材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書-下學(xué)期

1、實驗四 彎曲正應(yīng)力一、實驗?zāi)康?、初步掌握電測方法和多點應(yīng)變測量技術(shù)。2、測定梁在純彎曲和橫力彎曲下的彎曲正應(yīng)力及其分布規(guī)律。二、實驗設(shè)備1、CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀2、BWQ-1型純彎曲梁實驗裝置3、測力儀三、實驗原理在載荷作用下的矩形截面梁如圖（41）所示。在梁的中部為純彎曲，彎矩為。在左、右兩端長為的部分內(nèi)為橫力彎曲，彎矩為。在梁的前后兩個側(cè)面上，沿梁的橫截面高度，每隔貼上平行于軸線的應(yīng)變片。圖中編號帶撇的應(yīng)變片表示貼在背面。溫度補償塊要放置在鋼梁的附近。對每一待測應(yīng)變片聯(lián)同溫度補償片按半橋接線，如圖41（b）所示。測出載荷作用下各待測點的應(yīng)變，由胡克定律知 （41）圖41另一方

2、面，由彎曲公式，又可算出各點應(yīng)力的理論值。于是可將實測值和理論值進(jìn)行比較。實驗采用增量法。估算最大載荷時，使它對應(yīng)的最大彎曲正應(yīng)力為屈服極限的（0.70.8），即（0.7 0.8）。選取初載荷0.1。至可分成四級或五級加載，每級增量即為。四、電測應(yīng)力分析原理電阻應(yīng)變儀是測量微小變形的儀器，CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀是電阻應(yīng)變儀的其中一種。對于梁的純彎曲實驗及主應(yīng)力測定實驗，采用靜態(tài)應(yīng)變測試儀來測量變形是最為合適的。1、電阻應(yīng)變片電阻應(yīng)變片是由金屬電阻絲往復(fù)繞成敏感柵用粘結(jié)劑固定在絕緣基底上，兩端加焊引出線，并加蓋復(fù)蓋層而成的，其構(gòu)造如圖42所示。其電阻值多采用，使用時將電阻應(yīng)變片用專用膠

3、水（例如502膠）牢固地粘貼在試件的欲測部位，若試圖42件在該處沿電阻絲方向發(fā)生線變形時，電阻絲也隨之變形，從而引起電阻絲電阻值發(fā)生變化。實驗結(jié)果表明，在一定應(yīng)變范圍內(nèi)，電阻絲的電阻改變率與應(yīng)變成正比，即： （42）圖圖43式中K稱為應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，它是電阻應(yīng)變片的重要技術(shù)參數(shù)。2、應(yīng)變電橋電阻應(yīng)變片因隨構(gòu)件變形而發(fā)生的電阻變化R，通常用四臂電橋（惠斯頓電橋）來測量。如圖43所示，圖中四個橋臂和的電阻分別為和。在對角節(jié)點上接電壓為的直流電源后，另一對角節(jié)點為電橋輸出端，輸出端電壓為，且 （43）由歐姆定律知故得 ，代入（33）得 （44）當(dāng)電橋平衡時，。由上式得電橋的平衡條件為： （1）全橋

4、測量電路若電橋的四個臂4均為粘貼在構(gòu)件上的電阻應(yīng)變片，所構(gòu)成的電橋稱為全橋測量電路。構(gòu)件受力后，電阻應(yīng)變片的電阻變化為（i1、2、3、4），從而引起電橋輸出端電壓的變化。如果電橋的四個臂皆為相同的四枚電阻應(yīng)變片，其初始電阻都相等，即，則輸出端電壓的變化為： （45）根據(jù)公式（42），上式可寫成： （46）（2）半橋測量電路若電橋的四個臂中只有R1和R2為粘貼在構(gòu)件上的電阻應(yīng)變片，其余兩臂則為電阻應(yīng)變儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻，這種情況稱為半橋測量電路。設(shè)電阻應(yīng)變片的初始電阻R1R2R。構(gòu)件受力后，電阻應(yīng)變片的電阻變化為和，此時，由于（即），則輸出端電壓的變化為： （47）（3）溫度補償片溫度的變化對測量

