100 0或=d l ,如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图中:0d 为试样直径,0l 为试样的标距。国家标准中还规定了其他形状截面的试样。 图 1-1 金属拉伸试验在微机控制电子万能试验机上进行,在实验过程中,与电子万能试验机联机的计算机显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―l ?曲线),如图1-2所示。低碳钢试样的拉伸曲线(图1-2a)分为弹性阶段,屈服阶段,强化阶段及局部变形阶段。如果在强化阶段
机械控制工程基础实验指导书
机械控制工程基础实验 指导书 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》 实验指导书 专业:机械制造与自动化、起重运输机械设计与制造等 机械制造与自动化教研室编 2012年12月
目录
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分,它的任务是: 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概 念、控制系统的分析方法和设计方法; 2、重点学习如何利用MATLAB工具解决实际工程问题和 计算机实践问题; 3、提高应用计算机的能力及水平。 二、实验设备 1、计算机 2、MATLAB软件 三、对参加实验学生的要求 1、阅读实验指导书,复习与实验有关的理论知识,明确每次实验的目的,了解内容和方法。 2、按实验指导书要求进行操作;在实验中注意观察,记录有关数据和图 像,并由指导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑,整理实验桌子,恢复到实验前的情况。 4、认真写实验报告,按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹 要清楚,画曲线要用坐标纸,结论要明确。 5、爱护实验设备,遵守实验室纪律。 实验模块一 MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的建立 一、预备知识 的简介
MATLAB为矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源:20世纪70年代,美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler 为了减轻学生编程的负担,用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代,MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位:和Mathematica、Maple并称为三大数学软件,在数学类科技应用软件中,在数值计算方面首屈一指。 功能:矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等。 应用范围:工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-1 MATLAB图形处理示例 的工作环境 启动MATLAB,显示的窗口如下图所示。 MATLAB的工作环境包括菜单栏、工具栏以及命令运行窗口区、工作变量区、历史指令区、当前目录窗口和M文件窗口。 (1)菜单栏用于完成基本的文件输入、编辑、显示、MATLAB工作环境交互性设置等操作。 (2)命令运行窗口“Command Window”是用户与MATLAB交互的主窗口。窗口中的符号“》”表示MATLAB已准备好,正等待用户输入命令。用户可以在“》”提示符后面输入命令,实现计算或绘图功能。 说明:用户只要单击窗口分离键,即可独立打开命令窗口,而选中命令窗口中Desktop菜单的“Dock Command Window”子菜单又可让命令窗口返回桌面(MATLAB桌面的其他窗口也具有同样的操作功能);在命令窗口中,可使用方向
材料力学实验指导书(测量材料弹性模量E)
测量材料弹性模量E实验 一、实验名称 测定材料的弹性模量。 二、实验目的 1.掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法; 2.熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。 三、实验设备及仪器 1.CEG-4K型测E试验台 2.球铰式引伸仪 四、试样制备 1. 试样:Q235钢,如图所示,直径d=10mm,标距L=100mm。 2、载荷增重ΔF=1000N(砝码四级加载,每个砝码重25N,初载砝码一个,重16N,采用1:40杠杆比放大) 五、实验原理 实验时,从F0到F4逐级加载,载荷的每级增量为1000N。每次加载时,记录相应的长度变化量,即为ΔF引起的变形量。在逐级加载中,如果变形量ΔL 基本相等,则表明ΔF与ΔL为线性关系,符合胡克定律。完成一次加载过程,将得到ΔL的一组数据,实验结束后,求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平,代入胡克定律计算弹性模量。即
EA l F l ? ? = ? ?001 .0 备注:引伸仪每格代表0.001mm。 六、实验步骤及注意事项 1.调节吊杆螺母,使杠杆尾部上翘一些,使之与满载时关于水平位置大致对称。 2.把引伸仪装夹到试样上,必须使引伸仪不打滑。 注意:对于容易打滑的引伸仪,要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。引伸仪为精密仪器,装夹时要特别小心,以免使其受损。采用球铰式引伸仪时,引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°左右的角度。 3.挂上砝码托。 4.加上初载砝码,记下引伸仪的初读数。 5.分四次加等重砝码,每加一次记录一次引伸仪的读数。注意:加砝码时要缓慢放手,以使之为静载,防止砝码失落而砸伤人、物。 6.实验完毕,先卸下砝码,再卸下引伸仪。 七、数据处理 1. 记录相关数据 分级加载初载一次加载二次加载三次加载四次加载引伸仪读数L0= L1= L2= L3= L4= 2.计算 (1)各级形变量的计算 分级加载一次加载二次加载三次加载四次加载平均值形变量ΔL1= ΔL2= ΔL3= ΔL4= ΔL平=
哈工大_机电系统控制基础实验_指导书
前言 《机电系统控制基础》既是一门理论性较强、又紧密联系工程实际的实践性较强的课程,本课程的重点在于培养学生对机电系统进行建模、分析与控制的能力。难点在于如何使机电类专业的学生结合工程实际,特别是结合机械工程实际,从整体分析系统的动态行为,理解和掌握略显深奥、难懂的经典控制理论,并应用经典控制论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决机械工程中的实际问题。 通过实验教学环节使学生验证课堂教学的理论,使学生能够建立机电系统控制的整体概念,加深对经典控制论中基本概念和基本方法的理解,并掌握其在分析、研究和解决实际机械工程控制问题中的应用。通过三方面的实验:原理性仿真实验,面向机电系统中典型物理对象/系统的特性测试与分析实验,和典型机电系统的控制三方面实验。将所学的课程内容融会贯通,培养学生分析和解决问题的能力。
