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【摘要】力学实验在力学课程的教学过程中以及工程实际处理问题的能力培养中都非常重要。本文总结了力
学拉伸和压缩实验教学中出现的常见问题,并且有针对性地进行了详细分析,介绍了可行的应对策略,以期对教与学能起到帮助和指导作用。
【关键词】拉伸,标距,移位,压缩,应力-应变曲线
Analysis some Usual QuestionsAppeared in Tension and Compression Experiments
Hu Weihua
【Abstract】Mechanics experiments are both very important to teaching and ability training of dealing with engineering problems.In this paper,some usual questions appeared in tension and compression experiments have been summarized and also been detailedly analyzed.Furthermore,to these questions,some feasible strategies have been recommended.The author aims to guide and assist teaching and learning.
【Key words】tension ; standard interval ; replacement ; compression ;stress-strain curve
力学实验是工程应用和科学研究中必不可少的重要环节,主要涉及各种工程材料在各种条件下的力学性能的测试。力学常规实验包括由低碳钢和铸铁两种材料所制试件的拉伸实验、压缩实验、扭转实验和钢梁的弯曲实验。开设这些实验的目的:一方面是为了锻炼学生的动手能力;另外一方面是引导学生怎样将课本中的理论知识与实验操作结合起来,从而深化对理论知识的认识,提高对理论知识学习的兴趣。通过老师的教与学生的学和做,实验的效果极好地展现了出来,尤其是在毕业设计中,以及毕业后学生在工作岗位中的效果特别明显。但是,由于各个方面的原因,在这些常规实验中多次地出现了一些问题。为了更进一步搞好实验的教与学,本文有针对性地提出了一些应对的措施,希望对以后的实验教学工作有一定的指导作用,以求同学老师共进。
下面对力学常规实验-拉伸和压缩实验中经常出现的问题进行分析。
1 拉伸实验
拉伸实验是常温、静载、轴向受力情况下进行力学性能测试最基本、应用最广泛的实验之一。准确地掌握实验的每一个环节非常重要。在整个实验过程中主要有以下几个问题。
1.1 划线不清楚
在测量试样的尺寸之前应该将试样固定在划线机上并且居中划出10等分线。线划的不清楚直接影响到试样破坏后尺寸的测量以及实验数据的处理,而且一次没划好线是不能重复多次划的,因为不完全重叠的线会严重干扰视觉从而影响判断和测量。要避免线划的不清楚或者还可能不居中,最好划线之前用力沿与试样轴线垂直的方向推试样,推不动就说明固定的比较好,线也会划的很清楚。再观察一下划线针,如果最外边的两根针相对试样是对称的,那么划出的等分线是居中的。如图1所划的居中清淅的等分线是成功的。
1.2 尺寸测量不准
装夹试样之前应该用游标卡尺测量试样的直径。直径测量的不准确甚至错误直接影响数据的处理,甚至得出错误的和实际相去甚远的材料特性常数。用游标卡尺测量时,子尺每一格和母尺对应,应该在母尺的读数基础上增加0.02毫米。也就是所有的尺寸最末一位数应为偶数。如子尺的第一条线在母尺的10mm线和11mm线之间,且子尺的第3条线和母尺的某线对齐,则所测的尺寸为10+0.02*3=10.0 6mm。如子尺的第一条线在母尺的9mm线和10mm线之间,且子尺的第38条线和母尺的某线对齐,则所测的尺寸为9+0.02*38=9.76mm。
1.3 设备未调零
设备不调零直接影响实验结果的准确以及精确程度,所以调零非常重要。设备调零可从两个方面入手,首先调机身后的摆锤使摆臂上的刻线与机身上的刻线重合,其次将升降台上升10毫米左右。
1.4 加载前试样受拉
出现在加载前试样已经受到拉伸的情况,主要原因在于装夹试样时出现了问题。而出现这种情况也会影响到材料常数的测量结果。排除这种情况的正确做法如下:根据试样的大致长度将上夹头上升到合适的位置(上下夹头之间的距离最好比试样长度大),打开上夹头夹好试样,接着打开下夹头调整上夹头的位置使试样的下夹头松开之后刚好能夹好试样的夹持部分。正确的装夹方法即使试样被牢牢地夹住,又不会使试样产生预拉的情况。
1.5 断后标距测量错误
断后标距测量错误主要是应用了错误的测量方法。针对断后标距的测量有两种方法[1],分别针对两种不同的断口位置。
直接法:若断口O到最邻近标距端点的距离OA大于 13L0(L0=100mm 为初始标距,A与D为两端点。),直接测量标距两端AD间的距离作为断后标距L1 。
