第一章绪 论 §1一1实验的意义和基本内容 材料力学实验是教学中的一个重要的环节。材料力学的结论及定律、材料的力学的 性质（机械性质）都要通过实验来验证或测定：各种复杂构件的强度和刚度的研究，也 需要通过实验才能解决。故实验课能巩固、加强和应用基本理论知识，掌握测定材料机 械性能及测定应力和变形的基本方法，学会使用有关的机器及仪表（如材料试验机、电 阻应变仪等)，初步培养独立确定实验方案、分析处理实验结果的能力。通过实验还能培 养严肃认真的工作态度，实事求是的科学作风和爱护财物的优良品质。因此，实验是工 程专业学生必须掌握的基本技能。 材料力学实验一般可以分为以下三类： 一、测定材料的的力学性质 构件设计时，需要了解所用材料的力学性质。如经常用到的材料的屈服极限、强度 极限和延伸率等。这些力学性质数据，是通过拉伸、压缩、扭转和冲击等试验测定的。 学生通过这类试验的基本训练，可掌握材料的力学性质的基本测定方法，进一步巩固有 关材料力学性质的知识。 二、验证材料力学理论 把实际问题抽象为理想的计算模型，再根据科学的假设，推导出一般性公式，这是 研究材料力学通常采用的方法。然而，这些简化和假设是否正确，理论计算公式能否在 设计中应用，必须通过实验来验证。学生通过这类实验，可巩固和加深理解基本概念， 学会验证理论的实验方法。 三、实验应力分析 工程实际中，常常会遇到一些构件的形状和载荷十分复杂的情况（如高层建筑物 机车车辆结构等)。关于它们的强度问题、单靠理论计算，不易得到满意的结果。因此 近几十年来发展了实验应力分析的方法，即用实验方法解决应力分析的问题。其内容主 要包括电测法、光测法等，目前已成为解决工程实际问题的有力工具。本书着重介绍目 前应用较广的电测技术。 随着我国现代化建设事业的发展，新的材料不断涌现，新型结构层出不穷，给强度 问题和实验应力分析提出了许多新课题。因此，材料力学实验的内容，愈来愈丰富，实 验技术也将变得更为多样并得以提高。作为一名工程技术人员，只有扎实地掌握实验的 基础知识和技能，才能较快地接受新的知识内容，赶上科技浪潮。 §1一2实验程序 本书列入的实验，其实验条件以常温、载静为主。主要测量作用在试件上的载荷和试件 的变形。载荷有的要求较大，由几千牛顿到几百千牛顿，故加力设备有的较大：而变形 则很小，绝对变形可以小到千分之一毫米，相对变形（应变）可以小到10°~10，因而 变形测量设备必须精密。进行试验，力与变形要同时测量，一般需数人共同完成。 1
1 第一章 绪 论 § 1－1 实验的意义和基本内容 材料力学实验是教学中的一个重要的环节。材料力学的结论及定律、材料的力学的 性质（机械性质）都要通过实验来验证或测定；各种复杂构件的强度和刚度的研究，也 需要通过实验才能解决。故实验课能巩固、加强和应用基本理论知识，掌握测定材料机 械性能及测定应力和变形的基本方法，学会使用有关的机器及仪表（如材料试验机、电 阻应变仪等），初步培养独立确定实验方案、分析处理实验结果的能力。通过实验还能培 养严肃认真的工作态度，实事求是的科学作风和爱护财物的优良品质。因此，实验是工 程专业学生必须掌握的基本技能。 材料力学实验一般可以分为以下三类： 一、测定材料的的力学性质 构件设计时，需要了解所用材料的力学性质。如经常用到的材料的屈服极限、强度 极限和延伸率等。这些力学性质数据，是通过拉伸、压缩、扭转和冲击等试验测定的。 学生通过这类试验的基本训练，可掌握材料的力学性质的基本测定方法，进一步巩固有 关材料力学性质的知识。 二、验证材料力学理论 把实际问题抽象为理想的计算模型，再根据科学的假设，推导出一般性公式，这是 研究材料力学通常采用的方法。然而，这些简化和假设是否正确，理论计算公式能否在 设计中应用，必须通过实验来验证。学生通过这类实验，可巩固和加深理解基本概念， 学会验证理论的实验方法。 三、实验应力分析 工程实际中，常常会遇到一些构件的形状和载荷十分复杂的情况（如高层建筑物、 机车车辆结构等）。关于它们的强度问题、单靠理论计算，不易得到满意的结果。因此， 近几十年来发展了实验应力分析的方法，即用实验方法解决应力分析的问题。其内容主 要包括电测法、光测法等，目前已成为解决工程实际问题的有力工具。本书着重介绍目 前应用较广的电测技术。 随着我国现代化建设事业的发展，新的材料不断涌现，新型结构层出不穷，给强度 问题和实验应力分析提出了许多新课题。因此，材料力学实验的内容，愈来愈丰富，实 验技术也将变得更为多样并得以提高。作为一名工程技术人员，只有扎实地掌握实验的 基础知识和技能，才能较快地接受新的知识内容，赶上科技浪潮。 §1－2 实验程序 本书列入的实验，其实验条件以常温、载静为主。主要测量作用在试件上的载荷和试件 的变形。载荷有的要求较大，由几千牛顿到几百千牛顿，故加力设备有的较大；而变形 则很小，绝对变形可以小到千分之一毫米，相对变形（应变）可以小到 10-5～10-6，因而 变形测量设备必须精密。进行试验，力与变形要同时测量，一般需数人共同完成
