材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸實(shí)驗(yàn)是測定材料力學(xué)性能的最基本最重要的實(shí)驗(yàn)之一。由本實(shí)驗(yàn)所測得的結(jié)果， 可以說明材料在靜拉伸下的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、 塑性、強(qiáng)度等重要機(jī)械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的重要依據(jù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊? 測定低碳鋼的流動極限 二S、強(qiáng)度極限匚b、延伸率：、截面收縮率t和鑄鐵的強(qiáng)度極限匚b。2 .碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象，繪出外力和變形間的關(guān)系曲線（F -丄曲線）。3 .較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、兩腳標(biāo)規(guī)等三、拉伸試件金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)常用的試件

2、形狀如圖所示。圖中工作段長度I稱為標(biāo)距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗(yàn)機(jī)的夾頭內(nèi)。圖1-1為了使實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即I = 5d或I =10d。對于一般板的材料拉伸實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)做成矩形截面試件。其截面面積和試件標(biāo)距關(guān)系為I =11. A或I二5.65、. A , A為標(biāo)距段內(nèi)的截面積。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)1）試件的準(zhǔn)備：在試件中段取標(biāo)距I =10d或I =5d在標(biāo)距兩端用腳標(biāo)規(guī)打上沖眼作為標(biāo)志，用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑d （在每處的兩個互相垂 直的方向各測一次取其

3、平均值）取最小值作為計(jì)算試件橫截面面積用。2）機(jī)的準(zhǔn)備；首先了解材料試驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強(qiáng)度極限 Cb及試件的橫截面積，初步估計(jì)拉伸試件所需最大載荷，選擇合適的測力度盤，并配置相應(yīng)的擺錘，開動機(jī)器，將測力指針調(diào)到“零點(diǎn)”，然后調(diào)整試驗(yàn)機(jī)下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內(nèi)。3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：試件夾緊后，給試件緩慢均勻加載，用試驗(yàn)機(jī)上自動繪圖裝置，繪出外力F和變形 L的關(guān)系曲線（F _ 丄曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當(dāng)載荷增加到 A 點(diǎn)時，拉伸圖上 0A段是直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關(guān)系，即符合虎克定 律的彈性變形范圍。當(dāng)載荷增加到B 點(diǎn)時，

4、測力計(jì)指針停留不動或突然下降到B點(diǎn)，然后在小的范圍內(nèi)擺動， 這時變形增加很快， 載荷增加很慢；這說明材料產(chǎn)生了流動（或者叫屈 服）與B 點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)力叫上流動極限，與 B相應(yīng)的應(yīng)力叫下流動極限，因下流動極限比較 穩(wěn)定，所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以B點(diǎn)相對應(yīng)的載荷值 FS除以試件的原始截面積 A即得到低碳鋼的流動極限；飛，匚s二空流動階段后，試件要承受更大的A外力，才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中C點(diǎn)至D點(diǎn)這一段為強(qiáng)化階段。當(dāng)載荷達(dá)到最大值Fb （ D點(diǎn)）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi)，此段發(fā)生截面收縮，即出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。此時記下最大載荷值

5、Fb，用Fb除以試件的原始截面積 A，就得到低碳鋼的強(qiáng)度極限 二b；b =Fb/A。在試件發(fā)生“頸縮”后，由 于截面積的減小，載荷迅速下降，到E點(diǎn)試件斷裂。關(guān)閉機(jī)器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標(biāo)卡尺測量出斷裂后試件標(biāo)距間的長度li，按下式可計(jì)算出低碳鋼的延伸率h 一丨1 100%。l將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標(biāo)卡尺量出斷口（細(xì)頸）處的直徑d1，計(jì)算出面積Ai ；按下式可計(jì)算出低碳鋼的截面收縮率',即=100%從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠(yuǎn)則變形愈小，因此測得ll的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。 為了統(tǒng)一值的

6、計(jì)算， 規(guī)定以斷口在標(biāo)距長度中央的 1 3區(qū)段內(nèi)為準(zhǔn)，來測量I的值，若斷口不在1 3區(qū)段內(nèi)時，需 要采用斷口移中的方法進(jìn)行換算，其方法如下：設(shè)兩標(biāo)點(diǎn)C到C 之間共刻有n格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂 試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線d起，向右取n/2格，標(biāo)記為a，這就相當(dāng)于把斷口擺在標(biāo)距中央，再看 a點(diǎn)至Ci點(diǎn)有多少格，就由a點(diǎn)向左取相同的格數(shù)，標(biāo)以記號 b， 令L 表示C到b的長度，則 L 2L的長度中包含的格數(shù)等于標(biāo)距長度內(nèi)的格數(shù)n，故li 二 L 2L。當(dāng)斷口非常接近試件兩端， 而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果無效，需要重作實(shí)驗(yàn)。斷口圖1-

