1、機械性能實驗,實驗地點：A3-101；時間: 第十三周 周四 15:50 2010012201-19 18人 16:50- 2010012220-39 18人 18:30- 2010012101-19 18人 19:30- 2010012120-39 18人 周五 10:30- 2010012301-18，09012315 19人 11:30- 2010012319-37,08012508 19人 13:30- 2010012401-20,09012117 20人 14:30- 2010012421-39,10013132 19人,第一章 測試技術(shù)概念,測量的定義：測量“是通過實驗手段獲得被測

2、對象量值的一個 操作過程”。 實驗手段指測量工具或測量儀表。,測量的分類： 工程測量指對結(jié)果不考慮測量誤差的測量 精密測量指要求精細(xì)估計測量誤差的測量 直接測量指被測量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進行比較或者用已經(jīng)標(biāo)定 過的達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的器具、儀器對被測量直接測量 間接測量指測量與被測量有函數(shù)關(guān)系的量值，然后根據(jù)函 數(shù)關(guān)系確定被測量的測量 靜態(tài)測量指對靜態(tài)量（即被測量在測量過程中固定不變） 和準(zhǔn)靜態(tài)量（即被測量在測量過程中隨時間緩 慢變化）的測量,測量方法：常用的方法有偏差測量、零位測量和微差測量。,測量精度比較高，但測量過程比較復(fù)雜、費時。,測量響應(yīng)快，精度高，特別適合于在線控制參數(shù)測量。,測試系統(tǒng),傳感級,中

3、間級,終端級,靜態(tài)特性曲線測試系統(tǒng)或測量裝置的輸入-輸出關(guān)系曲 線。,靜態(tài)特性指靜態(tài)特性曲線形狀的一些性能，主要有,1.線性度,2.靈敏度,3.滯后,實際關(guān)系曲線與擬合直線的吻合程度。,由小到大，有大到小變化， 輸入-輸出特性曲線不重合的程度。,5.重復(fù)性,6.零漂與溫漂,零漂：測量系統(tǒng)輸入量不變，環(huán)境溫度不變，而輸出量隨時間增加的變化量稱為零漂。,溫漂：測量系統(tǒng)輸入量不變，環(huán)境溫度發(fā)生變化，輸出量隨環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的變化量稱為溫漂。,溫漂中包含著零漂,4.靈敏限與分辨率,都是人為規(guī)定的,指針式儀表分辨率為最小刻度的一半； 數(shù)字式儀表分辨率為最后一位的一個字。,第二章 誤差分析和數(shù)據(jù)處理,誤

4、差的定義: 指被測量的實測值（或測得值）與其真實值（或 真值）之差 。,真值 客觀真實值,理論真值,計量學(xué)規(guī)定真值,相對真值,測量誤差 = 實測值 真值 示值誤差 = 指示值 真值 （對于儀器儀表）,誤差的表示方法：絕對誤差、相對誤差、引用誤差,絕對誤差 = 測得值 真值 = 指示值 真值,誤差的來源：測量裝置誤差，測量環(huán)境誤差，測量方法誤差， 測量人員誤差。,誤差的分類：隨機誤差，系統(tǒng)誤差，粗大誤差。,隨機誤差特點,誤差的大小、方向不固定,誤差總體服從統(tǒng)計規(guī)律,誤差平均值隨測量次數(shù)增加逐漸趨近于零,隨機誤差出現(xiàn)的偶然性，大小、符號 均不知,隨機誤差特性,隨機誤差分布出現(xiàn)必然性，符合統(tǒng)計規(guī)律，

5、可用統(tǒng)計學(xué)的方法來處理,大多數(shù)服從正態(tài)分布規(guī)律,隨機誤差正態(tài)分布特點,隨機誤差標(biāo)準(zhǔn)差,標(biāo)準(zhǔn)差表征隨機誤差分散性的大小 小 曲線高而窄，小誤差出現(xiàn)的概率多，大誤差出現(xiàn)的概率少， 數(shù)據(jù)點密集，重復(fù)性好。 大 曲線平坦， 大誤差出現(xiàn)的概率多，小誤差出現(xiàn)的概率少， 數(shù)據(jù)分散， 隨機誤差大。,系統(tǒng)誤差分類,* 定值系統(tǒng)誤差，特征：誤差大小、符號均確定,* 變值系統(tǒng)誤差，特征：誤差數(shù)值、符號按 一定規(guī)律變化,系統(tǒng)誤差特點,誤差總體服從某一確定的規(guī)律，如服從定值、線性、多項式、周期性等函數(shù)規(guī)律,定值系統(tǒng)誤差對殘差無影響（殘差中不存在系統(tǒng)誤差），因此對標(biāo)準(zhǔn)差 無影響，但是從正態(tài)分布曲線來看，平移了一個位置。,

