工程力學實驗指導書-孫凱

1、工程力學實驗指導書編著：張功學 陜西科技大學二00六年十二月3.1 材料的拉伸實驗拉伸實驗是對塑性材料和脆性材料在常溫靜載作用下，測定其力學性能的試驗。試驗中測得的力學性能指標，是工程設計以及鑒定工程材料的主要依據。本試驗采用低碳鋼和鑄鐵作為塑性材料和脆性材料的代表，分別進行拉伸試驗。 一、實驗目的：(1)了解材料受拉伸時，力與變形的關系，繪制拉伸圖(Fl曲線)。 (2)測定低碳鋼的屈服極限S、強度極限b、延伸率和截面收縮率。(3)測定鑄鐵的強度極限b、延伸率和截面收縮率(4)比較低碳鋼與鑄鐵的力學性能、破環(huán)過程和現象。 二、實驗設備： 萬能試驗機、游標卡尺。三、試件：實驗表明，試件的尺寸和形

2、狀對實驗結果有影響，為了避免這種影響和便于對各種材料力學性能的測試結果可進行比較，國家標準對試件的尺寸、形狀作了統(tǒng)一規(guī)定，根據規(guī)定，拉伸試件可制成圓形或矩形截面，實驗前、后的試件如圖所示。圖3-1 低碳鋼拉伸前后試件比較其中拉伸試件還可分為比例試件和非比例試件兩種。比例試件應符合如下關系：式中 L為標距即計算長度；A0為初始橫截面面積；K系數，通常為565和113，前者稱短試件，后者稱長試件。對圓形截面： 長試件 L 10d0 短試件 L5d0 對矩形截面： 長試件 L113A0 短試件 L565A 0 對于非比例試件，例如成品材料型材、板材、管材或細絲等，測試長度與橫截面面積無一定比例關系。

3、試件兩端較粗部分是為裝入試驗機夾頭中的夾持部分，該部分形狀視試驗機夾頭的要求而定，可制成圓柱形、階梯形或螺紋形，其長度至少應為試驗機楔形夾具長度的三分之二。 四、實驗原理： 1、低碳鋼拉伸 ： 金屬材料拉伸時的力學性能指標，是由拉伸試驗來確定的。為此，將試件按國標規(guī)定加工成標準試件，在萬能試驗機上進行加載試驗。試驗時，利用試驗機的繪圖裝置可以繪出測試材料的拉伸曲線圖，下圖為低碳鋼的拉伸曲線圖（F-l）。圖3-2 低碳鋼拉伸曲線圖（F-l）應當指出，由于在加載的最初階段，試件夾持部分在夾頭內有滑動等因素，因此繪出的拉伸圖的最初一段呈現曲線。但實際上最初這段線條應是直線，故應將直線部分延長使與l軸

4、相交，交點O定為坐標原點。 對于低碳鋼屈服階段的F-L圖是鋸齒形。B點為上屈服點，即屈服階段中力第一次下降前的最大載荷，用FSU來表示，對有明顯屈服現象的材料，一般只需要測定下屈服點C，用FS來表示。由于下屈服點比較穩(wěn)定，工程上均以此作為材料析屈服載荷。在屈服階段中，指針無規(guī)則來回擺動，要準確判讀屈服載荷讀數有一定的難度，一般的判讀是試驗機測力指針第一次回轉后所指示的最小載荷為下屈服點載荷。過了屈服階段，繼續(xù)加載曲線上升，至載荷達到最大值D點，此時也是試件的名義應力達到最大值。過了D點，拉伸曲線開如下降，測力指針開始倒退，這時可觀察到試件在某一截面附近產生局部變形，即頸縮現象出現，直至E點試件

5、斷裂。2、鑄鐵拉伸 圖3-3 鑄鐵拉伸曲線圖（F-l）鑄鐵為脆性材料。試件受拉伸后、通過繪圖器繪出的鑄鐵拉伸圖如圖所示。圖中其拉伸的最初階段也沒有直線段，說明在載荷很小的情況下，彈性變形的增長也不與載荷成正比。鑄鐵試件在拉伸過程中變形很小，沒有屈服現象和頸縮現象，當載荷達到最大值時，斷裂突然發(fā)生。因此，對鑄鐵只測定其最大載荷，即可得到強度極限。五、實驗步驟 低碳鋼拉伸： 1、試件準備 采用長試件(L10d)。 用游標卡尺在試件標距兩端和中間部位,分別沿相互垂直的兩個方向各測量一次直徑，并計算這三處的平均值，取其最小者作為試件直徑d，并計算出試件的橫截面面積A0。 2、試驗機準備根據低碳鋼的強度