7、42、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)：1）試件的準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑d取最小值計(jì)算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強(qiáng)度極限二b，估計(jì)拉伸試件的最大載荷。2）試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備；與低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)相同1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：開動機(jī)器，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄最大載荷Fb，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將最大載荷值 Fb除以試件的原始截面積 A，就得到鑄鐵的強(qiáng)度極限-Fb/A 。因?yàn)殍T鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂,以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。實(shí)驗(yàn)二壓縮實(shí)驗(yàn)在工程實(shí)際中，有些構(gòu)件承受壓力，而材料由于載荷形式的不同其表現(xiàn)的機(jī)械性能也不 同，因此除了通過拉伸實(shí)驗(yàn)了解金屬

8、材料的拉伸性能外，有時還要作壓縮實(shí)驗(yàn)來了解金屬材料的壓縮性能，一般對于鑄鐵、水泥、磚、石頭等主要承受壓力的脆性材料才進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)， 而對于塑性金屬或合金進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)是主要目的是為了材料研究。例如灰鑄鐵在拉伸和壓縮時的強(qiáng)度極限不相同，因此工程上就利用鑄鐵壓縮強(qiáng)度較高這一特點(diǎn)用來制造機(jī)床底座、床身、汽缸、泵體等。、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?）測定在壓縮時低碳鋼的流動極限二s ,及灰鑄鐵的強(qiáng)度極限 匚b。2）觀察它們的破壞現(xiàn)象，并比較這兩種材料受壓時的特性。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺三、試件金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形，如圖所示，并制定1<-< 3d四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1 低碳鋼的壓縮實(shí)

9、驗(yàn)1）試件準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺測量試件的直徑d。2）試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備：首先了解試驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程。選擇合適的測力刻度盤，配置相應(yīng)的擺錘，開動機(jī)器，將刻度盤指針調(diào)到零點(diǎn)，然后將 試件盡量準(zhǔn)確地放在機(jī)器活動承墊中心上，使試件承受軸向壓力。3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：開動機(jī)器，使試件緩慢均勻加載，低碳鋼在壓縮過程中產(chǎn)生流動以前基本情況與拉伸時相同，載荷到達(dá)B時，測力盤指針停止不動或倒退，這說明材料產(chǎn)生了流動，當(dāng)載荷超過 B點(diǎn)后，塑性變形逐漸增加，試件橫截面積逐漸明顯地增大，試件最后被 壓成鼓形而不斷裂，故只能測出產(chǎn)生流動時的載荷 Fs ,由二s = Fs / A得出材料受壓時的流 動極限

10、而得不出受壓時的強(qiáng)度極限。圖2-22、鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)但鑄鐵受壓時在很小的變形下即發(fā)生破壞， 只鑄鐵壓縮與低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)方法相同， 能測出Fb，由匚b二Fb/A得出材料強(qiáng)度極限。 鑄鐵破壞時的裂縫約與軸線成 45角左右。五、注意事項(xiàng)1）試件一定要放在壓頭中心以免偏心影響使之慢慢接觸，以免發(fā)生撞擊，損壞2）在試件與上壓頭接觸時要特別注意減小油門, 機(jī)器。3）鑄鐵壓縮時，應(yīng)注意安全，以防試件破壞時跳出打傷。六、討論題1）低碳鋼壓縮圖與拉伸圖有何區(qū)別？說明什么問題？2）鑄鐵的破壞形式說明什么問題？3）碳鋼壓縮后為什么成鼓形？實(shí)驗(yàn)三彈性模量E的測定實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?1）在比例極限內(nèi)測定低碳鋼的彈性模

11、量E2）驗(yàn)證虎克定律、原理拉桿拉伸時伸長變形-L與拉伸載荷F之間的關(guān)系，在比例極限范圍內(nèi)應(yīng)符合虎克定量表律：由可得出：E 已EAALA式中：F 拉伸載荷，L 引伸計(jì)標(biāo)距E 材料彈性模量A試件的橫截面積：L 標(biāo)距長度內(nèi)的伸長量三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備材料試驗(yàn)機(jī)、蝶式引伸計(jì)、游標(biāo)卡尺四、蝶式引伸計(jì)簡介儀器結(jié)構(gòu)如圖1）整上刀口位置，使上下刀口間 的距離等于標(biāo)距值。2）松開緊固螺釘調(diào)整量表位置，使下刀口底面與底板上定位螺釘接觸，頂尖與量表測量平面接觸。測拉伸變形時，量表起始位置應(yīng)在指針正向行程0.1mm以上,然后固定好量表罩圈在需要的位置上。3）握住蝶式引伸計(jì)，壓縮彈簧使兩刀口分開夾持在試件上，如夾緊力不夠可調(diào)整

