一、实验目的
1.了解用电阻应变测试方法、扭角仪测试方法测定材料扭转时的剪切弹性模量G的方法;
2.测定试件材料的剪切弹性模量;
3.理解剪切弹性模量的定义和变形方式。
二、实验原理
(一)电测法测切变模量
材料扭转时,剪应力与剪应变成线性比例关系范围内剪应力τ与剪应变γ之比称剪切弹性模量或切变模量,以G表示即:
上式中的和(或以δ表示)均可由实验测定,其方法如下。
在试件的前后表面A、C两点处分别贴上应变片:
试件贴片处扭转切应力为
式中,为抗扭截面系数。
实验采用等量逐级加载法。设各级扭矩增量为,应变仪读数增量为,从每级加载中,可求得切变模量为
根据本实验:
故:
实验组桥方案见报告最后的实验附图。
(二)扭角仪测切变模量
圆轴受扭时,材料处于纯剪切应力状态。在比例极限以内,材料的剪应力与剪应变成正比,即满足剪切虎克定律,有:
通过扭转试验机,对试件逐级增加同样大小△T,相应地由扭角仪测出扭转角增量△Φ,根据本实验装置,于是有:
三、实验步骤
1.设计数据表格;
2.测量试件尺寸;
3.拟定加载方案;
4.试验机准备,仪器调整;
5.测量实验装置所需尺寸;
6.确定组桥方式及参数;
7.安装扭角仪及百分表;
8.检查试车;
9.进行试验;
10.数据检察,卸载,关闭电源,整理设备。
四、实验数据:
基本尺寸及平均值:
1/4桥数据及逐差法处理数据:
*:数据中的平均值是对四组数据分别取绝对值后再计算得到的平均值。
半桥数据及逐差法处理数据:
全桥数据及逐差法处理数据:
百分表读数及逐差法处理数据:
五、数据处理:
实验中△P=1000N
由,Wp=12.5569x10-6 m3
将数据进行单位换算,然后利用:
将1/4桥数据带入公式计算得:G1=80.61GPa,G2=80.35GPa,取平均值:G=80.9GPa
将半桥数据带入公式计算得:G1=80.61GPa,G2=80.12GPa,取平均值:G=80.4GPa
将全桥数据带入公式计算得:G1=80.12GPa,G2=80.12GPa,取平均值:G=80.1GPa
将三种组桥方案计算得到的G取平均值,得到电测法测得的切变模量:
G=80.3GPa
根据公式,将百分表数值及其他数据(其中)带入公式计算得:
G1=83.08GPa,G2=85.599GPa,取平均值:G=84.3GPa
故扭角仪测切变模量法测得的切变模量:
G=84.3GPa
六、实验附图:
组桥图,分别是1/4桥、半桥、全桥:
验证胡克定律:
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