材料力學實驗參考

1、實驗一、測定金屬材料拉伸時的力學性能一、實驗目的1、測定低碳鋼的屈服極限，強度極限，延伸率和面積收縮率。2、測定鑄鐵的強度極限。3、觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象，并繪制拉伸圖（曲線）。二、儀器設備1、液壓式萬能試驗機。2、游標卡尺。三、實驗原理簡要材料的力學性質(zhì)、和是由拉伸破壞試驗來確定的。試驗時，利用試驗機自動繪出低碳鋼拉伸圖和鑄鐵拉伸圖。對于低碳材料，確定屈服載荷時，必須緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形，同時還需要注意觀察。測力回轉(zhuǎn)后所指示的最小載荷即為屈服載荷，繼續(xù)加載，測得最大載荷。試件在達到最大載荷前，伸長變形在標距范圍內(nèi)均勻分布。從最大載荷開始，產(chǎn)生局部伸長和頸縮。頸縮出現(xiàn)后，截面面積迅速減

2、小，繼續(xù)拉伸所需的載荷也變小了，直至斷裂。鑄鐵試件在極小變形時，就達到最大載荷，而突然發(fā)生斷裂。沒有流動和頸縮現(xiàn)象，其強度極限遠低于碳鋼的強度極限。四、實驗過程和步驟1、用游標卡尺在試件的標距范圍內(nèi)測量三個截面的直徑，取其平均值，填入記錄表內(nèi)。取三處中最小值作為計算試件橫截面積的直徑。2、 按要求裝夾試樣（先選其中一根），并保持上下對中。3、 按要求選擇“試驗方案”“新建實驗”“金屬圓棒拉伸實驗”進行試驗，詳細操作要求見萬能試驗機使用說明。4、 試樣拉斷后拆下試樣，根據(jù)試驗機使用說明把試樣的曲線顯示在微機顯示屏上。從低碳鋼的曲線上讀取、值，從鑄鐵的曲線上讀取值。5、 測量低碳鋼（鑄鐵）拉斷后的

3、斷口最小直徑及橫截面面積。6、 根據(jù)低碳鋼（鑄鐵）斷口的位置選擇直接測量或移位方法測量標距段長度。7、 比較低碳鋼和鑄鐵的斷口特征。8、 試驗機復原。五、數(shù)據(jù)記錄與處理低碳鋼試件試 樣 尺 寸實 驗 數(shù) 據(jù)實驗前： 標 距 100 mm 直 徑 10.14 mm 橫截面面積 80.71 實驗后： 標 距 l1=133.24 mm 最 小 直 徑 d1= 5.70 mm橫截面面積 A1=25.50 mm屈服載荷 22.1 kN最大載荷 33.2 kN屈服應力 MPa抗拉強度 MPa伸 長 率 斷面收縮率 試 樣 草 圖拉 伸 圖實驗前：實驗后： O 灰鑄鐵試件試 樣 尺 寸實 驗 數(shù) 據(jù)實驗前：

4、 標 距 100 mm直 徑 10.16 mm 橫截面面積 A =81.03 mm2實驗后： 標 距 l1100 mm 最 小 直 徑 d1=10.15 mm橫截面面積 A=80.91 mm2最大載荷 14.4 kN抗拉強度 MPa實 驗 前 草 圖實 驗 后 草 圖六、實驗結論分析與討論分析比較兩種材料在拉伸時的力學性能及斷口特征。實驗二、測定金屬材料壓縮時的力學性能一、實驗目的1、測定低碳鋼的屈服應力。2、測定鑄鐵的抗壓強度。3、觀察壓縮過程中的各種現(xiàn)象，并繪制壓縮圖（曲線）。二、實驗設備1、液壓式萬能試驗機。2、游標卡尺。三、實驗原理簡要當試樣承受壓縮時，其上下端面與試驗機墊板之間產(chǎn)生很