12、連接板簧帽。4）如需要增強(qiáng)上刀口夾緊力時， 在標(biāo)桿上使用夾緊架， 其位置應(yīng)以盡量靠近上刀口處， 夾緊力也可通過簧帽調(diào)正。當(dāng)試件受力后，原標(biāo)距伸長，上刀口不動，下刀口繞中點(diǎn)轉(zhuǎn)動，由于杠桿比為1:1 ,從千分表上可讀出變形值，伸長量取兩表數(shù)值的平均值進(jìn)行計(jì)算。六、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1）測量試件尺寸（直徑）2）試件裝于試驗(yàn)機(jī)上，加預(yù)載 2kN，然后將蝶式引伸計(jì)裝于試件上。3）轉(zhuǎn)動引伸計(jì)的調(diào)節(jié)螺釘，使千分表的小針在0.6左右，而千分表的大指針為零。2kN4）開動機(jī)器，緩慢加載，并記錄千分表的讀數(shù)， 在3kN時記初讀數(shù)，以后每增加 記一次讀數(shù)，至13kN為上，停機(jī)。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理GPa匚 F丄AF LE

13、二二c 丄 A) ：C ：L)pA上式中A（.；L）P的單位應(yīng)該用 mm，而表中 0 L）P為千分表格數(shù)，千分表1格為11000mm。實(shí)驗(yàn)四扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際工程機(jī)械中，有很多傳動軸是在扭轉(zhuǎn)情況下工作，設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)軸所用的許用剪應(yīng)力，是根據(jù)材料在扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)時，所測出的剪切流動極限S，或剪切強(qiáng)度極限.b而求得的。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?）低碳鋼的剪切流動極限 Cs、剪切強(qiáng)度極限-b、及鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限-b。2）觀察斷口情況，進(jìn)行比較和分析。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、劃線儀、游標(biāo)卡尺等三、扭轉(zhuǎn)試件根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，一般采用圓截面試件，標(biāo)距L = 100mm，標(biāo)距部分直徑d =10mm。如圖4-1所示。圖4-

14、1四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、低碳鋼試件的扭轉(zhuǎn)：1）試件的準(zhǔn)備：在試件標(biāo)距內(nèi)的中間和兩端三處測量直徑，取最小值作為直徑尺寸 d , 計(jì)算抗扭截面系數(shù)。 Wp =丄 d3162）試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備；首先了解扭轉(zhuǎn)機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)掌握扭轉(zhuǎn)機(jī)的操作規(guī)程。根據(jù)材料性質(zhì)，初步估所需最大扭矩，選擇合適的測力表盤，配置相應(yīng)的擺錘，測 力指針調(diào)到“零點(diǎn)”。圖4-33）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：將低碳鋼試件裝夾到試驗(yàn)機(jī)上，用“手動”對試件緩慢均勻地加扭矩，加在試件上的扭矩 Mn和扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線，如圖 4-2所示。當(dāng)扭矩增加到A點(diǎn)，（即Mn二Mp ）時，圖4-2中0A段為直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件變形之間成比例關(guān)系，扭矩超

15、過M p后。試件截面的外緣外處，材料發(fā)生流動形成環(huán)形塑性區(qū)，同時M n - ：圖曲線稍微上上升，達(dá)到 B點(diǎn)趨于平坦，這時測力指針幾乎不動，這說明塑性區(qū)已擴(kuò)展為整個 截面，材料發(fā)生流動，記錄下此時的扭矩M b。在達(dá)到Ms時，假定截面上各點(diǎn)的剪應(yīng)力同時達(dá)到流動極限s （理想塑性），斷面上s均勻分布，從而推導(dǎo)計(jì)算流動極限的近似公式如下：式中-S是常數(shù)，dA =2二T d、所以RR 2Ms = s.o T 2吋茁=2- s.o d；?332 二R4 二 Rs =3MS3 32故屈服極限4Wp式中:若試件繼續(xù)變形，材料進(jìn)一步強(qiáng)化，當(dāng)達(dá)到M n - ：上的C點(diǎn)時，試件破壞，扭矩表盤上的指針可讀出最大扭矩

