材料力學(xué)性能測試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)原理拉伸實(shí)驗(yàn)原理拉伸試驗(yàn)是夾持均勻橫截面樣品兩端，用拉伸力將試樣沿軸向拉伸，一般拉 至斷裂為止，通過記錄的力 位移曲線測定材料的基本拉伸力學(xué)性能。對于均勻橫截面樣品的拉伸過程，如圖 1所示，圖1金屬試樣拉伸示意圖 則樣品中的應(yīng)力為(J A其中A為樣品橫截面的面積。應(yīng)變定義為A/£ =L所示。2其中 I是試樣拉伸變形的長度。 典型的金屬拉伸實(shí)驗(yàn)曲線見圖0£E林射暫時去抵?jǐn)z變 仍的能力.屈服階段忖裁J：oLJ- 心強(qiáng)士階段叱；忖闊:應(yīng)fT. 235圖3金屬拉伸的四個階段典型的金屬拉伸曲線分為四個階段，分別如圖 3(a)-(d)所示。直線部分的 斜率E就是楊氏模量、C S點(diǎn)是

2、屈服點(diǎn)。金屬拉伸達(dá)到屈服點(diǎn)后，開始出現(xiàn)頸縮 現(xiàn)象，接著產(chǎn)生強(qiáng)化后最終斷裂。彎曲實(shí)驗(yàn)原理可采用三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲方式對試樣施加彎曲力， 一般直至斷裂，通過實(shí) 驗(yàn)結(jié)果測定材料彎曲力學(xué)性能。為方便分析，樣品的橫截面一般為圓形或矩形。三點(diǎn)彎曲的示意圖如圖4所示。FC圖4三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)示意圖據(jù)材料力學(xué)，彈性范圍內(nèi)三點(diǎn)彎曲情況下C點(diǎn)的總撓度和力F之間的關(guān)系是(3)F1其中I為試樣截面的慣性矩，E為楊氏模量。彎曲彈性模量的測定將一定形狀和尺寸的試樣放置于彎曲裝置上，施加橫向力對樣品進(jìn)行彎曲,符號:Sw單a符號名ft中牠di詩ifn帝徑-mmiinun度1.試樣長度remF試驗(yàn)力i責(zé)何呼離mm對于矩形截面的試樣

3、，具體符號及彎曲示意如圖5所示。義1S矩形笛面試樣的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)對試樣施加相當(dāng)于（T pbO.01。（或C rbO.01）的10%以下的預(yù)彎應(yīng)力F。并記 錄此力和跨中點(diǎn)處的撓度，然后對試樣連續(xù)施加彎曲力，直至相應(yīng)于（T pb0.01（或 （T rb0.01）的50%。記錄彎曲力的增量DF和相應(yīng)撓度的增量Df ,則彎曲彈性模量 為對于矩形橫截面試樣，橫截面的慣性矩I為I=bh1 了其中b、h分別是試樣橫截面的寬度和高度。也可用自動方法連續(xù)記錄彎曲力撓度曲線至超過相應(yīng)的（T pb0.01（或（TrbO.01）的彎曲力。宜使曲線彈性直線段與力軸的夾角不小于40o,彈性直線段的高度應(yīng)超過力軸量程的3/

4、5。在曲線圖上確定最佳彈性直線段，讀取該直線段的 彎曲力增量和相應(yīng)的撓度增量，見圖6所示。然后利用式（4）計(jì)算彎曲彈性模量。圖6樹解法測叱彎m弾件楔;讓二、試樣要求1. 拉伸實(shí)驗(yàn)對厚、薄板材，一般采用矩形試樣，其寬度根據(jù)產(chǎn)品厚度（通常為0.10-25mm）, 采用10,12.5,15,20,25和30m六種比例試樣，盡可能采用I o=5.65（ F。）0.5的短 比例試樣。試樣厚度一般應(yīng)為原軋制厚度，但在特殊情況下也允許采用四面機(jī)加 工的試樣。通常試樣寬度與厚度之比不大于4:1或8:1，對鋁鎂材則一般可采用較 小寬度。對厚度小于0.5mm勺薄板（帶），亦可采用定標(biāo)距試樣。試樣各部分允許機(jī)加工偏

5、差及側(cè)邊加工粗糙度應(yīng)符合圖10和表1的規(guī)定。J亠 q -1廠>f -11圖10金屬拉伸標(biāo)準(zhǔn)板材試樣2)a.b.操作不當(dāng)。C.試驗(yàn)記錄有誤或設(shè)備發(fā)生故障影響試驗(yàn)結(jié)果。代度如'城樣15匝部甘肉試樣1（辰邢分 內(nèi)用A與細(xì)小寬X比的允汗老世1!M標(biāo)距聊外內(nèi) «攪如的比許ffl®戢大與S小JI 苣切姑工許養(yǎng)a10112f12.5+ IK20.12i±1)-50 2詁!11M1表1金屬拉伸標(biāo)準(zhǔn)板材試樣尺寸要求實(shí)驗(yàn)樣品評定出現(xiàn)下列情況之一者，試驗(yàn)結(jié)果無效。試樣斷在機(jī)械刻劃的標(biāo)記上或標(biāo)距外，造成性能不合格。實(shí)驗(yàn)后試樣出現(xiàn)兩個或兩個以上的縮頸以及顯示出肉眼可見的冶金缺

6、陷（例如分層、氣泡、夾渣、縮孔等），應(yīng)在試驗(yàn)記錄和報(bào)告中注明。2. 彎曲實(shí)驗(yàn) 1）試樣尺寸要求表2薄碩試祥尺寸雯禾>iyfrXALOXASY$2）試樣制備和尺寸測量矩形橫截面試樣應(yīng)在跨距的兩端和中間處分別測量其高度和寬度。計(jì)算彎曲 彈性模量時，取用三處高度測量值的算術(shù)平均值和三處寬度測量值的算術(shù)平均 值。計(jì)算彎曲應(yīng)力時，取用中間處測量的高度和寬度。對于薄板試樣，高度測量 值超過其平均值2%勺試樣不應(yīng)用于試驗(yàn)。3）實(shí)驗(yàn)樣品評定（1）彎曲實(shí)驗(yàn)后，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢查試樣彎曲外表面，進(jìn)行結(jié)果評定。（2）檢查試樣彎曲外表面，測試規(guī)范進(jìn)行評定，若無裂紋、裂縫或裂斷，則評 定試樣合格，測試有效。三.