6、極限b和橫截面面積A0，估算出試驗所需的最大載荷Fb，選擇合適的測力度盤，并配以相應的擺錘。將緩沖器調至適當位置，調整測力指針使其對準零點，調整好繪圖裝置。 3、安裝試件 先把試件夾持在試機的上夾頭內，再將下夾頭移動至試件所需的夾持位置，并把試件下端夾緊。 4、進行實驗 開動實驗機，緩慢勻速加載，隨時觀察測力指針與繪圖筆的移動情況 。對低碳鋼試件，分別判讀出FSU，FSL并記錄，繼續(xù)加載，觀察曲線變化規(guī)律，直至載荷達到最大值。這時測力指針倒退，則可由副針讀取最大載荷Fb，仔細觀察頸縮現象的發(fā)生和發(fā)展。試件拉斷后，取出試件觀察斷口。 5、延伸率和截面收縮率的測定 為了測定延伸率，將拉斷試件的兩端

7、對齊并盡量靠緊，由于斷口附近塑性變形最大，所以拉斷后的新長度L 的量取與斷口的部位有關，L可用下述方法之一測定。 （1）直測法 ：如果斷口到鄰近標記點的距離大于L/3時可用時可用游標卡尺直接測量兩端點間的距離。 （2）移中法：如果斷口到鄰近標距離小于或等于L/3，則應按下述方法確定拉斷后試件標距部分的長度L 。 利用試驗前將試件等分刻畫的10個小格，在拉斷后的長段上，由斷口處取基本等于短段的格數，定出B點，若長段內所余格數為偶數時。接著取所余格數的一半得C點，則移動中后的新長度L為：L =l、+ 2l。 當長段所余格數為奇數時，接著取所余格數減1后的一半得C點、加1后一半得C1點，如圖2-4(

8、C)所示，則移中后的新長度L為：L1 =l、+ 2l+a當斷口非常靠近試件兩端或在試件標距外時，認為試驗結果無效需重作試驗。 為了測定截面收縮率，應將兩段試件緊密地對接在一起，在斷口頸縮處沿兩個互相垂直方向各測量一次直徑，算出平均值即為拉斷后新直徑d，用來計算斷口處橫截面面積A 。鑄鐵拉伸 (1)試件準備與尺寸測量；調整測力盤指針歸零；裝夾試件；準備好繪圖裝置等試驗步驟均同低碳鋼拉伸試驗。 (2)進行試驗。開機，緩慢加載，直至試件拉斷，讀出并記錄最大載荷值，此即為鑄鐵的強度極限載荷Fb 。 (3)取出試件，仔細觀察斷口并與低碳鋼拉伸試件斷口比較。(4)試驗結束后，取下繪出的拉伸圖紙，注明坐標及

9、繪圖比例。將試驗機的機構，部件復原，清理試驗現場。下圖為脆性材料（鑄鐵）拉伸實驗前后的試件圖。它在拉伸過程中沒有塑性破壞現象，所以它的斷裂面是沿著橫截面斷裂的。圖3-4 鑄鐵拉伸前后試件比較六、實驗結果處理(1)根據測得的屈服載荷Fs和最大載荷Fb計算屈服極限S和強度極限b 屈服極限： 強度極限： (2)根據試驗前后的試件標距長度和截面面積、計算出低碳鋼的延伸率和截面收縮率。 延伸率： 截面收縮率： (3)計算結果保留三位有效數字。 七、實驗報告 實驗報告建議采用表格或圖形的形式表達，并附以必要的文字說明。拉伸試驗報告推薦以下格式。材料力學實驗報告 (供參考) 實驗名稱： 實驗目的：實驗設備：