16、Mb，與屈服時的塑性變形過程相似，可得 試件斷裂后，立即關(guān)閉機(jī)器，取下試件。3Mb4Wp2、鑄鐵試件的扭轉(zhuǎn):鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方法與步驟與低碳鋼相同，因鑄鐵扭轉(zhuǎn)在變形很小的情況下就被扭斷， 鑄鐵的Mn - ：曲線如圖4-4所示由圖可知，鑄鐵扭轉(zhuǎn)由開始直到破壞近似一直線，其剪切強(qiáng)度極限因鑄鐵試件在斷裂前呈脆性破壞，故可近似應(yīng)用彈性公式計(jì)算Wp五、注意事項(xiàng):1）用手動變電器加扭矩時，一般將手搖柄取下，以免發(fā)生事故。2）在變速進(jìn)，一定先停車，后調(diào)矩。3）試件在夾緊時，用手搬套筒搬手，而不要產(chǎn)生沖力。4）鑄鐵扭轉(zhuǎn)時，要加防護(hù)罩，以免破碎試件飛出打傷人。六、討論題總結(jié)低碳鋼和鑄鐵兩種材料在拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)時

17、的強(qiáng)度以及破壞斷口的情況進(jìn)行比較分析，說明原因。實(shí)驗(yàn)五梁的彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?）用電測法測定純彎曲梁受彎曲時A - A （或B - B）截面各點(diǎn)的正應(yīng)力值，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較。2）了解電阻應(yīng)變儀的基本原理和操作方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備CM-1C型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置三、彎曲梁簡圖：aABqaai ¥ cAB-L-F/2F/2Fa/2Fa/2圖5-2圖5-1E =200GPa已知：L = 630mm、a = 160mm、b = 20mm、h = 40mm、c = h/6、在梁的純彎曲段內(nèi) A-A （或B-B ）截面處粘貼七片電阻片，即R,、R2、R3、R4、Rs、R6、

18、R7。R4貼在中性層處，實(shí)驗(yàn)時依次測出1、2、3、4、5、6、7點(diǎn)的應(yīng)變，計(jì)算出應(yīng)力。四、測量電橋原理構(gòu)件的應(yīng)變值一般均很小，所以，應(yīng)變片電阻變化率也很小，需用專門儀器進(jìn)行測量, 測量應(yīng)變片的電阻變化率的儀器稱為電阻變儀，其測量電路為惠斯頓電橋， 如圖所示。 如圖所示，電橋四個橋臂的電阻分別為 R,、R2、R3和R4，在A、C端接電源，B、D 為輸出端。設(shè)A、C間的電壓降為U則經(jīng)流電阻R1、R4的電流分別為丨1URiR2I4 U ，所以Ri、R4兩端的電壓降分別為R3 + R4RiUab »iRi乓u，U ADR4U所以R3R4B、D端的輸出電壓為U - U AB _ U ADRiU

19、R-iR2R4當(dāng)電橋輸出電壓U =0時，稱為電橋平衡。電橋在接上電阻變 lRi、二 R?、U _RiR3 - R2 R4R3' R4U（Ri ' R2 ）（ R3 ' R4 ）故電橋平衡條件為 R1R3二R2R4或RiR2電設(shè)R3Ri、R2、R3和R4時處于平衡狀態(tài)，即滿足平衡條件。當(dāng)上述電阻分別改（Ri：Ri）（R3R） -（只2只2）（只4 只4）U U（R + AR 十 R2 十 AR2）（R3 + AR3 十民十 AR4）略去咼階微量后可得（當(dāng) Rr = R2 = R3 = R4時）lR2二 R2R3lR4-f-（RR2）2 .RiRR-i R2.2R3_ U

20、込R2R3R4_4 RRRR上式代表電橋的輸出電壓與各臂電阻改變量的一般關(guān)系。在進(jìn)行電測實(shí)驗(yàn)時， 有時將粘貼在構(gòu)件上的四個相同規(guī)格的應(yīng)變片同時接入測量電橋,當(dāng)構(gòu)件受力后，設(shè)上述應(yīng)變片感受到的應(yīng)變分別為i、工、；3、；4相應(yīng)的電阻改變量分別為 R、厶R2、厶R3和厶R4，應(yīng)變儀的讀數(shù)為4也U-di _ '2'3 _ -4KU以上為全橋測量的讀數(shù)，如果是半橋測量，則讀數(shù)為KU所謂半橋測量是將應(yīng)變片 R3和R4放入儀器內(nèi)部，Ri和R2測量片接入電橋，接入A、B和B、C組成半橋測量。五、理論和實(shí)驗(yàn)計(jì)算理論計(jì)算WZ”-'2,6M c2M c1Iz口 3 5 =3,5 Iz4=0其