这就要求严密地组织协作，形成有机的整体，以便有效地完成试验。 一、准备 明确试验目的、原理和步骤，数据处理方法。试验用的试件（或模型）是试验的对 象，要了解它的原材料的质量，加工精度，并细心地测量试件的尺寸。同时要对试件加 载量值进行估算、并拟出加载方案。此外，应备齐记录表格以供试验时记录数据。 实验小组成员，分工明确，操作互助协调，有统一指挥，不可各行其是。试验时， 要有默契或口令，以便互相对应动作。 对所使用的机器和仪器要进行适当的选择（在教学试验中，试验用的机仪器往往是 指定的，但对选择工作怎样进行应当有所了解)。选择试验机的根据是：⊙需用力的类型 (如使试件拉伸、压缩、弯曲或扭转的力)：⊙需用力的量值。前者由试验目的来决定， 后者则主要依据试件（或模型）尺寸来决定。变形仪和择选，应根据试验精度以及梯度 等因素决定。此外，使用是否方便、变形仪安装有无闲难，也都是选用时应当考虑的问 题。 试经作做得愈充分，则试验的进行便会愈顺利，实验工作质量也 开始试验前，要检查试验机测力度盘指针是否对准零点、试件安装是否正确、变形 仪是否安装稳妥等。最后请指导教师检查，确认无误后方可开动机器。第一次加载可不 作记录（不允许重复加载的试验除外），观察各部分变化是否正常。如果正常、再正式加 载并开始记录。记录者及操作者均须严肃认真、一丝不苟地进行工作。试验完毕，要检 查数据是否齐全，并注意清理设备，把借用的仪器归还原处。 三、实验报告 实验报告是实验者最后的成果，是实验资料的总结。报告包括下列内容： 1.实验名称，实验日期，实验人员姓名，同组成员名单。 2.实验目的及原理 3。使用的机器、仪表应注明名称、型号、精度（或放大倍数）等。其它用具也应写 清，并绘出装置简图。 4.实验数据及处理数据要正确填入记录表格内，注明测量单位，如厘米或毫米，牛 顿或千牛顿。此外，还要注意仪器的精度。在正常状况下，仪器所给出的最小读数，应 当在允许误差范围之内。换言之，仪器的最小刻度应当代表仪器的精度。如：百分表的 最小刻度是0.01m,其精度即百分之一毫米。应按误差分析理论对数据进行处理。表格 均应整洁，书写清晰，使人容易看出全部测量结果的变化情况和它们的单位及准确度。 实验中所用仪器的度盘若是用工程单位制标定的，数据整理时一律使用国际单位制。 5.计算在材料力学试验中，用计算器计算，精度足够。但须注意有效数字的运算法 则。工程上一般取3~4位有效数字。 6.图线表示结果注意事项，除根据测得的数据整理并计算出试验结果外，一般还要 采用图表或曲线来表达试验的结果。先建立坐标系，并注明坐标轴所代表的物理量及比 例尺。将试验的坐标点用记号“，”或“.”、“△”、“X”表示出来。当联接曲线时，不 要用直线逐点连成折线，应该根据多数点的所在位置，描绘出光滑的曲线。例如图1() 即为不正确的描法，图1(b)为正确的描法。 2
2 这就要求严密地组织协作，形成有机的整体，以便有效地完成试验。 一、准备．． 明确试验目的、原理和步骤，数据处理方法。试验用的试件（或模型）是试验的对 象，要了解它的原材料的质量，加工精度，并细心地测量试件的尺寸。同时要对试件加 载量值进行估算、并拟出加载方案。此外，应备齐记录表格以供试验时记录数据。 实验小组成员，分工明确，操作互助协调，有统一指挥，不可各行其是。试验时， 要有默契或口令，以便互相对应动作。 对所使用的机器和仪器要进行适当的选择（在教学试验中，试验用的机仪器往往是 指定的，但对选择工作怎样进行应当有所了解）。选择试验机的根据是：○一 需用力的类型 （如使试件拉伸、压缩、弯曲或扭转的力）；○二 需用力的量值。前者由试验目的来决定， 后者则主要依据试件（或模型）尺寸来决定。变形仪和择选，应根据试验精度以及梯度 等因素决定。此外，使用是否方便、变形仪安装有无困难，也都是选用时应当考虑的问 题。 若准备工作做得愈充分，则试验的进行便会愈顺利，实验工作质量也愈高。 二、试验．． 开始试验前，要检查试验机测力度盘指针是否对准零点、试件安装是否正确、变形 仪是否安装稳妥等。最后请指导教师检查，确认无误后方可开动机器。第一次加载可不 作记录（不允许重复加载的试验除外），观察各部分变化是否正常。如果正常、再正式加 载并开始记录。记录者及操作者均须严肃认真、一丝不苟地进行工作。试验完毕，要检 查数据是否齐全，并注意清理设备，把借用的仪器归还原处。 三、实验报告 ．．．． 实验报告是实验者最后的成果，是实验资料的总结。报告包括下列内容： 1． 实验名称，实验日期，实验人员姓名，同组成员名单。 2． 实验目的及原理。 3．使用的机器、仪表应注明名称、型号、精度（或放大倍数）等。其它用具也应写 清，并绘出装置简图。 4．实验数据及处理数据要正确填入记录表格内，注明测量单位，如厘米或毫米，牛 顿或千牛顿。此外，还要注意仪器的精度。在正常状况下，仪器所给出的最小读数，应 当在允许误差范围之内。换言之，仪器的最小刻度应当代表仪器的精度。如：百分表的 最小刻度是 0.01mm，其精度即百分之一毫米。应按误差分析理论对数据进行处理。表格 均应整洁，书写清晰，使人容易看出全部测量结果的变化情况和它们的单位及准确度。 实验中所用仪器的度盘若是用工程单位制标定的，数据整理时一律使用国际单位制。 5．计算在材料力学试验中，用计算器计算，精度足够。但须注意有效数字的运算法 则。工程上一般取 3～4 位有效数字。 6．图线表示结果注意事项，除根据测得的数据整理并计算出试验结果外，一般还要 采用图表或曲线来表达试验的结果。先建立坐标系，并注明坐标轴所代表的物理量及比 例尺。将试验的坐标点用记号“。”或“.”、“△”、“×”表示出来。当联接曲线时，不 要用直线逐点连成折线，应该根据多数点的所在位置，描绘出光滑的曲线。例如图 1（a） 即为不正确的描法，图 1（b）为正确的描法
