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材料力學(xué)實驗

時間 : 2022年9月27日分類 :工程百科

[拼音]：cailiao lixue shiyan

[外文]：experiment on mechanics of material

測定材料的機械性能，分析實驗數(shù)據(jù)，建立材料力學(xué)中結(jié)論和定律并驗證它們的正確性。常用的胡克定律，就是由R.胡克在1668年至1678年間，作了一系列的彈簧和鋼絲試驗之后建立起來的。材料力學(xué)的創(chuàng)始人伽利略，就曾用試驗研究了拉伸、壓縮和彎曲現(xiàn)象。根據(jù)實驗的性質(zhì)，材料的力學(xué)實驗可分三類：

驗證理論

材料力學(xué)中的公式，多是在物性的假設(shè)和簡化的基礎(chǔ)上導(dǎo)出的。必須通過實驗對這些公式的準確性和應(yīng)用范圍，加以驗證，如梁的彎曲和壓桿穩(wěn)定等實驗。

測定材料的機械性能

按國家標準中規(guī)定的方法進行拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞等試驗，測定材料的強度極限、彈性模量、疲勞極限等力學(xué)參數(shù)，作為構(gòu)件設(shè)計計算的依據(jù)。常用的試驗機有：萬能試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、沖擊試驗機及疲勞試驗機等。其中萬能試驗機是材料力學(xué)實驗中最主要的機器，根據(jù)所加荷載及工作條件分為靜載、動載、常溫、高溫及疲勞等類型。常見的常溫靜載萬能試驗機如圖1 。電液伺服萬能試驗機具有電子計算機加載程序控制和數(shù)字處理的能力，可做多種動、靜態(tài)強度試驗。（見彩圖）

實驗應(yīng)力分析

對于形狀和受力情況復(fù)雜的構(gòu)件，通過實驗研究其中的應(yīng)力場，常用的方法有電測、光測、云紋及脆性涂層等。

（1）電測法。是將所需測定的非電量（如線應(yīng)變）的變化，轉(zhuǎn)換成為電量（如電阻、電容等）的變化，從而通過測定有關(guān)的電量后確定所需之非電量。如貼在構(gòu)件上的電阻片，隨同構(gòu)件變形而引起電阻的改變，通過電阻應(yīng)變儀把電阻的變化轉(zhuǎn)換為貼片處的應(yīng)變值。電阻片能貼在構(gòu)件表面的任何部位，又可用電線遠距離測量。在動載測量中，可測沖擊、振動等的波形與應(yīng)變。由于其靈敏度高，能間接用于測量力、位移等，因此應(yīng)用范圍很廣。電阻片除單向（個）的以外，還有由三個單向應(yīng)變片組的應(yīng)變花可測平面主應(yīng)變。應(yīng)變花通常有“直角”型及“Δ”型兩種（見應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)）。

（2）光測法。用特種透明材料的板材，加工成受力構(gòu)件的模型，放在偏振光場中，經(jīng)過偏振鏡觀察受力模型中出現(xiàn)的明暗條紋（分為等差線和等傾線），定出模型中的應(yīng)力，推算出構(gòu)件中的真實應(yīng)力。這種儀器，稱為偏振光(或光彈性)儀（見彩圖），其工作原理示意如圖2。利用激光散光法還可求得物體內(nèi)部的應(yīng)變，不必切片，不要凍結(jié)，可測三向應(yīng)力，如熱應(yīng)力，動應(yīng)力及殘余應(yīng)力等。此外，還可用光彈性貼片法，即將光彈性材料的薄片粘貼在待測物體的表面，受力后貼片產(chǎn)生了與結(jié)構(gòu)物相同的應(yīng)變，再用反射式光彈性儀，觀察貼片的應(yīng)力光圖，能得到結(jié)構(gòu)物表面的應(yīng)力。利用全息光彈性，通過等色線與等和線，再加上等傾線，就可以得到平面應(yīng)力的全部分量，精度高，計算方便。

（3）云紋法(moiré method)。用平行細線刻在透明板上，做成柵板（稱參考柵），再在模型上貼上畫有細線的薄膜(稱應(yīng)變柵)；受力后，用柵板蓋在應(yīng)變柵上，就有相互干涉的云（條）紋出現(xiàn)，通過兩組相互垂直的云紋，即可算出模型中的應(yīng)力。

（4）脆性涂層法。主要用于研究主應(yīng)力的方向。用特殊的脆性樹脂溶液(松香等)涂刷在結(jié)構(gòu)物的表面，干燥后，就在物體表面形成脆性涂層。結(jié)構(gòu)物受力變形后，涂層出現(xiàn)垂直于主拉應(yīng)力方向的裂紋，根據(jù)裂紋出現(xiàn)的先后，可知主應(yīng)力的方向和分布的大致情況。

參考書目