21、中：WZbh26I 一蟲1 Z -12qZCR2DioD2/D3實(shí)驗(yàn)值計(jì)算:DiQD2oD3圖5-3實(shí)驗(yàn)六彎扭組合應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?）用電測法測定圓桿 M M （或N - N ）截面危險點(diǎn)的主應(yīng)力大小和方向；和理 論值比較。2）用電測法測定 M - M （或N - N ）截面處于純剪狀態(tài)下的一點(diǎn)的最大剪應(yīng)力、實(shí)驗(yàn)裝置：已知材料，彈性模量 E =200GPa泊松比：- 0.28立柱i-空心圓桿連接器連接器底坐力傳感器I一-IlHr«-二 $ 、=三川IIM.扭M20F簡圖彎矩圖（一）扭矩圖彎曲正應(yīng)力分布扭轉(zhuǎn)剪力分布M橫向剪切應(yīng)力分布三、應(yīng)力狀態(tài)分析1）由應(yīng)力狀態(tài)分析可知 A

22、A 主應(yīng)力最大， A點(diǎn)的應(yīng)力有匚彎和.扭，在測量時可以分別測量，其 A點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可以分解成如圖所示圖6-32）在A點(diǎn)，彎曲應(yīng)力匚彎最大，而切應(yīng)力剪=0，而扭對軸向應(yīng)變無關(guān)，所以測匚彎 時只要在A點(diǎn)（A 點(diǎn)）軸向布片就可以測出 匚彎3）.扭而且還有彎曲剪應(yīng)力引起的.剪。根據(jù)圖，B、B 的應(yīng)力狀態(tài)分析，為了測出扭和.max，在B點(diǎn)和B點(diǎn)處與軸線成45，各貼兩片電阻片，電阻片布片如圖所示圖6-4四、測試方法根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)，可分別把彎曲的應(yīng)變、扭轉(zhuǎn)的應(yīng)變、扭轉(zhuǎn)和剪切的組合應(yīng)變、剪切應(yīng)變測出來，再分別求出各種變形下的應(yīng)力，最后根據(jù)公式求出主應(yīng)力的大小、方向和最大切應(yīng)力。1測彎曲正應(yīng)力匚彎1）接線：半橋互

23、補(bǔ)，將Ri為工作片，R2為補(bǔ)償片接入電橋中進(jìn)行溫度補(bǔ)償，：因Ri、R2的增量等值同向接相鄰橋臂，故抵消，應(yīng)變讀數(shù)；d = ；1 -（-；2）=2；,讀數(shù)應(yīng)變值擴(kuò)大2倍，扭轉(zhuǎn)剪切變形下不改變軸的長度，所以測出的是彎曲變形下的應(yīng)變值，2）計(jì)算；彎=E ； = E _22、測扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭1）接線：半橋互補(bǔ)將 R5作為工作片，R4作為補(bǔ)償片接入電橋中如圖，R4、R5皆與軸向成45，應(yīng)變讀數(shù) 弋=；5-（_；4）=2;，由剪力產(chǎn)生的應(yīng)變量等值同向，R4、Rs接相鄰橋臂故抵消了，所以測得的應(yīng)變數(shù)為扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的應(yīng)變值。2）計(jì)算E £ E &d-扭二扭12（1）3、測橫向力引起的剪切應(yīng)力 剪

24、1）接線：半橋互補(bǔ)，將Rs作為工作片（在B*點(diǎn)），R3為補(bǔ)償片（在B點(diǎn)）接入電橋。同上，R3、Rs皆與軸線成45，由于R3、Rs受扭后應(yīng)變量等值同向，接在相鄰橋臂故抵消，而由橫力引起的剪切，在 R3、甩受剪后，應(yīng)變量等值反向，布在橋相鄰邊，應(yīng)變讀數(shù)R5A圖6-51 心二2(U)2）計(jì)算：.剪B點(diǎn)B 點(diǎn)圖6-74、測扭剪組合（即最大切應(yīng)力） max二扭剪1）接線：半橋互補(bǔ)，將 R5為工作片，R6為補(bǔ)償片接入電橋中（同上），R5、R6皆 與軸向成45，應(yīng)變讀數(shù)；d = ;5 -（ - ；6） = 2 ；五、實(shí)驗(yàn)步驟1）測；彎時將R、R2接入電橋中調(diào)節(jié)電橋平衡（按操作規(guī)程）分級加載四次，記下 每次加