5、應(yīng)變有著一定的影響，消除溫度變化的影響可采用以下方法。實測時，把粘貼在受載荷構(gòu)件上的應(yīng)變片作為R1，若溫度發(fā)生變化，則應(yīng)變?yōu)椋渲惺且蜉d荷引起的應(yīng)變，是因溫度變化引起的應(yīng)變。以相同的應(yīng)變片粘貼在材料和溫度都與構(gòu)件相同的補償塊上，作為R2，其應(yīng)變。以R1和R2組成測量電橋的半橋，電橋的另外兩臂R3和R4為測試儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻，則：由上式可見，利用這種方法可以有效地消除了溫度變化的影響，其中作為R2的電阻應(yīng)變片就是用來平衡溫度變化的，稱為溫度補償片。1、 工作原理圖圖44 圖44為靜態(tài)應(yīng)變測試儀的原理方框圖，電壓變換器供給應(yīng)變電橋穩(wěn)定的直流電壓，構(gòu)件受力后，應(yīng)變電橋產(chǎn)生的微弱電壓信號UB

6、D，通過放大器放大和有源濾波器濾波，變?yōu)榉糯蟮哪M電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，最后將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。因應(yīng)與成正比，經(jīng)過標(biāo)定（儀器出廠前已完成），再將電壓量轉(zhuǎn)換成應(yīng)變。這樣，應(yīng)變儀顯示表頭顯示的數(shù)字即為的值，即測試儀讀數(shù)（）。五、設(shè)備工作原理及操作（一）、CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀工作原理：（1）選定測量方法（單臂測量、半橋測量、全橋測量）：、單臂測量的聯(lián)接：各使用單臂測量的，其接線方式是測點接工作片，并且所對應(yīng)的兩個鈕子開關(guān)全部撥向單臂，補償接線端子的與之間連接溫度補償應(yīng)變片。、半橋測量的聯(lián)接：各使用半橋測量，其接線方式是測點接工作片，并且所對應(yīng)的兩個鈕子開關(guān)全部撥向半橋。、全橋測量的聯(lián)

7、接： 各使用全橋接線方式是測點的點接橋路的電壓正極，點接橋路電壓的負(fù)極、點和點接橋路輸出的正極和負(fù)極，并且所對應(yīng)的兩個鈕子開關(guān)全部撥向全橋。注意：各點的接線方式必須與該點對應(yīng)的鈕子開關(guān)撥向的所示文字相對應(yīng)，否則儀器將不能正常測量。（2）前面板按鍵功能及使用（如圖46所示）：【總清】按此鍵一次，是對各測點自動進(jìn)行清零?！厩辶恪堪创随I一次，是對面板上當(dāng)前顯示的測點進(jìn)行清零?！緶y量】鍵是一個雙功能鍵，開機后數(shù)字表顯示被測點號及其該點初始應(yīng)變值，此時應(yīng)變儀處于測量狀態(tài)，按此鍵一次，數(shù)字表顯示被測點號及該點靈敏度系數(shù)K值，此時應(yīng)變儀處于該點靈敏度系數(shù)K值調(diào)整狀態(tài)，（應(yīng)變值與K值顯示最顯著的差別是應(yīng)變值無

8、小數(shù)點，K值顯示是2.000左右的數(shù)值，我們使用的實驗裝置其靈敏度為2.080）?！狙矙z】鍵，是對各測點自動循環(huán)一次進(jìn)行測量，并將數(shù)據(jù)傳往計算機。【P/K增】和【P/K減】兩個功能鍵與【測量】鍵配合使用時，用來調(diào)節(jié)被測點和應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K值大小的設(shè)置，例如，若“測量點P”顯示為“01”，按一下“測量”鍵，顯示第1點K值為2.000，而實際使用的應(yīng)變片K值是2.080，這時按【P/K增】鍵不放，使K值數(shù)據(jù)直至接近顯示2.080，松開【P/K增】鍵一下，再按【P/K增】和【P/K減】鍵微調(diào)節(jié)K值到顯示2.080為止。按一下“測量”鍵后K值可永久保存，此時應(yīng)變儀回到測量狀態(tài)。 AOBOCOD000