7、結(jié)果與分析1.拉伸試驗(yàn)鋼板尺寸：寬度b=31.26mm厚度h=1.16mm 標(biāo)距L=260mm 拉力機(jī)記錄的是不同載荷F下的形變 L的大小，根據(jù)公式A/ £ =L計(jì)算出每一時刻的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，作圖如下:200 -150 -(1.0118,136.7846)10050 -(0.6326，52.3784)/_C_0.00.51.01.52.02.53.0圖1鋼板 拉伸應(yīng)力-應(yīng)變 曲線8 /%圖1是一定負(fù)荷范圍內(nèi)不銹鋼板的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。根據(jù)變化趨勢，將 曲線分為三個階段：OA段位移在增大，而負(fù)荷幾乎等于0,是試樣由松弛而夾 緊的階段，真正的拉伸形變過程自 A點(diǎn)開始。AB段，隨著拉應(yīng)

8、力的增加，形變也 逐漸增大，形變與外力大小呈正比，符合 Hook定律，試樣處于彈性變形階段。BC 段，繼續(xù)施加較小的外力就可以產(chǎn)生較大的形變，此時，鋼材除彈性變形外，還 發(fā)生了塑性形變，其中塑性變形在卸載后不再恢復(fù)，試樣處于彈塑性階段。試想 如果繼續(xù)增加負(fù)荷，鋼材將發(fā)生屈服及至應(yīng)變強(qiáng)化（圖中未體現(xiàn)）。楊氏模量的計(jì)算:根據(jù)彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系（7= E- 8 知，直線段的斜率即為鋼材的彈性模量，在AB段直線上取兩點(diǎn)，見圖中所標(biāo)，則跨距 L=240mm2.彎曲試驗(yàn)鋼板尺寸：寬度b=26.63mm厚度h=1.03mm無卸載試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)機(jī)記錄的荷載-位移數(shù)值，作彎曲力-撓度曲線圖如下:彎曲模量

9、的計(jì)算: 根據(jù)公式以及 I=1/12bh 3,求得 Eb=1079GPa其中， F/ f=斜率=(31.1535-12.1779)/(3.3717-1.2828)*1000=9084Nm(2)有卸載的情況同一鋼板在加載又卸載的過程中，彎曲力-撓度曲線變化見圖3。圖3說明，隨著加載負(fù)荷的增大，鋼板彎曲變形程度也逐漸增大，在外加負(fù) 荷增大到50N左右時，停止加力，并逐漸卸載，所得曲線與原曲線并不重合，表 現(xiàn)出一定的滯回特性，說明所施加的最大應(yīng)力已經(jīng)大于鋼材的彈性極限，鋼材的變形包括彈性和塑性兩部分，其中的塑性變形在卸載后不再恢復(fù)（從圖上看是 1.46mm殘余形變）。滯回曲線所包含的面積反映了鋼板吸

10、收耗散能量的大小。四. 誤差分析本實(shí)驗(yàn)可能存在的誤差有：1. 夾持試樣時，由于目測不可能使試樣正好處于與夾具垂直的方向，拉應(yīng)力方 向與試樣中軸線方向偏離。2. 彎曲試驗(yàn)中，應(yīng)把試樣放在支座上，使兩端露出部分的長度相等。3. 試樣尺寸人為測量過程可能引入的讀數(shù)誤差，即試樣測量尺寸與實(shí)際尺寸的差 別，導(dǎo)致理論結(jié)果計(jì)算的誤差。4. 試樣本身是否具有代表性，有無缺陷，試樣的形狀，拉伸速率，以及試驗(yàn)溫度 等。5. 所使用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的量程。若試樣拉斷時只需要很小的力，而拉力機(jī)的最大入 口力卻很大，測量的精確性將大大下降。兩者需匹配。五. 思考題三點(diǎn)彎曲與四點(diǎn)彎曲的區(qū)別？三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度：將試樣放在一定距離的兩支座上，在兩支座中心點(diǎn)上加試驗(yàn) 力，直至折斷時的最大彎曲應(yīng)力。3 FL (T b3=22 bh四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度：將試樣放在一定距離的兩支座上，往兩支座中心左右等距離 的兩點(diǎn)上加試驗(yàn)力，直到折斷時的最大彎曲應(yīng)力。3 F(L-I)(T b4=2 bh2式中：(T b3三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，MPa ; (T b4四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，MPa ;F試樣斷裂時的最大試驗(yàn)力，N; L試樣支座間的距離，mm ;I壓頭間的距離， mm ;由公式可以看出，三點(diǎn)彎曲實(shí)際上是四點(diǎn)彎曲的一個特例，當(dāng)壓頭間距1=0時，(T b4=(T b3，四點(diǎn)變?yōu)槿c(diǎn)。對于同一試樣，四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度等于三點(diǎn)彎曲 強(qiáng)