云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程力學(xué)-材料力學(xué)試驗(yàn)

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書黃劍峰編云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工科專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2007年7月、八前材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)課程教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過這一環(huán)節(jié)，不僅豐 富了同學(xué)的書本知識(shí)，使同學(xué)們學(xué)到測定材料力學(xué)性能的基本知識(shí)和技能，初步掌 握驗(yàn)證材料力學(xué)理論的方法，而且對培養(yǎng)同學(xué)的實(shí)踐技能和科學(xué)習(xí)慣十分重要。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的在于：1測定代表各種材料力學(xué)性能的力學(xué)參數(shù)，如屈服極限、強(qiáng)度極限、彈性模 量等。2驗(yàn)證材料力學(xué)的一些理論公式和結(jié)論，如梁受純彎曲時(shí)截面上的正應(yīng)力分 布規(guī)律，各種受力情況下的變形規(guī)律等。3對不便于或無法用理論公式進(jìn)行計(jì)算和分析的受力情況，如形狀和受力均 較復(fù)雜的構(gòu)件，可用實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析

2、的方法解決。4通過實(shí)驗(yàn)掌握材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和測試技術(shù)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是工程技術(shù)人員和各類工科專業(yè)的學(xué)生所必須掌握的基本技能， 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)同學(xué)們應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1注意了解實(shí)驗(yàn)條件和觀察實(shí)驗(yàn)中的各種現(xiàn)象，因?yàn)楦鞣N現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)條件都 與材料的性能和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著密切的關(guān)系。2 盡可能將觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)過的理論知識(shí)相結(jié)合，用理論解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn) 象，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論。這樣才能對材料力學(xué)中的公式、理論理解得更深刻、更 鞏固。3了解機(jī)器及儀表的使用方法和工作原理，以便正確地操作和使用。4. 在填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告及回答思考題時(shí)， 要真正通過自己的思考，以求得對問題的 深入理解。5. 根據(jù)教學(xué)安排，實(shí)驗(yàn)前先復(fù)習(xí)教

3、材并預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中有關(guān)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)有 較大收獲。 1金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)1 2金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)5 3金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)8 4附錄一 電子萬能試驗(yàn)機(jī) 12 5附錄二 液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī) 14附：實(shí)驗(yàn)報(bào)告單第15頁共5頁 1金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察與分析低碳鋼、灰鑄鐵在拉伸過程中的力學(xué)現(xiàn)象并繪制拉伸圖 2測定低碳鋼的 門、匚b、和灰鑄鐵的6。3比較低碳鋼與灰鑄鐵的機(jī)械性能。、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1. CMT系列電子萬能試驗(yàn)機(jī);2 游標(biāo)卡尺三、試件實(shí)驗(yàn)表明，試件的尺寸和形狀對試驗(yàn)結(jié)果有影響，為了使各種材料的試驗(yàn) 結(jié)果具有通用性、可比性，必須將試件尺寸、形狀和試驗(yàn)方法統(tǒng)一規(guī)定，使試 驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化

4、。本實(shí)驗(yàn)所用的試件參照國家標(biāo)準(zhǔn) 力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置和試樣制 備(GB/T 2975-1998)制備；實(shí)驗(yàn)方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法(GB/T 228-2002)進(jìn)行。試件形狀如圖1-1:圖1-1L 平行長度，L卓o+ do；Lo 試件平行長度部分兩條刻線間的距離，稱為原始標(biāo)距; do 平行長度部分之原始直徑。圓形比例試件分兩種：Lo = 10 do，稱為長試件；Lo = 5 do，稱為短試件。本實(shí)驗(yàn)試件采用 do= 10mm，Lo= 100mm的長試件。四、實(shí)驗(yàn)原理（一）低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)材料的機(jī)械性能指標(biāo)6、6、和由常溫、靜載下的軸向拉伸破壞試驗(yàn) 測定。整個(gè)試驗(yàn)過程中，力與變形的