D (a)不正确描法 图1一1 (6)正确描法 7.试验的总结及体会，对试验的结果进行分析，说明其优缺点之所在、精度是否满 足要求等。对误差加以分析，并回答教师指定的思考题。 §1一3误差分析及数据处理简介 一、误差的概念及分类 实验中，依靠各种仪表、量具测量某个物理量时，由于主客观原因，总不可能测得 该物理量的真值，即在测量中存在着误差。若对实验数据取舍和误差分析得当，则一方 面可以避免不必要的误差，另一方面可以正确地处理测量数据，使其最大限度地接近真 值。 测量误差根据其产牛原闲和性质可可以分为系统误差、时失误差和随机误差。实验时 必须明确自己所使用的仪器、量具本身的精度，创造好的环境条件，认真细致地工作， 这样就可使误差控制在最小程度。 二、系统误差的消除与增量法 分析实验中的具体情况，可以尽可能地减小其至消除系统误差。常用的方法有： 1、对称法：材力实验中所采用的对称法包括两类：对称读数一一例如拉伸试验中， 试件两侧对称地装上引伸仪测量变形，取其平均值就可消去加载偏心造成的影响（球铰 式引伸仪构造本身减弱了这种影响)：再如，为了达到同样目的，可在试件对称部位分别 贴应变片。加载对称一一在加载和卸载时分别读数，这样可以发现可能出现的残余应力 应变，并减小过失误差。 2、校正法：经常对实验仪表进行校正，以减小因仪表不准所造成的系统误差。如根 据计量部门规定，材料试验机的测力度盘（相对误差不能大于1%）必须每年用标准测力 计（相对误差小于0.5%）校准：又如电阻变应仪的灵敏系数度盘，应定期用标准应变模 拟仪进行校准。 3、增量法（逐级加载法）：当需测量某根杆件的变形或应变时，在比例极限内，载 荷由P,牛顿增加到P、PP.。在测量仪表上，便可以读出各级载荷所对应的读数 A、A、A.Ai.。△A=A一A-1称为读数差。各个读数的平均值就是当载荷增加△P (一般载荷都是等量增减)时的平均变形或应变。 增量法可以避免某些系统误差的影响。如材料试验机如果有摩擦力f(常量)存在， 则每次施加于试件上的真实力为P十f,P,十f .。再取其增量△P=(P+f)一(P+f 3
3 δ P P 0 0 δ (a)不正确描法 图 1—1 (b)正确描法 7．试验的总结及体会，对试验的结果进行分析，说明其优缺点之所在、精度是否满 足要求等。对误差加以分析，并回答教师指定的思考题。 §1－3 误差分析及数据处理简介 一、误差的概念及分类 实验中，依靠各种仪表、量具测量某个物理量时，由于主客观原因，总不可能测得 该物理量的真值，即在测量中存在着误差。若对实验数据取舍和误差分析得当，则一方 面可以避免不必要的误差，另一方面可以正确地处理测量数据，使其最大限度地接近真 值。 测量误差根据其产生原因和性质可以分为系统误差、过失误差和随机误差。实验时， 必须明确自己所使用的仪器、量具本身的精度，创造好的环境条件，认真细致地工作， 这样就可使误差控制在最小程度。 二、系统误差的消除与增量法 分析实验中的具体情况，可以尽可能地减小甚至消除系统误差。常用的方法有： 1、对称法：材力实验中所采用的对称法包括两类：对称读数——例如拉伸试验中， 试件两侧对称地装上引伸仪测量变形，取其平均值就可消去加载偏心造成的影响（球铰 式引伸仪构造本身减弱了这种影响）；再如，为了达到同样目的，可在试件对称部位分别 贴应变片。加载对称——在加载和卸载时分别读数，这样可以发现可能出现的残余应力 应变，并减小过失误差。 2、校正法：经常对实验仪表进行校正，以减小因仪表不准所造成的系统误差。如根 据计量部门规定，材料试验机的测力度盘（相对误差不能大于 1%）必须每年用标准测力 计（相对误差小于 0.5%）校准；又如电阻变应仪的灵敏系数度盘，应定期用标准应变模 拟仪进行校准。 3、增量法（逐级加载法）：当需测量某根杆件的变形或应变时，在比例极限内，载 荷由 P1 牛顿增加到 P2、P3.Pi.。在测量仪表上，便可以读出各级载荷所对应的读数 A1、A2、A3.Ai.。ΔA=Ai—Ai-1 称为读数差。各个读数的平均值就是当载荷增加 ΔP （一般载荷都是等量增减）时的平均变形或应变。 增量法可以避免某些系统误差的影响。如材料试验机如果有摩擦力 f（常量）存在， 则每次施加于试件上的真实力为 P1＋f ，P2＋f. 。再取其增量 ΔP＝（P2+f）－（P1+f）
=P,-P,摩擦力f便消去了。又如某试验者读引伸仪时，习惯于把数字读得偏高。如 果采用增量法，而试验过程中自始至终又都是同一个人读数，个人的偏向所带来的系统 误差也可以消除掉。 试验过程中，记录人员如果能随时将读数差算出，还可以消去由于实验者粗心所致 的过失误差。 材料力学实验中，一般采用增量法。 三、实验数据整理的几条规定 1、读数规定 1)、从仪表或量具上读出的标度值是试验的原始数据，一定要认真对待，如实地记 录下来，不得进行任何加工整理。 2)、表盘读数一般读到最小分格的1/10，其中最后一位有效数字是可疑数字。 2、数据取舍的规定 明显不合理的实验结果通常称为异常数据。例如：外载增加了，变形反而减小：理 论上应为拉应力的区域测出为压应力等。这种异常数据往往由过失误差造成，发生这种 情况时必须首先找出数据异常的原因，再重新进行测试。对于明显不合理数据产生的原 因也应在实验报告中进行分析讨论。 3、实验结果运算的规定 1)、实验结果运算必须遵循有效数字的计算法则。 ①加减法运算时，各位所保留的小数点后的位数应与各数中小数点后位数最少的相 同。例如：8.346+0.0072+13.49应写为8.44+0.01+13.49=21.94而不应算成21.9332。 ②乘除法时，各因子保留的位数以有效数字最少的为准，所得积或商的准确度不应 高于准确度最低的因子。 ③大于或等于四个数据计算平均值时，有效数增加一位 2)、实验结果必须用国际单位制表示。 3)、对于理论值的验证实验，应计算实验值和理论值之间的相对误差。 相对误差=理论值一实验值X1O0% 理论值 对理论值为零的误差，计算时采用绝对误差
