实验三直梁弯曲正应力测定实验指导书

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1、实验三直梁弯曲正应力测定实验指导书一、实验目的1、用电测法测定直梁纯弯曲时的正应力分布，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲正应力公式。2、了解电阻应变测量的原理，初步掌握静态电阻应变仪的使用方法。二、实验设备和器材1、万能试验机或弯曲试验台2、加力装置3、电阻应变仪4、预调平衡箱5、游标卡尺6、钢制矩形截面直梁（已贴好电阻应变片）三、实验原理1、试样的制备：用矩形截面钢梁，在其横截面高度上等距离地沿梁的轴线方向粘贴5—7枚电阻应变片。2、弯曲正应力的测量原理：梁纯弯曲时，横截面上的正应力σ在理论上沿梁的高度成线性分布，其计算公式为

2、式中，σ的单位为MPa；M为梁横截面上的弯矩，单位为N·mm；y为应力σ所在的点到中性轴的距离，单位为mm；Iz为横截面对中性轴z的面积二次矩，单位为mm4。面积二次矩对于矩形截面按下式计算式中，b为梁横截面的宽度，单位为mm；h为梁横截面的高度，单位为mm。令使载荷P对称地加在矩形截面直梁上（如图所示）。这时，梁的中段将产生纯弯曲。若载荷每增加一级（用增量法），则可由电阻应变仪测出梁中段所贴应变片各点的纵向应变增量，根据虎克定律求出各点实测正应力增量实为实=E此值与理论公式计算出的各点正应力的增量即理＝进行比较，就可验证弯曲正应力

3、公式。这里，弯矩增量。梁上各点的应变测量，采用半桥接线，各工作应变片共用一个温度补偿块。四、实验步骤1．准备试样。如图所示，测量试样的高度h、宽度b，以及试样各测量点的坐标y；。将试样放在试验机活动台的支座上，布置成纯弯曲梁，测量梁的跨度及加载梁的支点到支座的距离a。2．准备应变仪。把梁上各测量点的应变片（工作应变片）按编号逐点接到预调平衡箱A、B接线柱上，将温度补偿片接到预调平衡箱上任一工作应变片所在列的B、C接线柱上作公共补偿，此时C排接线柱应用金属连接片或导线连接起来。将预调平衡箱的换点转换旋钮旋到所要测量点的编号位，按应变仪

4、的使用方法把该测量点预调平衡。若采用数字应变仪，5个测点以内无需预调平衡箱，直接连线即可。请参阅相应的使用说明书或电阻应变仪的使用方法中有关数字应变仪的内容。3．进行实验。加把砝码托挂在杠杆上、调节应变仪，使各测量点均为零。加载，加一次砝码，各测量点读一次数，记下各点的应变值，直到加完砝码读数完毕为止。然后计算出各点读数差的平均值。4．结束实验。请教师检查实验记录和数据是否齐全、正确。将实验设备、仪器、工具复原，清理实验场地。最后整理数据，完成实验报告。五、注意事项1．认真阅读电阻应变仪的测量原理和电阻应变仪的使用方法。2．已贴好的

5、电阻应变片不能随意剥拆，接线时要防止导线拉动应变片。3．导线与接线柱之间要联接牢固，以免断路；预调平衡开始测量后，不得移动各导线位置，否则将由于电感、电容的变化而影响电桥的平衡；线路在测量进行的过程中不得变更。4.试验机压头接近加载梁时，要放慢工作台的上升速度，以免突然超载而损坏试样。六、电阻应变片电阻应变片是利用电阻应变效应原理制成的、应用最为广泛的电阻式传感器，主要用于机械量的检测中，如力、压力等物理量的检测。一、电阻应变效应导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也相应地发生变化，这一物理现象称为电阻应变效应。二

6、、电阻应变片的类型及常用材料根据应变片的质地，主要有金属电阻应变片和半导体应变片两大类。1、金属电阻应变片此类应变片的结构形式有丝式、箔式和薄膜式三种。①丝式应变片如图2.1.1a，它是将金属丝按图示形状弯曲后用粘合剂贴在衬底上而成，基底可分为纸基，胶基和纸浸胶基等。电阻丝两端焊有引出线，使用时只要将应变片贴于弹性体上就可构成应变式传感器。它结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不很高的场合使用。②箔式应变片该类应变片的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。箔栅厚度一般在0.003-0.01mm之间

7、，它的结构如图2.1.1b所示。箔式应变片与丝式应变片比较其面积大，散热性好，允许通过较大的电流。由于它的厚度薄，因此具有较好的可绕性，灵敏度系数较高。箔式应变片还可以根据需要制成任意形状，适合批量生产。③金属薄膜应变片它是采用真空蒸镀或溅射式阴极扩散等方法，在薄的基底材料上制成一层金属电阻材料薄膜以形成应变片。这种应变片有较高的灵敏度系数，允许电流密度大，工作温度范围较广。图2.1.1金属电阻应变片结构图2.1.2体型半导体应变片结构2、半导体应变片半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种纯电阻性元件。对一块半导体材料的

8、某一轴向施加一定的载荷而产生应力时，它的电阻率会发生变化，这种物理现象称为半导体的压阻效应。半导体应变片有以下几种类型：1）体型半导体应变片这是一种将半导体材料硅或锗晶体按一定方向切割成的片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片。