材料力學綜合性實驗開發

宋顯輝 郭 劍 陽 橋

(武漢理工大學華夏學院,湖北 武漢 430223)

材料力學綜合性實驗開發

宋顯輝 郭 劍 陽 橋

(武漢理工大學華夏學院,湖北 武漢 430223)

從提高學生素質和培養創新人才出發，對現有的材料力學實驗進行梳理，革除不合理的實驗，減少驗證性實驗，增加綜合性實驗，在開發綜合性實驗時，立足現有的儀器設備，自制傳感器，不僅減少了經費，同時也提高了實驗室人員的工作能力。

材料力學，綜合性實驗，傳感器制作，培養能力

1 概述

綜合性實驗是兩種以上基本問題、兩種以上的基本方法或兩門以上課程內容綜合一起的實驗項目，其相當大比例的實驗項目是直接來自于實際工程(原型)或從實際工程問題中提煉出來的。材料力學的綜合性實驗涉及到力學基礎課程中多方面的知識，需要學生運用基礎力學和測試技術等方面的綜合知識來完成，是培養學生創新思維和實踐能力的必要環節。

為了充分利用實驗室現有的設備，節約辦學成本，改造已有的實驗項目，開發綜合性實驗是一條有效的途徑。目前研究梁在彎曲載荷作用下的變形要做兩個實驗，一個是梁的正應力分布實驗，另一個是懸臂梁的撓度實驗。前者用的是電阻應變測試技術，后者用百分表測定，而且測撓度與加載點在梁的同一面，這是不合理的。將兩個實驗結合起來，一次完成梁的整體變形和局部變形的測試。這樣一個實驗就包含了多個知識點，促進學生綜合能力和創新能力的提高，同時引導學生通過實驗完整地觀察梁在實際承受彎曲載荷所呈現的力學行為，了解梁的整體變形和局部變形的關系，全面理解課堂理論教學的內容，與工程實踐也結合得更加緊密。

2 實驗開發

將簡支梁的彎曲正應力實驗和懸臂梁的撓度實驗結合起來，組成一個簡支梁的變形實驗。簡支梁的下表面離底板非常近，百分表放不進去，要測得簡支梁的撓度必須自制一個位移(撓度)測試傳感器，安裝在彎曲正應力實驗的矩形截面簡支梁的下面，在做正應力實驗時，同時將梁的撓度測出來。測正應力和測撓度的對象是一個構件，梁的整體變形和局部變形的測試同時完成，與工程實踐完全吻合。

位移(撓度)傳感器擬采用線彈性極好的鋼鋸條作為彈性體，在彈性體的兩面粘貼應變片，連成惠斯頓電橋接入電阻應變儀，鋼鋸條的一端固定在材料力學多功能實驗臺的基座上，另一端頂在矩形截面簡支梁的下表面(見圖1)。當簡支梁承載發生彎曲時，推動鋼鋸條的一端使鋼鋸條發生變形，電阻應變片將這種變形檢測出來，在電阻應變儀上顯示出來。

3 研究過程

根據材料力學多功能實驗臺的具體尺寸確定彈性體的長度，在離接觸點60 mm處的彈性體上下表面各粘貼一枚應變計,在電阻應變儀輸入端接成半橋。經過Instron5848MicroTester標定，其靈敏度為68 με/mm。傳感器的分辨率比百分表還低，顯然，無法滿足測試要求。

圍繞如何提高位移傳感器的靈敏度，我們做了三件事：1)盡量將應變計的粘貼位置離接觸點遠一點，由于彈性體尺寸有限，將距離增加為80 mm。2)減小應變計粘貼處的橫截面尺寸。3)在彈性體上下表面各粘貼兩枚應變計,在電阻應變儀輸入端接成全橋(見圖2)，使應變儀讀數擴大一倍。

經過標定，改裝后的位移傳感器的靈敏度為240 με/mm。在實驗中一級荷載作用下的撓度不小于0.06 mm，這樣就保證每一級荷載下顯示的有效數字不少于兩位，基本滿足測試的精度要求。

在位移傳感器的頂端，擰上一顆Φ3的螺絲，配兩個螺帽，一方面牢牢的固定住螺絲，另一方面可以任意調節螺絲的高度，使其接觸矩形截面梁的底面，并保持一定的壓力(見圖3)。

由于材料力學多功能實驗臺的空間有限，就利用實驗臺原有的螺絲，將傳感器的彈性體的一端打磨成弧形，以配合固定螺絲。

位移傳感器安裝的好壞直接影響傳感器的測試精度。

4 結語

工程實際中的梁在承載時會發生彎曲變形，而此時梁的橫截面上的正應力按一定的規律分布，這二者是同時發生并有緊密的聯系。根據測試規范，在了解構件局部變形前應先了解整體變形，測量構件的整體變形應該是第一位的。本項目的研究就是為了解決這個問題，使課堂教學與工程實際實現無縫對接。

本項目就是讓同學們了解在研究構件局部變形前應優先知道構件的整體變形這一測試要求；引導學生拓展分析問題的思路，了解到解決問題的多樣性，觀察構件承載的力學現象，提高綜合分析問題的能力。

本項目充分利用力學實驗室現有設備進行改造，同時也提高了實驗室人員的工作能力。

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The comprehensive experimental development of mechanics of materials

SONG Xian-hui GUO Jian YANG Qiao

(WuhanUniversityofTechnology,HuaxiaCollege,Wuhan430223,China)

Starting from the point of improving students’ quality and cultivating innovative talents, we combed the current experiments of mechanics of materials so that unreasonable experiments were abolished, replication experiments reduced and comprehensive experiments increased. During the development of comprehensive experiments, a kind of sensor was made based on the existing equipment, which cost little but also enhanced the operational capability of our laboratory personnel.

mechanics of materials, comprehensive experiment, sensor making, ability training

1009-6825(2014)11-0273-02

2014-02-05

宋顯輝(1948- )，男，教授； 郭 劍(1958- )，男，工程師; 陽 橋(1984- )，男，助教

G642.0

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