材料力學試驗指導書

1、材料力學試驗指導書渤海船舶職業(yè)學院力學教研室2006年01月第一章 材料的力學性能試驗材料的力學性能試驗是工程中廣泛應用的一種試驗，它為機械制造、土木工程、冶金及其它各種工業(yè)部門提供可靠的材料的力學性能參數(shù)，便于合理地使用材料，保證機器（結(jié)構(gòu)）及其零件（構(gòu)件）的安全工作。材料的力學性能試驗必須按照國家標準進行。第一節(jié) 拉伸試驗 一、實驗目的1.驗證胡克定律，測定低碳鋼的彈性常數(shù)：彈性模量。2.測定低碳鋼拉伸時的強度性能指標：屈服應力和抗拉強度。3.測定低碳鋼拉伸時的塑性性能指標：伸長率和斷面收縮率。4.測定灰鑄鐵拉伸時的強度性能指標：抗拉強度。5.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵

2、在拉伸時的力學性能和破壞形式。 二、實驗設(shè)備和儀器1.萬能試驗機。2.引伸儀。3.游標卡尺。 三、實驗試樣按照國家標準GB639786金屬拉伸試驗試樣，金屬拉伸試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗目的的不同而分為圓形截面試樣、矩形截面試樣、異形截面試樣和不經(jīng)機加工的全截面形狀試樣四種。其中最常用的是圓形截面試樣和矩形截面試樣。如圖1-1所示，圓形截面試樣和矩形截面試樣均由平行、過渡和夾持三部分組成。平行部分的試驗段長度稱為試樣的標距，按試樣的標距與橫截面面積之間的關(guān)系，分為比例試樣和定標距試樣。圓形截面比例試樣通常取或，矩形截面比例試樣通常取或，其中，前者稱為長比例試樣（簡稱長試樣），后者稱

3、為短比例試樣（簡稱短試樣）。定標距試樣的與之間無上述比例關(guān)系。過渡部分以圓弧與平行部分光滑地連接，以保證試樣斷裂時的斷口在平行部分。夾持部分稍大，其形狀和尺寸根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗目的以及萬能試驗機的夾具結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。對試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標準GB639786。（a）（b）圖1-1 拉伸試樣（a）圓形截面試樣；（b）矩形截面試樣 四、實驗原理與方法 1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)實驗時，先把試樣安裝在萬能試驗機上，再在試樣的中部裝上引伸儀，并將指針調(diào)整到0，用于測量試樣中部長度（引伸儀兩刀刃間的距離）內(nèi)的微小變形。開動萬能試驗機，預加一定的初載荷（可?。?，同時讀取引伸儀的初

4、讀數(shù)。為了驗證載荷與變形之間成正比的關(guān)系，在彈性范圍內(nèi)（根據(jù)求出的最大彈性載荷不超過）采用等量逐級加載方法，每次遞加同樣大小的載荷增量（可選），在引伸儀上讀取相應的變形量。若每次的變形增量大致相等，則說明載荷與變形成正比關(guān)系，即驗證了胡克定律。彈性模量可按下式算出式中：為載荷增量；為試樣的橫截面面積；為引伸儀的標距（即引伸儀兩刀刃間的距離）；為在載荷壇量下由引伸儀測出的試樣變形增量平均值。2.測定低碳鋼拉伸時的強度和塑性性能指標彈性模量測定完后，將載荷卸去，取下引伸儀，調(diào)整好萬能試驗機的自動繪圖裝置，再次緩慢加載直至試樣拉斷，以測出低碳鋼在拉伸時的力學性能。（1）強度性能指標屈服應力（屈服點）

