材料研究学报
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可用于万能材料试验机的偏心拉伸装置设计

  论文导读:传统的万能材料试验机上无法对偏心拉伸进行测定。就可以实现即拉又弯的复合变形(偏心拉伸实验)。该实验内容旨在考察学生对拉弯组合变形章节对应用。但从工程机构设计的安全因素。弯组合变形,可用于万能材料试验机的偏心拉伸装置设计。

  关键词:万能材料试验机,偏心拉伸,弯组合变形,设计

  1 引言

  万能材料试验机是科研单位对金属材料进行力学性能的测试的主要大型设备,同时也是工科院校材料力学实验室的重要设备。论文格式,弯组合变形。工科院校材料力学实验室依靠万能材料试验机完成对低碳钢和铸铁两种材料的拉伸、压缩、剪切和梁的弯曲实验,通过实验教学让同学们了解低碳钢和铸铁两种材料的不同力学特性,验证教材理论公式,测定弹性模量E和泊松比等,都可以在万能材料试验机进行。论文格式,弯组合变形。

  众所周知:万能材料试验机只能对材料施加拉伸、压缩、剪切和弯曲四种基本变形,要想同时实现拉伸和弯曲组合变形,(偏心拉伸实验)依靠现有的万能材料试验机是无法实现的,因为材料试验机只能对材料进行轴向拉伸。但我们只要对材料试验机稍加改造,就可以实现即拉又弯的复合变形(偏心拉伸实验),笔者在这方面进行了尝试,达到了预期的目的,下文介绍怎样稍加改造,实现偏心拉伸实验以及完成偏心拉伸实验的试验数据报告。

  偏心拉伸是材料力学实验教学项目之一,该实验内容旨在考察学生对拉弯组合变形章节对应用。论文格式,弯组合变形。偏心拉伸是工程中需要考虑对实际问题,理想轴向拉伸固然好,但从工程机构设计的安全因素,需要考虑允许误差的偏心距e。论文格式,弯组合变形。

  传统的万能材料试验机上无法对偏心拉伸进行测定,采用偏心拉伸简易装置可以在任何一台万能材料试验机上进行偏心拉伸实验,从某种意义上说,偏心拉伸简易装置扩展了万能材料试验机的功能。论文格式,弯组合变形。论文格式,弯组合变形。

  2 设计偏心拉伸简易装置

  首先介绍稍加改造的主要事实,所谓稍加改造就是在万能材料试验机的上下夹头之间增加间接装置。

  2.1结构图

  弯组合变形

  图1 偏心夹具装配示意图

  弯组合变形

  图2 偏心夹具分解示意图

  按图1和图2加工偏心夹具和偏心试样安装在试验机的上下夹头之间,就可以进行偏心拉伸实验

  3 偏心拉伸方案

  弯组合变形弯组合变形

  图3 偏心拉伸试件及布片图

  3.1实验原理和方法

  偏心拉伸试件,在外载荷作用下,其轴力N=P,弯矩M=P·e,其中e为偏心距。根据迭加原理,得横截面上的应力为单向应力状态,其理论计算公式为拉伸应力和弯矩正应力的代数和。即

  (1)

  偏心拉伸试件及应变片的布置方法如图3,R1和R2分别为试件两侧上的两个对称点。论文格式,弯组合变形。则

  ε1=εP+εM (2)

  ε2=εP-εM (3)

  式中:εP—轴力引起的拉伸应变;εM—弯矩引起的应变。论文格式,弯组合变形。

  将(2)(3)得到:

  (4)

  (5)

  按单臂外加温度补偿电阻联接桥路,分别测R1和R2的应变值并记录列表

  弯组合变形

  图4 单臂外加温度补偿电阻联接桥路

  图4中AB间接待测电阻R1和R2由切换开关控制,BC间外接温度补偿电阻。

  4 实验报告

  实验给定条件如表1所示。实验数据记录如表2。

  表1 实验相关数据

  试件厚度h(mm)宽度b(mm)

  截面1030

  弹性模量 E = 190~210 GPa

  泊松比 μ= 0.26~0.33

  偏心距 e = 12 mm

  表2 实验结果处理

  (1)用单臂外加补偿片法测应变ε1ε2()

  载荷(N)ε1Δε1ε2Δε2

  10005152-22-22

  2000103-44

  57-22

  3000160-66

  53-22

  4000213-88

  (6)

  (7)

  (1)求弹性模量E

  (取时Δε1Δε2代人计算)

  εP =(ε1+ε2)/2

  (2)求偏心距e

  =

  (3)应力计算:

  理论值

  11.3,-4.7

  实验值

  由上式分析可知横截面上各点均为单向应力状态,由此在直杆中心的横截面上沿轴线方向依次贴上应变片,测得在P力作用下各点的线应变ε,按虎克定律б=Eε,即可求得在相应各点的应力值,给出应力应变分布图,如图5所示。

  (4)误差分析

  偏心距e误差:

  最大应力误差:

  最小应力误差:

  图5 应力分布图

  5 结束语

  在万能材料试验机的上下夹头之间增加间接装置,再把偏心拉伸试样置于间接装置其中,就可以对材料施加偏心载荷。论文格式,弯组合变形。偏心拉伸简易装置扩展了万能材料试验机的功能。论文格式,弯组合变形。论文格式,弯组合变形。论文格式,弯组合变形。本实验按实际测量数据直接代入计算,实验结果达到预期实验目的。

  参考文献:

  [1]曾海燕。材料力学实验[M].武汉理工大学出版社,2004.

  [2]黄燕黎明发。材料力学实验[M]. 武汉工业大学出版社,1997.

  [3]段自力,王文安。材料力学实验[M]. 华中理工大学出版社,1993.

  [4]刘鸿文主编。材料力学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2004.

  [5]刘鸿文主编。材料力学实验(第三版)[M]. 北京:高等教育出版社,2004.

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