4 ＝P2－P1 ，摩擦力 f 便消去了。又如某试验者读引伸仪时，习惯于把数字读得偏高。如 果采用增量法，而试验过程中自始至终又都是同一个人读数，个人的偏向所带来的系统 误差也可以消除掉。 试验过程中，记录人员如果能随时将读数差算出，还可以消去由于实验者粗心所致 的过失误差。 材料力学实验中，一般采用增量法。 三、实验数据整理的几条规定 1、读数规定 1）、从仪表或量具上读出的标度值是试验的原始数据，一定要认真对待，如实地记 录下来，不得进行任何加工整理。 2）、表盘读数一般读到最小分格的 1/10，其中最后一位有效数字是可疑数字。 2、数据取舍的规定 明显不合理的实验结果通常称为异常数据。例如：外载增加了，变形反而减小；理 论上应为拉应力的区域测出为压应力等。这种异常数据往往由过失误差造成，发生这种 情况时必须首先找出数据异常的原因，再重新进行测试。对于明显不合理数据产生的原 因也应在实验报告中进行分析讨论。 3、实验结果运算的规定 1）、实验结果运算必须遵循有效数字的计算法则。 ①加减法运算时，各位所保留的小数点后的位数应与各数中小数点后位数最少的相 同。例如：8.346+0.0072+13.49 应写为 8.44+0.01+13.49＝21.94 而不应算成 21.9332。 ②乘除法时，各因子保留的位数以有效数字最少的为准，所得积或商的准确度不应 高于准确度最低的因子。 ③大于或等于四个数据计算平均值时，有效数增加一位。 2）、实验结果必须用国际单位制表示。 3）、对于理论值的验证实验，应计算实验值和理论值之间的相对误差。 相对误差= ×100% 对理论值为零的误差，计算时采用绝对误差。 理论值－实验值 理论值
第二章主要仪器设备介绍 §2一1液压式万能试验机 该机为WE系列试验机，能给试件（或模型）施加的最大载荷通常为5O、10OKN、 30OKN、600KN、1000KN和2000KN等多种，能兼作拉伸、压缩、剪切和弯曲等多种试验 并广泛应用于材料试验中。其组成结构可分为四大部分。主要由加载部分、测力部分 自动绘图器和操作面板共四部分组成。其外形如图2一1，结构原理如图2一2所示。 1品小横梁 、16工作油缸 15,话动立料 19.测力度盘 20.主力指针 21.从动指 25,摆杆 自动图器 6.下夹头 26.摆 器停止按扭 5固定立柱 39.启动按扭 生.蜗杆 2下夹头升降电动根 图21 液压式万能试验机外形图 18,小横坚 入渗油管) 6,工作油 一日油管 5活动立 14大横梁 支 一32.透油阀 五圆定立 油系 力油1 3.解轮 图2一2液压式万能试验机原理图
5 第二章 主要仪器设备介绍 §2－1 液压式万能试验机 该机为 WE 系列试验机，能给试件（或模型）施加的最大载荷通常为 50KN、100KN、 300KN、600KN、1000KN 和 2000KN 等多种，能兼作拉伸、压缩、剪切和弯曲等多种试验 并广泛应用于材料试验中。其组成结构可分为四大部分。主要由加载部分、测力部分、 自动绘图器和操作面板共四部分组成。其外形如图 2—1，结构原理如图 2—2 所示。 19.测力度盘 20.主力指针 21.从动指针 25.摆杆 26.摆锤 18.小横梁 16.工作油缸 15.活动立柱 14.大横梁 13.上压板 12.下压板 11.支座 10.活动平台 9.上夹头 8.试件 7.下夹头升降按扭 6.下夹头 5.固定立柱 4.蜗杆 2.下夹头升降电动机 1.底座 37.自动绘图器 32.进油阀 33.回油阀 38.停止按扭 39.启动按扭 油管 40.绘图笔 27.螺杆 图 2—1 液压式万能试验机外形图 19.测力度盘 20.主动针 21.从动针 22.推杆 23.支点 24.平衡铊 25.摆杆 26.摆锤 32.进油阀 33.回油阀 34.油箱 35.油泵 36.电动机 18.小横梁 17.工作活塞 16.工作油缸 15.活动立柱 14.大横梁 13.上压板 12.下压板 11.支座 10.活动平台 9.上夹头 8.试件 7.下夹头升降按扭 6.下夹头 5.固定立柱 4.蜗杆 3.蜗轮 2.下夹头升降电动机 1.底座 渗油管(3) 回油管(2) 进油管(1) 29.拉杆 30.测力活塞 27.齿轮 28.螺杆 31. 测力油缸 图 2—2 液压式万能试验机原理图
