重慶大學(xué)材料力學(xué)拉伸測實驗江智平

1、材料力學(xué)實驗材料力學(xué)實驗( (一一) )低碳鋼、鑄鐵軸向拉伸低碳鋼、鑄鐵軸向拉伸及彈性模量及彈性模量E E測定實驗測定實驗緒論緒論1 1、材料力學(xué)是一門研究、材料力學(xué)是一門研究構(gòu)件承載能力構(gòu)件承載能力的科學(xué)。材料力學(xué)不研究的科學(xué)。材料力學(xué)不研究力的力的外效應(yīng)外效應(yīng)， 而只研究其而只研究其內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng)，即不考慮固體在外力作用下的運動效應(yīng)而只考慮固，即不考慮固體在外力作用下的運動效應(yīng)而只考慮固 體的體的變形狀態(tài)變形狀態(tài)，因此，在材料力學(xué)研究中，不能將固體作為剛體，而要，因此，在材料力學(xué)研究中，不能將固體作為剛體，而要 將其作為將其作為變形體變形體。2 2、材料力學(xué)研究的對象稱為、材料力學(xué)研究的對象

2、稱為而構(gòu)件均由固體材料制成。在外力和溫度等而構(gòu)件均由固體材料制成。在外力和溫度等外界因素作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故構(gòu)件一般都是變形固體。外界因素作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故構(gòu)件一般都是變形固體。3 3、構(gòu)件、構(gòu)件 ：組成機械零件或構(gòu)筑物的：組成機械零件或構(gòu)筑物的桿件桿件統(tǒng)稱為構(gòu)件。統(tǒng)稱為構(gòu)件。 對構(gòu)件的三項基本要求：對構(gòu)件的三項基本要求： 具有足夠的具有足夠的強度強度：構(gòu)件在外載作用下，抵抗破壞能力。：構(gòu)件在外載作用下，抵抗破壞能力。 具有足夠的具有足夠的剛度剛度：構(gòu)件在外載作用下，抵抗可恢復(fù)變形的的能力。：構(gòu)件在外載作用下，抵抗可恢復(fù)變形的的能力。 滿足滿足穩(wěn)定性穩(wěn)定性：構(gòu)件在某種

3、外載作用下，保持其原有的平衡狀態(tài)能力。：構(gòu)件在某種外載作用下，保持其原有的平衡狀態(tài)能力。4 4、材料力學(xué)的、材料力學(xué)的任務(wù)任務(wù)： 1 1）研究材料的力學(xué)性能）研究材料的力學(xué)性能 ； 2 2）研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性；）研究構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性； 3 3）合理解決安全與經(jīng)濟之間的矛盾。）合理解決安全與經(jīng)濟之間的矛盾。在實驗研究基礎(chǔ)上，進行理論分析是完成材料力學(xué)任務(wù)所必需的途徑在實驗研究基礎(chǔ)上，進行理論分析是完成材料力學(xué)任務(wù)所必需的途徑和手段。和手段。一、材料力學(xué)實驗的意義：一、材料力學(xué)實驗的意義：1 1、材料力學(xué)實驗是材料力學(xué)理論教學(xué)中非常重要的實踐性環(huán)節(jié)，這兩者是不可分、材料力學(xué)實驗是

4、材料力學(xué)理論教學(xué)中非常重要的實踐性環(huán)節(jié)，這兩者是不可分割的。因為我們在對構(gòu)件進行理論分析時，往往是把割的。因為我們在對構(gòu)件進行理論分析時，往往是把實際問題抽象為理想的計算實際問題抽象為理想的計算模型模型，再根據(jù)科學(xué)的，再根據(jù)科學(xué)的假設(shè)假設(shè)，推導(dǎo)出一般性公式。然而，這些簡化和假設(shè)是否正確，推導(dǎo)出一般性公式。然而，這些簡化和假設(shè)是否正確，理論計算公式能否在設(shè)計中應(yīng)用理論計算公式能否在設(shè)計中應(yīng)用 ，必須通過實驗來驗證。必須通過實驗來驗證。2 2、我們解決工程構(gòu)件在設(shè)計中的、我們解決工程構(gòu)件在設(shè)計中的強度、剛度和穩(wěn)定性強度、剛度和穩(wěn)定性等問題時，首先就要知道等問題時，首先就要知道反應(yīng)這些材料反應(yīng)這些材