5、關(guān)系可由拉伸圖表示， 被測材料試件的拉 伸圖由試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄顯示。低碳鋼的拉伸圖比較典型，可分為四個(gè)階段 ：1 直線階段0A 此階段拉力與變形成正比，所以也稱為線彈性變形階 段，A點(diǎn)對應(yīng)的載荷為比例極限載荷Fp；2 屈服階段BC曲線常呈鋸齒形，此階段拉力的變化不大，但變形迅速增加，此段內(nèi)曲線上的最高點(diǎn)稱為上屈服點(diǎn) B，最低點(diǎn)稱為下屈服點(diǎn)B，因 下屈服點(diǎn)B比較穩(wěn)定，工程上一般以B點(diǎn)對應(yīng)的力值作為屈服載荷Fs；3.強(qiáng)化階段CD此階段拉力增加變形也繼續(xù)增加， 但它們不再是線性 關(guān)系，其最高點(diǎn)D對應(yīng)的力值為最大載荷Fb；4 頸縮階段DE過了 D點(diǎn)，試件開始出現(xiàn)局部收縮（頸縮），直至試 件被拉斷。圖1-

6、2為低碳鋼拉伸圖。0 L圖1-2圖1-3-17 -（二）灰鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)對于灰鑄鐵，由于拉伸時(shí)的塑性變形極小，在變形很小時(shí)就達(dá)到最大載 荷而突然斷裂，沒有明顯的屈服和頸縮現(xiàn)象，其強(qiáng)度極限即為試件斷裂時(shí)的名 義應(yīng)力。圖1-3為鑄鐵拉伸圖。實(shí)驗(yàn)步驟（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1 打開試驗(yàn)機(jī)主機(jī)電源。2.打開計(jì)算機(jī)，雙擊計(jì)算機(jī)桌面上的PowerTest_D00C圖標(biāo)，試驗(yàn)軟件啟 動(dòng)。選擇正確的傳感器、引伸計(jì)進(jìn)行聯(lián)機(jī)。3 在輸入用戶參數(shù)窗口選擇欲做試驗(yàn)方案，輸入存盤文件名。4測量并記錄試件的尺寸：在刻線長度內(nèi)的兩端和中部測量三個(gè)截面的 直徑do，取直徑最小者為計(jì)算直徑，并量取標(biāo)距長度 Lo。輸入試件尺寸、試件 標(biāo)距及

7、相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)。5調(diào)節(jié)橫梁位置并安裝夾持試樣。6 點(diǎn)擊主機(jī)小鍵盤上的試樣保護(hù)鍵，消除夾持力。7裝夾引伸計(jì)，引伸計(jì)清零。(二)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1 開始試驗(yàn)：(1) 按下“運(yùn)行”按鈕，試驗(yàn)機(jī)開始按試驗(yàn)程序?qū)υ嚰M(jìn)行拉伸。仔細(xì)觀察試件和計(jì)算機(jī)屏幕上的拉伸曲線在拉伸過程中的對應(yīng)情況，特別注意觀察屈服階段的特點(diǎn)、頸縮階段的發(fā)生和發(fā)展，直至試件拉斷，取下試件并觀察斷口。(2) 對灰鑄鐵試件，則裝夾后按下“運(yùn)行”按鈕，試驗(yàn)機(jī)開始按試驗(yàn)程序 對試件進(jìn)行拉伸，仔細(xì)觀察試件和計(jì)算機(jī)屏幕上的拉伸曲線在拉伸過程中的對 應(yīng)情況，直至拉斷，取下試件并觀察斷口。2當(dāng)變形達(dá)到試驗(yàn)方案設(shè)置的引伸計(jì)切換點(diǎn)時(shí)，程序有提示窗口，試驗(yàn) 進(jìn)入力保