移位法:若断口O到最邻近标距端点的距离OA小于或等于13L0 ,需要按照下述方法进行断口移中,从而测量断后标距L1。
如图2所示,在长段OD上从断口O处取基本等于短段的格数的B点。若BD之间所余格数为偶数,图2(a)所示,则取其一半得C点。此时,LI=AB+2BC
若BD之间所余格数为奇数,图2(b)所示,则分别取所余格数减一的一半得C点和所余格数加一的一半得C1点。此时,LI=AB+BC+BC1
2 压缩实验
压缩实验也是在常温、静载、轴向受力情况下进行力学性能测试最基本、应用最广泛的实验之一。有些工程材料在拉伸和压缩时表现的力学性质不同,使用的实验方法也不同。压缩实验中除了经常出现一些和拉伸实验中相同的问题以外,因为他自己特有的实验过程及要求,也出现了一些新的问题。下面加以详述。
2.1 试样在实验过程中变歪
出现这种现象比较危险,因为试样随时可能从实验台上蹦出伤人。出现这种现象的原因可能是润滑不好或者试样本身上下表面的平行度不好。解决的办法很简单:将试样与上下压板接触的上下表面都均匀的涂抹润滑油,避免因为润滑不良使压板和试样表面产生摩擦最终导致试样被压歪而蹦出;另外,在选择试样时,目测上下表面尽量平行,尽量避免试样本身缺陷的影响。
2.2 压缩应力-应变曲线初始时段出现下降现象
出现这种现象,究其原因,可能是在加载过程中由于急剧加载导致活动平台急剧上升,从而使试样与上平台发生了冲击造成的。这种情况也具有一定的危险性,试样同样可能蹦出伤人。所以,实验者要特别注意。在加载的末阶段(试样上端面与上压板之间大约相差2mm),一定要放缓加载的速率,避免冲击。
2.3 铸铁试样出现过压现象
过压现象指试样已经破坏却还在继续加载。这种现象的危害在于可能会损坏试验机,也可能会有碎片蹦出。试样破坏之后之所以还在继续加载,可能因为实验者并没有注意到试样已经破坏。如何判断铸铁试样已经破坏呢?铸铁试样破坏时的一个特征是会有比较沉闷的响声发出。如果实验者身处比较嘈杂的实验环境中,还可以借助测力度盘上的测力指针开始倒退以及压缩负荷-位移或应力-应变曲线开始明显变形(如图3所示)等现象来帮助实验者判断。
3 小结
在拉伸和压缩实验中,因为实验者的理论基础,动手能力,实验素质等因素可能还会有这样或那样的问题出现,本文只是列举了一些典型的问题并提出一些可行的解决办法。但是,除了一些客观的原因外,实验者只要在实验之前加强理论知识的理解,熟练实验的过程,积极参与实验,各种问题都会得到很好的控制和解决。
参考文献
[1] 磨季云,任小江,王大方等.工程力学实验教程.湖北:湖北科学技术出版社,2002.10.1-40
学拉伸和压缩实验教学中出现的常见问题,并且有针对性地进行了详细分析,介绍了可行的应对策略,以期对教与学能起到帮助和指导作用。
【关键词】拉伸,标距,移位,压缩,应力-应变曲线
Analysis some Usual QuestionsAppeared in Tension and Compression Experiments
Hu Weihua
【Abstract】Mechanics experiments are both very important to teaching and ability training of dealing with engineering problems.In this paper,some usual questions appeared in tension and compression experiments have been summarized and also been detailedly analyzed.Furthermore,to these questions,some feasible strategies have been recommended.The author aims to guide and assist teaching and learning.
【Key words】tension ; standard interval ; replacement ; compression ;stress-strain curve
力学实验是工程应用和科学研究中必不可少的重要环节,主要涉及各种工程材料在各种条件下的力学性能的测试。力学常规实验包括由低碳钢和铸铁两种材料所制试件的拉伸实验、压缩实验、扭转实验和钢梁的弯曲实验。开设这些实验的目的:一方面是为了锻炼学生的动手能力;另外一方面是引导学生怎样将课本中的理论知识与实验操作结合起来,从而深化对理论知识的认识,提高对理论知识学习的兴趣。通过老师的教与学生的学和做,实验的效果极好地展现了出来,尤其是在毕业设计中,以及毕业后学生在工作岗位中的效果特别明显。但是,由于各个方面的原因,在这些常规实验中多次地出现了一些问题。为了更进一步搞好实验的教与学,本文有针对性地提出了一些应对的措施,希望对以后的实验教学工作有一定的指导作用,以求同学老师共进。
下面对力学常规实验-拉伸和压缩实验中经常出现的问题进行分析。