5、料的力學(xué)性能參數(shù)的力學(xué)性能參數(shù)，而這些力學(xué)性能參數(shù)也，而這些力學(xué)性能參數(shù)也必須通過實驗來測定。必須通過實驗來測定。3 3、在實際工程中有許多構(gòu)件的、在實際工程中有許多構(gòu)件的幾何形狀幾何形狀非常復(fù)雜或者構(gòu)件所受的非常復(fù)雜或者構(gòu)件所受的外力外力非常復(fù)雜非常復(fù)雜或者工程構(gòu)件的或者工程構(gòu)件的邊界條件邊界條件不清楚，難以用材料力學(xué)理論來求解或根本就沒有解時，不清楚，難以用材料力學(xué)理論來求解或根本就沒有解時，在這樣的情況下，就更需要用力學(xué)實驗的方法來尋求解答即在這樣的情況下，就更需要用力學(xué)實驗的方法來尋求解答即實驗應(yīng)力分析實驗應(yīng)力分析。4 4、通過實驗培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，實事求是的科學(xué)工作作風(fēng)。培養(yǎng)獨

6、立分析、通過實驗培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，實事求是的科學(xué)工作作風(fēng)。培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)實驗動手能力。問題、解決問題的能力，培養(yǎng)實驗動手能力。 二、材料力學(xué)實驗的主要內(nèi)容二、材料力學(xué)實驗的主要內(nèi)容（1 1）測定材料的力學(xué)性能測定材料的力學(xué)性能 a a、為構(gòu)件設(shè)計提供材料的力學(xué)性能參數(shù)；、為構(gòu)件設(shè)計提供材料的力學(xué)性能參數(shù)； b b、材料材質(zhì)復(fù)驗；、材料材質(zhì)復(fù)驗； c c、評定材料的熱處理工藝、焊接工藝；、評定材料的熱處理工藝、焊接工藝； d d、構(gòu)件失效分析；、構(gòu)件失效分析； e e、研究新型合金材料；復(fù)合材料。、研究新型合金材料；復(fù)合材料。（2 2）驗證材料力學(xué)理論驗證材料力學(xué)理

7、論驗證現(xiàn)有理論驗證現(xiàn)有理論驗證新建立的理論驗證新建立的理論修正、發(fā)展現(xiàn)有理論修正、發(fā)展現(xiàn)有理論（3 3）實驗應(yīng)力分析實驗應(yīng)力分析 特點：特點：只要是變形固體，不管結(jié)構(gòu)形狀、受力如何復(fù)雜，也不必準(zhǔn)只要是變形固體，不管結(jié)構(gòu)形狀、受力如何復(fù)雜，也不必準(zhǔn)確了解邊界條件，在某些特殊條件下，用實驗方法甚至能比理論計算方確了解邊界條件，在某些特殊條件下，用實驗方法甚至能比理論計算方法更簡便、更迅速、更準(zhǔn)確地提供結(jié)果。法更簡便、更迅速、更準(zhǔn)確地提供結(jié)果。驗證理論有三層意義驗證理論有三層意義三、實驗?zāi)康模喝?、實驗?zāi)康模? 1、測定低碳鋼的彈性模量、測定低碳鋼的彈性模量 、下屈服強度、下屈服強度 、抗拉強度、抗拉