一、构造原理 1、加载部分 在机器底座1上，装有两个固定立柱5，它支承着大横梁14和工作油缸16。开动电 动机36，带动油泵35，将油液从油箱34吸入工作油泵，经油泵的出油管送到讲油阀32 内，当进油阀手轮32打开时，油液经进油管(1)进入工作油缸16内，通过油压推动工 作活塞17，由活塞顶起小横梁18，再由小横梁18带动活动立柱15和活动平台10上升。 若将试件两端装在上下夹头9、6中，因下夹头6固定不动，当活动平台10上升时，试 件便受到拉力。若把试件放在活动平台的下压板12上，当活动平台10上升时，由于上 压板13固定不动，试件与上压板13接触后，便受到压力，产生压缩变形。把弯曲试件 放在两支座11上，当试件隋活动平台上升并碰到上夹头后，便产生弯曲变形。一般试验 机在输油管路中都装有进油阀门32和回油阀门33。进油阀门用于加载，控制进入工作 油缸中的油量，以便调节试件变形速度。回油阀门用于卸载，打开时，可将工作油缸中 的压力油流回油箱，活动平台由于自重而下落，回到原始位置。 根据拉伸的空间不同，可启动下夹头升降电动机2，转动底座中的蜗轮3，使蜗杆4 上下移动，以调节下夹头6的升降位置。注意当试件已夹紧或受力后，不能再开动下夹 头升降电动机2。否则，就要造成下夹头对试件加载，以致损伤机件，烧毁电机2。 2、测力部分 主要由测力度批19、指针、回油管2、测力油红31、工作油缸16、摆垂26、拉杆 29等组成。加载时，工作油缸16中的压力油推动活塞17的力与试件所受的力随时处于 平衡状态。由于回油管(2)将工作油缸16和测力油缸31联通，工作油缸内油压通过回 油管(2)传到测力油缸并推动测力活塞30向下。通过拉杆29使摆锤26绕支点23转动 而抬起，同时摆上的推杆22推动螺杆28，螺杆28又推动齿轮27，齿轮27又带动主动 针20旋转。这样操作者便可从测力度盘19上，读出试件受力的大小。 如果增加或减少摆锤的质量，当指针旋转同一角度时，所需的油压也就不同。即指 针在同一位置所指示出的载荷大小与摆锤重量有关。一般试机有A、B、C三种锤重，测 力度盘上也相应地有三种刻度，分别表示三种测力范围。例如300KN万能机有0~60KN 0~一150KN和0~一300KN三种刻度。实验时，要根据试件所嵩载荷的大小，选择合适的测 力度盘，并在摆杆上挂上相应重量的摆锤即可。 加载前，测力针应指在度盘上的“零”点，否则必须加以周整。调整时，先开动电 动机36，将活动平台10升起5~10毫米左右，然后移动摆杆上的平衡能24，使摆杆保 持铅直位置。转动螺杆28使主动针20对准“零”点，然后轻轻按下测力度盘中央的弹 簧按钮并把从动针拨到主动针右边附近即可。为何要先升起活动平台才调整零点的原 因，是由于活塞、小横梁、活动立柱、活动平台和试件等有较大的重量。这部分重量必 须消除，不应反映到试件荷载的读数中去，只有这样才能避免测力读数的误差。而要消 除自重必须工作油缸里要有一定的油压先将它们升起才能消除，这部分油压并未用来给 试件加载，只是消除升起部分的重量。 3、绘图部分 在试验机上，连有一套附属装置，可以在实验过程中，自动地画出试件所受载荷与 变形之间的关系曲线，这种装置称为自动绘图器。自动绘图器37装在测力度盘的右边， 6
6 一、构造原理 1、加载部分 在机器底座 1 上，装有两个固定立柱 5，它支承着大横梁 14 和工作油缸 16。开动电 动机 36，带动油泵 35，将油液从油箱 34 吸入工作油泵，经油泵的出油管送到进油阀 32 内，当进油阀手轮 32 打开时，油液经进油管（1）进入工作油缸 16 内，通过油压推动工 作活塞 17，由活塞顶起小横梁 18，再由小横梁 18 带动活动立柱 15 和活动平台 10 上升。 若将试件两端装在上下夹头 9、6 中，因下夹头 6 固定不动，当活动平台 10 上升时，试 件便受到拉力。若把试件放在活动平台的下压板 12 上，当活动平台 10 上升时，由于上 压板 13 固定不动，试件与上压板 13 接触后，便受到压力，产生压缩变形。把弯曲试件 放在两支座 11 上，当试件隋活动平台上升并碰到上夹头后，便产生弯曲变形。一般试验 机在输油管路中都装有进油阀门 32 和回油阀门 33。进油阀门用于加载，控制进入工作 油缸中的油量，以便调节试件变形速度。回油阀门用于卸载，打开时，可将工作油缸中 的压力油流回油箱，活动平台由于自重而下落，回到原始位置。 根据拉伸的空间不同，可启动下夹头升降电动机 2，转动底座中的蜗轮 3，使蜗杆 4 上下移动，以调节下夹头 6 的升降位置。注意当试件已夹紧或受力后，不能再开动下夹 头升降电动机 2。否则，就要造成下夹头对试件加载，以致损伤机件，烧毁电机 2。 2、测力部分 主要由测力度盘 19、指针、回油管 2、测力油缸 31、工作油缸 16、摆锤 26、拉杆 29 等组成。加载时，工作油缸 16 中的压力油推动活塞 17 的力与试件所受的力随时处于 平衡状态。由于回油管（2）将工作油缸 16 和测力油缸 31 联通，工作油缸内油压通过回 油管（2）传到测力油缸并推动测力活塞 30 向下。通过拉杆 29 使摆锤 26 绕支点 23 转动 而抬起，同时摆上的推杆 22 推动螺杆 28，螺杆 28 又推动齿轮 27，齿轮 27 又带动主动 针 20 旋转。这样操作者便可从测力度盘 19 上，读出试件受力的大小。 如果增加或减少摆锤的质量，当指针旋转同一角度时，所需的油压也就不同。即指 针在同一位置所指示出的载荷大小与摆锤重量有关。一般试机有 A、B、C 三种锤重，测 力度盘上也相应地有三种刻度，分别表示三种测力范围。例如 300KN 万能机有 0～60KN、 0～150KN 和 0～300KN 三种刻度。实验时，要根据试件所需载荷的大小，选择合适的测 力度盘，并在摆杆上挂上相应重量的摆锤即可。 加载前，测力针应指在度盘上的“零”点，否则必须加以调整。调整时，先开动电 动机 36，将活动平台 10 升起 5～10 毫米左右，然后移动摆杆上的平衡铊 24，使摆杆保 持铅直位置。转动螺杆 28 使主动针 20 对准“零”点，然后轻轻按下测力度盘中央的弹 簧按钮并把从动针拨到主动针右边附近即可。为何要先升起活动平台才调整零点的原 因，是由于活塞、小横梁、活动立柱、活动平台和试件等有较大的重量。这部分重量必 须消除，不应反映到试件荷载的读数中去，只有这样才能避免测力读数的误差。而要消 除自重必须工作油缸里要有一定的油压先将它们升起才能消除，这部分油压并未用来给 试件加载，只是消除升起部分的重量。 3、绘图部分 在试验机上，连有一套附属装置，可以在实验过程中，自动地画出试件所受载荷与 变形之间的关系曲线，这种装置称为自动绘图器。自动绘图器 37 装在测力度盘的右边
