工程力学实验报告
实验一:低碳钢的拉伸实验
时间 班级 小组 姓名 学号 成绩
一、实验目的
1、测定低碳钢在拉伸过程中的几个力学性能指标:屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ、断面收缩率Ψ。铸铁的σb 。
2、观察低碳钢、铸铁在拉抻过程中的各种现象,绘制拉伸图(P—ΔL图)由此了解试件变形过程中变形随荷载变化规律,以及有关的一些物理现象。
3、观察断口,比较低碳锕和铸铁两种材料的拉伸性能。
4、了解拉仲试验原理和方法,掌握万能材料试验机的操作要领、锻炼实验技能。
二、试验设备仪器及量具
液压万能材料试验机,划线台,游标卡尺;小直尺。
三、实验步骤
1、试件的准备:测量试件中间和两端之处直径d,取最小值计算截面积·
2、试验机准备:估计铸铁σb值,估算拉断试件最大荷载。试验机调整与低碳钢拉伸试验相同。
3、检查及试车:与低碳钢拉伸试验相同。
4、进行试验:开动好试验机。用慢速加载直到试件断裂,记录最大荷载Pb值。观察自动绘图器上的曲线。
5、试验结束:关闭试验机,取下试件,使试验机回原位。
6、测量试件:测量断裂后试件的直径和长度,可以发现σ≈O,Ψ≈O。
7、计算铸铁拉伸强度极限:
四、数据记录和处理:
(一)低碳钢试件
强度指标:
Ps =__22.1___KN 屈服应力 σs= Ps/A __273.8___MPa
P b =__33.2___KN 强度极限 σb= Pb /A __411.3___MPa
塑性指标:
33.24 % 68.40 %
低碳钢拉伸图:
(二)铸铁试件
强度指标:
最大载荷Pb =__14.4___ KN
强度极限σb= Pb / A = _177.7__ M Pa
四、结论:(对比低碳钢与铸铁拉伸时变形过程、强度、塑性等)。
实验二:铸铁压缩实验
时间 班级 小组 姓名 学号 成绩
一、实验且的
1、测定铸铁的强度极限σs。
2、比较铸铁的拉、压力学性能及破坏形式。
二、设备
万能材料试验机、游标卡尺。
三、实验步骤
l、测量试样直径,估计最大荷载,选择量程及相应摆锤,方法与拉伸试验相同。
2、试样安放在下压板中心位置上。
3、开机试样接近上模板时减速,将要靠近时,立刻停车,关闭油门,测力度盘调零,
调整绘图器。
4、开机均匀缓慢加载,试件出现裂纹立刻停车,记下Pb值。
5、试验结束.复原试验机,清理工具,现场,整理实验记录。
四、数据记录和处理:
(一)试验记录及计算结果
五、结论:(比较分析铸铁拉伸、压缩强度,说明断口形状及破坏原因。)
实验三:梁的弯曲实验
一、实验目的
1、初步掌握电测法的基本原理和方法。
2、测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律;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、组合实验台纯弯曲梁实验装置。
2、静态电阻应变仪。
3、游标卡尺、钢板尺。
三、实验步骤
(一)、实验准备
1、按规定位置粘贴电阻应变计,焊线、防护(己由生产厂家准备好)。
2、制定加载方案,四级加载:20Kg、40Kg、60Kg、80Kg。
3、接通传感器和负荷显示器及电阻应变仪,预热10分钟。
4、记录梁的截面尺寸,载荷作用点到支点距离及各应变计的位置。见附表1
5、加初载荷(一般取=10%左右)估算,记下初读数。
(二)、进行实验
1、均匀缓慢加载到初载荷,记下各点应变的初始读数:后分级等量加载,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
2、按力值对照表分四级加载。
3、做完实验后,卸掉载荷,仪器复原。
四、实验报告要求
1、画出电阻应变片布置图。
2、列表整理测量数据(见表)。
3、计算各纤维层的应力,画出应力分布图。
4、对进行比较,计算相对误差,并分析误差原因。
五、实验结果处理
原始数据记录:
作出截面应力分布图:(理论分布)
实验四:圆轴的扭转实验
一、实验目的
1、测定低碳钢的τa、τb ,铸铁的τb 。
2、观察断口形状,进行比较分析。
二、设备
扭转材料试验机,游标卡尺。
三、试验步骤:
l、在试件标距内的中问和两端三处测量直径,取最小值为直径尺寸d0 。计算抗扭截面模量 。
2、根据材料性质估算所需最大扭矩,选好扭矩试验机的测力表盘。测力指针调好零点。调好自动绘图装置。装上试件。
3、经教师检查准备情况,并加步量扭矩试车后,正式试验。测出Ms、Mb,取下试件观察断口。
4、按上述步骤试验铸铁试件。
5、试验完成后,将试验机、工具和现场清理复原。
四、数据记录和处理:
(一) 试验数据记录
(二) 性能计算
1、碳钢:扭转屈服极限:
扭转强度极限
2、铸铁:扭转强度极限:
五、讨论
1、 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.
