材料工程力学材料切变模量G的测定实验总结报告.docx

北京航空航天大学 材料力学 实验报告 实验名称：材料切变模量G的测定学号姓名实验时间： 2010年12月12日试件编号试验机编号计算机编号应变仪编号百分表编号成绩实验地点： 实6-10377777教师 年 月 日实验目的 两种方法测定金属材料的切变模量G； 验证圆轴扭转时的虎克定律。 +45o -45o 实验仪器和设备 微机控制电子万能试验机 扭角仪 电阻应变仪 百分表 图一 实验装置图 百分表 游标卡尺 扭角仪 试件 中碳钢圆轴试件，名义尺寸d=40mm, 材料屈服极限。 实验原理和方法 电测法测切变模量G 材料在剪切比例极限内，切应力与切应变成正比， （1） 上式中的G称为材料的切变模量。 由式(1)可以得到： （2） 圆轴在剪切比例极限内扭转时，圆轴表面上任意一点处的切应力表达式为： （3） 由式(1)~(3)得到： ? A B C D H D’ ? 图二 微体变形示意图 （4） 由于应变片只能直接测出正应变，不能直接测出切应变，故需找出切应变与正应变的关系。圆轴扭转时，圆轴表面上任意一点处于纯剪切受力状态，根据图二所示正方形微体变形的几何关系可知： （5） 图三 二向应变花示意图 由式（2）~（5）得到： （6） 根据上式，实验时，我们在试件表面沿?45o方向贴应变片（一般贴二向应变花，如图三所示），即可测出材料的切变模量G。 本实验采用增量法加载，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量?T作用下，产生的应变增量??。于是式（6）写为： （7） 根据本实验装置，有 （8） a——力的作用线至圆轴轴线的距离 最后，我们得到： （9） 扭角仪测切变模量G。 等截面圆轴在剪切比例极限内扭转时，若相距为L的两横截面之间扭矩为常数，则两横截面间的扭转角为： ???10） 由上式可得： （11） 本实验采用增量法，测量在各相同载荷增量?T作用下，产生的转角增量??。于是式（11）写为： δ b ? 图四 实测?的示意图 （12） 根据本实验装置，按图四所示原理，可以得到： （13） δ——百分表杆移动的距离 b——百分表杆触点至试件轴线的距离 最后，我们得到： （14） 电桥连接 原理 一般4个电阻的初始阻值相等，且应变片原理为 当电阻值变为 , 将其带入上式并略去高阶小量 全桥接线法 半桥接线法 1/4桥接线法（温补半桥） 温度补偿问题： 1、温度场变化（热膨胀系数不同、热电偶） 2、电磁场影响 实验步骤 设计实验所需各类数据表格； 测量试件尺寸 拟定加载方案； 试验机准备、试件安装和仪器调整； 测量实验装置的各种所需尺寸； 确定组桥方式、接线、设置应变仪参数； 安装扭角仪和百分表； 检查及试车； 检查以上步骤完成情况，然后预加一定载荷（一般取试验机量程的15%左右），再卸载，以检查试验机、应变仪、扭角仪和百分表是否处于正常状态。 进行试验； 加初载荷，记录此时应变仪的读数或将读数清零，并记录百分表的读数。逐级加载，记录每级载荷下相应的应变值和百分表的读数。同时检查应变变化和位移变化是否基本符合线性规律。实验至少重复三到四遍，如果数据稳定，重复性好即可。 数据检查合格后，卸载、关闭电源、拆线、取下百分表并整理所用设备。 加载方案 增量法加载： 初压力 P0=1KN，应变仪和百分表调零； 分4级加压力, 每级压力增量ΔP=1KN，P max=5KN 重复2—3遍 原始数据 a=123.90mm b=64.90mm d=40.00mm L=138.96mm 1/4桥数据 通道 加载P/kN1234角度 （mm）+100000.070+2-63+61-63