5、試樣在拉伸過程中載荷不增加而試樣仍能繼續(xù)產(chǎn)生變形時的載荷（即屈服載荷）除以原始橫截面面積所得的應力值，即抗拉強度試樣在拉斷前所承受的最大載荷除以原始橫截面面積所得的應力值，即低碳鋼是具有明顯屈服現(xiàn)象的塑性材料，在均勻緩慢的加載過程中，當萬能試驗機測力盤上的主動指針發(fā)生回轉(zhuǎn)時所指示的最小載荷（下屈服載荷）即為屈服載荷。試樣超過屈服載荷后，再繼續(xù)緩慢加載直至試樣被拉斷，萬能試驗機的從動指針所指示的最大載荷即為極限載荷。當載荷達到最大載荷后，主動指針將緩慢退回，此時可以看到，在試樣的某一部位局部變形加快，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，隨后試樣很快被拉斷。（2）塑性性能指標伸長率拉斷后的試樣標距部分所增加的長度與原始

6、標距長度的百分比，即式中：為試樣的原始標距；為將拉斷的試樣對接起來后兩標點之間的距離。試樣的塑性變形集中產(chǎn)生在頸縮處，并向兩邊逐漸減小。因此，斷口的位置不同，標距部分的塑性伸長也不同。若斷口在試樣的中部，發(fā)生嚴重塑性變形的頸縮段全部在標距長度內(nèi)，標距長度就有較大的塑性伸長量；若斷口距標距端很近，則發(fā)生嚴重塑性變形的頸縮段只有一部分在標距長度內(nèi)，另一部分在標距長度外，在這種情況下，標距長度的塑性伸長量就小。因此，斷口的位置對所測得的伸長率有影響。為了避免這種影響，國家標準GB22887對的測定作了如下規(guī)定。試驗前，將試樣的標距分成十等分。若斷口到鄰近標距端的距離大于，則可直接測量標距兩端點之間的

7、距離作為。若斷口到鄰近標距端的距離小于或等于，則應采用移位法（亦稱為補償法或斷口移中法）測定：在長段上從斷口點起，取長度基本上等于短段格數(shù)的一段，得到點，再由點起，取等于長段剩余格數(shù)（偶數(shù)）的一半得到點（見圖1-2（a）；或取剩余格數(shù)（奇數(shù)）減1與加1的一半分別得到點與點（見圖1-2（b）。移位后的分別為：或。測量時，兩段在斷口處應緊密對接，盡量使兩段的軸線在一條直線上。若在斷口處形成縫隙，則此縫隙應計入內(nèi)。如果斷口在標距以外，或者雖在標距之內(nèi)，但距標距端點的距離小于，則試驗無效。（a）（b）圖1-2 測的移位法斷面收縮率拉斷后的試樣在斷裂處的最小橫截面面積的縮減量與原始橫截面面積的百分比，即

8、式中：為試樣的原始橫截面面積；為拉斷后的試樣在斷口處的最小橫截面面積。3.測定灰鑄鐵拉伸時強度性能指標灰鑄鐵在拉伸過程中，當變形很小時就會斷裂，萬能試驗機的指針所指示的最大載荷除以原始橫截面面積所得的應力值即為抗拉強度，即 五、實驗步驟1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)（1）測量試樣的尺寸。（2）先將低碳鋼的拉伸試樣安裝在萬能試驗機上，再把引伸儀安裝在試樣的中部，并將指針調(diào)零。（3）按等量逐級加載法均勻緩慢加載，讀取引伸儀的讀數(shù)。2.測定低碳鋼拉伸時的強度和塑性性能指標（1）將試樣打上標距點，并刻畫上間隔為或的分格線。（2）在試樣標距范圍內(nèi)的中間以及兩標距點的內(nèi)側(cè)附近，分別用游標卡尺在相互垂直方向上測取

9、試樣直徑的平均值為試樣在該處的直徑，取三者中的最小值作為計算直徑。（3）把試樣安裝在萬能試驗機的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應的測力盤，配置好相應的擺錘，調(diào)整測力指針，使之對準“0”點，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（4）開動萬能試驗機，勻速緩慢加載，觀察試樣的屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，直至試樣被拉斷為止，并分別記錄下主動指針回轉(zhuǎn)時的最小載荷和從動指針所停留位置的最大載荷。（5）取下拉斷后的試樣，將斷口吻合壓緊，用游標卡尺量取斷口處的最小直徑和兩標點之間的距離。3.測定灰鑄鐵拉伸時的強度性能指標（1）測量試樣的尺寸。（2）把試樣安裝在萬能試驗機的上、下夾頭之間，估算試樣的