6、粗大誤差特點,誤差無規(guī)律,明顯偏離測量值的真值,定值系統(tǒng)誤差消除方法常用有三種：抵消法，交換法，替換法,變值系統(tǒng)誤差消除方法常用有二種：對稱法，半周期法,粗大誤差屬于異常值或壞值，應(yīng)于剔除。,測量數(shù)據(jù)的精度：精密度，準(zhǔn)確度（正確度），精確度（精 度）。,誤差反映了測量結(jié)果與真值之間的差異，差異小，精度高，差異大，精度低。,不確定度：是對測量精度（或測量精確度）的評定方法，根 據(jù)評定方法的不同分為A類評定和B類評定。,誤差是測量結(jié)果與真值之差，它以真值（或約定真值）為中心，說明測量結(jié)果與真值的差異程度；而測量不確定度是以反映人們對測量認(rèn)識不足的程度，是以測量結(jié)果為中心，評估測量結(jié)果與被測量（真）

7、值相符合的程度。,數(shù)據(jù)處理方法：表格法，圖示法，經(jīng)驗公式法。,一元線性回歸方法：端值法，平均值法，最小二乘法。,第三章 電阻應(yīng)變測量原理及方法,應(yīng)變片的工作特性,靈敏系數(shù)測定條件,電阻值的測定條件,不安裝,不受外力,室溫,試件受單向應(yīng)力作用,應(yīng)變片粘貼在試件上,應(yīng)變片軸線與試件受力方向一致,應(yīng)變片靈敏系數(shù)定義：在應(yīng)變片軸線方向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng) 變片電阻的相對變化與粘貼應(yīng)變片試件表面軸向應(yīng)變之比值。,應(yīng)變片粘貼在試件上,溫度恒定,無外力（試件上）,零點漂移測定條件,在以上條件下，應(yīng)變隨時間增加而變化的稱為零漂。,蠕變測定條件,應(yīng)變片粘貼在試件上,溫度恒定,試件上外力恒定（或應(yīng)變恒定）,在以上

8、條件下，應(yīng)變隨時間增加而變化的稱為蠕變。,橫向效應(yīng)系數(shù)定義：指應(yīng)變片圓弧部分的靈敏系數(shù)比上直線部 分的靈敏系數(shù)乘上百分?jǐn)?shù)。,熱輸出測定條件,應(yīng)變片總電阻變化率,應(yīng)變片橫向效應(yīng),應(yīng)變片粘貼在試件上,試件無外力,溫度發(fā)生變化,試件無約束力,讀數(shù)應(yīng)變?yōu)樗臉虮凵蠎?yīng)變片感受的應(yīng)變之代數(shù)和,電阻應(yīng)變片的測量電路及其應(yīng)用,電橋輸出電壓,應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變,電橋特性,1. 相鄰橋臂，應(yīng)變同號，應(yīng)變代數(shù)值相減 應(yīng)變異號，應(yīng)變代數(shù)值相加 2. 相對橋臂，應(yīng)變同號，應(yīng)變代數(shù)值相加 應(yīng)變異號，應(yīng)變代數(shù)值相減,半橋接線法與全橋接線法最大區(qū)別是 半橋接線法：測量電橋半個橋是應(yīng)變片（兩片應(yīng)變片）另半個 橋是電阻（儀器內(nèi)部）；

9、 全橋接線法：測量電橋四個橋臂上均為應(yīng)變片（四片應(yīng)變）。,測量電橋接橋方式,單臂半橋接線法 雙臂半橋接線法 對臂全橋接線法 四臂全橋接線法 串、并聯(lián)接線法,利用電橋特性可實現(xiàn) 1. 消除測量時環(huán)境溫度變化引起的誤差 2. 增加讀數(shù)應(yīng)變d ，提高測量靈敏度 3. 在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，測出某一內(nèi)力分量引起的應(yīng)變,利用好電橋特性，關(guān)鍵在于接測量電橋。,復(fù)習(xí)：3.6.4 測量電橋的連接與測量靈敏度，熟悉電橋連接與 測量靈敏度關(guān)系 3.9 測量電橋的應(yīng)用，熟練掌握不同的組橋方式與其結(jié) 果的關(guān)系，并且掌握主要的應(yīng)變-應(yīng)力換算（彎曲切應(yīng) 力、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力） 理解掌握這兩節(jié)的所有例題（不是背書）,* 判斷1 與2