8、持狀態(tài)，卸引伸計(jì)，然后關(guān)掉提示窗口，試驗(yàn)繼續(xù)運(yùn)行。3試驗(yàn)結(jié)束，在試驗(yàn)結(jié)果欄中，程序?qū)⒆詣?dòng)計(jì)算出的結(jié)果顯示在其中。 瀏覽拉伸曲線，記錄屈服載荷Fs ( Fel)和最大載荷Fb ( Fm)。輸入斷后標(biāo)距， 斷后面積。打印試驗(yàn)報(bào)告。(三) 斷后延伸率S和截面收縮率書的測定(1) 試件拉斷后，將其斷裂試件緊密對接在一起，在斷口(頸縮)處沿兩 個(gè)互相垂直方向各測量一次直徑，取其平均值為 di，用來計(jì)算斷口處橫截面 面積Ai。(2) 將斷裂試件的兩段緊密對接在一起，盡量使其軸線位于一直線上，若 斷口到鄰近標(biāo)距端點(diǎn)的距離大于Lo/3,則用游標(biāo)卡尺測量斷裂后兩端刻線之間 的標(biāo)距長度即為Lio(3) 若斷口到鄰

9、近標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于或等于 Lo/3，要求用斷口移中法計(jì)算Li的長度。則應(yīng)按下述方法來測量拉斷后試件標(biāo)距部分的長度Li。利用在試驗(yàn)前將試件標(biāo)距部分等分成iO個(gè)小格，即以斷口 0 (圖i-4a )為 起點(diǎn)，在長段上量取基本等于短段的格數(shù)得 B點(diǎn)。當(dāng)長段所余格數(shù)為偶數(shù)時(shí)， 則由所余格數(shù)的一半得C點(diǎn)，將BC段長度移到標(biāo)距的左端，貝能位后的Li為：LAO OB 2BC如果在長段取B點(diǎn)后所余下的格數(shù)為奇數(shù)(圖i-4b)，則取所余格數(shù)加i 之半得Ci點(diǎn)，減i之半得C點(diǎn)，貝U移中(即將BCi或BC移到試件左側(cè))后的Li 為：L AO OB BC BCiLo （實(shí)際的）L1 （移位后的）圖 1-4aLo （實(shí)

10、際的）L1 （移位后的）-圖 1-4b六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1 根據(jù)測得的低碳鋼拉伸載荷Fs、Fb計(jì)算屈服極限6和強(qiáng)度極限二b2根據(jù)測得的灰鑄鐵拉伸最大載荷Fb計(jì)算強(qiáng)度極限- boFsAoFbAo.2二 do43 根據(jù)拉斷前后的試件標(biāo)距長度和橫截面面積，計(jì)算出低碳鋼的延伸率 S和截面收縮率書；由于灰鑄鐵拉伸塑性變形量很小，斷后延伸率和截面收縮 率一般就不必測定。一寸 1o%=& A1 100%Ao4繪制兩種材料的拉抻圖（F- L圖）5.繪圖表示兩種材料的斷口形狀。 2金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察與分析低碳鋼、灰鑄鐵在壓縮過程中的力學(xué)現(xiàn)象并繪制壓縮圖2. 測定壓縮時(shí)低碳鋼的的 仁，灰鑄鐵的C

11、b03. 比較低碳鋼與灰鑄鐵的機(jī)械性能。、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1. WA-1000型電液式萬能材料試驗(yàn)機(jī);2 游標(biāo)卡尺。三、壓縮試件為了能對各種材料的試驗(yàn)結(jié)果作比較，金屬材料壓縮試樣一般采用圓柱形 標(biāo)準(zhǔn)試樣（圖2-1）01. 試樣高度和直徑的比例要適宜。試件太高，容易產(chǎn)生縱向不穩(wěn)定現(xiàn)象； 試件太短，試驗(yàn)機(jī)墊板與試件兩端面間的摩擦力（圖 2-2 ）對試件實(shí)際的承載 能力產(chǎn)生影響。為保證試樣在試驗(yàn)過程中均勻單向壓縮，且端部不在試驗(yàn)結(jié)束之前損壞，國標(biāo)GB/T 7314-2005推薦無約束壓縮試樣尺寸為：1乞邑豈2do2 .試件置于試驗(yàn)機(jī)的球形承墊中心位置處 （圖2-3），以防試件兩端面稍 不平時(shí)，起調(diào)節(jié)作

