沖擊、疲勞、光測(cè)等力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、姓名： 學(xué)院：專業(yè)： 學(xué)號(hào)：沖擊試驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）測(cè)定低碳鋼的沖擊性能指標(biāo)：沖擊韌度。（2）測(cè)定灰鑄鐵的沖擊性能指標(biāo)：沖擊韌性。（3）比較低碳鋼與灰鑄鐵的沖擊性能指標(biāo)和破壞情況。2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器（1）沖擊試驗(yàn)機(jī)（2）游標(biāo)卡尺3實(shí)驗(yàn)式樣4.實(shí)驗(yàn)原理與方法使擺錘從一定的高度自由落下，撞斷試樣，讀取試樣在被撞斷過(guò)程中所吸收的能量Uk，沖擊韌度為k=式中：A為試樣在斷口處的橫截面積。分別測(cè)試低碳鋼、灰鑄鐵材料的沖擊韌度值。5.實(shí)驗(yàn)步驟（1）測(cè)量試樣的尺寸。（2）了解沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程和注意事項(xiàng)。（3）將試樣安裝好。注意在安裝試樣時(shí)，不得將擺錘抬起。（4）抬起擺錘，使操縱手柄置于“預(yù)備”位置，銷住

2、擺錘，注意在擺動(dòng)范圍內(nèi)不得有人和任何障礙物。（5）將手柄迅速推至“沖擊”位置，使擺錘擺動(dòng)一次后將手柄推至“制動(dòng)”位置。（6）記錄沖斷試樣所需要的能量，取出被沖斷的試樣。6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算材料試樣缺口處的橫截面面積A/mm2試樣所吸收的能量Uk/MJ沖擊韌度k/(MJ·m-2)低碳鋼8060750灰鑄鐵80101257.思考題 1.為什么沖擊試樣要有切槽？答：模擬工程中實(shí)際構(gòu)件有截面大小變化、溝槽、螺紋、螺孔等承受沖擊的不利情況，即切槽處可能有應(yīng)力集中，處于不利的三向拉應(yīng)力狀態(tài)，呈脆性斷裂破壞。 2.比較低碳鋼與灰鑄鐵的沖擊破壞特點(diǎn)。答：低碳鋼有明顯的塑形破壞，而鑄鐵是脆性破壞，斷

3、裂截面有明顯區(qū)別。疲勞實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解測(cè)定材料疲勞極限，SN曲線的方法。（2） 通過(guò)觀察疲勞試樣斷口，分析疲勞原因。（3） 了解所使用疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)工作原理和操作過(guò)程。2實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1） 疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)。（2） 游標(biāo)卡尺。3實(shí)驗(yàn)原理及方法金屬材料的疲勞實(shí)驗(yàn)可采用升降法（GB307582）和單點(diǎn)法(HB5152-1980)，其原理及方法詳見2.3.5節(jié)。本實(shí)驗(yàn)使用單點(diǎn)法。因?yàn)?則上式可寫為 P= K式中：K為加載乘數(shù)，它可根據(jù)實(shí)驗(yàn)機(jī)的尺寸a和試樣的直徑DMAX算出。在式樣的應(yīng)力確定后，便可計(jì)算出應(yīng)施加的載荷P。載荷中包括套筒，砝碼和加力架的重量G，所以應(yīng)加砝碼的重量實(shí)為P=P-G=K-G4.實(shí)驗(yàn)

4、步驟（1）測(cè)量試樣最小直徑dmin（2）計(jì)算或查處K值（3）根據(jù)確定的應(yīng)力水平，由式P=P-G=K-H計(jì)算應(yīng)加砝碼的重量P（4）將試樣安裝于套筒上，擰緊兩根連接螺桿，使與式樣成為一個(gè)整體（5）連接撓性聯(lián)軸節(jié)（6）加上砝碼（7）開機(jī)前托起砝碼，在運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，迅速無(wú)沖擊地加上砝碼，并將計(jì)算器調(diào)零（8）試樣斷裂，記下壽命N,取下式樣。（9）按照“單點(diǎn)法”測(cè)試原理，繼續(xù)王成剩下57根試樣的實(shí)驗(yàn)，繪制疲勞壽命曲線確定疲勞極限5.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)（1）未裝試樣前機(jī)制啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，以免撓性聯(lián)軸節(jié)甩出（2）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中如發(fā)生連接螺桿松動(dòng)，贏立即停機(jī)重新安裝6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理（1）下列情況試樣數(shù)據(jù)無(wú)效：載荷過(guò)高致試

5、樣彎曲變形過(guò)大，造成中途停機(jī)；斷口有明顯夾渣致使壽命降低（2）將所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表，然后以lgN為橫坐標(biāo)，max為縱坐標(biāo)，繪制光滑的S-N曲線，并確定-1的大致數(shù)值?？偨Y(jié)：通過(guò)老師的講解，我了解了什么是金屬疲勞以及金屬疲勞試驗(yàn)所采用的方法有升降法與單點(diǎn)法，分析得到金屬疲勞的原因。光測(cè)法實(shí)驗(yàn)一光彈性實(shí)驗(yàn)l.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解光彈性法的基本原理與測(cè)試方法。(2)觀察光彈性實(shí)驗(yàn)的等差線圖與等傾線圖。2實(shí)驗(yàn)設(shè)備和模型 (1)光彈性儀,如圖6.20所示。(2)光彈性模型:圓盤，梁和中間開有孔的拉伸板試樣等。3實(shí)驗(yàn)原理和方法(1) 等差線條敏級(jí)數(shù)的確定在單色光做光源時(shí),等差線條紋是黑色的。 如果采用白光為光