9、0O 1點2點3點10點9點公共補償4點點5點7點6點 8點BACDBACDBAC 半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂BACDBACDBACDBACDBACDBACDBACD半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂D半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂半橋全橋單臂全橋半橋單臂 圖45 接線面板（3）測量：測量連線接好后打開電源，儀器進(jìn)行自檢，8位數(shù)碼管發(fā)亮，數(shù)字面板表左部12位顯示被測點P，第3位顯示正負(fù)號，第48位顯示應(yīng)變值或K值（應(yīng)變片靈敏度系數(shù)）。預(yù)熱半小時，檢查每個測量點初始不平衡

10、值，如是較小不平衡數(shù)值時，表示此點連接正確。出現(xiàn)大的不平衡數(shù)值時，應(yīng)查明應(yīng)變片或?qū)Ь€是否斷、短路或其他異常情況，根據(jù)具體情況排除故障。經(jīng)此檢查正確后按【總清】鍵進(jìn)行清零。檢查各被測點是否清零，若清零后給實驗裝置加載，加載完成后，此時應(yīng)變儀數(shù)字表顯示出被測點及被測點相應(yīng)的應(yīng)變值，按【P/K】和【P/K】鍵，讀取數(shù)字表上各被測點應(yīng)變值。圖46 前面板（二）、BWQ-1型純彎曲梁實驗裝置1、結(jié)構(gòu)組成：如圖47所示，1純彎曲梁（應(yīng)變片已貼好）、2支撐框架、3加載器（蝸輪手動）、4力傳感器、5承力下梁、6支座、7加載桿、8測力儀。純彎曲梁為低碳鋼，彈性模量E約210GPa/m2,泊松比為0.28。2、特

11、點：裝置移動方便、數(shù)字顯示、結(jié)構(gòu)簡潔、加載方便、測量準(zhǔn)確。3、使用說明：1）、將該裝置上的傳感器的四芯插頭連接到測力儀或綜合測試儀上。2）、使用步驟（a）打開數(shù)字測力儀開關(guān)，預(yù)熱10分鐘，并檢查該裝置是否處于正常實驗狀態(tài)；（b）將應(yīng)變片按實驗要求接至靜態(tài)應(yīng)變儀，并將應(yīng)變儀上各被測點清零；（c）測力儀用螺絲刀進(jìn)行調(diào)零。（d）轉(zhuǎn)動手輪加載加至4000N，讀取該載荷下各應(yīng)變片的應(yīng)變讀數(shù)；（e）卸載，將應(yīng)變儀、測力儀重新調(diào)零，再加載，重復(fù)測量三次；（f）實驗完畢，卸去載荷，將測力儀開關(guān)置關(guān)；（g）根據(jù)實驗要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（h）注意：（1）每次實驗時，必須先打開測力儀，方可旋轉(zhuǎn)手輪，以免損壞實驗裝置（

12、如傳感器、純彎曲梁等）；（2）每次實驗完，必須卸載，即測力儀顯示為零，再將測力儀開關(guān)置關(guān)；（3）該裝置最大載荷4500N，超載會損壞實驗裝置。 銷子2銷子2銷子1銷子1銷子3銷子3 圖47圖48彎曲梁貼片方式如圖48所示，18號片為第一組，1、2、3、4、5、6、7、8號片距離如圖所示，8號片垂直于1號片。其導(dǎo)線連接方法是：1號片接棕色線，2號片接橙色線，3號片接黃色線，4號片接綠色線，5號片接藍(lán)色線，6號片接紫色線，7號片接紅色線，8號片接白色線。黑色線接應(yīng)變儀A點。我們的實驗方案只需1、3、4、6、7、8號片。六、實驗步驟及注意事項步驟1、如僅測定一個橫截面（純彎曲或橫力彎曲）上的應(yīng)力，因