10、1、實驗記錄及計算結果(1)試件尺寸(2) 實驗數據及計算結果 低碳鋼實驗 屈服點載荷： Fs= （T）= （N） 最大載荷 ： Fb= （T）= （N） 屈服極限 ： = 強度極限：= 延伸率： = 截面收縮率： = 鑄鐵實驗 最大載荷： Fb= （T）= （N） 強度極限：=2. 繪制F-L曲線及斷口形狀(定性畫出，但不能失真)3. 必要的文字說明 實驗日期；試驗溫度及試驗參照執(zhí)行的標準等。八、分析與思考題比較低碳鋼和鑄鐵拉伸時的力學性能。拉伸時低碳鋼的屈服高、低點如何確定？低碳鋼拉斷時的應力是否就是強度極限？(4)低碳鋼拉伸時分為幾個階段?各是什么?各階段有何特征?3.2 材料的壓縮實驗

11、 有些工程材料在拉伸和壓縮時所表現的力學性質并不相同，因此，有必要通過壓縮試驗來測定材料受壓縮時的力學性能和破壞現象，并且多用于測定脆性材料，如鑄鐵、混凝土、磚、石等材料的力學性能。 一、實驗目的 (1)測定低碳鋼的壓縮屈服極限S和鑄鐵的抗壓強度極限b。 (2)觀察比較低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現象，并進行比較。 二、實驗設備 (1)萬能試驗機。 (2)游標卡尺。 三、實驗原理 低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形，如圖2-5所示。試件受壓時，兩端面與試驗機上、下支承墊間的摩擦力約束試件的橫向變形，影響試件的強度。隨著比值h0 /d0的增加，端面摩擦力對試件中部的影響將會減弱，抗

12、壓強度降低。但h0 /d0比值也不能過大，否則將引起失穩(wěn)，因此，抗壓能力與試件高度h0和直徑d0的比值h0 /d0有關。由此可見，壓縮試件只有在相同的試驗條件下，才能對不同材料的壓縮性能進行比較。金屬材料壓縮試驗所用試件，通常規(guī)定為1d/h3。低碳鋼為塑性材料，受壓后試件高度不斷縮短，橫截面面積增加，承載力隨之增大，試件形成桶狀如圖（a）所示，直至壓成餅狀而不致斷裂，因此不能測得其壓縮強度極限，只能測得屈服極限。 圖3-5 材料壓縮破壞圖鑄鐵為脆性材料，當試件受壓后變形不大時即破裂上圖(b)故僅能測得強度極限。一、 實驗方法及步驟 低碳鋼試件 (1)用游標卡尺測量出試件的直徑和高度，并做好記錄

13、。 (2)將試件安裝于試驗機上、下支承墊之間(圖2-5)，并注意使試件直立端正，保持球形支承墊的潤滑、靈活。 (3)裝好自動繪圖裝置，選擇壓縮曲線縱橫坐標比例尺。(4)打開進油閥、緩慢加載。注意觀察測力指針的轉動情況和繪圖紙上的壓縮圖，當過比例極限荷載Fa后，開始出現變形增長較快的一小段，測力指針轉動減慢，出現短時停頓或倒退現象，這時表示達到屈服荷載Fs，如圖2-7(a)所示。此后，圖形沿曲線斷續(xù)上升，這是因為塑性變形迅速地增長，試件截面面積也隨之增大，增大的面積能承受更大的荷載。因此，確定Fa時要特別小心地觀察、判讀。有時由于指針速度的減慢不十分明顯，故常要借助繪出的F-L曲線來判斷Fb到達

14、的時刻。 圖3-6 低碳鋼和鑄鐵的壓縮曲線 鑄鐵試件 (1)試驗機，試件準備同前。 (2)安裝試件同前。 (3)加載。鑄鐵試件無屈服階段，故只能測得其破壞荷載，如圖2-7(b)所示。破壞主要是剪應力引起的，記錄此時的最大荷載Fb。 (4)取下試件進行觀察比較。五、實驗結果處理 根據記錄數據，計算出：低碳鋼壓縮屈服極限：鑄鐵的抗壓強度：式中 A0為試驗前試件的橫截面面積。 六、實驗報告 材料力學實驗報告 實驗名稱： 實驗目的： 實驗設備： 實驗記錄及計算結果： (1)試件尺寸 (2) 實驗數據和計算結果 七、分析與思考題分析鑄鐵試件壓縮時沿軸線約成45角的破壞原因。試分別比較低碳鋼和鑄鐵在壓縮過

