基本变形杆件模拟实验装置设计(附件)
摘 要随着我国高等教育的发展和高校教学改革的不断深入，全面推进素质教育，探索和建立我国高等学校应用型本科人才，提高学生的实验技能和工作实践能力，材料力学实验课时不但没有减少，反而在逐渐增加。本课题将围绕应用技术型本科人才培养需要，结合课堂理论教学，设计一套模拟实验系统，主要研究材料力学的基本实验，主要围绕拉伸、压缩、弯曲、扭转等四种基本变形。此次实验装置设计包括实验模拟方案的选定，以及设备元件的选择，对各部件的校核等。最终需要完成一些力学模拟实验台，可以让学生自己动手进行模拟实验，以此增加学生对材料性质的理性认识。以至于让学生能够在实验中理解力学材料性质的强度、刚度等，并对部分杆件进行强度校核。
目 录
第一章 概述 1
1.1材料力学实验的任务及研究对象 1
1.1.1材料力学实验的任务 1
1.1.2材料力学实验研究对象 1
1.2杆件变形的基本形式 2
1.3材料力学实验的地位 3
1.4材料力学实验的意义 3
第二章 基本杆件实验装置的设计方案 4
2.1力学实验的原理分析 4
2.1.1拉伸或压缩变形实验原理 4
2.1.2弯曲变形实验原理 4
2.1.3扭转变形实验原理 5
2.2气动执行元件的原理 5
2.2.1气缸的输出力 5
2.3装置零件的制作与安装 6
2.3.1实验试样的设计 6
2.3.2轴套的设计 7
2.3.3连接部分的设计 8
2.4实验装置的设计分析与设计图纸绘制 8
2.4.1杆件拉伸变形实验模拟装置 9
2.4.2杆件压缩变形实验模拟装置 9
2.4.3梁弯曲变形实验模拟装置 10
2.4.4轴扭转变形实验模拟装置 10
第三章 实验装置的调试与计算 12
3.1杆件轴向拉伸与压缩变形校核 12
3.1.1轴向拉伸与压缩变形的概念 12
3.1.2 轴向拉伸变形例题 12
3.1.3轴向压缩变形例题 13
3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2杆件弯曲变形的应力和校核 14
3.2.1 圆形截面轴弯矩强度校核例题 14
3.2.2 T形截面轴弯矩强度校核例题 16
3.3杆件的扭转校核 19
3.3.1扭转变形强度校核例题 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录A 常用材料的力学性能 23
附录B 常见截面的几何性质 24
第一章 概述
1.1材料力学实验的任务及研究对象
1.1.1材料力学实验的任务
1、面向生产为生产服务。在正规生产过程中，科学设计的程序依次应该是：首先需要了解工作情况、外载荷的大小与加载方式以及设计范围等；其次就是选择材料、设计相关尺寸、应力分析和强度校核等问题；随后尝试生产、现场测试与计算、故障分析与处理，经过长期的实际观察，最后才能投入到生产中。材料力学实验在这儿担任了重要的角色，并解决了许多工程实际问题。
2、对于新型技术和研究方法的引入，是新的研究与测试手段。通过最近的几十年来说，由于光学在科研领域的大力发展，同时光电子学和光纤的研究也在快速发展中，从而产生了很多新的光测方法，概括一下可以称为“光力学”。同样激光干涉测量技术、光栅应变传感技术等也是当今实验力学的热点研究领域，同时微纳米技术和多尺度力学问题研究为实验力学提出了许多挑战性的研究课题。还有破坏性测试、组合变形、超静定研究力学实验等。
3、面向材料力学，可以为材料力学的理论研究提供有力的论证方法。理论研究一定要以实验论证为基础，同样一个新的理论计算方法的提出，必须是以实验结果为依据，经计算所得的结果必须要经过实验的验证，同时实验也应该以理论知识作为指导。一般材料力学的诸多理论都是以一些假设为研究基础的，例如对于杆件的弯曲理论研究就是以平面假设为基础的。在这些实验中验证理论的正确性和适用范围，这样便有助于我们对理论的认识和理解更加透彻的。对于新理论和公式的建立，用实验来加以验证也是必不可少的环节。通过这些可以得出结论，实验在理论验证、方案修正和发展理论中是不可缺少的方式。