答:碳钢扭转形变大,有屈服阶段,断口为横断面,为剪切破坏。
铸铁扭转形变小,没有屈服阶段,断口为和轴线成约45°的螺旋形曲面,为拉应力破坏。
2、 铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?为什么?
答:有关系。
扭转方向改变后,最大拉应力方向随之改变,而铸铁破坏是拉应力破坏。
实验五:纯弯曲梁的正应力实验
一、实验目的
1.测定梁纯弯曲时的正应力分布规律,并与理论计算结果进行比较,验证弯曲正应力公式。
2.掌握电测法的基本原理。
二、实验设备
1.简支梁及加载装置。2.电阻应变仪。3.直尺,游标卡尺。
三、实验步骤
1.拟定加载方案。在0~20的范围内分4级进行加载,每级的载荷增量。
2. 接通应变仪电源,把测点1的应变片和温度补偿片按半桥接线法接通应变仪,具体做法是:将测点1的应变片接在应变仪的A、B接线柱上,将温度补偿片接在B、C接线柱上。调整应变仪零点(或记录应变仪的初读数)。
3.每增加一级载荷(),记录引伸仪读数一次,直至加到20。注意观察各级应变增量情况。
4.按步骤3再做一次,以获得具有重复性的可靠试验结果
5.按测点1的测试方法对其余各点逐点进行测试。
实验装置简图及应变片布置图:
四、 数据记录和计算
理论计算: 实验计算: E=216GPa
表 试样尺寸及数据记录
第二篇:结构实验报告
结构试验小论文
组号:第 5 组 姓名:刘华
学号:1011250129 指导教师:董雪花 日期:5月30日
一、概述:
在混凝土大作业(少筋梁,适筋梁,超筋梁设计)的基础上,班级分为六个小组,每个大组各进行一种的梁的破坏试验。本小组负责第二小组适筋梁的试验及相关的数据记录和分析。为配合班级的原料(钢筋,水泥,砂石)获取,尽可能使用同种钢筋,水泥,我对混凝土适筋梁的设计书进行了一定的修改,包括混凝土强度的调整,钢筋尺寸的调整,截面尺寸的调整等。
前期充分的准备让小组在第九周顺利完成了混凝土梁的制作,也包括了梁内应变片的粘贴等,为后续的试验打下基础。随后的几周,一边抽空学习实验所需的相关技术理论,一边关注梁的养护情况,完成拆模等工作。
第十三周,在完成一些列准备实验后,我们开始适筋梁的破坏试验。梁破坏时有明显的适筋破坏特征,虽然部分应变片没有工作,未传出数据,但依然获得了大量的实验数据,为后面的结果分析积累了数据基础。
总体而言,我们认为小组的试验获得了成功。
二、实验目的:
通过前期设计书的撰写,熟悉混凝土梁设计的相关设计思想、理论及公式,并在后续试验中检验设计的正确性;
了解混凝土梁浇筑过程中的各项工艺,体会钢筋下料、弯曲、绑扎,混凝土的配合比计算、搅拌、浇筑,制模,振捣等工序;
熟悉应变片、应变仪的安装、使用,了解其工作原理,测得实验中应变片粘贴处钢筋的应变值,分析数据走向;
测得混凝土梁外侧截面的应变,求出中性层高度变化;
熟悉力传感器的使用,了解其工作原理;
熟悉百分表的使用;
1. 观察适筋梁破坏时的现象,记录裂缝发展情况。
三、实验设备与仪器
1、静力试验台座、反力架、支座及支墩
2、50T手动式液压千斤顶
3、50T荷重传感器
4、YD-21型动态电阻应变仪
5、X-Y函数记录仪
6、YJ-26型静态电阻应变仪及平衡箱
7、显微镜及放大镜
8、位移计(百分表)及磁性表座
9、电阻应变片、导线等
四、实验对象
我们组的梁采用的是C30的混凝土,所采用的材料如下:
42.5普通硅酸盐水泥(?c?3.14g/cm3)
中砂,符合Ⅱ区级配,(?0s?2.6g/cm3) 碎石,粒级5??0mm,(?0g?642./gcm3) 2.9%,石含水率1% 自来水,现场砂含水率
纵筋为2Φ18(二级带肋钢筋)
