材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)（模板）

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)土木工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)規(guī)那么及要求一、做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作1、實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及有關(guān)理論知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模莆諏?shí)驗(yàn)原理。2、對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用儀器、實(shí)驗(yàn)裝置等應(yīng)了解其工作原理及操作考前須知。3、必須清楚地知道本次實(shí)驗(yàn)需記錄的數(shù)據(jù)工程及其數(shù)據(jù)處理方法。二、嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度1、課程規(guī)定的時(shí)間準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，保持實(shí)驗(yàn)室整潔、干凈、不得抽煙。2、未經(jīng)許可不可隨意動(dòng)用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的機(jī)器，儀器，等一切設(shè)備。3、作實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程操作機(jī)器，儀器，及設(shè)備如發(fā)生事故應(yīng)及時(shí)報(bào)告，不得 擅自處理。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)將所用機(jī)器，儀器，及設(shè)備擦拭干凈，并恢復(fù)到正常狀態(tài)。三、認(rèn)真做好實(shí)

2、驗(yàn)I、接受老師預(yù)習(xí)情況的抽查，仔細(xì)聽(tīng)指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的講解。2、實(shí)驗(yàn)時(shí)要認(rèn)真嚴(yán)肅、互相配合、嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)步驟，方法逐步進(jìn)行。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要密切觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄好全部所需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并交指導(dǎo)教師審閱。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一般要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)所完成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成書(shū)面形式的綜合資料。通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，培 養(yǎng)學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確有效地用文字來(lái)表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，要求學(xué)習(xí)者在自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ) 上，用自己的語(yǔ)言扼要地表達(dá)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、步驟和方法，所使用機(jī)器，儀器，及設(shè)備的 名稱(chēng)及型號(hào)，數(shù)據(jù)處理、問(wèn)題討論等內(nèi)容，獨(dú)立寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并做到字跡端正。五、繪圖清晰、表格簡(jiǎn)明實(shí)驗(yàn)一低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀

3、察低碳鋼在拉伸過(guò)程中的各種現(xiàn)象，了解試件變形隨荷載的變化規(guī)律。2、測(cè)試低碳鋼在拉伸過(guò)程中的幾個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)：屈服極限5、強(qiáng)度極限。b、斷后延 伸率8和斷面收縮率平。3、了解拉伸實(shí)驗(yàn)的原理和方法，掌握萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的操作要領(lǐng)。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、拉伸試件。三、實(shí)驗(yàn)原理與方法1、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：（圖1一1）是雙空間式的，其移動(dòng)橫梁與上橫梁之間的空間為拉 伸實(shí)驗(yàn)空間，移動(dòng)橫梁與下橫梁之間的空間為壓縮實(shí)驗(yàn)空間。在拉伸空間安裝有拉伸夾具， 在壓縮空間安裝有壓縮夾具和彎曲夾具。測(cè)力傳感器、引伸計(jì)、光電編碼器、數(shù)據(jù)采集電路 （與控制系統(tǒng)集成在一起）組成測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)力傳感器用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)載荷

4、，引伸計(jì)用于測(cè)量 試件的變形，光電編碼器用于測(cè)量橫梁移動(dòng)的位移。各個(gè)測(cè)量信號(hào)均經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集電路送入 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和顯示。伺服電機(jī)的輸出功率經(jīng)減速器、同步齒形傳動(dòng)帶傳遞給滾珠絲杠, 然后滾珠絲杠帶動(dòng)移動(dòng)橫梁升降將實(shí)驗(yàn)載荷施加到試件上。伺服控制器與伺服電機(jī)和光電編 碼器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),控制移動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)。伺服控制器向上經(jīng)過(guò)控制電路與計(jì)算機(jī)聯(lián)系， 最終由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)可移動(dòng)橫梁的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，包括位置、速度等。圖1-1基本構(gòu)造和原理示意圖1.立柱：2.拉伸夾具：3.拉伸試件：4.移動(dòng)橫梁：5.測(cè)力傳感器：6.壓縮夾具：7.彎曲夾具：8.下橫梁；9.同步齒形傳動(dòng)帶；10.帶輪；II.光電編碼器；1

