材料力学综合性实验开发

宋显辉 郭 剑 阳 桥

(武汉理工大学华夏学院,湖北 武汉 430223)

材料力学综合性实验开发

宋显辉 郭 剑 阳 桥

(武汉理工大学华夏学院,湖北 武汉 430223)

从提高学生素质和培养创新人才出发，对现有的材料力学实验进行梳理，革除不合理的实验，减少验证性实验，增加综合性实验，在开发综合性实验时，立足现有的仪器设备，自制传感器，不仅减少了经费，同时也提高了实验室人员的工作能力。

材料力学，综合性实验，传感器制作，培养能力

1 概述

综合性实验是两种以上基本问题、两种以上的基本方法或两门以上课程内容综合一起的实验项目，其相当大比例的实验项目是直接来自于实际工程(原型)或从实际工程问题中提炼出来的。材料力学的综合性实验涉及到力学基础课程中多方面的知识，需要学生运用基础力学和测试技术等方面的综合知识来完成，是培养学生创新思维和实践能力的必要环节。

为了充分利用实验室现有的设备，节约办学成本，改造已有的实验项目，开发综合性实验是一条有效的途径。目前研究梁在弯曲载荷作用下的变形要做两个实验，一个是梁的正应力分布实验，另一个是悬臂梁的挠度实验。前者用的是电阻应变测试技术，后者用百分表测定，而且测挠度与加载点在梁的同一面，这是不合理的。将两个实验结合起来，一次完成梁的整体变形和局部变形的测试。这样一个实验就包含了多个知识点，促进学生综合能力和创新能力的提高，同时引导学生通过实验完整地观察梁在实际承受弯曲载荷所呈现的力学行为，了解梁的整体变形和局部变形的关系，全面理解课堂理论教学的内容，与工程实践也结合得更加紧密。

2 实验开发

将简支梁的弯曲正应力实验和悬臂梁的挠度实验结合起来，组成一个简支梁的变形实验。简支梁的下表面离底板非常近，百分表放不进去，要测得简支梁的挠度必须自制一个位移(挠度)测试传感器，安装在弯曲正应力实验的矩形截面简支梁的下面，在做正应力实验时，同时将梁的挠度测出来。测正应力和测挠度的对象是一个构件，梁的整体变形和局部变形的测试同时完成，与工程实践完全吻合。

位移(挠度)传感器拟采用线弹性极好的钢锯条作为弹性体，在弹性体的两面粘贴应变片，连成惠斯顿电桥接入电阻应变仪，钢锯条的一端固定在材料力学多功能实验台的基座上，另一端顶在矩形截面简支梁的下表面(见图1)。当简支梁承载发生弯曲时，推动钢锯条的一端使钢锯条发生变形，电阻应变片将这种变形检测出来，在电阻应变仪上显示出来。

3 研究过程

根据材料力学多功能实验台的具体尺寸确定弹性体的长度，在离接触点60 mm处的弹性体上下表面各粘贴一枚应变计,在电阻应变仪输入端接成半桥。经过Instron5848MicroTester标定，其灵敏度为68 με/mm。传感器的分辨率比百分表还低，显然，无法满足测试要求。

围绕如何提高位移传感器的灵敏度，我们做了三件事：1)尽量将应变计的粘贴位置离接触点远一点，由于弹性体尺寸有限，将距离增加为80 mm。2)减小应变计粘贴处的横截面尺寸。3)在弹性体上下表面各粘贴两枚应变计,在电阻应变仪输入端接成全桥(见图2)，使应变仪读数扩大一倍。

经过标定，改装后的位移传感器的灵敏度为240 με/mm。在实验中一级荷载作用下的挠度不小于0.06 mm，这样就保证每一级荷载下显示的有效数字不少于两位，基本满足测试的精度要求。

在位移传感器的顶端，拧上一颗Φ3的螺丝，配两个螺帽，一方面牢牢的固定住螺丝，另一方面可以任意调节螺丝的高度，使其接触矩形截面梁的底面，并保持一定的压力(见图3)。

由于材料力学多功能实验台的空间有限，就利用实验台原有的螺丝，将传感器的弹性体的一端打磨成弧形，以配合固定螺丝。

位移传感器安装的好坏直接影响传感器的测试精度。

4 结语

工程实际中的梁在承载时会发生弯曲变形，而此时梁的横截面上的正应力按一定的规律分布，这二者是同时发生并有紧密的联系。根据测试规范，在了解构件局部变形前应先了解整体变形，测量构件的整体变形应该是第一位的。本项目的研究就是为了解决这个问题，使课堂教学与工程实际实现无缝对接。

本项目就是让同学们了解在研究构件局部变形前应优先知道构件的整体变形这一测试要求；引导学生拓展分析问题的思路，了解到解决问题的多样性，观察构件承载的力学现象，提高综合分析问题的能力。

本项目充分利用力学实验室现有设备进行改造，同时也提高了实验室人员的工作能力。

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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

宋显辉(1948- )，男，教授； 郭 剑(1958- )，男，工程师; 阳 桥(1984- )，男，助教

G642.0

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