10、最大載荷，選擇相應的測力盤，配置好相應的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準“0”點，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）開動萬能試驗機，勻速緩慢加載直至試樣被拉斷為止，記錄下從動指針所停留位置的最大載荷。 六、實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)表1-1 測定低碳鋼的彈性模量試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算試樣尺寸： 直徑 引伸儀參數(shù)： 標距 放大倍數(shù) 變形/格載荷/第 一 次第 二 次讀數(shù)增量引伸儀讀數(shù)n增量引伸儀讀數(shù)n增量增量均值 增量均值 格增量均值 格試樣在引伸儀標距內(nèi)伸長的平均值 彈性模量 2.測定低碳鋼拉伸時的強度和塑性性能指標表1-2 測定低碳鋼拉伸時的強度和塑性性能指標試驗

11、的數(shù)據(jù)記錄與計算試 樣 尺 寸實 驗 數(shù) 據(jù)實驗前： 標 距 直 徑 實驗后： 標 距 最小直徑 屈服載荷 最大載荷 屈服應力 抗拉強度 伸 長 率 斷面收縮率 拉斷后的試樣草圖試 樣 的 拉 伸 圖3.測定灰鑄鐵拉伸時的強度性能指標表1-3 測定灰鑄鐵拉伸時的強度性能指標試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算試 樣 尺 寸實 驗 數(shù) 據(jù)實驗前： 直 徑 最大載荷 抗拉強度 拉斷后的試樣草圖試 樣 的 拉 伸 圖4.拉伸試驗結(jié)果的計算精確度（1）強度性能指標（屈服應力和抗拉強度）的計算精度要求為，即：凡的數(shù)值舍去，而的數(shù)值化為，的數(shù)值者則進為。（2）塑性性能指標（伸長率和斷面收縮率）的計算精度要求為，即：凡的數(shù)

12、值舍去，而的數(shù)值化為，的數(shù)值則進為。 七、注意事項1.實驗時必須嚴格遵守實驗設(shè)備和儀器的各項操作規(guī)程，嚴禁開“快速”檔加載。開動萬能試驗機后，操作者不得離開工作崗位，實驗中如發(fā)生故障應立即停機。2.引伸儀系精密儀器，使用時須謹慎小心，不要用手觸動指針和杠桿。安裝時不能卡得太松，以防實驗中脫落摔壞；也不能卡得太緊，以防刀刃損傷造成測量誤差。3.加載時速度要均勻緩慢，防止沖擊。 八、思考題1.低碳鋼和灰鑄鐵在常溫靜載拉伸時的力學性能和破壞形式有何異同？2.測定材料的力學性能有何實用價值？3.你認為產(chǎn)生試驗結(jié)果誤差的因素有哪些？應如何避免或減小其影響？第二節(jié) 壓縮試驗 一、實驗目的1.測定低碳鋼壓縮

13、時的強度性能指標：屈服應力。2.測定灰鑄鐵壓縮時的強度性能指標：抗壓強度。3.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的壓縮圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在壓縮時的變形特點和破壞形式。 二、實驗設(shè)備和儀器1.萬能試驗機。2.游標卡尺。 三、實驗試樣按照國家標準GB731487金屬壓縮試驗方法，金屬壓縮試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗目的的不同而分為圓柱體試樣、正方形柱體試樣和板狀試樣三種。其中最常用的是圓柱體試樣和正方形柱體試樣，如圖1-3所示。根據(jù)試驗的目的，對試樣的標距作如下規(guī)定：的試樣僅適用于測定；（或）的試樣適用于測定、和；（或）的試樣適用于測定和。其中（或）。 （a） （b）圖1-3 壓縮試樣（a）圓柱體試