由绘图笔，导轨架、滚筒、擎线和坠铊等组成。绘图纸卷在滚筒上，水平螺杆运动方向 为力坐标P,滚筒转动方向为变形坐标△L。试件受力时，绘图笔便会自动地把拉伸图 (P一△L)曲线描绘在绘图纸上。由于线图的精确度较差，所以它绘出的图形只能作定 性的示范，不能当作定量分析。 4、操作部分 该部分主要由进油阀32、回油阀33、启动按纽39、停止按钮38、电源开关等组成 进油阀的作用是将油箱里的油送至工作油江。进油阀门开得大，表示压力油送到工作油 缸里的速度快，也就说明试件受力大，变形快。实验时要严格控制进油阀门的大小，保 证荷载指针均匀地转动。回油阀的作用主要是使试件卸载，实验完毕后，须打开回油阀， 使工作油缸里的油流回油箱。万能试验机的具体操作方法如下： 二、操作规程 1、检查机器：检查试件夹头形式和尺寸是否与试件相配合：各保险开关是否有效： 自动绘图器是否正常：进油阀与回油阀是否关紧。 2、选择度盘：根据试件的大小估计所需的最大载荷，选择适当的测力度盘。配置相 应的摆锤，调节好回油缓冲器。 3、指针调零：打开电源，开动油泵电动机，检查机器运转是否正常。关闭回油阀 拧开进油阀，缓慢进油。当活动平台上升少许（约10m)后，便关闭进油阀。移动平衡 铊使摆杆保持垂直。然后调整指针指零。 4、安装试件：做压缩试哈时必须保特试件中心受力，将试件放在下夹板的中心位胃 安装拉伸试件时，须开动下夹头的升降电动机，调整下夹头位置，夹头应夹住试件全部 头部 注意事项：试件夹紧后，不得再开动下夹头升降电机，否则要烧坏电机。 5、进行试验：启动油泵电动机，操纵进油阀。注视测力度盘，慢速加载。操纵机器 必须专人负责，坚守岗位，如发生机器声音异常，立即停机。 6、还原工作：试验完毕，关闭进油阀，打开液压夹具，取下试件。拧开回油阀，缓 慢回油，将活动平台回到初始位置，将一切机构复原，停机。 §2一2扭转试验机 扭转式验机是对试样施加扭矩的专用设各。目前我室使用的是N[系列扭转试验机 它是采用伺服直流电动机加载、杠杆电子自动平衡测力和可控硅无级调速控制加载速度 具有正反向加载、精度较高、速度宽广等优点。其外形如图2一3所示。最大扭矩1000Nm, 有四个量程，分别是0~100Nm、0~200Nm、0~500Nm、0~1000Nm。加载速度为0~36/min 和0~360/min两档，工作空间650mm。主要由加载部分、测力部分、自动绘图器和操 作面板共四部分组成。 一、加载部分 加载部分见图2一3，主要由伺服直流电动机9、减速齿轮箱8和活动夹头6组成。 加载机构由六个滚珠轴承支承在机座的导轨上，可以左右滑动。加载时，打开电源开关 直流电动机9转动，通过减速齿轮箱8的两级减速，带动活动夹头6转动，从而对安装
7 由绘图笔，导轨架、滚筒、擎线和坠铊等组成。绘图纸卷在滚筒上，水平螺杆运动方向 为力坐标 P ，滚筒转动方向为变形坐标ΔL 。试件受力时，绘图笔便会自动地把拉伸图 （P—ΔL）曲线描绘在绘图纸上。由于线图的精确度较差，所以它绘出的图形只能作定 性的示范，不能当作定量分析。 4、操作部分 该部分主要由进油阀 32、回油阀 33、启动按钮 39、停止按钮 38、电源开关等组成。 进油阀的作用是将油箱里的油送至工作油缸。进油阀门开得大，表示压力油送到工作油 缸里的速度快，也就说明试件受力大，变形快。实验时要严格控制进油阀门的大小，保 证荷载指针均匀地转动。回油阀的作用主要是使试件卸载，实验完毕后，须打开回油阀， 使工作油缸里的油流回油箱。万能试验机的具体操作方法如下： 二、操作规程 1、检查机器：检查试件夹头形式和尺寸是否与试件相配合；各保险开关是否有效； 自动绘图器是否正常；进油阀与回油阀是否关紧。 2、选择度盘：根据试件的大小估计所需的最大载荷，选择适当的测力度盘。配置相 应的摆锤，调节好回油缓冲器。 3、指针调零：打开电源，开动油泵电动机，检查机器运转是否正常。关闭回油阀， 拧开进油阀，缓慢进油。当活动平台上升少许（约 10mm）后，便关闭进油阀。移动平衡 铊使摆杆保持垂直。然后调整指针指零。 4、安装试件：做压缩试验时必须保持试件中心受力，将试件放在下夹板的中心位置。 安装拉伸试件时，须开动下夹头的升降电动机，调整下夹头位置，夹头应夹住试件全部 头部。 注意事项： 试件夹紧后，不得再开动下夹头升降电机，否则要烧坏电机 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 5、进行试验：启动油泵电动机，操纵进油阀。注视测力度盘，慢速加载 ．．．．．．．．．．．。操纵机器 必须专人负责，坚守岗位，如发生机器声音异常，立即停机。 6、还原工作：试验完毕，关闭进油阀，打开液压夹具，取下试件。