实验七实验七 金属材料泊松比测定金属材料泊松比测定1 1、实验的意义实验的意义在工程中设计中，可以查机械设计手册利用泊松比粗略设计零件使其达到 相应的应力要求，但是此时的泊松比只是一个范围，需要对其泊松比进行反算 和修正。例如：一个梁，选定材料后按照相应的泊松比设计出尺寸，但是做拉 伸试验时发现其应力不满足要求，这时便需要对设计出的材料的泊松比进行精 确测定，进行反算，设计出符合要求的梁。2 2、实验设备及工具实验设备及工具1、应变片、加力机构。三、电测法原理三、电测法原理1 1、应变片测试原理、应变片测试原理 电测法是工程上常用的对实际构件进行应力分析实验的方法之一。它是通 过贴在构件被测点处的电阻应变片(以下简称应变片)，将被测点的应变值转换 为应变片的电阻变化，再利用电阻应变仪测出应变片的电阻变量，并直接转换 输出应变值，然后依据虎克定律计算出构件被测点的应力值的大小。在电测法 中，主要设备是电阻应变片和电阻应变仪。其中，电阻应变片是将应变变化量 转变成电阻变化量的转换组件。应变电测发具有感受元件重量轻，体积小；量 测系统信号传递迅速、灵敏度高、可遥感，便于与计算机连用及实现自动化等 优点。它的工作原理很简单，是依据金属丝的电阻R 与其本身长度L 成正比， 与其横截面积A成反比这一物理学定律而得，用公式表示其电阻即为： R=L/A 当电阻丝受到轴向拉伸或压缩时，上式中的L、A、均将发生变化。若此 时对上式两端同取对数，即有：lnlnlnlnRLA对其进行数学求导，有：/dR RddL LdA A因为金属电阻线受轴向拉伸(或压缩)作用时，式中：所以上式可写成：并令 式中：u-电阻丝材料的泊松比K。单丝灵敏系数。 则对大多数电阻丝而言，K0为常量，对丝栅状应变片或箔式应变片，考虑到已不是单根丝，故改用灵敏系数K代替代。 可见，应变片的电阻变化率与应变值呈线性关系。当把应变片牢固粘贴于 试件上，使之与试同步变形时，便可由式(中的电量非电量转换关系调得试件 的应变。2 2、惠斯登路桥应用、惠斯登路桥应用图5-1 惠斯登电桥1/4桥 温度补偿片(R2)； 半桥； 全桥。五、泊松比的测定五、泊松比的测定 1、应变片的粘贴步骤、应变片的粘贴步骤（1）选片；（2）测点表面的清洁处理；（3）贴片；（4）干燥处理；（5）接线；（6）防潮处理。2 2、实验原理、实验原理材料在弹性阶段服从胡克定律，其关系为，若已知载荷 P 及试件横E截面面积 A，只要测得试件表面轴向应变 p，同时测得试件表面横向应变 p ，则 。 pp u 测定试件见图 1-2，是由铝合金（或钢等材料）加工成的板试件，在试 件中间的两个面上，沿试件的轴线方向和横向共粘贴四片应变片，分别为 R1、R2、R1、R2，采用 1/4 桥接线法。由轴向应变测量桥和横向应变测量桥 可分别测得 p 和 p，也就可计算得到泊松比 u。图 5-2 试件、应变片布置图及桥路布置图 3、实验步骤及结果测试 （1）实验步骤 用游标卡尺测量试件横截面尺寸。 接通测力仪电源， 将测力仪开关置开。 按图 1-2 将应变片按 1/4 接线法接至应变仪通道上（应变仪操作可参考 应变仪使用说明书） 。 检查应变仪灵敏系数是否与应变片一致，若不一致，重新设置。 实验： a.本实验取初始载荷 P0=0.5kN（50N） ，Pmax=1.2kN（1200N） ， P=0.2kN（100N 或 150N 或 200N） ，共分 6 次加载；b.加初始载荷 0.2kN（200N） ，通道置零；c.逐级加载，记录各级载荷作用下的读数应变。实验数据记录可参考下面 记录表。 试验结束后，实验机卸载，切断应变仪电源。取下试件。 （2）实验结果处理 根据记录表记录的各项数据，每级相减，得到各级增加量的差值（从这些 差值可看出力与应变的线性关系） ，然后计算这些差值的算术平均值 P 均 、P 均，可由下式计算出泊松比 u。均均PP 六、问题思考六、问题思考（1）实验时，为什么要加初载荷？答：为了消除试验机机构之间的空隙与加载机构的间隙，在实验开始时，必 须加一定量的初载荷。按有关实验方法的规定，初载荷应为试验机所选 度盘量程的 10%左右。另外，不加初载荷，机构本身的自重也会影响实验 结果。(2)载荷为什么要分级多次加载？答：出于实验可靠性和精确性的考虑，要分级多次加载载荷。a.可靠性：必须要求 Pd|3|才行b.精确性：做两遍，误差带要求在同一个数量级记录表：序号载荷轴向应变（）横向应变（）PPdPdPdPd初载100067-19651912000132-38641823000196-56661834000262-74641845000326-92初载100065-20641912000129-39661923000195-58651834000260-76641945000324-95均值p均64.75p均18.5实验结果： 泊松比 u=0.285714