14、樣；（b）正方形柱體試樣對試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標準GB639786。 四、實驗原理與方法1.測定低碳鋼壓縮時的強度性能指標低碳鋼在壓縮過程中，當應力小于屈服應力時，其變形情況與拉伸時基本相同。當達到屈服應力后，試樣產(chǎn)生塑性變形，隨著壓力的繼續(xù)增加，試樣的橫截面面積不斷變大直至被壓扁。故只能測其屈服載荷，屈服應力為式中：為試樣的原始橫載面面積。2.測定灰鑄鐵壓縮時的強度性能指標灰鑄鐵在壓縮過程中，當試樣的變形很小時即發(fā)生破壞，故只能測其破壞時的最大載荷，抗壓強度為 五、實驗步驟1.檢查試樣兩端面的光潔度和平行度，并涂上潤滑油。用游標卡尺在試樣的中間截面相互垂直的方向上各測量一

15、次直徑，取其平均值作為計算直徑。2.估算試樣的最大載荷，選擇相應的測力盤，配置好相應的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準“0”，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。3.檢查球形承墊與承墊是否符合要求。4.將試樣放進萬能試驗機的上、下承墊之間，并檢查對中情況。5.開動萬能試驗機，均勻緩慢加載，注意讀取低碳鋼的屈服載荷和灰鑄鐵的最大載荷，并注意觀察試樣的變形現(xiàn)象。六、實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算表1-4 測定低碳鋼和灰鑄鐵壓縮時的強度性能指標試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算材料試樣直徑實 驗 數(shù) 據(jù)實驗后的試樣草圖試樣的壓縮圖低碳鋼屈服載荷 屈服應力 灰鑄鐵最大載荷 抗壓強度 七、思考題1.比較低碳鋼和灰鑄鐵在拉伸

16、與壓縮時所測得的和的數(shù)值有何差別？2.仔細觀察灰鑄鐵的破壞形式并分析破壞原因。第三節(jié) 剪切試驗 一、實驗目的1.測定低碳鋼剪切時的強度性能指標：抗切強度。2.測定灰鑄鐵剪切時的強度性能指標：抗切強度。3.比較低碳鋼和灰鑄鐵的剪切破壞形式。 二、實驗設(shè)備和儀器1.萬能材料試驗機。2.剪切器。3.游標卡尺。 三、實驗試樣常用的剪切試樣為圓形截面試樣。 四、實驗原理與方法把試樣安裝在剪切器內(nèi)，用萬能試驗機對剪切器的剪切刀刃施加載荷，則試樣上有兩個橫截面受剪，如圖1-4所示。隨著載荷的增加，剪切面上的材料經(jīng)過彈性、屈服等階段，最后沿剪切面被剪斷。圖1-4 剪切器的原理用萬能試驗機可以測得試樣被剪壞時的

17、最大載荷，抗切強度為式中：為試樣的原始橫截面面積。從被剪壞的低碳鋼試樣可以看到，剪斷面已不再是圓，說明試樣尚受到擠壓應力的作用。同時，還可以看出中間一段略有彎曲，表明試樣承受的不是單純的剪切變形式，這與工程中使用的螺栓、鉚釘、銷釘、鍵等聯(lián)接件的受力情況相同，故所測得的有實用價值。 五、實驗步驟1.測量試樣的直徑（與拉伸試驗的測量方法相同）。2.估算試樣的最大載荷，選擇相應的測力盤，配置好相應的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準“0”，將從動指針與之靠攏。3.將試樣裝入剪切器中。4.把剪切器放到萬能試驗機的壓縮區(qū)間內(nèi)。5.均勻緩慢加載直至試樣被剪斷，讀取最大載荷，取下試樣，觀察破壞現(xiàn)象。 六、實驗數(shù)據(jù)