1 机电系统控制基础原理性仿真实验 1.1 实验目的 通过仿真实验,掌握在典型激励作用下典型机电控制系统的时间响应特性,分析系统开环增益、系统阻尼、系统刚度、负载、无阻尼自振频率等机电参数对响应、超调量、峰值时间、调整时间、以及稳态跟踪误差的影响;掌握系统开环传递函数的各参数辨识方法,最后,学会使用matlab软件对机电系统进行仿真,加深理解系统动态响应特性与系统各参数的关系。 1.2系统典型输入的响应实验 1.2.1 实验原理 1.一阶系统的单位脉冲响应 惯性环节(一阶系统)单位脉冲响应simulink实现图,如图1-1所示 (a)可观测到输出曲线 (b)输入、输出曲线均可观测到 图1-1惯性环节(一阶系统)单位脉冲响应simulink实现图 2.一阶系统的单位阶跃响应 一阶系统的单位阶跃响应simulink实现图如图1-2所示。
材料力学实验指导书0908资料
材料力学实验指导书 (2007版) 中国海洋大学工程学院土木工程实验中心 编者:郭卫国
学生实验守则 一、实验前要认真预习,明确实验内容、原理、目的、步骤和注意事项;课外 实验研究项目,实验前应拟定实验方案,并经实验室管理人员审查同意方 可实施; 二、学生在教师的指导下自主进行实验,要严格遵守仪器设备操作规程,节约 使用实验材料和水、电、气,如实记录实验现象、数据和结果,认真分析,独立完成实验报告; 三、爱护仪器设备及其他设施、物品,不得擅自动用与实验无关的仪器设备和 物品;不准擅自将实验室的物品带出室外;损坏或遗失仪器设备及其他设施、物品,应按学校有关规定进行赔偿; 四、实验完毕后,要及时关闭电源、水源、气源,清理卫生,将仪器设备和实 验物品复位,经指导老师检查合格后方可离开; 五、注意安全,熟悉安全设施和事故处理措施,实验过程中发现异常情况要及 时报告;发生危险时,应立即关闭电源、水源、气源,并迅速撤离;规范处理实验废液、废气和固体废弃物; 六、遵守纪律,必须按规定或预约时间参加实验,不得迟到、早退、旷课;保 持实验室安静,不准大声喧哗、嬉闹,不准从事与实验无关的活动;保持 实验室清洁,不准吸烟,不准随地吐痰、乱扔杂物。 前言 实验是进行科学研究的重要方法,科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的,许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力-应变的线性关系就是胡克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此,实验对材料力学有着更重要的一面,因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化基础之上的,它的结论是否正确以及能否在工程中应用,都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计中的强度、刚度等问题时,首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数,
材料力学实验指导要点
专业: 学号: 姓名: 西南交通大学峨眉校区力学实验中心 一、学生实验须知 1.学生进入实验室,要严格遵守实验室的各项规章制度,服从指导教师的安排; 2.严禁在实验室大声喧哗和嬉戏; 3.保持实验室周围的整洁,不乱扔纸屑、果皮,不随地吐痰,严禁吸烟;4.实验前应预习实验内容,弄清实验目的、原理和方法; 5.实验过程中应严肃认真,严格按照规定步骤操作,自己动手完成,及时记录和整理实验数据,不得转抄他人数据,要培养自己严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力; 6.使用仪器设备时,应严格遵守操作规程,若发现异常现象应立即停止使用,并及时向指导教师报告。如果因违反操作规程(或未经许可使用)而造成设备损坏,应按学校有关规定赔偿损失。 7.实验结束后,应将仪器设备和桌凳整理好并归还原位,协助打扫实验室卫生,经指导老师检查合格后方能离开实验室; 8.学生应按时(最迟不超过一周时间)上交实验报告,以供老师批改统计成绩。 - 1 - 二、实验仪器设备介绍
(一)材料力学多功能组合实验台 材料力学多功能组合实验台(以下简称实验台)是方便学生自己动手做材料力学电测实验的设备,配套使用的仪器设备还有:拉压型力传感器、力&应变综合参数测试仪、电阻应变片、连接导线与梅花改刀等,并配有计算机接口,可实现数据的计算机自动采集与计算。一个实验台可做多个电测实验,功能全面,操作简单,实验台结构如图2-1所示。 图2-1 材料力学多功能组合实验台 实验台为框架式整体结构,配置有拉压型力传感器及标准测点应变计(在试件待测点表面粘贴的电阻应变片),通过力&应变综合参数测试仪(以下简称测试仪)实现力与应变的实时测量。实验台分前后两半部分,前半部分可做弯扭组合变形实验、材料弹性模量与泊松比测定实验、偏心拉伸实验、压杆稳定实验、悬臂梁实验、等强度梁实验;后半部分可做纯弯曲梁正应力测试实验、电阻应变片灵敏系数标定实验、组合叠梁实验等。 操作规程如下: (1) 将所作实验的试件通过有关附件连接到架体相应位置,连接拉压型力传感器和加载件到加载机构上。 (2) 连接拉压型力传感器电缆线到测试仪后面传感器输入插座,连接电阻应变片导线到测试仪的各个测量通道接线柱上。 (3) 打开测试仪电源,预热约20分钟左右,输入力传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数(一般首次使用时已调好,如实验项目及力传感器没有改变,可不必重新设置),在不加载(加力点上下未接触)的情况下将测力初值和应变初值调至零。 (4) 在初始值以上对各试件进行分级加载,转动手轮速度要均匀,记下各级力值和待测点各通道的应变值,若已与微机连接,则全部数据可由计算机进行分析处理。
机械控制工程基础实验指导书版
河南机电高等专科学校《机械控制工程基础》
目录 实验任务和要求............................................................................................................................................. 实验模块一MATLAB基础实验............................................................................................................