13、測點不多，可以逐點測量，測點可按圖41（b）連接。如測定多點，可用有多個測量點的數(shù)字應(yīng)變儀分批進(jìn)行，如我們實驗所用的CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀即為此種應(yīng)變儀。步驟2、靈敏度系數(shù)的調(diào)整：在任一個或多個電橋上接好被測點應(yīng)變片，根據(jù)應(yīng)變片靈敏度系數(shù)，調(diào)整應(yīng)變儀的靈敏度系數(shù)。在前面板（如圖46所示）1）按【測量】按鈕一次，使應(yīng)變儀處于顯示靈敏度系數(shù)狀態(tài)，按【pk+】（增加）或【pk】（減?。﹥砂粹o可調(diào)整應(yīng)變儀靈敏度系數(shù)，使；2）按【測量】鈕二次，使應(yīng)變儀返回測量狀態(tài)；再按【pk+】或【pk】兩按鈕，可調(diào)整【測量點】位置，使其所顯示的電橋位置與被測點所在電橋位置相同，（即被測點所在電橋位置在電橋1

14、上，【測量點】也應(yīng)顯示為“1”，被測點所在電橋位置在電橋6上，【測量點】也應(yīng)顯示為“6”）；步驟3、將BWQ-1型純彎曲梁實驗裝置上（如圖47所示）的16號應(yīng)變片（即被測點應(yīng)變片）分別接入CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀接線面板如圖45所示的各電橋的兩端，在處接入溫度補償片（其補償片阻值與被測點應(yīng)變片的阻值是相等的，由黑線連接）；步驟4、加載之前，在前面板按【清零】或【總清】按鈕，將各被測點所在電橋調(diào)平衡（即使待測【測量點】所對應(yīng)的【應(yīng)變顯示】為“0”）； 按【pk+】或【pk】兩按鈕，檢查各被測點電橋是否平衡，如某點不平衡，則再按【清零】按鈕，反復(fù)清零，直至使該點應(yīng)變顯示為“0”；步驟5、將

15、BWQ-1型純彎曲梁實驗裝置上（如圖47所示）的測力儀調(diào)零（用小起子）或?qū)?測力儀清零；步驟6、完成上述步驟后方可開始加載，由至按增量逐級加載，測出每一級所對應(yīng)各點的（即分別測得16點的應(yīng)變值），并計算應(yīng)變差值，注意載荷增量是否與應(yīng)變差值按比例增長（即成線性關(guān)系）。加載至然后卸載，重復(fù)步驟4、5，測量二至三次。重復(fù)加載中出現(xiàn)偏差的大小，表明測量的可靠程度。七、實驗數(shù)據(jù)處理（見材料力學(xué)實驗報告）取各點應(yīng)變差值的平均值進(jìn)行計算對應(yīng)點的實際應(yīng)力，根據(jù)實驗裝置上矩形截面梁的有關(guān)尺寸、，計算各點的理論應(yīng)力，其中為軸貫矩，將各點實測應(yīng)力值和理論應(yīng)力值進(jìn)行比較，計算相對誤差。在梁的中性層內(nèi)，因，故只需計算絕

16、對誤差。注意：加載要均勻緩慢，測量時不允許挪動導(dǎo)線；小心操作，不要因超載壓壞鋼梁。實驗五 彎扭組合變形的主應(yīng)力的測定一、實驗?zāi)康?、測定圓管在彎扭組合變形下的一點處的正應(yīng)力。3、進(jìn)一步掌握電測法二、實驗設(shè)備1、CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀2、BWQ-1J彎扭組合實驗裝置（如圖51）。圖51圖52 加載砝碼每個2千克，共三個。薄璧圓筒材料為鋁合金，彈性模量為70GN/m2,泊松比為0.32。薄臂管截面尺寸見圖52a，圖52b為薄臂管受力簡圖和有關(guān)尺寸。 三、實驗原理1、確定主應(yīng)力大小和主應(yīng)力方向彎扭組合下，圓管的m點處于平面應(yīng)力狀態(tài)（圖51b）。若在xy平面內(nèi)，沿x、y方向的線應(yīng)變變?yōu)?、，?/p>