箍筋为Φ8@80(一级光圆钢筋)。
3梁的尺寸为150×300×1500mm。试验加载过程中我们希望看到的是正截面
的破坏形态。
2
1. 试件构造特征
1) 根据试验要求,试验梁的混凝土强度等级为C30,纵向受力钢筋强度等级Ⅱ级。
2) 试件尺寸及配筋如图所示,纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为25mm。
(3) 梁的中间700mm区段内无腹筋,其余区域配有@80的箍筋,以保证不发生斜截面破坏。
(4) 梁的受压区配有两根?8架立筋,通过箍筋与受力筋绑扎在一起,形成骨架,保证受力钢筋处在正确的位置。
五、实验原理
1)电阻应变片电桥连接原理
1.电阻应变片
电阻应变片(简称应变片)是由很细的电阻丝绕成栅状或用很薄的金属箔腐蚀成栅状,井用胶水粘在两层绝缘薄片中制成的,栅的两端各焊一小段引线,以供试时与导线联接。
实验时,将应变片用专门的胶水牢固地粘贴在构件表面需测应变片。当该部位沿应变片L方向产生线变形时,应变片亦随之一起变形,应变片的电阻值也产生了相应的变化。实验证明,在一定范围内应变片的电阻变化率与该处构件的长度变率成正比。
2.电阻应变仪
由电阻应变片将构件应变转换成电阻片的电阻变化R,而应变片所产生的电阻变化是很微小的。通常用惠斯顿电桥方法来测量,电阻R1,R2, R3、和R4和构成电桥的四个桥臂。在对角节点接上电桥工作电压E,另一对角点则为电桥输出端,输出端电压UBD。当四个桥臂上电阻值满足一定关系时,电桥输出电压为零,此时,称电桥平衡。由电工原理可知,若电桥的四个桥臂为粘贴在构件上的四个应变片,其初始电阻都相等,构件受力前,电桥保持平衡,即UBD=0。构件受力后,应变片各自受到应变后分别有微小电阻变化△R1、△R2、△R3、和△R4。这时,电桥的输出电压将有增量△R BD,即若四个电阻应变片的灵敏系数K都相同,则上式表明,应变片感受到的应变通过电桥可以线性转变为电压(或电流)信号,将此信号进一步放大,处理就可用应变仪读数表示出来。
若四个桥臂都接入应变片,称“全桥接法”。若只在A和B,B和C上接入应变片,而另外两个桥臂利用仪器内部的标准电阻,则称“半桥接法”。
应变片的电阻值对温度的变化十分敏感,在测量过程中若温度有变化,将影响测试精度。在半桥测试中,将应变变1,贴在被测试件表面,而R为温度补偿片。电阻应变片R粘贴在与被测试件材料相同的小试块上,放置在被测试件附近,但其不受力, 3
可知,电阻应变片1与R由于温度变化而产生的温度影响将相互抵消,从而使应变仪测量结果不受温度影响。为简便起见,以上讨论中,假设R1 =R2= R3= R4。实际上,四个电阻片的电阻值是不可能完全相等的;电桥工作电源亦为交流电。所以设有电阻平衡,电容平衡调节装置。在未加载之前,预调平衡后,方可进行测量。
在等强度梁的上下表面粘贴四枚应变片R1、R2、R3、R4。在温度补偿块上粘贴一枚应变片R。
2)钢筋混凝土梁的静力实验原理
纯弯曲钢筋混凝土试件,纯弯曲区截面有带有荷载传感器的试验机或由反力架、千斤顶、不同高度粘贴五枚应变片。由带有荷载传感器组成的加载装置加载。在梁的跨中安置上位移传感器。由载荷传感器和位移传感器将试件过程中的载荷和变形,转换成电信号,输入动态应变仪加以放大,然后由x—y函数记录仪再放大,并自动描绘出载荷挠度曲线或将传感器、放大器转换成的电信号,输入动态数字采集系统,自行记录P—F曲线。
试验前分别对载荷传感器和位移传感器标定,得出坐标纸(y轴)上每一厘米所代表的载荷值和位移值。设比例系数m(KN/m)和n(mm/cm)。在试件相应部位再安置上百分表,观察其挠度变化。试件上的电阻应变片由静态电阻应变仪测定不同载荷时各应变片的应变值。