25、載相應(yīng)的應(yīng)變值。2）按上述方法依次接線測出剪應(yīng)力扭、剪、ax的應(yīng)變值，因剪很小，所以測的應(yīng)變值可能很小，不必懷疑。3）關(guān)閉電源，卸載，整理儀器。六、附理論計(jì)算公式1計(jì)算彎曲正應(yīng)力二彎WZWZ(1-ct2、計(jì)算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭Wp 二D-2:-彎4、求最大切應(yīng)力maxmax式中:剪二QSzmax sSz maxIzb3. 3D -dIz64 4)實(shí)驗(yàn)七切變模量G的測定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笤诒壤龢O限內(nèi)驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)虎克定律，測定切變模量G、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、扭角儀等三、實(shí)驗(yàn)原理在低碳鋼試件上安裝扭角儀（圖7-1）以測量扭轉(zhuǎn)角，按選的標(biāo)距L0，將扭角儀的 A、B兩個環(huán)分別固定在標(biāo)距的兩端截面上，若

26、這兩截在發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，千分表就表示出標(biāo)距，試件中心軸線為b分別在A （或B ）截面上點(diǎn)的相位移：故A、B橫截面的相對扭轉(zhuǎn)角為 （在材料的剪切比例極限內(nèi)）：圖7-1（P _ M oLoGI7式中Mo為扭矩，Ip為圓截面的極慣性矩。同樣采取增量法，逐級加載，如每增同樣大小的扭矩 Mo，扭轉(zhuǎn)角的增量：基本相等，這就驗(yàn)證了虎克定律，根據(jù)測得的各級扭轉(zhuǎn)角增量厶，可用下式算出相應(yīng)的切變模量：>MnLo式中下標(biāo)i為加載級數(shù)（i = 1,2n ）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1）用劃線機(jī)在試件兩端劃標(biāo)距為Lo的圓周線，用游標(biāo)卡尺在標(biāo)距兩端及中間三處互垂方向各測量試件直徑，并記在試件尺寸表中。2）據(jù)材料的剪切比例極限 .

27、p和扭角儀量程擬定加載方案，確定最終扭矩值，加載次 數(shù)和扭矩增量：Mn。3）據(jù)擬定的加載方案，選擇測扭矩度盤的量程。4）安裝試件和扭角儀將試件裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭，然后把A、B環(huán)固定在標(biāo)距兩端的圓周線上，將千分表固定在 A環(huán)上，最后用游標(biāo)卡尺測量試件軸線到千分表頂桿的實(shí)際距離b。5）預(yù)加一定的載荷（略小于最終載荷），卸載檢查試驗(yàn)機(jī)和扭角儀是否處于正常狀態(tài)。6）用手搖逐級加載，每增加一級.lMn ,讀一次扭角儀讀數(shù)，并記錄直至最終載荷。實(shí)驗(yàn)八沖擊實(shí)驗(yàn)在實(shí)際工程機(jī)械中，有許多構(gòu)件常受到?jīng)_擊載荷的作用，機(jī)器設(shè)計(jì)中應(yīng)力求避免沖擊波負(fù)荷，但由于結(jié)構(gòu)或運(yùn)行的特點(diǎn)，沖擊負(fù)荷難以完全避免，例如內(nèi)燃機(jī)膨脹沖程中氣體爆

28、炸推 動活塞和連桿，使活塞和連桿之間發(fā)生沖擊，火車開車、停車時，車輛之間的掛鉤也產(chǎn)生沖擊，在一些工具機(jī)中，去卩利用沖擊負(fù)荷實(shí)現(xiàn)靜負(fù)荷難以達(dá)到的效果，例如鍛錘、沖擊、鑿巖 機(jī)等，為了了解材料在沖擊載荷下的性能，我們必須作沖擊實(shí)驗(yàn)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解沖擊實(shí)驗(yàn)的意義，材料在沖擊載荷作用下所表現(xiàn)的性能2）測定低碳鋼和鑄鐵的沖擊韌度值:-k。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺等三、基本原理1）沖擊實(shí)驗(yàn)是研究材料對于動荷抗力的一種實(shí)驗(yàn)，和靜載荷作用不同，由于加載速度快，使材料內(nèi)的應(yīng)力驟然提高，變形速度影響了材料的機(jī)構(gòu)性質(zhì)，所以材料對動載荷作用表現(xiàn)出另一種反應(yīng)。往往在靜荷下具有很好塑性性能的材料，