17、應(yīng)變?yōu)椋鶕?jù)應(yīng)變分析，沿與x軸成角的方向n（從x到n反時針的為正）線應(yīng)變?yōu)?（51）隨的變化而改變，在兩個互相垂直的主應(yīng)力方向上，到達(dá)極限，稱為主應(yīng)變。主應(yīng)變由下式計算 （52）兩個互相垂直的主應(yīng)力方向由下式確定 tan2 （53）對線彈性各向同性材料，主應(yīng)變、和主應(yīng)力、方向一致，并由下列廣義虎克定律相聯(lián)系， （54）實測時由a、b、c三枚應(yīng)變片組成直角應(yīng)變花，粘貼在圓筒固定端附近的上表面點m處，如圖（53）所示。選定X軸為00（即與圓筒軸線平行的應(yīng)變片），則a、b、c三枚應(yīng)變片的角分別為450、00、 450，代入公式（51），得出沿這三個方向的線應(yīng)變分別是圖53 解上述三式得 ， （a）由

18、于、和可以直接測定，所以、和 可由測量結(jié)果求出。將所測的、和代入公式（52）得 （55）把、代入公式（54），即可確定m點的主應(yīng)力。將式（a）代入公式（53），得 （56）由上式解出相差的兩個，確定兩個相互垂直的主應(yīng)力方向。利用應(yīng)變圓可知，若的代數(shù)值，則由X軸量起，絕對值較小的確定主應(yīng)變（對應(yīng)于）的方向。若，則由X軸量起，絕對值較小的確定主應(yīng)變（對應(yīng)于）的方向。四、注意事項及實驗步驟1、按實驗四實驗步驟及注意事項中步驟2調(diào)整CM-1A-10型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變議靈敏度系數(shù)。2、選定或的應(yīng)變花，將方向應(yīng)變花分別接入應(yīng)變議各電橋的之間，補償電阻接入應(yīng)變議之間，注意檢查各電橋下方按鈕是否打在半橋位置上。3

19、、按實驗四實驗步驟及注意事項中步驟4，將應(yīng)變議各電橋調(diào)平衡，4、完成上述工作后，即可用砝碼加載，每次加載 (每塊砝碼，即),加載至，分別測出對應(yīng)各的、；5、重復(fù)1、2、3、4項，測量三次，計算、的應(yīng)變差值，取平均值，根據(jù)格式（54）、（55）、（56）確定主應(yīng)變、主應(yīng)力和主應(yīng)力方向。6、圓管裝置的尺寸l、a、D、d和材料的彈性模量E和都作為已知量給出。注意：彎扭組合裝置中，圓管的壁厚很薄，為避免裝置受損，應(yīng)注意不能超載，不能用力扳動圓管的自由端和加力桿。五、數(shù)據(jù)處理（見材料力學(xué)實驗報告）1、確定主應(yīng)力、主應(yīng)變、及主應(yīng)力方向：要求根據(jù)所測、和計算主應(yīng)變、的大小和主應(yīng)力、的大小及主應(yīng)力方向。其、和

