华中科技大学工程力学实验题

华中科技大学工程力学实验考试试卷(交流资料)

（2010年4月23-25南京基础力学实验研讨会交流专用） 题目1-6：含内压薄壁圆筒受弯、扭组合载荷时内力素的测定

如图所示薄壁圆筒用不锈钢1Cr18Ni9Ti制造，材料弹性模量E?202GPa，泊松比

??0.28，圆筒外径D=40mm，内径d=36.40mm。采用5个60N砝码逐级加载。

支架ｋ放气栓ｈ２７０２６０２５０ⅡⅠ２４０ａｍｂｆｅｇｄｃｎ水平线ⅠⅡ水平线ⅡⅡ-ｈｇａⅠⅠ-ｍｂａｍ３００ｇｂｅｃ注油接头（ａ）Ｆｏｎｄｈｆ（ｂ）４５ｅｏｆ４５ｄｎｃ（ｃ）

图1 薄璧圆筒弯扭实验装置

1. 计算每个载荷增量下图中I-I截面内力的理论值：

图１-1 薄壁圆筒实验装置答案：

T理?F?l?60?10?0.3?18N?mFQ理?F?60NM理?MM理?MIII3?F?lI?60?0.25?15N?m?F?lII?60?0.26?15.6N?m

2. 为了测量图中I-I截面弯矩，可采用什么形式的测量电桥？用图形表示测量电桥，并推导出测量仪器应变读数与所求弯矩之间的关系。

答案：由m和n两点的应变片组成半桥测量，电桥图略。

??M?MWz?16M?D3?1???44?E?Mdu2

?M(N?m)??ED33?1???644??Mdu9???0.04???1?0.9164??202?10??Mdu?10?6

?0.1994??Mdu(με) 3. 为了测量图中I-I截面扭矩，可采用什么形式的测量电桥？用图形表示测量电桥，并推

导出测量应变仪器读数与所求扭矩之间的关系。

答案：由e、f和g、h点组成全桥测量电路。对于e、f和g、h点，是纯剪切应

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力状态，主应力沿?450方向，其数值等于??，则有：

??T?TWP?E??T

?1???对于全桥

?T?E4?1?????Tdu

3?T(N?m)???0.04?3EWP4?1???4?D??Tdu?16?1???E49?64?1????10??Tdu?16??1?0.91??202?104?1?0.28???Tdu

?0.1558??Td(με)对于半桥，

T?EWP2?1?????Tdu?0.3116??Td

4. 为了测量图中I-I截面剪力，可采用什么形式的测量电桥？用图形表示测量电桥，并推导出仪器测量应变读数与所求剪力之间的关系。

答案：采用a、c两点?450方向应变片组成全桥测量。电桥图略。

?duF?4?F??Fs?ssE4?1?????duFs

薄壁圆筒最大切应力公式为

??Fs?Fs?E4?1?????duFs

?R0??Fs(N)? ?E?R0?4?1???9??duFs?10?duFs?6??202?10?0.0191?0.0084?1?0.28?

=18.94?duFs(με)5. 采用半桥测量图中I-I截面弯矩，通过三次加载实验记录数据如下表，计算I-I截面弯矩的测量值和与理论值的相对误差，并初步分析误差的原因。

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答案：弯矩测量值

?M?0.1994??Mdu(με)?0.1994?78.2?15.59(N?m)

相对误差

??M理?MM理?15－15.5915?100%＝3.93%

主要误差来源：1）读数误差；2）仪器系统误差；3）贴片位置误差；4）弯曲应力和应变计算公式的近似性等。

6. 通过图1所示的油孔，向薄壁圆筒中注入一定压强的机油。试选用应变计组成电桥测量油压，写出应变仪读数与压强的关系式。在保持油压的同时，继续施加砝码并测量弯矩和扭矩，应该对实验方案作何修改？为什么？

答案： ??xp?pD4?,?y?ppD2??p，??mx?1E(?x???y)?pppD4E?(1?2?)

?p(MPa)?4E?(1?2?)D?pmx4?202?10?0.0080.03829(1?2?0.28)?10?12?pdu

=0.0745?pdu(με)对于由m和n组成弯矩测量电桥，

??m,n?1E(?x??M???y)，??Mdu?(?m??n)?pp2?ME?2?M

可见，由内压产生的应变相互抵消，桥臂系数仍然为2，实验方法无需修改。

而当测量扭矩时，内压导致e、f、g、h点都是平面应力状态且主应力不再沿?45方向，需要修改测量电桥或测量方案。

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题目7-12为单项选择题（从A、B、C、D中选择一个正确的答案填入空格）

7 低碳钢拉伸试验中，施加载荷超过了材料的屈服载荷，然后卸载，此时正确描述材料力学性质变化的是： D 。

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A 弹性增大，塑性较小 C 强度增大，韧性增大

B 弹性减小，强度增大 D 强度增大，脆性增大

8 对于低碳钢拉伸进入局部变形阶段的力学行为，如下论述中正确的是： A 。 A 试验曲线开始下降，试件的应力开始减小 B试验曲线开始下降，试件的应变开始减小 C试件局部出现颈缩现象，名义应力增大

D 试件局部出现颈缩现象，真实应力增大

9 有关铸铁材料的强度和刚度，如下四条论断中不正确的是： A 。 A铸铁的拉伸刚度小于压缩刚度 C 铸铁的抗扭强度大于抗拉强度

B铸铁的抗压强度大于抗扭强度

D 铸铁试件扭转试验中断裂，其实是被拉断

10 在低碳钢弹性模量的测定实验中，先施加一个较小的初始载荷，然后测量应力与应变之间的比例关系。施加初载荷的主要原因是： C 。 A 满足材料力学的小变形条件 C避免机械间隙对测量的影响

B在小载荷下调试材料试验机以提高精度 D 载荷小于初载荷时，应力与应变不呈比例

11 某组同学进行一次Q235低碳钢拉伸试验时，没有严格按照规范操作，导致所测量的屈服应力远大于240MPa，这次试验失败的可能原因是： D 。

A 试件装夹位置不对中，施加不恰当预应力 B试件反复加载导致温度升高 C预先没有施加初载荷

D 测力量程过大而且加载过快

12在低碳钢拉伸强化变形阶段，拉伸图是一段递增凸曲线，这表明： B 。 A 试件的刚度不断增加 C试件的强度不断增加

B试件的刚度不断减小 D 试件的强度不断减小

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