12、用，使壓力均勻分布，其合力應(yīng)通過試件軸線。3.試件兩端的平面應(yīng)加工光滑以減小摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)通常還在兩 端部加適量的潤滑油。球形承墊試件x x x| x 2 x圖2-2圖2-3四、實(shí)驗(yàn)原理1 低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)低碳鋼受壓時(shí)與受拉時(shí)一樣有比例極限和屈服極限，但不象拉伸時(shí)那樣有 明顯的屈服現(xiàn)象。因此，測定壓縮的屈服載荷 Fs時(shí)要特別細(xì)心觀察。在緩慢勻 速加載下，試驗(yàn)機(jī)的測力指針會(huì)突然停留、或倒退、 或指針轉(zhuǎn)速突然減慢。如 果指針停留，則以指針?biāo)篙d荷作為屈服載荷 Fs；如果指針倒退，則以指針?biāo)?指最低載荷作為屈服載荷Fs；如果指針轉(zhuǎn)速突然減慢，此時(shí)主動(dòng)指針?biāo)篙d 荷即作為屈服載荷Fs。過了屈服點(diǎn)，

13、塑性變形迅速增加，試件橫截面面積也隨之增大。而增大的 面積能承受更大的載荷，因此，壓縮曲線迅速上升，見自動(dòng)繪圖儀繪出低碳鋼 壓縮圖（圖2-4 ）。圖2-4 L低碳鋼試件最后可壓成餅狀而不破壞，所以無法測定最大載荷Fbo2. 灰鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)灰鑄鐵試件受壓縮時(shí)，在達(dá)到最大載荷Fb前會(huì)出現(xiàn)較大的彈性變形才發(fā)生 破裂，此時(shí)測力指針迅速倒退，由隨動(dòng)指針可讀出最大載荷 Fb,自動(dòng)繪圖儀繪 出鑄鐵壓縮圖（圖2-5 ）o灰鑄鐵試件最后被壓成腰鼓形，表面出現(xiàn)與試件軸線大約成45左右的傾 斜裂紋。實(shí)驗(yàn)步驟1. 測量并記錄試件高度及橫截面直徑。2. 根據(jù)估計(jì)的最大載荷選擇合適載荷，試驗(yàn)機(jī)清零。3 .將試件兩端涂上潤

14、滑劑，然后放在試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)臺(tái)支承墊中心處。4. 開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，使移動(dòng)橫梁下移，當(dāng)移動(dòng)橫梁與低碳鋼試件接觸受力后， 要控制加載速度，使載荷緩慢均勻增加，注意觀察測力窗口與變形的變化情況， 從而判斷試件是否已達(dá)屈服階段，及時(shí)記錄屈服載荷 Fs,超過屈服載荷后，繼 續(xù)加載，低碳鋼試件被壓成腰鼓形即可停止。5. 鑄鐵試件加壓至試件破壞為止，記錄最大載荷 Fbo六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理1根據(jù)所測低碳鋼的壓縮屈服載荷Fs計(jì)算壓縮屈服極限6FsA2根據(jù)所測鑄鐵的壓縮最大載荷Fb計(jì)算壓縮強(qiáng)度極限小。A0式中:A0 = 3金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察與分析低碳鋼、灰鑄鐵在扭轉(zhuǎn)過程中的各種力學(xué)現(xiàn)象2. 測定低碳鋼的.

15、s, .b和灰鑄鐵的-bo、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1 .扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī);2.游標(biāo)卡尺。三、試件試件的形狀如圖$1所示:圖3-1Lo試件平行長度部分兩條刻線間的距離，稱為原始標(biāo)距 do 平行長度部分之原始直徑。四、實(shí)驗(yàn)原理圓軸承受扭轉(zhuǎn)時(shí)，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)，因此，常用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)來研 究不同材料在純剪切作用下的扭轉(zhuǎn)機(jī)械性能。1 .低碳鋼的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)，其 T-曲線如圖3-2所示。圖中OA段為一傾斜直線, 表示扭矩T與扭轉(zhuǎn)角成正比。對應(yīng)于0A段，試件橫截面上的應(yīng)力也按線 性分布，如圖3-3( a )所示。當(dāng)扭矩超過 Tp后,試件外緣材料逐漸進(jìn)入屈服階段，而形成一環(huán)形塑 性區(qū)，如圖3-3 (b)o根據(jù)靜