六、工作日志
4.10: 经过简单的学习,大家完成了弯钢筋的任务,并将模具支架完毕,等待材料。
4.12:上午弯起箍筋,并绑扎。下午贴应变片。
4.13:下午浇筑试件,并预留试块。
4.22: 拆模。
5.27:确定学习目标,并布置任务。
5.28:上午答辩并再次学习各个实验。下午贴应变片。
5.29:上午完成挠度,钢筋拉伸,试块压缩,静态电阻应变仪使用与桥路链接实验
5.30: 完成位移传感器的标定和钢筋混凝土梁的静定实验,以及回弹仪测混凝土强度
七、试验方法和步骤
1) 在试件表面刷上白色石灰浆涂层,以衬托出在试验中试件表面的微细裂缝。为了便于记录和描述裂缝的发生部位, 4
在试件表面划出50mm×50mm左右的方格。
2) 传感器的标定 通过使用电液伺服系统的试验加载标定,结果为600με/100KN。
3) 将试件安放在支座上。安装好位移传感器和百分表。
4) 将应变片接至静态电阻应变仪,实行多点测量,各点预调平衡。
5) 预加荷载,检查加载装置、测试仪表是否正常工作,然后卸载。发现问题及时处理。
6) 正式加载试验,逐级加载,记录荷载-----挠度曲线;读取纯弯区各测量点的应变值。记录试验数据。
7) 试验过程中,实时监测试件裂缝的出现以及裂缝的宽度、长度随载荷的发展情况;描绘试件开裂的位置。
8) 记录试件的破坏特征。
八、试验加载阶段
试验加载程序是指试验进行期间荷载与时间的关系。加载程
序可以有多种,应根据试验对象的类型及试验目的与要求不同选择。一般结构静载试验的加载程序分为预载、标准荷载、破坏荷载三个阶段。
1)准备温度补偿片
用电阻应变片测量应变时,温度变化使应变片的电阻值发生变化,产生“温度效应”。我们使用温度补偿片消除“温度效应”。
2)标定应变器,测量混凝土试块强度。
对应变器逐级加压5KN,每次的微应变为:30,计算的标定值为600με/100KN。
混凝土试块强度为625KN/0.152=27.78N/mm2
3)架梁,安放百分表,连接仪器,预调平衡。
该过程比较复杂,工作量大,我们是在老师的指导下和观察了先做的几组的操作后才顺利完成了该项工作的。见照片。
4)预压
预压可使试件内、外部接触良好,进入正常工作状态,在试件制造、安装等过程中节点和结合部位难免有缝隙,预加载可使其密合。
我们在正式加载的上午先对梁进行了预压,准备下午进行正式加载。
5)加载阶段
根据所测得的混凝土实际强度估算该超筋梁的极限荷载 5
Pmax,取该值的10%~20%为每级的加载量。加载过程数据记录如下表:
九、试验数据处理与分析
1 机械仪表的使用
45
4
300
215
20
1 0.5kg 27.00mm 0.75 0.722 2 27.75mm
3 0.5kg 28.5 mm 0.76 0.75 4 0.5kg 29.26mm 0.75
3.73% 0.5kg 0.75 6
2 力传感器的标定
② 混凝土抗压强度测试:
混凝土标准试块的测试结果为:N?620kN
f620?103
因此混凝土的实测强度为:2
c?150?150?150?150?27.78N/mm
达到C30级混凝土的理论抗压强度
③ C10钢筋的静态拉伸试验 7 :
④ 等强度梁实验:
电阻应变仪型号: YD-21型动态电阻应变仪 应变片灵敏系数K= 2.06 等强度梁的厚度:h= 4 (mm) 测点距加载点出的距离x= 15.4(mm) 等强度梁测点A处的宽度bx = 2.45 (mm) 等强度梁的弹性模量E= 200 GPa
8
应变读数记录表(二)
3、由记录的静载试验数据画出载荷—挠度曲线。
梁实际跨中最大挠度
f?f3?