29、在沖擊載荷下會呈現(xiàn)出脆性的性質(zhì)。2）此外在金屬材料的沖擊實(shí)驗(yàn)中，還可以揭示了靜載荷時，不易發(fā)現(xiàn)的某結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件對機(jī)械性能的影響（如應(yīng)力集中，材料內(nèi)部缺陷，化學(xué)成分和加荷時溫度，受力狀態(tài)以及熱處理情況等），因此它在工藝分析比較和科學(xué)研究中都具有一定的意義四、沖擊試件工程上常用金屬材料的沖擊試件一般在帶缺口槽的矩形試件，做成制品的目的是為了便于揭露各因素對材料在高速變形時的沖擊抗力的影響。并了解試件的破壞方式是塑性滑移還是脆性斷裂。但缺口形狀和試件尺寸對材料的沖擊韌度k值的影響極大，要保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果能進(jìn)行比較，試件必須嚴(yán)格按照冶金工業(yè)部的部頒布標(biāo)準(zhǔn)制作。故測定一：口值的沖擊實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是一種比較

30、性實(shí)驗(yàn)，其沖擊試件形狀如圖所示。一55±2-1 'J0±0.1F0±±1 0±40±0.5圖8-1五、沖擊實(shí)驗(yàn)形式1）簡梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn)2）肱梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn)3）拉伸沖擊實(shí)驗(yàn)簡梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn)工程中最常用六、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1）測量試件尺寸，要測量缺口處的試件尺寸。2）首先了解擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理和操作方法，掌握沖擊試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程，定要注意安全。3）整沖擊試驗(yàn)機(jī)指針調(diào)到“零點(diǎn)”根據(jù)試件材料估計(jì)所需破壞能量，先空打一次，測 定機(jī)件間的摩擦消耗功。4）將試件裝入在沖擊試驗(yàn)機(jī)上， 簡梁式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)應(yīng)使沒有缺口的面朝向擺錘沖擊的一

31、邊，缺口的位置應(yīng)在兩支座中間，要使缺口和擺錘沖刃對準(zhǔn)。將擺錘舉起同空打時的位置，打開鎖桿。使擺錘落下，沖斷試件，然后剎車，讀出試件沖斷時消耗的功，以下式可計(jì)算出 材料的沖擊韌度值:kW N m:k廠A mmW沖斷試件時所消耗的功；A試件缺口橫截面積|'圖 8-2七、注意事項(xiàng)：人就在實(shí)驗(yàn)過程中要特別注意安全， 絕對禁止把擺錘舉高后安放試件， 當(dāng)擺錘舉高后， 離開擺錘擺動的范圍，在放下擺錘之前，應(yīng)先檢查一下有沒有人還未離開，以免發(fā)生危險。八、討論題1）低碳鋼和鑄鐵在沖擊作用下所呈現(xiàn)的性能是怎樣的？2）材料沖擊實(shí)驗(yàn)在工程實(shí)際中的作用如何？實(shí)驗(yàn)九疲勞實(shí)驗(yàn)在機(jī)器中有很多元件如軸、齒輪、彈簧等都是

32、在循環(huán)載荷下工作的，在重負(fù)載荷下零件在低應(yīng)力下發(fā)生脆性現(xiàn)象叫金屬疲勞。疲勞斷裂與靜荷斷裂不同，很多構(gòu)件在多次反復(fù)應(yīng)力作用下，會在遠(yuǎn)低于材料的強(qiáng)度極限時就發(fā)生突然的脆性破壞，斷前沒有明顯的宏觀塑性變形，很難事先觀察和預(yù)防，具有很大的危險性，因此研究材料的疲勞破壞規(guī)律，防止構(gòu)件的 疲勞失效就尤為重要。疲勞實(shí)驗(yàn)就是測定材料對重復(fù)載荷的抗力，作為在交變應(yīng)力下合理選擇材料和設(shè)計(jì)零件的強(qiáng)度依據(jù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解疲勞實(shí)驗(yàn)的使用方法2）測定材料在彎曲時疲勞極限 CT-1的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)三、基本原理1）疲勞極限是材料在交變應(yīng)力作用下，能無限次承受應(yīng)力變化而不破壞的最大應(yīng)力值。但因?qū)嶋H