15、程中的異同點及力學性質。壓縮時為什么必須將試件對準中心位置，如沒有對中會產生什么影響？3.3 材料的扭轉實驗研究不同材料的扭轉力學性能，對于承受扭轉載荷的構件，具有重要的實際意義。一、 實驗目的(1)測定低碳鋼的剪切屈服極限s，剪切強度極限b。(2)測定鑄鐵的剪切強度極限b。(3)比較低碳鋼和鑄鐵試件受扭時的變形規(guī)律及其破壞特征。二、實驗設備及試件NJ100B型或K50型扭轉試驗機。游標卡尺。試件：按國標規(guī)定，扭轉試件一般為圓截面如圖3-8所示。推薦采用直徑為10mm，標距L為100 mm的圓形試件。三、實驗原理 圓軸扭轉時，試件表面為純剪應力狀態(tài)。試件的斷裂方式為分析材料的破壞原因和抗斷能力

16、提供了直接有效的依據。材料扭轉過程可用試件的變形(扭轉角)和載荷(扭矩T)的關系，即T-曲線來描述。圖3-9為兩種曲型材料的扭轉曲線。從T-曲線可見，低碳鋼扭轉在開始變形的直線段內，扭矩T與轉角之間成正比關系，為彈性階段。橫截面上的剪應力成線性分布，最大剪應力發(fā)生在橫截面周邊處，在圓心為零，如圖所示。隨著T的增大，試件將產生明顯的屈服階段，橫截面邊緣處的剪應力首先到達剪切屈服極限s，剪應力的分布不再是線性的，而是發(fā)生屈服形成環(huán)形塑性區(qū)。隨著扭轉變形的增加，塑性區(qū)不斷向圓心擴展，直至全截面幾乎都是塑性區(qū)為止，即全面(理想)屈服。圖3-8 低碳鋼、鑄鐵試件扭轉前后比較圖3-9 低碳鋼和鑄鐵的扭轉曲

17、線試件屈服過程中，在T-曲線上出現屈服平臺，扭矩度盤的指針基本不動或輕微擺動，則指針擺動回退的最小值即為屈服扭矩Ts。 由T-曲線可見，過屈服階段后，材料的強化使扭矩又有緩慢的上長。而變形非常顯著，試件的縱向畫線逐漸變成了螺旋線。直至到達C點、試件斷裂為止。此時，由扭矩度盤讀出C點的最大扭矩值Tb。 鑄鐵試件受扭轉時，變形很少即發(fā)生斷裂。其T-曲線如圖2-10(b)所示，比較明顯地偏離了直線，呈非線性。試件斷裂時的扭矩讀數就是最大扭矩Tb。 四、實驗步驟 低碳鋼扭轉試驗1 試件尺寸測量試件直徑d。2 試驗機準備 選擇合適的扭矩度盤，使測力指針對準零點(主從動針也應重合)。3 裝夾試件及繪圖儀的

18、準備為了觀察低碳鋼試件的變形狀態(tài)及斷后的扭轉變形圈數，事先在試件的標矩長度內，沿試件軸線用粉筆劃一直線。然后把試件一端裝入測力矩夾頭，另一端裝入加載夾頭，先夾緊測力矩夾頭，再夾緊加載夾頭。再把繪圖器上的筆夾上裝上筆，選擇好合適的比例，并使之處于工作狀態(tài)。4 進行實驗 緩慢加載。觀察Mn-曲線，當扭矩度盤上指針停止不動或擺動(回退)的最低刻度值即為屈服扭矩Ts，讀出并記錄Ts。過了屈服后可增大加載速度，材料進一步強化，直到試件斷裂，由從動針讀出并記錄最大扭矩Tb。 鑄鐵扭轉實驗 試驗步驟與低碳鋼試驗相似，但應注意觀察鑄鐵扭轉曲線與低碳鋼扭轉曲線的不同點，即試件從開始受扭到試件破壞，近似一直線。由

19、于鑄鐵試件扭轉變形較小時即斷裂，因此，當使用K-50型扭轉試驗機作試驗時可用手搖加載；使用NJ-100B型扭轉試驗機時應將扭轉速度控制在036/min范圍內，試件斷裂后由從動針讀出并記錄最大扭矩Tb。 低碳鋼和鑄鐵試驗完畢后，取下斷裂后的試件，根據斷口特征，結合理論課知識分析比較試件的斷口，從而達到驗證和鞏固理論的目的。 五、注意事項 參閱1-2扭轉試驗機操作使用時的注意事項。 六、實驗結果1、低碳鋼扭轉屈服極限s，扭轉強度極限b的計算。由圖剪應力分布情況，若認為這時整個圓截面均為塑性區(qū)，則屈服載荷Ms與剪切屈服極限的關系為： 式中為抗扭截面系數。 與求s相似，低碳鋼的剪切強度極限b可近似地按

