汤占岐 武美先 侯亭波 赵涛

摘要：电测法是一种测定材料力学性能，并可对受力构件进行应力分析的实验方法，在材料力学实验和工程实际中有着广泛的应用。本文通过实践，将电测法引入材料力学实验，使学生掌握电测法的基本应用，同时使学生对理论知识的理解和掌握得到强化。

关键词：材料力学实验；电测法；力学性能；实验教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）48-0115-02

材料力学实验一般涉及到测定材料在受载时的力学性能以及受力构件的应力、应变测定，并与理论计算公式进行比较。电测法是应用电阻应变片测定受力构件表面的应变，再根据应力、应变关系，确定构件表面应力状态的一种方法。其基本原理是：将电阻应变片牢固黏贴于构件表面，当构件受力变形时，电阻应变片内的电阻丝也随之产生变形，并导致其长度和横截面积发生改变，从而引起电阻值发生变化，通过电阻应变仪可将电阻的变化测量出来，并换算成相应的应变值指示出来，最后依据胡克定律确定被测点的应力状态，从而达到利用实验手段对受力构件进行应力分析的目的。电测法具有测量精度高、测量范围广、对构件的应力分布影响小等特点，在材料力学实验中有着极为重要的应用，同时在工程实践中也被广泛采用。

一、材料力学实验引入电测法的总体目标

本学院过程装备与控制工程专业原有的材料力学实验仅有一项，即低碳钢的单向拉伸实验，并没有电测法实验设备和实验项目，这会导致以下问题：材料力学实验项目单一、实验课时严重不足、在一定程度上影响了人才培养质量、与我们设定的培养目标存在一定差距；电测法在工程检测监测、材料的力学性能测试等工程实践中应用广泛，如果我们的学生在本科阶段没有受到此项训练，将造成学生的知识储备不足，材料力学实验技能训练弱化，影响今后的工作。

鉴于此，我们将电测法引入我院过程装备与控制工程专业的材料力学实验中，通过甄选实验项目，编制实验指导书并实施实验教学，加强本专业材料力学教学的实践环节、训练学生的动手实践能力，使学生通过电测法实验，对材料力学的一些基本概念，如应力、应变、弹性模量、纯弯曲、弯曲梁横截面应力分布等概念有较为深刻的认识，对电测法在应力、应变测量中的应用有深刻的理解。

二、电测法在材料力学实验中的应用

（一）实验项目的甄选

在实验项目的选择上，我们紧扣理论教学的重点和难点问题，力图使所选择的实验项目经过学生实施，能加深学生对相关理论知识的透彻理解，并能够使学生掌握电测法基础知识和基本技能。为此，我们甄选了3个典型的材料力学实验项目，包括材料弹性模量和泊松比的测定、纯弯曲梁的正应力实验、等强度梁实验。这3个实验，涉及到的基本知识点有应力、应变、弹性模量、泊松比、胡克定律、纯弯曲梁、梁横截面上的应力分布及应力计算、等强度梁等基本概念和基本知识。通过这些基本知识点的及其相关理论知识的灵活应用，结合实验操作和数据分析，学生能够更加牢固地掌握相关的材料力学理论知识，为深入学习理论知识，提高应用材料力学基本知识解决工程实际的能力奠定扎实的基础。

（二）实验设计

本文以材料弹性模量E和泊松比μ的测定实验为例，详细说明实验项目设置的目的和实验内容。

材料弹性模量E和泊松比μ的测定实验，目的是使学生认识电阻应变片，理解电桥的原理，掌握电测法原理及其在材料力学实验中的应用方法，在此基础上，掌握应力、应变的概念及其电测方法，掌握弹性模量、泊松比的概念，深刻理解胡克定律及其应用。学生需在测定单向拉伸杆的轴向应变及横向应变的基础上，应用胡克定律，计算该杆件材料的弹性模量和泊松比。

该实验对一矩形截面杆进行拉伸，載荷为P，杆的横截面面积A=150mm2，在杆的左右两侧面对称位置处布置三组纵向应变片R1、R1'，R2、R2'，R3、R3'，一组横向应变片R4、R4'，分别测量纵向应变和横向应变，如图1所示。

根据电阻应变测量技术的原理，将对称布置的电阻应变片R1和R1'按全桥接法接入电桥的相对桥臂，两温度补偿片接入其余两相对桥臂，则可消除偏心弯曲的影响，如图2所示。其余各组应变片均按全桥接法接入各自的电桥桥臂。

（三）实验教学环节的设计

由于本专业学生所具备的电测法相关知识较为薄弱，因此在所有实验开始之前，需用2课时左右的时间讲授电测法基本原理、电桥原理及电阻应变仪的使用，使学生掌握相关理论知识，为后续实验的顺利开展打下良好的基础。

在每次实验开始前，首先向学生介绍本次实验的目的，同时启发学生回顾理论课程中的相关知识，利用理论公式计算相应点的应力，随后鼓励学生运用电测法的相关知识对实验方案进行初步设计，如画出应变片布置草图、选择电桥接法，画出电桥接线图等，引导学生利用现有实验设备和元件器材完善实验方案。这一阶段耗时较多，可安排在实验预习阶段，学生组成实验小组查阅资料、讨论并设计实验方案。

正式实验时，要求各小组介绍所设计的实验方案，实验指导教师需评价实验方案的优劣，最后下发合理的实验方案及实验指导书，引导学生正确安装实验元器件，并进行连线、调试，认真观察实验现象，详细记录实验数据。

实验结束后，要求学生对其中一组实验数据现场进行计算，以便与理论计算结果进行对比，并分析实验误差。若误差过大，引导学生分析误差产生的原因，必要时要求学生重做实验，最后要求学生完成实验报告。

（四）实验考核

实验成绩按10%计入《材料力学》课程总成绩，而实验成绩包括实验预习情况、实验数据的准确性与完整性、实验报告3个部分，各部分的比例分别为40%、30%和30%。

三、结束语

我们将工程中广泛应用的电测法引入材料力学实验，通过3年的教学实践，取得了良好的效果。我们认识到，电测法的引入可以使学生较早地接触到工程实际问题，有利于学生工程素养的提高，也有助于提高学生分析问题、解决实际问题的能力。其次，电测法引入材料力学实验，并开展了典型受力构件的电测法实验，加强了本专业材料力学教学的实践环节，提高了学生的实践操作能力。

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Abstract：The resistance straingauge method is a way to measure the materials' mechanical properties，also it can be used in stress analysis of actual components. So it is widely adopted in material mechanics experiment and engineering. We introduce this method in material mechanics experiment in order to make the students master the basic application of it and intensify the students' understanding and fully master of material mechanics theories.

Key words：material mechanics experiment；resistance straingauge method；mechanical property；experiment teaching