16、力平衡條件，可以求得t s與Ts的關(guān)系為：Tsa sdA將式中dA用環(huán)狀面積元素2 np p表示，則有:22 二.sds12故剪切屈服極限為:3 Ts x4 Wp式中:WP16變形過了 C點(diǎn)，試件由外向內(nèi)開始強(qiáng)化，扭矩又開始上升。當(dāng)外緣剪 應(yīng)力達(dá)到剪切強(qiáng)度極限 b時(shí)(D點(diǎn))，試件由外向內(nèi)破斷，載荷下降。此時(shí) 試件橫截面上的剪應(yīng)力大致如圖3-3( c)所示，此時(shí)可近似地認(rèn)為整個(gè)橫截面上的剪應(yīng)力都達(dá)到剪切強(qiáng)度極限-b，即：b =NWP但是，為了試驗(yàn)結(jié)果相互之間的可比性，根據(jù)國標(biāo)GB 10128-88規(guī)定,低碳鋼扭轉(zhuǎn)剪切屈服極限(屈服點(diǎn))和剪切強(qiáng)度極限(抗扭強(qiáng)度)采用下 式計(jì)算：Tbwp2.鑄鐵的扭

17、轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)，其T-;曲線近似一直線如圖3-4(a)，這時(shí)橫截面上的剪應(yīng)力也近似按線性分布，如圖3-4(b)所示。圖3-4因此，其剪切強(qiáng)度極限b及按下式計(jì)算：_嘰-bWp、實(shí)驗(yàn)步驟1 .低碳鋼的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)(1) 測量試件實(shí)驗(yàn)段中部直徑。用游標(biāo)卡尺在試件的中央和兩端共三處，每處測一對正交方向，取平均值作該處直徑，然后取三處直徑最小者，作為試 件直徑do(2) 根劇計(jì)算機(jī)的提示，設(shè)定試驗(yàn)方案，試驗(yàn)參數(shù)。(3) 將試件裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭，用粉筆沿試件表面劃一縱向線，以觀察試件的變形情況。按“扭矩清零”鍵及“扭轉(zhuǎn)角清零”鍵。(4) 按“運(yùn)行”鍵，開始試驗(yàn)。用w30。/分鐘的主動(dòng)夾頭轉(zhuǎn)速對試件加載，觀察計(jì)

18、算機(jī)上顯示的扭轉(zhuǎn)曲線，當(dāng)首次扭角增加而扭矩不增加(保 持恒定)時(shí)扭矩為屈服扭矩 Ts0測出Ts后，將主動(dòng)夾頭調(diào)高轉(zhuǎn)速繼續(xù)對試 件加載，直至試件破斷為止，測出最大扭矩Tb和最大扭轉(zhuǎn)角度數(shù)。2 .鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)(1)、(2)、(3)與低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)相同。(4)用w 30o/分鐘的轉(zhuǎn)速對試件加載直至試件破斷為止，測出最大扭矩Tb和和最大扭轉(zhuǎn)角度數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理按上述有關(guān)公式分別計(jì)算 s和.bo附錄一一電子萬能試驗(yàn)機(jī)電子萬能試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)，由主控計(jì)算機(jī)通過 RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線接口對各測 量、控制功能函數(shù)進(jìn)行調(diào)用、管理、控制，并利用主機(jī)與附件的功能搭配組合， 完成多種功能試驗(yàn)。電子萬能試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