20、均測量三次，取各、和的平均值進(jìn)行計算。2、根據(jù)裝置相關(guān)尺寸計算理論彎矩3、根據(jù)裝置相關(guān)尺寸計算理論扭矩4、計算最大主應(yīng)力的理論值 式中，為圓管的抗彎截面系數(shù)。5、理論與實際比較，計算相對誤差 實驗六 沖擊實驗 沖擊載荷是指載荷在與承載構(gòu)件接觸的瞬時內(nèi)速度發(fā)生急劇變化的情況。汽動鑿巖機械。鍛造機械等所承受的載荷即為沖擊載荷。沖擊載荷作用下，若材料尚處于彈性階段，其力學(xué)性能與靜載下基本相同。例如在這種情況下，鋼材的彈性模量E和泊松比？等都無明顯變化。但在沖擊載荷作用下材料進(jìn)入塑性階段后，則其力學(xué)性能卻與靜載下的有顯著不同，例如塑性性能良好的材料，在沖擊載荷下，會呈現(xiàn)脆化傾向，發(fā)生突然斷裂。由于沖擊

21、問題 的理淪分析較為復(fù)雜，因而在工程實際中經(jīng)常以實驗手段檢驗材料的抗沖擊性能。一實驗?zāi)康膌了解沖擊韌性的含義。2測定鋼材和鑄鐵的沖擊韌性，比較兩種材料的抗沖擊能力和破壞斷口的形貌二實驗設(shè)備及原理 按照不同的實驗溫度、試樣受力方式、實驗打擊能量等來區(qū)分，沖擊實驗的類型繁多，不下十余種。這里介紹的是常溫、簡支梁式、大能量一次性沖擊實驗。依據(jù)是國家標(biāo)準(zhǔn)GBT2291994金屬夏比缺口沖擊試驗方法。沖擊試驗機由擺錘、機身、支座、度盤、指針等幾部分組成(圖61)。實驗時，將帶有缺口的受彎試樣安放于試驗機的支座上，舉起擺錘使它自由下落將試樣沖斷。若擺錘重量力G，沖擊中擺錘的質(zhì)心高度由H0變?yōu)镠1，勢能的變

22、化為G (H0一H1)，它等于沖斷試樣所消耗的功W，亦即沖擊中試樣聽吸收的功為 W=G (H0H1)值可由指針指示的位置從度盤上讀出。因為試樣缺口處的高度應(yīng)力集中，的絕大部分為缺口局部所吸收。以試樣在缺口處的最小橫截面面積A。除 ，定義為材料的沖擊韌性，即 = (61)的單位為J/cm2。的值越大，表明材料的抗沖擊性能越好。值是一個綜合性的參數(shù)不能直接應(yīng)用于設(shè)計，但可作為抗沖擊構(gòu)件選擇材料的重要指標(biāo)。因為能量是為試樣內(nèi)發(fā)生塑性變形的材料吸收的，它應(yīng)與發(fā)生塑性變形的材料的體積有關(guān)，而公式(61)中卻是除以缺口處的橫截面面積，所以的含義并不確切。因此，有時就直接用值衡量材料抗沖擊的能力，它有較為明

23、確的物理含義值得提出的是，沖擊過程所消耗的能量，除大部分為試樣斷裂所吸收外，還有一小部分消耗于機座振動等方面，只因這部分能量相對較小，一般可以省略。但它卻隨實驗初始能量的增大而加大，故對值原本就較小的脆性材料，宜選用沖擊能量較小的試驗機。如用大能量的試驗機將影響實驗結(jié)果的真實性。材料的內(nèi)部缺陷和晶粒的粗細(xì)對值有明顯影響，因此可用沖擊實驗來檢驗材料質(zhì)量，判定熱加工和熱處理工藝質(zhì)量。對溫度的變化也很敏感，隨著溫廈的降低，在某一狹窄的溫度區(qū)間內(nèi)，低碳鋼的驟然下降，材料變脆，出現(xiàn)冷脆現(xiàn)象。所以常溫沖擊實驗一般在20±5的溫度下進(jìn)行。溫度不在這個范圍內(nèi)時，應(yīng)注明實驗溫度。圖61三試樣圖61沖擊