实验任务和要求 一、自动控制理论实验的任务 自动控制理论实验是自动控制理论课程的一部分,它的任务是: 1、通过实验进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设 2、按实验指导书要求进行操作;在实验中注意观察,记录有关数据和图像,并由指 导教师复查后才能结束实验。 3、实验后关闭电脑,整理实验桌子,恢复到实验前的情况。
4、认真写实验报告,按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。字迹要清楚, 画曲线要用坐标纸,结论要明确。 5、爱护实验设备,遵守实验室纪律。 实验模块一MATLAB基础实验 ——MATLAB环境下控制系统数学模型的 建立 一、预备知识 1.MATLAB的简介 MATLAB为矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 来源:20世纪70年代,美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担,用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代,MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 地位:和Mathematica、Maple并称为三大数学软件,在数学类科技应用软件中,在数值计算方面首屈一指。 功能:矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言
材料力学实验指导书 (1)..
材料力学实验指导书 河北科技大学建筑工程学院 2005年2月
目录 实验一拉伸实验 (2) 实验二压缩实验 (7) 实验三纯弯曲梁的正应力实验 (10) 实验四材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (14) 附录1 微控万能材料实验机 (19) 附录2 组合式材料力学多功能实验台 (20) 附录3 电测法的基本原理 (22)
实验一 拉伸试验 一、实验目的和实验要求 1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标:屈服应力s σ和抗拉强度b σ。 2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标:伸长率δ和断面收缩率ψ。 3.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标:抗拉强度b σ。 4.绘制低碳钢和灰铸铁的应力应变图,比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。 5.学习和掌握材料的力学性能测试的基本实验方法。 二、实验原理 1.为了检验低碳钢拉伸时的机械性质,应使试样轴向受拉直到断裂,在拉伸过程中以及试样断裂后,测读出必要的特征数据(如;P S 、P b 、l 1、d l )经过计算,便可得到表示材料力学性能的四大指标:σs 、σb 、δ、ψ。 2.铸铁属脆性材料,轴向拉伸时,在变形很小的情况下就断裂,故一般测定其抗拉强度极限 σb 。 三、实验方法 按照国家标准《金属拉伸试验试样》,金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距,按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系,分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=,矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=,其中,前者称为长比例试样(简称长试样),后者称为短比例试样(简称短试样)。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接,以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大,其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 实验开始后,观察实验软件绘出的拉伸过程中的σ-ε曲线,直至试件拉断,以测出低碳钢在拉伸时的力学性质。
材料力学实验报告答案
材料力学实验报告答案 Prepared on 22 November 2020
材料力学实验报告 评分标准 拉伸实验报告 一、实验目的(1分) 1. 测定低碳钢的强度指标(σs、σb)和塑性指标(δ、ψ)。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象,绘制拉伸曲线(P-ΔL曲线)。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备(1分) 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度0.02 mm 三、实验数据(2分)
四、实验结果处理 (4分) 0A P s s = σ =300MPa 左右 0 A P b b = σ =420MPa 左右 %10000 1?-= L L L δ =20~30%左右 %= 1000 1 0?-A A A ψ =60~75%左右 五、回答下列问题(2分,每题分) 1、画出(两种材料)试件破坏后的简图。 略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段,而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件,其延伸率是否相同为什么 相同 延伸率是衡量材料塑性的指标,与构件的尺寸无关。 压缩实验报告 一、实验目的(1分)
1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb 。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象,并分析原因。 二、实验设备 (1分) 机器型号名称电子万能试验机 (分) 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm (分) 三、实验数据(1分) 四、实验结果处理 (2分) A P b b = σ =740MPa 左右 五、回答下列思考题(3分) 1.画出(两种材料)实验前后的试件形状。 略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。 略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