19、如下圖所示。拉博試馳區(qū)-無級(jí)詞速鈕|上夾頭-橫梁上升橫梁停止-橫梁下降下夾頭力件感器潔功橫梁上壓頭下壓板主機(jī)框架底座讖嘰監(jiān)制及處理系羅 LJV-.迪變式引油儀60功放.Ifeli控制器圖1.1電子萬能試驗(yàn)機(jī)分為主機(jī)和測量控制系統(tǒng)二大部分。主機(jī)主機(jī)是材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)測試的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 主要由負(fù)荷機(jī)架、傳動(dòng)系統(tǒng)、 夾持系統(tǒng)和位置保護(hù)裝置構(gòu)成。系統(tǒng)工作時(shí)，在活動(dòng)橫梁位移控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng) 下，配合相應(yīng)的附件，可以使被測試樣產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變，經(jīng)測量、數(shù)據(jù)采集、 處理后給出所需數(shù)據(jù)。在底座的工作臺(tái)面上，安裝有立柱、滾珠絲杠副和壓縮彎曲試驗(yàn)臺(tái)， 立柱 位于活動(dòng)橫梁的兩側(cè)，用于支撐上橫梁，并為活動(dòng)橫梁起導(dǎo)向作用，

20、防止活動(dòng) 橫梁上、下移動(dòng)時(shí)發(fā)生擺動(dòng)。工作臺(tái)下部為鑄造機(jī)器底座，它與橫梁具有同等 剛度。由上橫梁、活動(dòng)橫梁、工作臺(tái)、滾珠絲杠副及立柱組成的門式結(jié)構(gòu)的負(fù) 荷機(jī)架，在實(shí)驗(yàn)過程中，力在負(fù)荷機(jī)架內(nèi)得到平衡。在上橫梁與活動(dòng)橫梁之間，分別安裝有拉伸上夾頭和下夾頭，當(dāng)控制系統(tǒng) 發(fā)出信號(hào)使直流伺服電機(jī)工作時(shí)，通過減速裝置帶動(dòng)圓弧齒形帶轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而驅(qū) 動(dòng)大帶輪，使?jié)L珠絲杠獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)活動(dòng)橫梁上、下移動(dòng)。試驗(yàn)時(shí)， 將試件安裝在上、下夾頭之間，上夾頭不動(dòng)， 當(dāng)活動(dòng)橫梁向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，試件受 到拉伸。若把試件放在下壓板上或放在彎曲試驗(yàn)臺(tái)上， 當(dāng)活動(dòng)橫梁向下運(yùn)行時(shí)， 試件與壓頭接觸，而被壓縮或彎曲。同時(shí)由負(fù)荷傳感器將

21、載荷大小的信號(hào)輸出 給負(fù)荷測量系統(tǒng)，由位移編碼器將活動(dòng)橫梁位移信號(hào)輸出給位移測量系統(tǒng)。在電子萬能試驗(yàn)機(jī)主機(jī)前面，通常安裝有行程保護(hù)裝置，它是由限位桿、 限位環(huán)和限位開關(guān)組成。上、下限位環(huán)的位置可以根據(jù)試驗(yàn)需要預(yù)先設(shè)定。當(dāng)活動(dòng)橫梁運(yùn)行到極限位置碰動(dòng)限位環(huán)時(shí)， 限位杠自動(dòng)滑落，由限位桿觸動(dòng)限位 開關(guān)來切斷電源，使活動(dòng)橫梁停止運(yùn)行，從而起到保護(hù)機(jī)器行程，防止上、下夾具碰撞等惡性事故發(fā)生?？刂茰y量系統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的控制測量系統(tǒng)主要分為位移、力和變形測量控制系統(tǒng)。位移的測量由裝在轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠一端與絲杠同步轉(zhuǎn)動(dòng)的光電式位移傳感器提 取信號(hào)的。由于轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠的螺距已經(jīng)確定，光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)就與活動(dòng) 橫梁的位移量有