24、韌性的數(shù)值與試樣的尺寸、缺口形狀和支承方式有關(guān)。為便于比較，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定兩種型式的試樣：(1)U型缺口試樣(梅氏試樣)，尺寸形狀如圖62所示；(2)V型缺口試樣尺寸形狀如圖63圖62圖63a） （b） 所示。兩者皆為簡支梁形式。試樣上開有缺口是為了使缺口區(qū)形成高度應(yīng)力集中，吸收較多的能。缺口底部越尖銳就更能體現(xiàn)這一要求，所以較多地采用V型缺口。用V型缺口試樣測定的沖擊韌性記為，U型缺口的記為。為保證尺寸準(zhǔn)確。缺口加工應(yīng)采用銑削或磨削，要求缺口底部光滑，無平行于缺口軸線的刻痕。四、實驗步驟1測量試樣缺口處最小橫截面面積。圖642讓擺錘自由下垂，使被動指針緊靠主動指針。然后舉起擺錘空打(即試驗機上

25、不放置試樣)，若被動指針不能指零，應(yīng)調(diào)整指零。3按圖64安放試樣，使缺口對稱面處于支座跨度中點，偏差小于土0，2mm。4將擺錘舉至需要位置，然后使其下落沖斷試樣。記錄被動指針在度盤上的讀數(shù)，即為沖斷試樣所消耗的功。五、實驗報告及討論問題 1實驗報告格式由學(xué)生自行擬定。2若試樣受沖后未完全折斷，報告中應(yīng)注明“未折斷”。如因試驗機沖擊能量偏低使試樣未能完全折斷，則應(yīng)在報告中注明大于試驗機的讀數(shù)。3試樣斷口有明顯夾渣、裂紋，且數(shù)據(jù)偏低時，實驗應(yīng)重作。如試樣卡錘或操作不當(dāng)，則實驗數(shù)據(jù)無效。4實驗數(shù)據(jù)保留三位有效數(shù)字，計算按附錄的修約規(guī)定。5比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的。值，繪出兩種試樣的斷口形貌，指出各

26、自的特征。 六、注意事項1沖擊機在舉起擺錘安放試樣時，必須有人托住擺錘加保護(hù)，以防擺錘突然下落造成事故。2在擺錘擺動范圍內(nèi)，不得有任何人員活動或放置障礙物，以保證安全。 七、預(yù)習(xí)及思考題 預(yù)習(xí)本節(jié)及材料力學(xué)教材中的有關(guān)章節(jié)?；卮鹣铝袉栴}。 1.用沖擊低碳鋼的大能量試驗機擊鑄鐵試樣，能否得到準(zhǔn)確結(jié)果？ 2.因沖擊能量偏低使試樣未曾折斷，是認(rèn)為實驗無效應(yīng)重新進(jìn)行？還是采用“指示值”的表示方式？ 3.觀察沖擊試樣斷口形貌有什么意義? 實驗七 疲勞實驗 在足夠大的交變應(yīng)力作用下，于金屬構(gòu)件外形突變或表面刻痕或內(nèi)部缺陷等部位，都可能因較大的應(yīng)力集中引發(fā)微觀裂紋。分散的微觀裂紋經(jīng)過集結(jié)溝通將形成宏觀裂紋。

27、已形成的宏觀裂紋逐漸緩慢地擴展，時斷時續(xù)。隨著裂紋的擴展，構(gòu)件橫截面逐步削弱，達(dá)到一定限度時，構(gòu)件會突然斷裂。金屬因交變應(yīng)力引起趕的上述失效現(xiàn)象，稱為金屬的疲勞。 靜載下塑性性能很好的材料，當(dāng)承受交變應(yīng)力時，往往在應(yīng)低于屈服極限沒有明顯塑性變形的情況下，突然斷裂。疲勞斷口(圖71）明顯地分成兩個區(qū)域：較為光滑的裂紋擴展區(qū)和較為粗糙的斷裂區(qū)。裂紋形成后。交變應(yīng)力使裂紋的兩側(cè)時而張開時而閉合，相互擠壓反復(fù)研磨光滑區(qū)就是這樣形成的。載荷的間斷和大小的變化，在光滑區(qū)留下多條裂紋前沿線。至于粗糙的斷裂區(qū)，則是最后突然斷裂形成的統(tǒng)汁數(shù)據(jù)表明，機械零件的失效，約有7O左右是疲勞引起的，而且造成的事故大多數(shù)是