1.1.2材料力学实验研究对象
能组成机械或工程结构的基本元件称为构件。
在正常工作中，每一个构件都会受到一定的外力，这些加在构件上的外力称为载荷。这些构件在外力作用下几何尺寸和形状都会发生变化，称为变形。构件的变形分为两类：一类是在外力解除后可以恢复的变形，称之为弹性变形。另一类是在外力解除后不能恢复的变形，称之为塑性变形。
为了保证机械或工程结构的正常运行，构件在载荷下必须满足以下条件：
具有必要的强度—抵抗破坏的能力。构件在载荷作用下不会发生意外断裂或不可恢复的变形。
具有必要的刚度—抵抗弹性变形的能力。构件在载荷作用下不会产生过大的弹性变形。
具有必要的稳定性—保持原始平衡构件的能力。构件在载荷作用下不会发生失稳现象。
构件的强度、刚度和稳定性称为构件的承载能力。为了提升构件的承载能力，我们通常会选用性能较好的材料，以及加大构件的截面尺寸，但是这些却与降低材料消耗、减轻重量和节约资金又产生了相互矛盾。
材料力学的任务就是在构件具有相应承载能力的条件下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适当的材料，为构件的设计提供必要的理论基础和计算方法。
材料力学所研究的构件通常都是一些可变形固体。
按几何形状来分类，构件可以分为杆、板、壳和块体等四类。其中杆是工程中最常用的构件，根据杆的轴线与横截面特征等要素，杆件又可以分为直杆与曲杆、等截面杆与变截面杆。
材料力学主要研究对象是弹性变形范围内的杆件。
1.2杆件变形的基本形式
杆件在外力作用下发生的变形是多种多样的，但是最基本的四种变形是：轴向拉伸（或压缩）、剪切、扭转和弯曲。其他一些复杂的变形都是可以由以上的四种基本变形组合而来。
轴向拉伸（或压缩）：通常来说，杆件轴向拉伸或压缩时，外力或其合力的作用线都是沿杆件轴线的，而杆件的主要变形也通常为轴向伸长或缩短。一般作用线沿着杆件轴线的载荷，称为轴向载荷。而以轴向拉长或缩短为主要特征的变形形式，称为轴向拉压。以轴向拉压为主要变形的杆件，称为拉压杆。
目 录
第一章 概述 1
1.1材料力学实验的任务及研究对象 1
1.1.1材料力学实验的任务 1
1.1.2材料力学实验研究对象 1
1.2杆件变形的基本形式 2
1.3材料力学实验的地位 3
1.4材料力学实验的意义 3
第二章 基本杆件实验装置的设计方案 4
2.1力学实验的原理分析 4
2.1.1拉伸或压缩变形实验原理 4
2.1.2弯曲变形实验原理 4
2.1.3扭转变形实验原理 5
2.2气动执行元件的原理 5
2.2.1气缸的输出力 5
2.3装置零件的制作与安装 6
2.3.1实验试样的设计 6
2.3.2轴套的设计 7
2.3.3连接部分的设计 8
2.4实验装置的设计分析与设计图纸绘制 8
2.4.1杆件拉伸变形实验模拟装置 9
2.4.2杆件压缩变形实验模拟装置 9
2.4.3梁弯曲变形实验模拟装置 10
2.4.4轴扭转变形实验模拟装置 10
第三章 实验装置的调试与计算 12
3.1杆件轴向拉伸与压缩变形校核 12
3.1.1轴向拉伸与压缩变形的概念 12
3.1.2 轴向拉伸变形例题 12
3.1.3轴向压缩变形例题 13
3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2杆件弯曲变形的应力和校核 14
3.2.1 圆形截面轴弯矩强度校核例题 14
3.2.2 T形截面轴弯矩强度校核例题 16
3.3杆件的扭转校核 19
3.3.1扭转变形强度校核例题 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