22、著固定的比例關(guān)系。當(dāng)位移發(fā)生時(shí)光電編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào) 由計(jì)算機(jī)采集后，將信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換后即可得到位移； 控制時(shí)設(shè)定好一個(gè)速度 或位移目標(biāo)選擇，計(jì)算機(jī)將指令發(fā)送到控制器，控制器控制主機(jī)上的直流伺服 電機(jī)，使其得到一個(gè)固定的電壓，就確定了活動(dòng)橫梁運(yùn)行的速度，再通過設(shè)定 活動(dòng)橫梁移動(dòng)方向來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)位移的控制。力的測量是通過應(yīng)變式力傳感器及測量放大器來實(shí)現(xiàn)。由活動(dòng)橫梁下夾頭 或上壓頭作用的力傳遞給力傳感器，力傳感器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)由控制器傳輸?shù)接?jì) 算機(jī)后，由計(jì)算機(jī)按傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到力值。變形測量則是通過使 用引伸計(jì)來實(shí)現(xiàn)各種標(biāo)距的變形測量。 通常在測量前，將引伸計(jì)安裝在被測

23、試 件上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，通過引伸計(jì)將變形信號(hào)放大，輸出到控制器，控制器將信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)并顯示出來。力和變形的測量控制方式與位移控制方式 類似，控制的設(shè)定目標(biāo)和實(shí)時(shí)閉環(huán)控制檢測指標(biāo)變?yōu)橄鄳?yīng)的力值和變形值，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍是控制器和直流伺服電機(jī)。附錄二液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)廣泛應(yīng)用于材料試驗(yàn)中，其結(jié)構(gòu)原理可分為四大部 分，結(jié)構(gòu)原理圖見圖2.1 o加力部分在液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)的機(jī)座上裝有兩根固定立柱 7,主要由這兩根立柱支 承大橫梁、小橫梁、工作油缸9。當(dāng)開動(dòng)電動(dòng)機(jī)16時(shí)，傳動(dòng)皮帶就帶動(dòng)油泵15 工作，高壓油液經(jīng)油管進(jìn)油閥14輸送到工作油缸9,推動(dòng)工作活塞10往上運(yùn)動(dòng)。 活塞上升

24、時(shí)，帶動(dòng)活動(dòng)立柱8與工作臺(tái)5往上運(yùn)行。做拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，將拉伸試件 3的兩端夾于上夾頭4和下夾頭2之間（下夾頭連接底座固定不動(dòng)）。當(dāng)工作臺(tái) 上升時(shí)，使試件發(fā)生拉伸變形；做壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)，把壓縮試件放在下承壓座12的中心位置處，當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)使上承壓座11接觸試件后，產(chǎn)生壓縮變形；做 彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)，把彎曲試件放在兩支座13上,當(dāng)工作臺(tái)上升時(shí)使上壓頭（彎曲壓 頭）接觸試件后，產(chǎn)生彎曲變形。進(jìn)油閥用來控制輸入工作油缸中的油量，以 控制試件的變形速度。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉進(jìn)油閥14,打開回油閥20,把工作油缸 里的油液泄回油箱，使工作臺(tái)回到原始位置。二、測力部分實(shí)驗(yàn)時(shí)，試件受力大小，可在測力度盤25上直接讀出指示值。

25、試件受力后， 工作油缸的油具有一定的壓力，壓力的大小與試件受力的大小是成正比例的。 由于工作油缸和測力油缸是聯(lián)通的，故工作油缸和測力油缸所受的油壓是相等 的。此油壓推動(dòng)測力活塞18和測力拉桿22,使推桿24和擺錘21繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，推 桿推動(dòng)螺桿運(yùn)動(dòng)，使齒輪和測力指針26旋轉(zhuǎn)，測力度盤25所讀得的數(shù)值即表示 試件受力的大小。液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的荷載范圍可由擺錘 21的重量來確定。一般試驗(yàn)機(jī)都 備有三種砣重作為選擇荷載范圍用，測力度盤 25上相應(yīng)有三種荷載刻度。三、自動(dòng)繪圖部分液壓試驗(yàn)機(jī)繪圖裝置是通過固定在萬能試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)上的拉繩帶動(dòng)繪圖 滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)樽冃巫鴺?biāo)，螺桿運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榱ψ鴺?biāo)。四、