28、災(zāi)難性的。因此，通過實驗研究金屬材料抗疲勞的性能是有實際意義的。一、實驗?zāi)康?1、觀察疲勞失效現(xiàn)象和斷口特征。 2了解測定材料疲勞極限的方法 二、實驗設(shè)備彎曲疲勞試驗機三、實驗原理 在交變應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)中，最小應(yīng)力和最大應(yīng)力的比值稱為循環(huán)特征或應(yīng)力比。在既定的下，若試樣的最大應(yīng)力為，經(jīng)歷次循環(huán)后，發(fā)生疲勞失效，則稱為最大應(yīng)力為時的疲勞壽命(簡稱壽命)。實驗表明，在同一循環(huán)持征下最大應(yīng)力越大，則壽命越短；隨著最大應(yīng)力的降低，壽命迅速增加。表示最大應(yīng)力與壽命的關(guān)系的曲線稱為應(yīng)力-壽命曲線或曲線。碳鋼的曲線略如圖72所示。從圖線看出，當(dāng)應(yīng)力降到某一極限值時，曲線趨近于水平線，即應(yīng)力不超過，壽命N可無

29、限增大。稱為疲勞極限或持久極限下標(biāo)表示循環(huán)特征。實驗表明，黑色金屬試樣如經(jīng)歷次循環(huán)仍未失效，則再增加循環(huán)次數(shù)一般也不會失效故可把次循環(huán)下仍未失效的最大應(yīng)力作為持久極限，而把稱為循環(huán)基數(shù)。有色金屬的曲線在時往往仍未趨于水平，通常規(guī)定一個循環(huán)基數(shù)，例如取，把它對應(yīng)的最大應(yīng)力作為“條件”持久極限。在工程問題中，有時是根據(jù)零件壽命的要求，在規(guī)定的某一循環(huán)次數(shù)下，測出最大應(yīng)力并稱之力疲勞強度，它有別于上面定義的疲勞極限。 圖71圖73/圖74 用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實驗來測定對稱循環(huán)的疲勞極限，設(shè)備簡單最常使用。各類旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗機大同小異，圖73為這類試驗機的原理示意團(tuán)。試樣1的兩端裝入左，右兩個心軸2后，

30、旋緊左、右兩根螺桿3，使試樣與兩個心軸組成一個承受彎曲的“整體梁”，它支承于兩端的滾珠軸承4上。載荷P通過加力架作用于“梁”上，其受力簡圖及彎矩圖如圖74所示梁的中段(試樣)為純彎曲，且彎矩為“梁”由高速電機6帶動，在套簡7中高速旋轉(zhuǎn)，于是試樣橫載面上任一點的彎曲正應(yīng)力，皆為對稱循環(huán)交變應(yīng)力。若試樣的最小直徑為，最小截面邊緣上一點最大和最小應(yīng)力為， （71）式中。試樣每旋轉(zhuǎn)一周，應(yīng)力就完成一個循環(huán)。試樣斷裂后，套筒壓迫停止開關(guān)使試驗機自動停機。這時的循環(huán)次數(shù)可由計數(shù)器8中讀出。四、實驗方法 這里介紹的單點實驗法的依據(jù)是標(biāo)準(zhǔn)HB5152一8O(第三機械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，金屬室溫旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實驗方法)。這種方法在試樣數(shù)量受限制的情況下，可用以近似地測定曲線和粗略地估計疲勞極限。更精確地確定材料抗疲勞的性能應(yīng)采用升降法。單點實驗法至少需810根試樣，第一根試樣的最大應(yīng)力約為，經(jīng)N次循環(huán)后失效。繼取另一試樣使其最大應(yīng)力，若其疲勞壽命