附录A 常用材料的力学性能 23
附录B 常见截面的几何性质 24
第一章 概述
1.1材料力学实验的任务及研究对象
1.1.1材料力学实验的任务
1、面向生产为生产服务。在正规生产过程中，科学设计的程序依次应该是：首先需要了解工作情况、外载荷的大小与加载方式以及设计范围等；其次就是选择材料、设计相关尺寸、应力分析和强度校核等问题；随后尝试生产、现场测试与计算、故障分析与处理，经过长期的实际观察，最后才能投入到生产中。材料力学实验在这儿担任了重要的角色，并解决了许多工程实际问题。
2、对于新型技术和研究方法的引入，是新的研究与测试手段。通过最近的几十年来说，由于光学在科研领域的大力发展，同时光电子学和光纤的研究也在快速发展中，从而产生了很多新的光测方法，概括一下可以称为“光力学”。同样激光干涉测量技术、光栅应变传感技术等也是当今实验力学的热点研究领域，同时微纳米技术和多尺度力学问题研究为实验力学提出了许多挑战性的研究课题。还有破坏性测试、组合变形、超静定研究力学实验等。
3、面向材料力学，可以为材料力学的理论研究提供有力的论证方法。理论研究一定要以实验论证为基础，同样一个新的理论计算方法的提出，必须是以实验结果为依据，经计算所得的结果必须要经过实验的验证，同时实验也应该以理论知识作为指导。一般材料力学的诸多理论都是以一些假设为研究基础的，例如对于杆件的弯曲理论研究就是以平面假设为基础的。在这些实验中验证理论的正确性和适用范围，这样便有助于我们对理论的认识和理解更加透彻的。对于新理论和公式的建立，用实验来加以验证也是必不可少的环节。通过这些可以得出结论，实验在理论验证、方案修正和发展理论中是不可缺少的方式。
1.1.2材料力学实验研究对象
能组成机械或工程结构的基本元件称为构件。
在正常工作中，每一个构件都会受到一定的外力，这些加在构件上的外力称为载荷。这些构件在外力作用下几何尺寸和形状都会发生变化，称为变形。构件的变形分为两类：一类是在外力解除后可以恢复的变形，称之为弹性变形。另一类是在外力解除后不能恢复的变形，称之为塑性变形。
为了保证机械或工程结构的正常运行，构件在载荷下必须满足以下条件：
具有必要的强度—抵抗破坏的能力。构件在载荷作用下不会发生意外断裂或不可恢复的变形。
具有必要的刚度—抵抗弹性变形的能力。构件在载荷作用下不会产生过大的弹性变形。
具有必要的稳定性—保持原始平衡构件的能力。构件在载荷作用下不会发生失稳现象。
构件的强度、刚度和稳定性称为构件的承载能力。为了提升构件的承载能力，我们通常会选用性能较好的材料，以及加大构件的截面尺寸，但是这些却与降低材料消耗、减轻重量和节约资金又产生了相互矛盾。
材料力学的任务就是在构件具有相应承载能力的条件下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸，选择适当的材料，为构件的设计提供必要的理论基础和计算方法。
材料力学所研究的构件通常都是一些可变形固体。
按几何形状来分类，构件可以分为杆、板、壳和块体等四类。其中杆是工程中最常用的构件，根据杆的轴线与横截面特征等要素，杆件又可以分为直杆与曲杆、等截面杆与变截面杆。
材料力学主要研究对象是弹性变形范围内的杆件。
1.2杆件变形的基本形式
杆件在外力作用下发生的变形是多种多样的，但是最基本的四种变形是：轴向拉伸（或压缩）、剪切、扭转和弯曲。其他一些复杂的变形都是可以由以上的四种基本变形组合而来。
轴向拉伸（或压缩）：通常来说，杆件轴向拉伸或压缩时，外力或其合力的作用线都是沿杆件轴线的，而杆件的主要变形也通常为轴向伸长或缩短。一般作用线沿着杆件轴线的载荷，称为轴向载荷。而以轴向拉长或缩短为主要特征的变形形式，称为轴向拉压。以轴向拉压为主要变形的杆件，称为拉压杆。
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