26、操作部分該部分主要由進(jìn)油閥、回油閥和電器開關(guān)等組成。進(jìn)油閥的作用是調(diào)節(jié)油 箱里的油往工作油缸送油量的大小。 進(jìn)油閥的閥門開得大，表示油送到工作油 缸的速度快、油量多，也就說明試件受力大， 變形快。實(shí)驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格控制進(jìn)油閥門的大小，保證荷載盤指針均勻地轉(zhuǎn)動(dòng)?；赜烷y的作用是調(diào)節(jié)工作油缸里的 油流回油箱的流量，即使試件卸載，實(shí)驗(yàn)做完后，須打開回油閥門，使工作油 缸的油流回油箱。萬能試驗(yàn)機(jī)的具體操作方法如下：2 下夾頭3試件4上夾頭5工作臺(tái)6標(biāo)尺9 工作油缸1底座7固定立柱8 活動(dòng)立柱12下承壓座13 彎曲支座14 進(jìn)油閥10 工作活11上承壓座15高壓油泵16 電動(dòng)機(jī)17油箱18測力活塞19 測力油缸

27、 20 回油閥21擺錘 22 測力拉桿23平衡鉈24推桿25測力度盤26測力指針27油管圖2.11、選擇荷載范圍實(shí)驗(yàn)前，首先根據(jù)試件材料能承受的最大荷載， 選擇相應(yīng)的砣重量，確定 合適的實(shí)驗(yàn)荷載范圍（如300kN萬能試驗(yàn)機(jī)分為：0 60kN, 0 150kN, 0300kN）o若在萬能試驗(yàn)機(jī)上掛上 A砣，表示0 60kN范圍，掛上A B砣表示 0 150kN范圍，掛上A B C砣表示0300kN范圍。如直徑為10m的低碳鋼拉 伸試件，估計(jì)最大承載為40kN左右，選用0-60kN范圍即可，其目的是提高荷 載測試精度。2、荷載調(diào)零開動(dòng)油泵電機(jī)，關(guān)閉回油閥，再打開進(jìn)油閥，向工作油缸送油，使工作臺(tái) 略

28、上升5 10m后（消除工作平臺(tái)的自重），轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿使指針對準(zhǔn)測力度盤上 的零點(diǎn)，撥回被動(dòng)指針。3、安裝調(diào)整繪圖儀的紙和筆。加載時(shí)能自動(dòng)繪制試件受力與變形的曲線4、安裝試件。裝夾拉伸試件時(shí)，先調(diào)整下夾頭位置，使拉伸區(qū)空間與試件長度相適應(yīng)。調(diào)整下夾頭位置時(shí)，可開動(dòng)電動(dòng)機(jī)使下夾頭上升或下降。當(dāng)試 件夾緊后，就不允許再用電動(dòng)機(jī)升降下夾頭，以免電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷而燒毀。5、加載與卸載。試件安裝完畢，即可開啟進(jìn)油閥，逐漸對試件進(jìn)行加載， 加載時(shí)要求測力指針勻速平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。 切忌猛開進(jìn)油閥導(dǎo)致加載速度失控，損 壞測力機(jī)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源開關(guān)和進(jìn)油閥， 打開回油閥，使工作油缸的 油流回油箱，工作平臺(tái)下降至初始位置。6試驗(yàn)中不得擅離試驗(yàn)機(jī)，聽見異常聲音或發(fā)現(xiàn)故障應(yīng)立即關(guān)閉電源檢 查、排除。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程名稱：材料力學(xué)開課實(shí)驗(yàn)室：力學(xué)實(shí)驗(yàn)室年級(jí)、專業(yè)、班學(xué)號(hào)姓名成績實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教 師 評(píng) 語教師簽名：年月日實(shí) 驗(yàn) 目 的實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 備試驗(yàn)機(jī)名稱及型號(hào)最大試驗(yàn)力負(fù)荷測量精度指示值的土 0.5%量具名稱及型號(hào)量具分度值試 件 尺 寸實(shí) 驗(yàn) 刖材料截面Idoi(mm)截面nd02(m