18、的記錄與計算表1-5 測定低碳鋼和灰鑄鐵剪切時的強度性能指標試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算材 料試樣直徑d/最大載荷/抗切強度/低碳鋼灰鑄鐵 七、思考題1.比較低碳鋼和灰鑄鐵被剪斷后的試樣，分析破壞原因。第四節(jié) 扭轉(zhuǎn)試驗 一、實驗目的1.驗證剪切胡克定律，測定低碳鋼的彈性常數(shù)：切變模量。2.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標：扭轉(zhuǎn)屈服應力和抗扭強度。3.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標：抗扭強度。4.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)圖，比較低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞形式。 二、實驗設(shè)備和儀器1.扭轉(zhuǎn)試驗機。2.扭角儀。3.游標卡尺。 三、實驗試樣按照國家標準GB1012888金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗方法，金屬扭轉(zhuǎn)試樣的形狀隨著

19、產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗目的的不同而分為圓形截面試樣和管形截面試樣兩種。其中最常用的是圓形截面試樣，如圖1-1a所示。通常，圓形截面試樣的直徑，標距或，平行部分的長度為。若采用其它直徑的試樣，其平行部分的長度應為標距加上兩倍直徑。試樣頭部的形狀和尺寸應適合扭轉(zhuǎn)試驗機的夾頭夾持。由于扭轉(zhuǎn)試驗時，試樣表面的切應力最大，試樣表面的缺陷將敏感地影響試驗結(jié)果，所以，對扭轉(zhuǎn)試樣的表面粗糙度的要求要比拉伸試樣的高。對扭轉(zhuǎn)試樣的加工技術(shù)要求參見國家標準GB1012888。 四、實驗原理與方法1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)為了驗證剪切胡克定律，在彈性范圍內(nèi)，采用等量逐級加載法。試驗裝置如圖1-5所示，將試樣安裝在扭角

20、儀上，每次增加同樣的扭矩，若扭轉(zhuǎn)角也基本相等，即驗證了剪切胡克定律。圖1-5 扭角儀根據(jù)扭矩增量的平均值，測得的扭轉(zhuǎn)角增量的平均值，由此可得到切變模量式中：為試樣的標距；為試樣在標距內(nèi)橫截面的極慣性矩；為試樣的直徑。若載荷增量的平均值為，則扭矩增量的平均值為，若測量點的位移增量平均值為，則扭轉(zhuǎn)角增量的平均值為，將這些關(guān)系式代入上式，即得式中：為載荷力臂；為測量力臂。2.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點處于純剪切應力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，測矩盤上的指針會出現(xiàn)停頓，這時指針所指示的外力偶矩的數(shù)值即為屈服力偶矩，低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應力為式中：為試樣在標距內(nèi)的抗扭截

21、面系數(shù)。在測出屈服扭矩后，改用電動加載，直到試樣被扭斷為止。測矩盤上的從動指針所指示的外力偶矩數(shù)值即為最大力偶矩，低碳鋼的抗扭強度為對上述兩公式的來源說明如下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過程中，利用扭轉(zhuǎn)試驗機上的自動繪圖裝置繪出的圖如圖1-6所示。當達到圖中點時，與成正比的關(guān)系開始破壞，這時，試樣表面處的切應力達到了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應力，如能測得此時相應的外力偶矩，如圖1-7a所示，則扭轉(zhuǎn)屈服應力為經(jīng)過點后，橫截面上出現(xiàn)了一個環(huán)狀的塑性區(qū)，如圖1-7b所示。若材料的塑性很好，且當塑性區(qū)擴展到接近中心時，橫截面周邊上各點的切應力仍未超過扭轉(zhuǎn)屈服應力，此時的切應力分布可簡化成圖1-7c所示的情況，對應的扭

22、矩為圖1-6 低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖 （a） （b） （c）圖1-7 低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應力分布（a）；（b）；（c）由于，因此，由上式可以得到無論從測矩盤上指針前進的情況，還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看，點的位置不易精確判定，而點的位置則較為明顯。因此，一般均根據(jù)由點測定的來求扭轉(zhuǎn)切應力。當然這種計算方法也有缺陷，只有當實際的應力分布與圖1-7c完全相符合時才是正確的，對塑性較小的材料差異是比較大的。從圖1-6可以看出，當外力偶矩超過后，扭轉(zhuǎn)角增加很快，而外力偶矩增加很小，近似于一條直線。因此，可認為橫截面上的切應力分布如圖1-7c所示，只是切應力值比大。根據(jù)測定的試樣在斷裂時的