20、下式計算 但是，為了使測定的指標相互可以比較，根據國標GB1012888規(guī)定，相應的屈服極限s及強度極限均按彈性扭轉公式計算，即 剪切屈服極限：(MPa) 剪切強度極限：(MPa)2、鑄鐵剪切強度極限b的計算： 鑄鐵的扭轉曲線雖不是一直線，但可近似地視為一直線，其剪切強度極限b，仍可近似地用圓軸受扭時的應力公式計算，即(MPa) 七、實驗報告 材料力學實驗報告(供參考) 實驗名稱： 實驗目的： 實驗設備： 實驗記錄及計算結果：1、試件尺寸2、實驗數據3、計算結果 低碳鋼 剪切屈服極限 剪切強度極限 鑄鐵 剪切強度極限4、定性繪出T-圖及斷口形態(tài)5、必要的文字說明實驗日期、實驗溫度及實驗參有關的

21、標準等。八、分析與思考題 (1)低碳鋼和鑄鐵在扭轉破壞時有什么不同現象？斷口有何不同？試分析其原因。 (2)比較低碳鋼和鑄鐵在受扭時和受拉時其變形規(guī)律有何異同之處？3.4 低碳鋼剪切彈性模量G的測定在低碳鋼拉伸彈性模量E的測定中，已驗證了拉伸胡克定律，即在比例極限內應力應變成正比關系。同樣，在比例極限內剪應力和剪應變也服從胡克定律，保持正比關系，其比例常數就是剪切彈性模量G。它是除E、外的又一個材料常數，按國標GB1012888規(guī)定可采用逐級加載法或圖解法測定，以下介紹逐級加載法測定G值。一、 實驗目的(1) 在比例極限內驗證剪切胡克定律；(2) 并測定低碳鋼的剪切彈性模量G。二、試驗設備(1

22、)扭轉測G試驗裝置。(2)百分表。(3)游標卡尺。 三、實驗原理 圖3-10 扭轉測G試驗裝置 測定剪切彈性模量G，需要準確測量試件的扭轉角，而試件兩截面的相對扭轉角是非常微小的，因此，常借助百分表或千分表的放大功能并組合成能傳遞扭轉變形的儀器，扭角儀就是其中的一種，其構造原理及安裝示意圖如圖所示。若給試件施加扭距T，則A，B 兩個截面將發(fā)生相對轉動，百分表因此而產生讀數，此讀數即為A，B截面上距試件中心軸線為b的相對位移。截面A，B間的相對扭轉角= / a(弧度)。在比例極限線彈性范圍內，由材料力學理論可得 式中 L0標距； IP截面極慣性距，對于圓形截面IP=d04/32在試驗時，由于試件

23、的標距L0及慣性矩Lp是已知的，因此，只要獲得扭矩T就可測得相應的扭轉角，根據(2-12)式可得到剪切彈性模量G的表達式為 試驗采用增量法逐級加載，將扭矩等量增加Mni，與此同時測出相應每一級扭矩增量所產生的扭轉角增量i，即 當扭矩Ti等量增加時，相應的扭轉角i也應等量增加，若兩者呈線性關系，則剪切胡克定律就得到了驗證。對試件施加扭矩，可以通過扭轉測G試驗裝置來實現，該裝置結構如圖3-10所示將試件安裝在兩個支架之間。從圖示可見，一個支座為固定支座；一個支座為可轉動鉸支座，在該支座處，試件與一加力懸臂梁固結相聯，其臂端掛一砝碼盤。把已擬定好的砝碼加于砝碼盤上，使試件產生扭矩T，其值等于砝碼重量

24、F乘以力臂長度a。在試件計算長度上安裝兩個百分表、并調整百分表到零，將砝碼逐級加于砝碼盤上，由百分表分別讀出位移a和b值(表盤刻度值)。 四、實驗步驟 (1)將試件及百分表安裝于扭轉測G試驗裝置上。 (2)調整百分表到零，試加一、二級砝碼觀察讀數是否等量增加，若未達到要求則需重新安裝調試。 (3)按已擬定好的砝碼載荷，分六級加載，并逐級讀出百分表刻度，即位移變化量值。同時還應計算出在一級載荷增量T作用下的讀數增量，以此觀察T與之間應存在的線性關系，由此可檢查試驗的可靠性。 (4)卸載，重復試驗兩次。 (5)結束試驗，將砝碼放置原位。 五、注意事項 (1)百分表的安裝應與試件夾持牢固，否則，影響