8、強度 斷后伸長率斷后伸長率 、斷面收縮率、斷面收縮率 ；sEb102 2、測定鑄鐵的抗拉強度、測定鑄鐵的抗拉強度 、斷后伸長率斷后伸長率 ；b53 3、描述并分析低碳鋼和鑄鐵試樣斷口特、描述并分析低碳鋼和鑄鐵試樣斷口特點；點；4 4、比較這兩種材料的力學(xué)性能。比較這兩種材料的力學(xué)性能。四、實驗步驟四、實驗步驟: :5 5、取下試樣，觀察并描述試樣破壞后斷口特征并分析破壞原因。、取下試樣，觀察并描述試樣破壞后斷口特征并分析破壞原因。4 4、測定試樣斷后縮頸處最小直徑、測定試樣斷后縮頸處最小直徑 ；斷后標(biāo)距；斷后標(biāo)距 ；1d1l1 1、測定試樣的原始直徑、測定試樣的原始直徑 、原始標(biāo)距原始標(biāo)距 ；

9、0d0l2 2、裝夾試樣，、裝夾試樣，啟動試驗機，啟動試驗機，進行加載，測定低碳鋼拉伸時的進行加載，測定低碳鋼拉伸時的 屈服力屈服力 及最大力及最大力 ；測定鑄鐵拉伸最大力測定鑄鐵拉伸最大力 ; ; sFbFbF3 3、測定低碳鋼的彈性模量、測定低碳鋼的彈性模量 ；E五、實驗設(shè)備和儀器五、實驗設(shè)備和儀器: :1.CMT51051.CMT5105電子式萬能試驗機；電子式萬能試驗機；2. SCDY-12. SCDY-1型雙側(cè)電子引伸型雙側(cè)電子引伸計；計；3. 0.01mm3. 0.01mm數(shù)字游標(biāo)卡尺；數(shù)字游標(biāo)卡尺；雙側(cè)電子引伸計雙側(cè)電子引伸計4、試樣標(biāo)距打點器。試樣標(biāo)距打點器。六、實驗材料和試樣

10、六、實驗材料和試樣: :低碳鋼、鑄鐵拉伸采用低碳鋼、鑄鐵拉伸采用比例標(biāo)準(zhǔn)比例標(biāo)準(zhǔn)圓形圓形試樣試樣標(biāo)距 l0d03.1165.510500000000AlAldldl即或同種材料的斷后伸長率不僅取決于材質(zhì)，而且還取決于試樣的標(biāo)距 七、七、實驗原理及實驗原理及步驟：步驟：1 1、啟動試驗機，打開相應(yīng)程序、啟動試驗機，打開相應(yīng)程序2、裝夾試樣及引伸計（、裝夾試樣及引伸計（點擊力和變形清零后再點擊加載點擊力和變形清零后再點擊加載）雙側(cè)電子引伸計雙側(cè)電子引伸計3、先點擊停止，取下引伸計；再點擊框圖，最后點擊加載。、先點擊停止，取下引伸計；再點擊框圖，最后點擊加載。再點擊框圖再點擊框圖先點擊停止先點擊停止

11、最后點擊加載最后點擊加載卸載線與加載線重合卸載線與加載線重合4 4、低碳鋼拉伸曲線、低碳鋼拉伸曲線ae顯示屈服力顯示屈服力F FS S用鼠標(biāo)指向鋸齒波最低點，屏幕顯示屈服載荷值用鼠標(biāo)指向鋸齒波最低點，屏幕顯示屈服載荷值5 5、下屈服點測定、下屈服點測定顯示最大力顯示最大力F Fb b用鼠標(biāo)指向曲線最高點，屏幕顯示最大載荷值用鼠標(biāo)指向曲線最高點，屏幕顯示最大載荷值6 6、最大載荷測定、最大載荷測定7 7、彈性模量測定、彈性模量測定nm顯示顯示n n點、點、m m點點的力值和變形的力值和變形先點擊變形圖先點擊變形圖彈性模量彈性模量E E的測定的測定: :材料在線彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力、應(yīng)變成正比關(guān)系式