1 拉伸实验
拉伸实验是常温、静载、轴向受力情况下进行力学性能测试最基本、应用最广泛的实验之一。准确地掌握实验的每一个环节非常重要。在整个实验过程中主要有以下几个问题。
1.1 划线不清楚
在测量试样的尺寸之前应该将试样固定在划线机上并且居中划出10等分线。线划的不清楚直接影响到试样破坏后尺寸的测量以及实验数据的处理,而且一次没划好线是不能重复多次划的,因为不完全重叠的线会严重干扰视觉从而影响判断和测量。要避免线划的不清楚或者还可能不居中,最好划线之前用力沿与试样轴线垂直的方向推试样,推不动就说明固定的比较好,线也会划的很清楚。再观察一下划线针,如果最外边的两根针相对试样是对称的,那么划出的等分线是居中的。如图1所划的居中清淅的等分线是成功的。
1.2 尺寸测量不准
装夹试样之前应该用游标卡尺测量试样的直径。直径测量的不准确甚至错误直接影响数据的处理,甚至得出错误的和实际相去甚远的材料特性常数。用游标卡尺测量时,子尺每一格和母尺对应,应该在母尺的读数基础上增加0.02毫米。也就是所有的尺寸最末一位数应为偶数。如子尺的第一条线在母尺的10mm线和11mm线之间,且子尺的第3条线和母尺的某线对齐,则所测的尺寸为10+0.02*3=10.0 6mm。如子尺的第一条线在母尺的9mm线和10mm线之间,且子尺的第38条线和母尺的某线对齐,则所测的尺寸为9+0.02*38=9.76mm。
1.3 设备未调零
设备不调零直接影响实验结果的准确以及精确程度,所以调零非常重要。设备调零可从两个方面入手,首先调机身后的摆锤使摆臂上的刻线与机身上的刻线重合,其次将升降台上升10毫米左右。
1.4 加载前试样受拉
出现在加载前试样已经受到拉伸的情况,主要原因在于装夹试样时出现了问题。而出现这种情况也会影响到材料常数的测量结果。排除这种情况的正确做法如下:根据试样的大致长度将上夹头上升到合适的位置(上下夹头之间的距离最好比试样长度大),打开上夹头夹好试样,接着打开下夹头调整上夹头的位置使试样的下夹头松开之后刚好能夹好试样的夹持部分。正确的装夹方法即使试样被牢牢地夹住,又不会使试样产生预拉的情况。
1.5 断后标距测量错误
断后标距测量错误主要是应用了错误的测量方法。针对断后标距的测量有两种方法[1],分别针对两种不同的断口位置。
直接法:若断口O到最邻近标距端点的距离OA大于 13L0(L0=100mm 为初始标距,A与D为两端点。),直接测量标距两端AD间的距离作为断后标距L1 。
移位法:若断口O到最邻近标距端点的距离OA小于或等于13L0 ,需要按照下述方法进行断口移中,从而测量断后标距L1。
如图2所示,在长段OD上从断口O处取基本等于短段的格数的B点。若BD之间所余格数为偶数,图2(a)所示,则取其一半得C点。此时,LI=AB+2BC
若BD之间所余格数为奇数,图2(b)所示,则分别取所余格数减一的一半得C点和所余格数加一的一半得C1点。此时,LI=AB+BC+BC1
2 压缩实验
压缩实验也是在常温、静载、轴向受力情况下进行力学性能测试最基本、应用最广泛的实验之一。有些工程材料在拉伸和压缩时表现的力学性质不同,使用的实验方法也不同。压缩实验中除了经常出现一些和拉伸实验中相同的问题以外,因为他自己特有的实验过程及要求,也出现了一些新的问题。下面加以详述。
2.1 试样在实验过程中变歪
出现这种现象比较危险,因为试样随时可能从实验台上蹦出伤人。出现这种现象的原因可能是润滑不好或者试样本身上下表面的平行度不好。解决的办法很简单:将试样与上下压板接触的上下表面都均匀的涂抹润滑油,避免因为润滑不良使压板和试样表面产生摩擦最终导致试样被压歪而蹦出;另外,在选择试样时,目测上下表面尽量平行,尽量避免试样本身缺陷的影响。
2.2 压缩应力-应变曲线初始时段出现下降现象
出现这种现象,究其原因,可能是在加载过程中由于急剧加载导致活动平台急剧上升,从而使试样与上平台发生了冲击造成的。这种情况也具有一定的危险性,试样同样可能蹦出伤人。所以,实验者要特别注意。在加载的末阶段(试样上端面与上压板之间大约相差2mm),一定要放缓加载的速率,避免冲击。
2.3 铸铁试样出现过压现象
过压现象指试样已经破坏却还在继续加载。这种现象的危害在于可能会损坏试验机,也可能会有碎片蹦出。试样破坏之后之所以还在继续加载,可能因为实验者并没有注意到试样已经破坏。如何判断铸铁试样已经破坏呢?铸铁试样破坏时的一个特征是会有比较沉闷的响声发出。如果实验者身处比较嘈杂的实验环境中,还可以借助测力度盘上的测力指针开始倒退以及压缩负荷-位移或应力-应变曲线开始明显变形(如图3所示)等现象来帮助实验者判断。
3 小结
在拉伸和压缩实验中,因为实验者的理论基础,动手能力,实验素质等因素可能还会有这样或那样的问题出现,本文只是列举了一些典型的问题并提出一些可行的解决办法。但是,除了一些客观的原因外,实验者只要在实验之前加强理论知识的理解,熟练实验的过程,积极参与实验,各种问题都会得到很好的控制和解决。
参考文献
[1] 磨季云,任小江,王大方等.工程力学实验教程.湖北:湖北科学技术出版社,2002.10.1-40