25、傳遞扭轉變形。 (2)加載過程中應小心平穩(wěn)地加上砝碼，防止沖擊及使試驗裝置產生傾覆。加載后砝碼盤不得晃動，應使其穩(wěn)定后方可讀數。 六、實驗結果根據試件受扭后截面A、B間的相對扭轉角為式中 A、B兩截面間的位移，即百分表讀數； a百分表到試件中心的距離。 由于試驗采用增量法，則可把上式寫為： 然后代入(2-15)式，并逐次計算Gi，再按(2-16)式計算得到G。 也可以采用先計算百分表讀數增量的平均值，再算出扭轉角增量的平均值i=/b直接代入(2-15)式，將i換成i計算得到G。 七、實驗報告 材料力學實驗報告 實驗名稱： 實驗目的： 實驗設備： 扭轉測G試驗裝置 實驗記錄及計算結果 (1) 實

26、驗裝置尺寸 試件直徑 d0= mm 測點距離長 LAB= mm 力臂長度 l = mm 百分表與試件中心間距 a= mm (2) 實驗數據記錄 (3)計算結果 轉角增量的平均值： 極慣性矩： 剪切彈性模量： 八、分析與思考題(1) 測G試驗裝置測得的轉角=/ b是相對轉角？還是絕對轉角？(2) 為什么要用逐級加載法，若不這樣加載能驗證剪切胡克定律嗎？3.6 純彎曲梁正應力實驗純彎曲是指梁的內力只有彎矩而無剪力作用時產生的彎曲。通常采用四點彎曲的方法，使梁的中段部分產生純彎曲變形，然后用應變儀測出相應點的應變，再利用胡克定律來計算實測應力，從而驗證純彎曲梁橫截面上正應力分布規(guī)律。一、 實驗目的(

27、1)測定純彎曲梁橫截面上正應力分布，并與理論值進行比較，以驗證彎曲正應力公式。(2)熟悉電測法的測試步驟，學會應變儀的使用方法。二、實驗設備(1)材料力學多功能實驗臺或矩形梁彎曲試驗裝置一套。(2)XL2118力&應變綜合參數測試儀或JDY-型靜態(tài)電阻應變儀。(3)游標卡尺、鋼尺。三、實驗原理實驗采用矩形梁彎曲試驗裝置，如圖3-12所示。用手動加載，而使梁的 圖3-12 組合試驗臺和應變片布置圖中段產生純彎曲變形。根據縱向纖維間無擠壓假設和平面假設，可得到純彎曲正應力計算公式為：式中 M彎矩 IY橫截面對中性軸的慣性矩；Z所求應力點至中性軸的距離。 由上式可知，彎曲正應力沿橫截面高度按線性規(guī)律

28、變化。實驗時采用分級加載方法，可以連續(xù)加載，當每增加載荷增量F時，通過三級杠桿，使得距梁兩端支座各為a處分別增加作用力F /2。 為了測定梁純彎曲時橫截面上應變分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁的側面各點軸線方向布置應變片(圖4-1)。應變片3貼在中性層上，應變片1、5，應變片2、4分別貼在距中性層h/4和梁上下表面。如果在載荷作用下，測得純彎曲時沿截面高度各點的軸向應變?yōu)閕，則由單向應力狀態(tài)下胡克定律公式，可求出各個點的實驗應力值。將實驗應力值與理論應力值進行比較， 即可驗證彎曲應力公式。一、 實驗步驟：1、測量梁的截面尺寸bh=2040(mm)，根據材料的許用應力=118MPa，計算截面所能承受