10、絕對值誰大？ * 用這兩個應(yīng)變片組成雙臂半橋 測哪個內(nèi)力分量引起的應(yīng)變？ * 注意扭矩方向！,四橋臂串聯(lián)或并聯(lián)全橋，讀數(shù)應(yīng)變應(yīng)該是幾倍的表面彎曲應(yīng)變等？,電測與橋路有關(guān)的都是選擇題,另一類是這樣的選擇題，給了貼片位置，應(yīng)變片號以及橋路形式，讓你根據(jù)題意把應(yīng)變號寫到電橋橋臂上。,例：見下圖，要求測F2力引起的彎曲應(yīng)變和F力引起的壓縮應(yīng) 變。,給了兩種橋路形式,類似上面的受力形式，到時看清題意要求，在哪些位置布片了，要求測哪個分力引起的應(yīng)變，然后確定哪個號的應(yīng)變片放在哪個橋臂上。,第四章 金屬材料力學(xué)性能及測試原理,試件：按國標(biāo)，對于比例試樣,L0=10d0 L0= 5d0,金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)

11、：強度指標(biāo)、塑性指標(biāo)、彈 性指標(biāo)。,以拉伸性能為主,對于圓試樣,強度指標(biāo)測定時的速度：在彈性范圍內(nèi)，按應(yīng)力速率加載，超 過彈性范圍后按應(yīng)變速率加載。,根據(jù)新國標(biāo)，強度指標(biāo) ReH ，ReL， 屈服強度指標(biāo) Rp，Rt， Rr 規(guī)定強度指標(biāo) Rm 抗拉強度指標(biāo),塑性指標(biāo)：A 斷后伸長率 Z 斷面收縮率,A均勻變形和非均勻變形,標(biāo)距范圍內(nèi)的平均變形,注意：A 斷后伸長率 與 應(yīng)變 之區(qū)別,試樣長度 L0 對測截面收縮率 Z 無影響 試樣直徑 d0 對測截面收縮率 Z 略有影響,彈性指標(biāo)：E、G，在材料彈性范圍內(nèi)測定。,試樣拉伸斷口距鄰近標(biāo)距距離小于等于1/3 L0時，測斷后長度要用斷口移中方法。注

12、意移中處理時的偶數(shù)格和奇數(shù)格測量計算不一樣。,同材料，同直徑，不同長度，測得的斷后伸長率A不同，斷面收縮率Z相同。,低碳鋼、鑄鐵 在拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)破壞時斷口的形式 以及引起破壞的原因。,低碳鋼拉伸時，破壞前出現(xiàn)頸縮，由于頸縮中心部分處于三向應(yīng)力狀態(tài)，因此，中心部分被拉壞，邊緣部分仍是單向應(yīng)力狀態(tài)，因此，邊緣部分沿450方向由切應(yīng)力引起破壞；壓縮時，越壓越扁，不會破壞；扭轉(zhuǎn)時，沿與軸線垂直的截面由切應(yīng)力引起破壞。因為低碳鋼屬于拉、壓強度相等的材料，而剪切強度低于拉、壓強度。 鑄鐵拉伸時由拉應(yīng)力引起破壞；壓縮時，沿450方向由切應(yīng)力引起破壞；扭轉(zhuǎn)時，沿45 0方向由拉應(yīng)力引起破壞。因為鑄鐵的抗拉

13、強度低于抗剪強度，抗剪強度低于抗壓強度。,力學(xué)測試誤差分析考試 考試地點：A3201，A3202 請同學(xué)們帶好學(xué)生證、計算器，提前10分鐘到達(dá)A3201，A3202實驗室外走廊處，等候進入考場。 各班考試時間安排如下,2012年12月7日（14周星期五),2012年12月7日（14周星期五),關(guān)于力學(xué)測試與誤差分析課程考試規(guī)則和給分原則,一 考試形式： 閉卷 二 考試時間： 60分鐘 三 給分原則：,1基本概念題（包括測試技術(shù)概念、誤差分析和數(shù)據(jù) 處理、電阻應(yīng)變測量原理及方法、金 屬材料力學(xué)性能及測試原理4部分） 共8題，共計48分；,2實驗 共計52分 根據(jù)實驗報告項目分配如下： 實驗儀器和