33、實(shí)驗(yàn)不可能使試件進(jìn)行無限次循環(huán)作用，常規(guī)定循環(huán)數(shù)N作為實(shí)驗(yàn)基數(shù)，對黑色金屬N =530 106,所以實(shí)際上求得的疲勞極限是指受N次循環(huán)的重復(fù)，而試件不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值，常稱為名義持久極限。2）疲勞實(shí)驗(yàn)有拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲的，有對稱循環(huán)的或不對稱循環(huán)的。由實(shí)驗(yàn)知對稱循環(huán)是最危險的循環(huán)， 測得的疲勞極限最低。 本次實(shí)驗(yàn)是最基本的應(yīng)用最廣的“在對稱循環(huán)下轉(zhuǎn)梁式彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)”，測得的疲勞極限-1 ,而其它荷重下的疲勞極限 -1用經(jīng)驗(yàn)公式推求。3）轉(zhuǎn)梁式彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)常用的有簡梁式和肱梁式，如圖所示。簡梁式的試件受純彎曲作用，上部受壓，下部受拉，因載荷靜止不動，當(dāng)試件旋轉(zhuǎn)半周進(jìn)，應(yīng)力就改變，故試件旋

34、轉(zhuǎn)一周進(jìn)，試件內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力就獎反復(fù)地做一次循環(huán)變化。最大應(yīng)力幅發(fā)生在試件最小直徑處。肱梁式的試件除受彎曲作用外，尚有剪力作用，但通常此剪力可忽略不計(jì)。f畀2 2圖9-1圖9-24）測定疲勞極限通常是根據(jù)在610根相同試件所做一系列而得，在每一根試件下施加的載荷值不同，開始先在第一根試件上施加最大荷重約等于0.5 0.6二b的最大應(yīng)力二1，試件斷裂后，由疲勞機(jī)的循環(huán)次數(shù)表可以得知此試件破壞時的循環(huán)次數(shù)在以后各根試件所承受的應(yīng)力逐根減少 2 4kg mm 2下重復(fù)進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，測得不同的破壞循環(huán)次數(shù)N2、N3。隨著荷重的降低，試件發(fā)生破壞時的循環(huán)次數(shù)將隨著增加，由此可在以應(yīng)力二為縱坐標(biāo)，循環(huán)次數(shù)N為

35、橫坐標(biāo)的平面上做出一條曲線如圖11-3所示。當(dāng)某一根試件的循環(huán)次數(shù)N超過基數(shù)N =107后尚未破壞，則相應(yīng)的應(yīng)力 二j即接近疲勞極限，如與相近 的破壞應(yīng)力的差值不大于 1kg mm2則此應(yīng)力二i即認(rèn)為是所求的二4。5）由于材料的疲勞抗力與材料試件形狀、尺寸要求、加工精度、實(shí)驗(yàn)的工作條件、加載荷變形的形式等很多因素有關(guān)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要用較多試件和時間，因此完成一個實(shí)驗(yàn)最少 也得用一周時間。因此本次實(shí)驗(yàn)只作示范表演，使同學(xué)們了解疲勞極限的測量方法。圖9-36）疲勞實(shí)驗(yàn)對試件的要求比較嚴(yán)格，同一組試件必須同一規(guī)格，而且是同一爐冶煉的，試件表面要求精密加工， 經(jīng)過磨光和拋光，表面無刀痕損傷，試件要嚴(yán)格保

36、證同心度， 以消除應(yīng)力集中的影響，四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1）用千分尺測量直徑三次，以最小直徑來計(jì)算面積，2）了解疲勞試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理和操作方法，掌握疲勞機(jī)制操作規(guī)程。安裝試件，先不加載荷，將機(jī)器進(jìn)行試轉(zhuǎn)，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，有無振動噪音，連接是否緊密牢固。3）高速計(jì)數(shù)器至零或記下初讀數(shù)，加上預(yù)計(jì)荷重按下電鈕旋轉(zhuǎn)調(diào)速電阻，啟動電機(jī)使轉(zhuǎn)速緩慢增加。，決不能超過額定電壓。4）試件斷裂后，關(guān)閉電門，記下計(jì)數(shù)器讀數(shù)，卸下試件。圖9-4實(shí)驗(yàn)十光彈性認(rèn)識實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）一般光彈儀的結(jié)構(gòu)，及偏振場的類型。2）掌握等差線、等傾線的概念3）初步了解光彈基本原理和方法、光彈儀結(jié)構(gòu)及偏振場的類型T圖 10-1S 光源Q2-波片W-冷卻水槽A 分析鏡（檢偏振鏡）L1-一準(zhǔn)光鏡L2-成象透鏡P 起偏振鏡F 濾色鏡Q1 -波片R光M -模型及加載架T投影在做光彈實(shí)驗(yàn)時，通常需做以下調(diào)整步驟：1）調(diào)整各光學(xué)元件的上下位置及鏡面方位，使各鏡片中心軸位于一條直線上，為判別此點(diǎn)只在光源 S在T上投影呈正圓即可。2）調(diào)整P、Qi、Q2、A的相對角度，分別組成平面偏振場，圓偏振