29、的最大彎矩Mmax,并換算成Fmax。 而 、 其中：a=140mm2、將梁對稱的放于實驗裝置的工作臺上，梁上安上滾珠和加載梁，調整好距離，注意左右要對稱。3、將1、2、3、4、5個點的電阻應變片的引出線接到電阻應變儀的接線柱上， 調整好電阻應變儀。 4、準備好后，經檢查無誤，開始試驗。先記錄下應變儀的初始值，然后加載，每加一次砝碼，記錄一次讀數直到實驗完畢。5、卸下砝碼，整理好儀器、工具。二、 實驗結果處理1、實驗值計算按測量的各點應變算出應變增量，并求出各點的應變增量的平均值，應用虎克定律，可求出各點的實驗應力值。上式中:E=200GPa2、 理論值計算根據彎曲正應力公式可得： 式中3、

30、選用適當比例繪圖選用適當比例分別繪出各點的實驗值和理論值沿截面高度的分布曲線，將兩者進行比較，如果兩者接近，說明實驗是成功的。三、 實驗報告實驗名稱：實驗目的：實驗設備、儀器：實驗步驟：實驗數據處理1、 梁的有關尺寸及其他數據應變片至中性層的距離（mm）梁的尺寸和相關參數Z120寬度bZ210高度hZ30跨度LZ410載荷距離aZ520彈性模量E泊松比慣性矩IZ2、 實驗數據3、 實驗結果實驗值計算理論值計算繪出截面的應力曲線(理論曲線與實驗曲線)實驗值與理論值比較四、 分析與思考題影響實驗結果準確性的主要因素是什么？彎曲正應力的大小是否受彈性模量E的影響？實驗時沒有考慮梁的自重，會引起誤差嗎

31、？為什么？3.7 低碳鋼彈性模量E和泊松比的測定實驗 彈性模量E和泊松比是反映材料在拉伸時，抵抗彈性變形的特征值，在工程上應用極廣，測定E和的方法較多，本節(jié)僅介紹電測法。一、實驗目的：拉伸時在比例極限內，驗證胡克定律:測定低碳鋼的彈性模量E、泊松比。 熟悉電阻應變儀的正確使用方法。 二、實驗設備 (1)材料力學綜合實驗臺。 (2)力$應變參數性能測試儀。 (3)游標卡尺。 (4)低碳鋼標準試件。 三、實驗原理圖3-13 低碳鋼拉伸變形原理及曲線圖 測定材料的彈性模量通常采用拉伸試驗。從低碳鋼拉伸圖F-L曲線中可以看到，在比例極限內，其變形與載荷呈線性關系，即符合胡克定律，其關系式為： 由此可得

32、： 或式中 L0為試件的計算長度(或為引伸儀的標距)； A0為試件的橫截面面積； L為已知載荷F時，L0長度內的絕對伸長；為實驗應力的增量；為橫向應變量的增量；為縱向應變量的增量。E低碳鋼的彈性模量，本實驗中E=200Gpa。當L0、A0均為已知數據，再用測得的L，即可由(2-1)式計算出彈性模量E。 為了驗證胡克定律，并保證試驗精確性，一般采用增量法，增量法就是把欲加的最終載荷分成若干等份，逐級加載來測量試件的變形，即加一級載荷F，則從應變儀讀出相應的應變量、，再通過計算來求得應力及其增量，最后求得彈性摸量E和泊松比。對試件逐級等量加載過程中，每級增加相等的載荷F時，如果測出的拉伸變形伸長時

33、也等(L)，這就驗證了材料在應力不超過比例極限時，服從胡克定律。 四、實驗步驟1、試件準備與尺寸測量制備一矩形低碳鋼試件一根。在計算長度范圍內測量兩端及中間等三處截面的互相垂直方向上的尺寸各一次；取其平均值作為該處有效尺寸，并計算出試件的橫截面面積A0。2、根據低碳鋼的比例極限P=1800Kg/cm2和橫截面積A0,計算該試件能承受的最大載荷Fmax（Fmax=PA0）。3、試驗機準備、裝夾試件。4、安裝應變儀，并接線。5、施加初載荷 開動試驗機緩慢加載，先給試件施加一定量的初載荷，調整應變儀讀數到零，若不調零也可讀出初讀數，并記錄該數。6、進行實驗 按擬定的加載方案加載，每增加一級載荷，記錄一次應變儀讀數，同時應計算出應變儀每一次后讀數和前讀數的差，即讀數增量、，借以判斷試驗是否正常。7、實驗結束 測試完成后，關閉試驗機開關，將工作油缸里的油泄回油箱；將機器、儀器復原。 五、注意事項(1)萬能試驗機操作和應變儀安裝的注意事項參閱有關內容。(2)測試時，操作要認真，分組成員