拧开回油阀，缓 慢回油，将活动平台回到初始位置，将一切机构复原，停机。 §2－2 扭转试验机 扭转试验机是对试样施加扭矩的专用设备。目前我室使用的是 NJ 系列扭转试验机， 它是采用伺服直流电动机加载、杠杆电子自动平衡测力和可控硅无级调速控制加载速度， 具有正反向加载、精度较高、速度宽广等优点。其外形如图 2—3 所示。最大扭矩 1000Nm, 有四个量程，分别是 0～100Nm、0～200Nm、0～500Nm、0～1000Nm 。加载速度为 0～360 /min 和 0～3600 /min 两档，工作空间 650mm。主要由加载部分、测力部分、自动绘图器和操 作面板共四部分组成。 一、加载部分 加载部分见图 2—3，主要由伺服直流电动机 9、减速齿轮箱 8 和活动夹头 6 组成。 加载机构由六个滚珠轴承支承在机座的导轨上，可以左右滑动。加载时，打开电源开关， 直流电动机 9 转动，通过减速齿轮箱 8 的两级减速，带动活动夹头 6 转动，从而对安装
在夹头6和夹头5之间的试件施加扭矩。 操作面板的放大图见图2一4。面板上10为电源开关。加载按钮7（一组三个按钮）， 可控制试验机的正反向加载和停机。加载速度由速度范围开关4换档、用调速电位器6 调节。 1一度盘 2一指针 3一量程选择旋钮 4一操作面板 5一周定夹头 6一活动夹头 7一刻度环 8一减速箱 9一直流电机 10一机座 11一自动绘图器 12一调零微调旋钮 13一从动针拨动按红 图2一3扭转试验机外形图 1一电流表 2一记录器 3 3一速度表 4一快、慢档变速开关 b 5一电源指示灯 6一调速电位器 7一正、反转、停止按 记录器 反停 8一记录器指示灯 9一复位按钰 10一电源开关 图2一4 扭转试验机的操作面板 二、测力部分 测力机构为杠杆电子自动平衡系统，如图2一5所示。当试件受扭后，扭矩由固定 夹头4传递给测力系统。电动机正向转动使杠杆15逆时针转动，通过A点将力传递给变 支点杠杆29：电动机反向转动则杠杆15顺时针转动，通过C点将力传递给变支点杠杆 4
8 在夹头 6 和夹头 5 之间的试件施加扭矩。 操作面板的放大图见图 2—4。面板上 10 为电源开关。加载按钮 7（一组三个按钮）， 可控制试验机的正反向加载和停机。加载速度由速度范围开关 4 换档、用调速电位器 6 调节。 1—度盘 2—指针 3—量程选择旋钮 4—操作面板 5—固定夹头 6—活动夹头 7—刻度环 8—减速箱 9—直流电机 10—机座 11—自动绘图器 12—调零微调旋钮 13—从动针拨动按钮 图 2—3 扭转试验机外形图 1—电流表 2—记录器 3—速度表 4—快、慢档变速开关 5—电源指示灯 6—调速电位器 7—正、反转、停止按 钮 8—记录器指示灯 9—复位按钮 10—电源开关 图 2—4 扭转试验机的操作面板 二、测力部分 测力机构为杠杆电子自动平衡系统，如图 2—5 所示。当试件受扭后，扭矩由固定 夹头 4 传递给测力系统。电动机正向转动使杠杆 15 逆时针转动，通过 A 点将力传递给变 支点杠杆 29；电动机反向转动则杠杆 15 顺时针转动，通过 C 点将力传递给变支点杠杆
29。拉杆6上的拉力F通过刀口D作用在杠杆11的左端。杠杆11绕B支点转动使右端 翘起，推动差动变压器的铁芯10移动，发出一个电信号，经放大器24使伺服电动机23 转动，带动钢丝9拉动游铊21水平移动，当游铊移动，以B为支点的力矩达到平衡 Q×S=F×r时，杠杆11又恢复到水平状态，差动变压器的铁芯也恢复零位。这时差动 变压器无信号输出，伺服电动机 m% 23停止转动。由此可见，扭矩大 21 小与游铊的移动距离S成正比 10 与拉动载荷F成正比。钢丝9带 动滑轮22旋转，从而使指针8 偏转，偏转角度与游铊位移S成 正比。经过生产厂家专业标定 指针便可在示力盘上指示出扭矩 的具体数值 若需要变换示力度盘，转 动量程选择旋钮16，经过链条 5和锥齿轮14带动凸齿轮28 旋转，使凸齿轮轴上的不同凸 齿与变支点杠杆29上的不同支 点接触，这样便可改变杠杆29 上力臂比例，达到了变换测力 矩范围之目的。 三、自动绘图 对于扭转实验，要记录扭 矩M和扭转角中曲线，即M一Φ 曲线。绘图器由绘图笔19和滚 筒25等组成。绘图笔水平移动 图2-5测力系统示意图 量表示扭矩大小，在滑轮22带 直流电动制 2自整角发送机 3.4-夹头 动指针转动的同时，又带动钢 6一拉杆 一度盘8一指针9.20一钢纷 丝20使绘图笔水平移动。绘图 10一差动变速器铁芯11,15、27一杠杆12一调零旋细 滚筒的转动表示活动夹头3的 13、24一放大器14一锥齿轮16一量程选择旋细 17一自整角变压器18一传动齿轮19一绘图笔21一游轮 绝对转角，它是由自整角发送 22-滑轮23、26一同服电动机25-滚筒 机2给出转动信号，经放大器 28一凸齿轮29一变支点杠杆 13放大后输给伺服电动机26 和自整角变压器17，从而使绘 图筒转动。其转动量与试件的转角成正比。这样就会自动绘制出扭矩一转角 (M一p)曲线。 四、操作步骤和注意事项