f1?f2
9
跨中挠度2.89 <
?1500?30 50
4.应变记录
10
11
12
3、描述裂缝出现、发展过程及试件破坏形态。
下面是绘制裂缝分布形态图。
梁的破坏形态如下图:
4、 分析计算实验测得的开裂弯矩,极限弯矩值与理论值比较
1) 缝出现,发展过程及试件破坏形态
加载过程中,裂缝出现时的微应变为600??,由已
测得的传感器灵敏度K=6??/KN可知开裂弯距为:
M裂=600???0.5m?25KN?m 6??/KN?2
当千斤顶上力加至100KN时出现了第一条裂缝,之
13
后梁下部混凝土逐渐退出工作,由受拉纵筋独立承受拉力。由于是适筋梁,纵筋足够承受拉力,最终的破坏是由于上部的混您土压碎而失效。试验证明,在逐级加载过程中,下部裂缝逐渐增多并变宽变长,上部混凝土终被压碎,梁即告破坏。此前, 纵筋未屈服。由以上分析可知,超筋梁的破坏形态充分表现了出来,从这个意义上讲本次试验是成功的。
2)分析计算实验测得的开裂弯距并与理论值比较
加载过程中,裂缝出现时的微应变为600??,破坏时的微
应变为1710??由已测得的传感器灵敏度K=6 ??/KN可知开裂弯距为:
M裂=600???0.5m?25KN?m 6??/KN?2
1710???0.5m?71.25KN?m 6??/KN?2极限弯距为: Mmax?
用混凝土试块测得的抗压强度15.7KN/mm计算得的极限弯距为:
Mmax实=1.0*27.78*150*2402*0.5(1-0.5*0.5)=90KN/m
3)根据试验梁材料的实测强度及几何尺寸,计算正截面承载力的
理论值,并与梁的正截面承载力实测值进行比较,计算出实测值与理论值的符合程度
实测值=? 理论值71.25KN/m实测值?79.16% =90KN/m理论值对比分析以上数据,可看出实际测得的强度与理论计算的
很接近,与用试块强度测得的强度相比要小。从上述比较中可看出实际测量值与理论计算值相近,说明本次试验是成功的。
九、心得体会
本次实验为期俩周,在这俩周中,我学到很多很多。
首先说说实验的事,材料问题上,第一周前三天材料不齐,导致
工程无法顺利开展,这引起我的注意。以后的工作中,我们的材料得预先准备好,不然延误工期,不利于我们的工作开展不说,还有可能会因为这些小原因,导致单位和个人的你利益以及荣誉受损。最后还是刘同学依靠家庭的关系,联系到材料才使得实验顺利进行,所以,强大的人脉关系也是行走社会的必要保障,我们得和同学保持良好的人际关系。
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然后,在实验过程中,我们查询了若干资料,通过老师的讲解,并且在先前组的成功和失败的经验下,更加完善了自己的实验。这其中比较重要的几点:1. 桥路的链接,我是在学习了其他组的经验,从而顺利完成的。2. 浇筑的时候必须振捣,不然会成蜂窝梁。3. 箍筋的大小必须和模具相适应,不然过大过小都不能使梁很好的达到承载能力。4. 钢筋混凝土梁的静定实验,必须保护实验仪器,不能动到线,否则实验将会失败。当然,实验中我们也遇到了不可抗的情况,比方说我们的线被剪掉了,这个直接导致前期工作的全面失败。另外有个小点的情况,就是梁粘在地上,可以用撬棒撬开。
全组同学,经过俩周的时间完成了实验,身为组长,我十分感谢同学们的配合,以及老师的帮助。这次实验,不仅使得同学们的关系更加融洽,同时培养了我的组织沟通能力,与人交往能力,解决问题能力,以及动手能力。相信这次的集体实验会在我的人生中留下完美的记忆。
十、附录
附录一(弯钢筋)
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附录二(钢筋的绑扎)
附录三(裂缝的开裂)
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附录四 老师的帮助
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