5、大的摩擦力，這些摩擦力阻礙試樣上部和下部的橫向變形，使其抗壓能力有所提高，故試驗時試樣兩端面應涂以潤滑劑以減小摩擦力的影響。施加載荷時，要求其合力作用線與試樣軸線一致，為此試樣兩端面必須平行且與軸線垂直，同時在試驗機下墊板底部有球形承墊，當試樣兩端面稍有不平行時，會自動調(diào)整下墊板平面的方位，使接觸面載荷均勻分布。低碳鋼壓縮試驗中，屈服現(xiàn)象不及拉伸時那樣明顯，從曲線讀下屈服載荷，由此可求得屈服極限，此后由于材料良好的塑性，使其壓成餅狀而不致破壞，故低碳鋼不存在壓縮強度極限。鑄鐵壓縮試驗則在出現(xiàn)較大（相對于拉伸而言）的塑性變形后發(fā)生破壞，其裂紋方向與軸線約成450角，此時的載荷即為最大載荷，由此可

6、算得壓縮強度極限。四、實驗過程和步驟1、測量試樣的原始尺寸。2、安裝試樣并保持上下對中。3、根據(jù)試樣的負荷和變形水平，按照試驗機操作軟件設定試驗的詳細步驟，加載試驗。4、觀察試樣變形和破壞特征。五、數(shù)據(jù)記錄與處理材料低 碳 鋼灰 鑄 鐵試樣尺寸15mm，20 mm，176.63mm215mm，20 mm，176.63mm2試樣草圖實 驗 前實 驗 后實 驗 前實 驗 后實驗數(shù)據(jù)屈服載荷 49 kN屈服應力 MPa最大載荷 153 kN抗壓強度 MPa壓縮圖 O O 六、實驗結論分析與討論分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因。實驗三、拉壓彈性模量E測定一、實驗目的1、測定材料的彈性模量E。2、在比例極限內(nèi)

7、，驗證胡克定律。二、實驗設備1、萬能試驗機。2、數(shù)字式電阻應變儀。3、游標卡尺，標準試樣等。三、實驗原理簡要一般采用在比例極限內(nèi)的拉伸試驗來測定材料的彈性模量E。測量標距內(nèi)微小變形的方法較多，可以用各種引伸儀來測定，也可以用電測方法來測得。試件一般采用圓形截面的標準試樣。為了驗證載荷F與變形之間的正比關系，在比例極限內(nèi)采用增量法，逐級加載，每次增加同樣大小的載荷，測出相應的伸長變形，若每次伸長變形增量也大致相等，說明載荷F與變形成正比，即驗證了胡克定律。設試樣的橫截面為A，標距為，則彈性范圍內(nèi)的胡克定律為，由此可知，試樣材料的彈性模量為： 。為了夾牢試件和消除試驗機機構之間的間隙，必須施加一定

8、數(shù)量的初載荷。當確認儀表工作正常之后，正式自初載開始，逐級加載，測量其伸長。四、實驗過程和步驟1、試件準備在標距長度范圍內(nèi)，測量試件兩端及中間三處的截面尺寸，取三處尺寸的平均值作為試件的計算直徑。2、擬定加載方案。3、試驗機準備。按試驗機操作軟件設定試驗的詳細步驟加載試驗。4、安裝試件并施加初載荷。5、檢查及試件試驗機開動前，必須請指導教師檢查以上步驟完成情況。然后開啟試驗機，預加載荷至兩倍初載荷，以檢查試驗機是否正常工作。7、進行試驗自初載荷起，緩慢地逐級加載至最終載荷，并將讀數(shù)記入記錄表中。加載至最大值后、再卸載至初載荷。以上試驗過程，應重復進行23次。直至幾次測量結果基本一致為止。五、數(shù)

9、據(jù)記錄與處理試樣尺寸：計算長度 =100 mm，直徑d = 10 mm， 橫截面面積 78.5載荷(kN)應變讀數(shù)（）讀數(shù)增量第一次第二次讀數(shù)增量讀數(shù)增量00000022115.2115.2114.6114.642231.3116.1229.9115.362348.5117.2346.7116.882465.3116.8461.3114.6增量均值 N增量均值115.83 彈性模量 218 GPa六、實驗結論分析與討論逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同?為什么必須用逐級加載的方法測彈性模量?實驗四、金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實驗一、實驗目的1、測定低碳鋼的剪切屈服點，