12、中Le50mm是引伸計的刀口間距雙側(cè)電子引伸計雙側(cè)電子引伸計實驗原理：實驗原理：0pppepFLELEO F在變形圖上測E (實驗前變形窗口清零） Lnm用鼠標(biāo)分別點直線上n和m兩點，屏幕上分別顯示n點和m的變形及力值。pFpL刀口刀口低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線O F lFb用鼠標(biāo)指向曲線最高點，屏幕顯示最大載荷值用鼠標(biāo)指向鋸齒波最低點，屏幕顯示屈服載荷值Fs卸載線：卸載和加載線重合kaec1lb注意：oe段(oa段；ae段)、ec段、cb段、bk段的各段含義d這段表示什么FbFs鑄鐵拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線用鼠標(biāo)指向曲線的最高點，屏幕顯示最大載荷值用鼠標(biāo)指向曲線的最高點，屏幕顯示最大載荷值力值

13、：15032N鑄鐵拉伸過程比較簡單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過渡到斷裂鑄鐵拉伸過程比較簡單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過渡到斷裂顯示最大力顯示最大力F Fs s鑄鐵拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線FmO Fl用鼠標(biāo)指向曲線的最高點，屏幕顯示最大載荷值鑄鐵拉伸過程比較簡單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過渡到斷裂Fm八、實驗原始數(shù)據(jù)：八、實驗原始數(shù)據(jù)：1 1、低碳鋼拉伸實驗數(shù)據(jù)：、低碳鋼拉伸實驗數(shù)據(jù)：2 2、測量彈性模量、測量彈性模量E E實驗數(shù)據(jù)：實驗數(shù)據(jù)： 3 3、鑄鐵拉伸實驗數(shù)據(jù)：、鑄鐵拉伸實驗數(shù)據(jù)：( )bF N0d1d()bFN()SFN最大力下屈服力斷后標(biāo)距斷后最小直徑原始標(biāo)距原始直徑0l1l兩點變形差

14、值n點的變形m點的變形兩點力的差值n點的力值m點的力值PFeL最大力斷后標(biāo)距原始標(biāo)距斷后直徑原始直徑0d1d0l1l九、實驗計算公式：九、實驗計算公式：1 1、低碳鋼材料：、低碳鋼材料：下屈服強度：下屈服強度：抗拉強度：抗拉強度：斷后伸長率：斷后伸長率：斷面收縮率：斷面收縮率：2 2、彈性模量：、彈性模量：3 3、鑄鐵材料：、鑄鐵材料：抗拉強度：抗拉強度：斷后伸長率：斷后伸長率：0SSFA0bbFA10100100%lll010100%AAA0eppFLEAL0bbFA1050100%lll（式中（式中 是引伸計的刀口間距）是引伸計的刀口間距）50eLmm十、問題討論和分析：十、問題討論和分析

15、：1 1、低碳鋼拉伸試件斷口特點：、低碳鋼拉伸試件斷口特點：2 2、鑄鐵拉伸試件斷口特點：、鑄鐵拉伸試件斷口特點：鑄鐵試樣斷口呈凹凸不平整顆粒狀，整個斷面大約于試樣鑄鐵試樣斷口呈凹凸不平整顆粒狀，整個斷面大約于試樣軸線垂直。沒有頸縮現(xiàn)象，是典型的脆性斷裂（軸線垂直。沒有頸縮現(xiàn)象，是典型的脆性斷裂（被拉斷被拉斷） 。低炭鋼試樣斷口呈杯椎狀，有頸縮現(xiàn)象。斷口中部區(qū)域粗低炭鋼試樣斷口呈杯椎狀，有頸縮現(xiàn)象。斷口中部區(qū)域粗糙呈脆性斷裂（糙呈脆性斷裂（被拉斷被拉斷），斷口外圍光滑，是塑性變形區(qū)），斷口外圍光滑，是塑性變形區(qū)域，有域，有4545度的剪切唇（度的剪切唇（被剪斷被剪斷）。）。十一、實驗報告要求十一、實驗報告要求1 1計算材料強度指標(biāo)及塑性指標(biāo)，低碳鋼彈性模量計算材料強度指標(biāo)及塑性指標(biāo)，低碳鋼彈性模量E E；4 4描述描述低碳鋼和鑄鐵試樣低