23、外力偶矩，可求得抗扭強度為3.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩（方法同2），抗扭強度為由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣可以看出：低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直，表明破壞是由切應力引起的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成角，表明破壞是由拉應力引起的。 五、實驗步驟1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)（1）調(diào)整好扭角儀上的百分表，使指針對準“0”。（2）采用等量逐級加載法，每加一塊砝碼，記錄一次百分表的讀數(shù)。（3）卸載，整理儀器。2.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標（1）測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗機上，選擇合適的測矩盤和相應的擺錘，調(diào)整好

24、測矩盤的指針，使之對準“0”，并將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）用手搖柄均勻緩慢加載，注意觀察測矩盤上的指針，若指針停止轉(zhuǎn)動，則表明整個材料發(fā)生屈服，記錄下此時的外力偶矩。（4）改用電動快速加載，直至試樣被扭斷為止，關(guān)閉扭轉(zhuǎn)試驗機，由從動指針讀取最大外力偶矩。3.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標（1）測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗機上，選擇合適的測矩盤和相應的擺錘，調(diào)整好測矩盤的指針，使之對準“0”，并將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）用手搖柄均勻緩慢加載，直至試樣被扭斷為止，關(guān)閉扭轉(zhuǎn)試驗機，由從動指針讀取最大外力偶矩。 六、實

25、驗數(shù)據(jù)記錄與計算1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)表1-6 測定低碳鋼的切變模量試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算試樣尺寸： 標 距 直 徑 扭角儀參數(shù)： 載荷力臂 測量臂長 位移/載荷/第 一 次第 二 次讀數(shù)增量百分表讀數(shù)增量百分表讀數(shù)增量增量均值 增量均值 增量均值 切變模量 2.測定低碳鋼和灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標表1-7 測定低碳鋼和灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強度性能指標試驗的數(shù)據(jù)記錄與計算材料低 碳 鋼灰 鑄 鐵試樣尺寸直 徑 直 徑 實驗后的試樣草圖實驗數(shù)據(jù)屈 服 扭 矩 最 大 扭 矩 扭轉(zhuǎn)屈服應力 抗 扭 強 度 最大扭矩 抗扭強度 試樣的扭轉(zhuǎn)圖 六、思考題1.比較低碳鋼與灰鑄鐵試樣的扭轉(zhuǎn)破壞斷口，并分析它們

26、的破壞原因。2.根據(jù)拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)三種試驗結(jié)果，比較低碳鋼與灰鑄鐵的力學性能及破壞形式，并分析原因。第二章 電測法應力分析實驗電測法是實驗應力分析中應用最廣泛和最有效的方法之一，廣泛應用于機械、土木、水利、材料、航空航天等工程技術(shù)領(lǐng)域，是驗證理論、檢驗工程質(zhì)量和科學研究的有力手段。第一節(jié) 矩形截面梁的純彎曲實驗 一、實驗目的1.熟悉電測法的基本原理和靜態(tài)電阻應變儀的使用方法。2.測量矩形截面梁在純彎曲時橫截面上正應力的分布規(guī)律。3.比較正應力的實驗測量值與理論計算值的差別。 二、實驗設(shè)備和儀器1.多用電測實驗臺。2.YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應變儀。3.SDX-I型載荷顯示儀。4.游標卡