9 29。拉杆 6 上的拉力 F 通过刀口 D 作用在杠杆 11 的左端。杠杆 11 绕 B 支点转动使右端 翘起，推动差动变压器的铁芯 10 移动，发出一个电信号，经放大器 24 使伺服电动机 23 转动，带动钢丝 9 拉动游铊 21 水平移动，当游铊移动，以 B 为支点的力矩达到平衡 QS = F r 时，杠杆 11 又恢复到水平状态，差动变压器的铁芯也恢复零位。这时差动 变压器无信号输出，伺服电动机 23 停止转动。由此可见，扭矩大 小与游铊的移动距离 S 成正比， 与拉动载荷 F 成正比。钢丝 9 带 动滑轮 22 旋转，从而使指针 8 偏转，偏转角度与游铊位移 S 成 正比。经过生产厂家专业标定， 指针便可在示力盘上指示出扭矩 的具体数值。 若需要变换示力度盘，转 动量程选择旋钮 16，经过链条 5 和锥齿轮 14 带动凸齿轮 28 旋转，使凸齿轮轴上的不同凸 齿与变支点杠杆 29 上的不同支 点接触，这样便可改变杠杆 29 上力臂比例，达到了变换测力 矩范围之目的。 三、自动绘图 对于扭转实验，要记录扭 矩 M 和扭转角Φ曲线，即 M—Φ 曲线。绘图器由绘图笔 19 和滚 筒 25 等组成。绘图笔水平移动 量表示扭矩大小，在滑轮 22 带 动指针转动的同时，又带动钢 丝 20 使绘图笔水平移动。绘图 滚筒的转动表示活动夹头 3 的 绝对转角，它是由自整角发送 机 2 给出转动信号，经放大器 13 放大后输给伺服电动机 26 和自整角变压器 17，从而使绘 图筒转动。其转动量与试件的转角成正比。这样就会自动绘制出扭矩—转角 （ M — ）曲线。 四、操作步骤和注意事项
1.估算实验所需要的最大扭矩，选择合适的量程 2.根据试样夹持端形状，选择合适的钳口和衬套， 3.装好自动绘图器上纸和笔，并打开绘图器开关 4.打开电源，转动调零微调旋钮12，使主动针对准零点，并把从动针拨至零位。 5.安装试件，先将试件的一端插入固定夹头5中，并夹紧。调整加载机构水平 移动，使试件的另一端插入活动夹头6中后再夹紧。 6.正式加载实验。根据需要将加载开关上的正转或反转按钮按下，逐渐调节变 速电位器6，使直流电动机转动对试件施加扭矩。 7.实验完毕，立即停机，取下试件，机器复原并清理现场 注意事项： 1.开机前要把调速电位器左旋到零点，以防开机时产生冲击力矩而损坏试验机 零部件。 2。要在停机下状态下，扳动“快慢档”变速开关进行变速。 3.施加扭矩后，禁止转动量程选择手轮。 4,实验要注意安全，.避免衣物被试验机拉扯环绕。 §2-3 引伸仪 引伸仪是测量试件变形的基本仪器。目前广泛应用的有杠杆式引伸仪，表式引伸 仪、应变式引伸仪等各种类型的引伸仪。虽然结构形式不同，但一般都由三个基本部分 组成：(1)感受变形部分一一用来直接与试件表面接触， 以感受试件变形的机构。(2)传递和放大部分 一把感受 到的变形加以放大的机构。(3)指示部分一 一指示或记录 变形大小的机构。下面主要介绍表式引伸仪一 百分表（千 分表) 百分表的构造如图26所示。其基本原理为测杆上、下 移动，通过齿轮传动，带动指针转动，将测杆轴线方向的 位移量转变为百分表（千分表）的读数。把百分表（千分 表)的圆周边等分成100个小格（千分表等分成200个小 格)，百分表指针每转动一圈为1m,每格代表1/100mm(千 测头 分表指针每转动一圈为0.2m,每格代表1/1000mm)。 图2-6百分表结构图 §2一4电阻应变片和电阻应变仪 一、电阻应变片和应变花 10
10 1．估算实验所需要的最大扭矩，选择合适的量程。 2．根据试样夹持端形状，选择合适的钳口和衬套。 3．装好自动绘图器上纸和笔，并打开绘图器开关。 4．打开电源，转动调零微调旋钮 12，使主动针对准零点，并把从动针拨至零位。 5．安装试件，先将试件的一端插入固定夹头 5 中，并夹紧。调整加载机构水平 移动，使试件的另一端插入活动夹头 6 中后再夹紧。 6．正式加载实验。根据需要将加载开关上的正转或反转按钮按下，逐渐调节变 速电位器 6，使直流电动机转动对试件施加扭矩。 7．实验完毕，立即停机，取下试件，机器复原并清理现场。 注意事项： 1．开机前要把调速电位器左旋到零点，以防开机时产生冲击力矩而损坏试验机 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 零部件。 ．．．． 2．要在停机下状态下，扳动“快慢档”变速开关进行变速。 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3．施加扭矩后，禁止转动量程选择手轮 ．．．．．．．．．．．．．．．．。 4．．实验要注意安全，避免衣物被试验机拉扯环绕 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 §2－3 引伸仪 引伸仪是测量试件变形的基本仪器。目前广泛应用的 有杠杆式引伸仪，表式引伸 仪、应变式引伸仪等各种类型的 引伸仪。虽然结构形式不同，但一般都由三个基本部分 组成：（1）感受变形部分——用来直接与试件表面接触， 以感受试件变形的机构。（2）传递和放大部分——把感受 到的变形加以放大的机构。（3）指示部分——指示或记录 变形大小的机构。下面主要介绍表式引伸仪——百分表（千 分表） 百分表的构造如图 2—6 所示。其基本原理为测杆上、下 移动，通过齿轮传动，带动指针转动，将测杆轴线方向的 位移量转变为百分表（千分表）的读数。把百分表（千分 表）的圆周边等分成 100 个小格（千分表等分成 200 个小 格），百分表指针每转动一圈为 1mm，每格代表 1/100mm(千 分表指针每转动一圈为 0.2mm，每格代表 1/1000mm)。 图 2-6 百分表结构图 §2－4 电阻应变片和电阻应变仪 一、电阻应变片和应变花