10、及剪切強度極限。2、測定鑄鐵的剪切強度極限。3、觀察低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）的扭轉(zhuǎn)破壞特點，并比較其斷口形狀。二、實驗設備1、扭轉(zhuǎn)試驗機。2、游標卡尺，標準試樣等。三、實驗原理簡要塑性材料試樣安裝在扭轉(zhuǎn)試驗機上，對試樣施加扭力矩，在計算機的顯示屏上即可得到扭轉(zhuǎn)曲線。試樣變形先是彈性性的，在彈性階段，扭矩與扭轉(zhuǎn)角成線性關系。彈性變形到一定程度試樣會出現(xiàn)屈服。扭轉(zhuǎn)曲線扭矩首次下降前的最大扭矩為上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩為下屈服扭矩Tsl，通常把下屈服扭矩對應的應力值作為材料的屈服極限s，即：s=sl= Tsl/W。當試樣扭斷時，得到最大扭矩Tb，則其抗扭強度為b= Tb/W式中

11、W為抗扭截面模量，對實心圓截面有W=d03/16。鑄鐵為脆性材料，無屈服現(xiàn)象，故當其扭轉(zhuǎn)試樣破斷時，測得最大扭矩Tb，則其抗扭強度為：b= Tb/W。四、實驗過程和步驟1、測量試樣原始尺寸。分別在標距兩端及中部三個位置上測量的直徑，用最小直徑計算抗扭截面模量。2、安裝試樣并保持試樣軸線與扭轉(zhuǎn)試驗機轉(zhuǎn)動中心一致。3、低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞試驗。觀察線彈性階段、屈服階段的力學現(xiàn)象，記錄上、下屈服點扭矩值，試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。4、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞試驗。試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。五、數(shù)據(jù)記錄與處理材料低 碳 鋼灰 鑄 鐵試樣尺寸10 mm，l=100mm10 mm，l=100

12、mm抗扭截面模 量 實驗數(shù)據(jù)屈服扭矩 35.5 最大扭矩 80.5 屈服切應力 MPa抗切強度 MPa最大扭矩 46.5 抗切強度 MPa六、實驗結論分析與討論碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不同，分析其原因。實驗五、純彎曲梁正應力試驗一、實驗目的1、學習靜態(tài)多點應變測量的方法。2、測定梁純彎曲時的正應力分布規(guī)律，并與理論計算結果進行比較，以驗證彎曲正應力公式。二、實驗設備1、純彎曲梁及其加載裝置。2、靜態(tài)電阻應變儀與預調(diào)平衡箱。3、游標卡盡、鋼尺。三、實驗原理簡要已知梁受純彎曲的正應力公式為：。式中M為作用在截面上的彎矩，為梁橫截面對中性軸Z的慣矩，Y為由中性軸到欲測點的距離。本試驗采用碳鋼

13、制成的矩形截面梁，在梁承受純彎曲的某一橫截面上，沿軸向貼上五個電阻應變片（如圖1），分別貼在梁的頂部和底部，貼的位置，在中性層上，當梁受彎曲時，即可測出各點處的軸向應變（i1、2、3、4、5），由于梁的各層纖維之間無擠壓，根據(jù)單向應力狀態(tài)的胡克定律，求出各點的實驗應力為： （ i 1、2、3、4、5），式中E是所測梁材料的彈性模量。32145hy1abaFFy1圖1加載后，測得各點相應的應變，依次求出各點的應力為： 。把與理論公式算出的應力（）加以比較，從而驗證理論公式的正確性。四、實驗過程和步驟1、測量試樣的原始尺寸。2、擬定加載方案。3、安裝試樣。4、將各工作片、補償片接入預調(diào)平衡箱、各點預調(diào)平衡。5、進行實驗。加載，逐點進行測量，記下讀數(shù)；測量完畢后，卸載。上述過程重復3次，以獲得具有重復性的可靠試驗結果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.原始數(shù)據(jù)記錄試件材料彈性模量E載荷P距中性層試件尺寸低碳鋼213GP