6、源,等差線只有零級(jí)條紋是永久性黑色條紋,其他非零級(jí)條紋都是彩色的。白光是紅、種、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種色光混合組成,每種色光對(duì)應(yīng)一定的波長(zhǎng) 。 光彈性實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)模型上某點(diǎn)的光程差恰好等于某一色光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),在檢偏鏡后看到的就是它的互補(bǔ)色光。 因此,凡光程差數(shù)值相同的點(diǎn),就形成了同一種顏色條紋,故等差線又稱為等色線。在模型上,光程差為零的點(diǎn),任何波長(zhǎng)的色光均被消光,呈現(xiàn)為黑點(diǎn)。 所以,零級(jí)等差線呈黑色 。 當(dāng)光程差隨著主應(yīng)力差連續(xù)增加時(shí),首先被消光的是波長(zhǎng)最短的紫光,然后依藍(lán)、青、綠的次序消光,與這些色光對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)色就按黃、紅、藍(lán)、綠依次呈現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)光程差大于紅光波長(zhǎng)以后,會(huì)有幾種顏色的光波

7、同時(shí)被消去。即當(dāng)光程差等于幾種色光波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),則這幾種色光同時(shí)消失,這時(shí)互補(bǔ)色就變得淺淡。 主應(yīng)力差愈大,互補(bǔ)色愈淺淡。亦即條紋級(jí)數(shù)愈高,等色線的顏色就愈淡。實(shí)驗(yàn)時(shí)一般先用白光做光源,這時(shí)零級(jí)條紋是黑色的,其它級(jí)數(shù)的等差線是彩色的 。當(dāng)顏色的變化為黃、紅、藍(lán)、綠,則為級(jí)數(shù)增加的方向,反之為級(jí)數(shù)減少的方向 。 按照等色線的深淺順序就可容易地確定各等差線的級(jí)數(shù): 根據(jù)應(yīng)力分布的連續(xù)性，條紋級(jí)數(shù)也是連續(xù)變化的。定出各等差線條紋級(jí)序后,再 改 用單色光作光源，進(jìn)行拍攝或描繪。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，非整數(shù)級(jí)條紋級(jí)次,可利用光彈儀或其它方法測(cè)取。 圖5· 8為對(duì)徑:又.壓圓盤在暗場(chǎng)下的等差線條紋圖。

8、(2)等傾線圖和主應(yīng)力跡線圖繪制等傾線圖時(shí)，采用白光光源的正交平面偏振光場(chǎng)，此時(shí)，等差線除零級(jí)條紋外總是彩色條紋，而等傾線總是黑色條紋。先緩慢地同步轉(zhuǎn)動(dòng)起偏鏡和檢偏鏡，同時(shí)觀察等傾線的變化規(guī)律。反復(fù)觀察幾次后,才開始描繪等傾線。一般以檢偏鏡的偏振軸位于水平位置，起偏鏡的偏振軸位于鉛垂位置作為零度起始位置。這時(shí)，模型上出現(xiàn)的是 0。等傾線。然后,由檢偏鏡視向起偏鏡,按逆時(shí)針?lè)较蛲叫D(zhuǎn)起偏鏡及檢偏鏡。每隔一定的角度度(5°或10°等)描繪出對(duì)應(yīng)的等傾線,如圖5.9所示。 根據(jù)等傾線,可以繪制在工程中有實(shí)用價(jià)值的主應(yīng)力跡線 。例如混凝土中的鋼筋布置,板、売結(jié)構(gòu)中的加強(qiáng)筋布置,都

9、是以主應(yīng)力跡線為依據(jù)的 。 4實(shí)驗(yàn)步驟(1) 了解其各部件的名稱與作用，掌握平面偏振光場(chǎng)，園偏振光場(chǎng)的調(diào)整方法。(2) 調(diào)整光彈性儀各鏡軸的位置,使其成平面偏振光暗場(chǎng),用白光光源,將圓盤光弾模型置于加載架上,預(yù)加5N初載荷。圓盤模型中呈現(xiàn)水平和垂直的十字形等傾線,即零度等傾線,然后逐步加載,觀察等差線與等傾線的變化。同步轉(zhuǎn)動(dòng)起偏振鏡與檢偏振鏡, 依次轉(zhuǎn)5°、10°則相應(yīng)的黑線稱為5°、10°等傾線。 (3) 調(diào)整光彈性儀為圓偏振光暗場(chǎng),先用白光光源,模型加載,確定零級(jí)條紋,判斷條紋增減方向,再用單色光源,觀察等差線圖案。(4) 載荷不變,將檢偏鏡轉(zhuǎn)90°,形成平行圓偏振光場(chǎng),觀察半數(shù)級(jí)等差線條紋圖。5注意事項(xiàng) (1) 保護(hù)光學(xué)器件 不要用手觸摸鏡片。(2) 安裝試樣時(shí),要使模型平面與光線方向垂直。(3) 加載要小心,防止