14、設(shè)備 5分 寫全使用的實驗儀器和設(shè)備 滿分 實驗原理 10分 畫出橋路接線圖： 5分 實驗結(jié)果處理計算公式： 5分 實驗步驟 10分 寫出簡單實驗步驟： 3分 靈敏系數(shù)： 4分 實驗結(jié)束恢復(fù)： 3分,實驗數(shù)據(jù) 10分 三遍數(shù)據(jù)或增量三遍： 4分 加初載： 3分 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性： 3分 實驗結(jié)果 12分 結(jié)果正確 滿分 思考題 5分 答案正確 滿分,一般實驗裝置都包含三部分 1試驗件部分 加力部分（給試驗件加力，判斷加力方向） 測力顯示部分,實驗規(guī)范 1只要試驗允許，試驗前必須加卸載，至少三遍（消 除機械滯后等） 2只要試驗允許，試驗前必須加初載，一般為滿載荷 的5%10%（或根據(jù)設(shè)備特點固定初載荷

15、值）（以 排除機械間隙等） 3試驗數(shù)據(jù)，一般做三遍，取平均值,已做試驗分析： 1等強度梁實驗裝置,a. 如何測表面應(yīng)變（彎曲應(yīng)變） b. 用單臂半橋（多點公共補償） c. 雙臂半橋 d. 對臂全橋 e. 四臂全橋 f. 串并聯(lián),首先觀察應(yīng)變片布片（粘貼）的位置，分析應(yīng)變變化規(guī)律。,等強度梁實驗裝置,然后確定： 要求計算（測）多大載荷下應(yīng)力或應(yīng)變的？ 200克，共測了5個200克，從0（砝碼盤重量為初載）至1000克。 這稱為增量加載。 兩個目的：一是可觀察等強度梁在材料彈性階段，其應(yīng)力或應(yīng)變是線性變化的，二是根據(jù)試驗要求，只要試驗允許數(shù)據(jù)至少測三遍，取三遍的平均值。這個試驗數(shù)據(jù)實際上測量了5遍

16、，取5遍的平均值計算的。,該實驗考試時注意：,2. 純彎曲梁實驗裝置,試驗中，計算（測）梁在 F 力為 1KN 作用下，沿梁橫截面高度應(yīng)力（應(yīng)變）的分布規(guī)律。 實際測了4遍，取了4遍的平均值。,c. 如果要求測定應(yīng)力，那就通過虎克定律計算,b. 要求用何種組橋方式，測量上表面，還是下表面，根據(jù)要求組 橋測量。,a. 要求測多大載荷下的應(yīng)變或應(yīng)力，如400克、600克等，根據(jù) 載荷考慮如何加載，若不夠用增量加載方式，就用從復(fù)加在 方式。,純彎曲梁實驗裝置,注意加力方向，往下是給梁加力。手輪旁邊有指示標(biāo)簽。,該實驗考試時注意： 不會要求做分布曲線，只會要求測量距中性層某個距離層面 在某力作用下的應(yīng)

17、力，看清要求中性層以上距離，還是以下 距離，或是上、下表面。（10mm，15mm，20mm） 該設(shè)備最大載荷5KN，若要求測梁在 F 力為 2KN 或 3KN 或 4KN 作用時的應(yīng)力，應(yīng)如何加載，如何組橋試驗？ 記住編號與中性層距離關(guān)系。通過虎克定律計算應(yīng)力。根據(jù) 載荷考慮如何加載，若不夠用增量加載方式，就用從復(fù)加在 方式。,3. 彎扭組合實驗裝置,彎扭組合實驗裝置,該實驗考試時注意： 測定彎矩引起的正應(yīng)力、扭矩引起的切應(yīng)力（剪應(yīng)力）、剪力引起的彎曲剪應(yīng)力（切應(yīng)力）。由于是確定應(yīng)力，必須有應(yīng)力-應(yīng)變換算。 正應(yīng)力上、下表面，單向應(yīng)力狀態(tài)，用虎克定律,切應(yīng)力（剪應(yīng)力），用A、C點的應(yīng)變片，用廣義虎克定律,d=4T 全橋,4. 拉壓實驗裝置,該實驗考試時注意： 1. 板試件在某力作 用下的軸向應(yīng)力。 會給定 F 力 2. 測定板試件的彈性 模量E。會給定應(yīng) 變值 F,拉壓實驗裝置,對臂全橋,四臂全橋,根據(jù)虎克定律 可求得 E,用對臂全橋,四臂全橋,主通道0 C B A,補償BC,測量通道A、B、C、D,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1