27、尺。 三、實驗原理及方法實驗裝置如圖2-1所示，矩形截面梁采用低碳鋼制成。在梁承發(fā)生純彎曲變形梁段的側(cè)面上，沿與軸線平行的不同高度的線段、（線位于中性層上，線位于梁的上表面，線位于梁的下表面，和、和各距線等距，其距離分別用和表示）上粘貼有五個應變片作為工作片，另外在梁的右支點以外粘貼有一個應變片作為溫度補償片。將五個工作片和溫度補償片的引線以半橋形式分別接入電阻應變儀后面板上的五個通道中，組成五個電橋（其中工作片的引線接在每個電橋的和端，溫度補償片接在電橋的和端）。當梁在載荷作用下發(fā)生彎曲變形時，工作片的電阻值將隨著梁的變形而發(fā)生變化，通過電阻應變儀可以分別測量出各對應位置的應變值。根據(jù)胡克定

28、律，可計算出相應的應力值式中，為梁材料的彈性模量。梁在純彎曲變形時，橫截面上的正應力理論計算公式為式中：為橫截面上的彎矩；為梁的橫截面對中性軸的慣性矩；為中性軸到欲求應力點的距離。圖2-1 矩形截面梁的純彎曲 四、實驗步驟1.測量矩形截面梁的各個尺寸，預熱電阻應變儀和載荷顯示儀。2.將各種儀器連接好，各應變片按半橋接法接到電阻應變儀的所選通道上。3.逐一調(diào)節(jié)各通道的電橋平衡。4.搖動多用電測實驗臺的加載機構(gòu)，采用等量逐級加載（可?。吭黾右患壿d荷，分別讀出各電阻應變片的應變值。5.記錄實驗數(shù)據(jù)。6.整理儀器，結(jié)束實驗。 五、實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算 實驗數(shù)據(jù)的記錄與計算見表2-1。 六、注意事項

29、1.加載時要緩慢，防止沖擊。2.讀取應變值時，應保持載荷穩(wěn)定。3.各引線的接線柱必須擰緊，測量過程中不要觸動引線，以免引起測量誤差。表2-1 矩形截面梁純彎曲實驗的數(shù)據(jù)記錄與計算材料常數(shù)： 梁的尺寸： ，應變/載荷/點點點點點讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量/誤差=/%第二節(jié) 薄壁圓筒的彎扭組合實驗 一、實驗目的1.了解實驗應力分析的基本理論和方法。2.測量在彎扭組合變形下薄壁圓筒表面指定點的主應力大小和方向。3.測量在彎扭組合變形下薄壁圓筒表面指定點與彎矩、扭矩和剪力分別對應的應力。 二、實驗設(shè)備和儀器1.彎扭組合變形實驗裝置。2.YJ28A-P10R型靜態(tài)電阻應變儀。3.游

30、標卡尺。 三、實驗原理及方法實驗裝置如圖2-2所示，圓筒的外徑，內(nèi)徑，材料為鋁合金。通過轉(zhuǎn)動加載手輪進行加載，采用等量逐級加載，載荷大小由數(shù)字顯示儀顯示，根據(jù)載荷大小可計算出指定橫截面上的彎矩、剪力和扭矩。圖2-2 薄壁圓筒彎扭組合變形實驗裝置圖2-3 b點的應力狀態(tài)1.測量主應力選擇橫截面上的、兩點進行測量，點的應力狀態(tài)如圖2-3所示，根據(jù)理論分析可知，正應力為式中：；為薄壁圓筒的外徑；為薄壁圓筒內(nèi)徑。扭轉(zhuǎn)切應力為式中：。在電阻應變儀中選擇六個通道，按半橋接法將、兩點的兩個應變花的每個應變片、分別接入電阻應變儀上所選的六個通道的、端；將一個共用的溫度補償片接入電阻應變儀的任一、端，形成如圖2-4所示的六個測量電橋電路。 圖2-4 主應力測量接線圖 圖2-5 與彎矩對應的正應變測量采用等量逐級加載，在每一載荷作用下，分別測得、兩點的、和。將測量結(jié)果記錄在實驗報告中，可用下列公式計算出、兩點的主應力大小和方向：2.測量與彎矩對應的正應變選擇橫截面上的、兩點進行測量。將、兩點應變花的兩個方向應變片和按圖2-5所示的半橋接法接入電阻應變儀的任一通道，可測得、兩點與彎矩所對應的正應變式中：為電