5、2.伺服電機(jī)：13.上橫梁：14.滾珠絲杠；15.引伸計(jì)；16.手控犍盤(pán)：17.減速機(jī)由于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)采用了閉環(huán)控制，加載過(guò)程和數(shù)據(jù)采集都是在計(jì)算機(jī)的控制下完成的，因此可以選擇不同的參數(shù)控制方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。參數(shù)控制方式是指以應(yīng)力（或載荷）、位 移、應(yīng)變等諸實(shí)驗(yàn)參數(shù)中的某一個(gè)作為加載控制因素。例如，位移控制就是設(shè)定的橫梁的運(yùn) 動(dòng)速度（通常是恒定速率的），讓試驗(yàn)機(jī)按照設(shè)定的橫梁速度和方向?qū)υ嚰M(jìn)行加載。2、拉伸試件：圖12試件的尺寸和形狀對(duì)材料的塑性性質(zhì)影響很大。為了能正確地比 較各種材料的力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB22887）將試件尺寸列表如下表1 1試件基本參數(shù)試件原始標(biāo)距長(zhǎng)度“mm原始橫截

6、面積Ad mm2原始電徑圓形截面長(zhǎng)10()78.5410短50圖1-2拉伸試樣圖圖1一3低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)F-Al曲線3、低碳鋼拉伸過(guò)程中的四個(gè)階段：如圖1一3（1）彈性變形階段（0-A）、這一階段試樣的變形完全是彈性的，全部卸掉荷載后，試樣 將恢復(fù)其原長(zhǎng)。（2）塑性屈服階段（B/-B）、載荷不增加而變形急劇增大，材料失去抵抗變形的能力， 產(chǎn)生屈服。對(duì)手未經(jīng)過(guò)加工的低碳鋼材料來(lái)說(shuō)，屈服強(qiáng)度是其應(yīng)用時(shí)的強(qiáng)度極限.（3）強(qiáng)化階段（B-D）、繼續(xù)加載，材料繼續(xù)產(chǎn)生變形，這一階段，低碳鋼材料重新恢復(fù) 了抵抗變形的能力。（4）頸縮階段（D-E）。試樣伸長(zhǎng)到一定程度后，荷載讀數(shù)反而逐漸降低。此時(shí)可以看到 試

7、樣某一段內(nèi)橫截面面積顯著地收縮，出現(xiàn)“頸縮”的現(xiàn)象，一直到試樣被拉斷。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、開(kāi)機(jī)：試驗(yàn)機(jī)一一打印機(jī)一一計(jì)算機(jī)注意：每次開(kāi)機(jī)后，需要預(yù)熱10分鐘，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再進(jìn)行試驗(yàn)工作。假設(shè)剛剛關(guān)機(jī), 需要再開(kāi)機(jī)，至少保證1分鐘的時(shí)間間隔。2、測(cè)量試件尺寸測(cè)量試件直徑曲，對(duì)于圓試件在計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)在兩端及中部二處用游標(biāo)卡尺測(cè)量，每一 處都要在兩個(gè)相互垂直的方向上量出直徑，取其平均直徑最小截面處的平均直徑作為試件的 直徑。2、確定計(jì)算長(zhǎng)度Lo在試件中間等粗的細(xì)長(zhǎng)局部?jī)?nèi)，量取計(jì)算長(zhǎng)度并劃線；劃線時(shí)應(yīng)盡量輕微。3、安裝試件將試件裝入夾具，注意防止試件放斜或歪曲并夾持牢固。4、進(jìn)入試驗(yàn)界面一聯(lián)機(jī)一試樣錄入一

8、參數(shù)錄入一開(kāi)環(huán)一試驗(yàn)開(kāi)始5、加載在加載實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，總的要求是緩慢、均勻、連續(xù)地進(jìn)行加載。要注意觀察拉伸過(guò)程四 個(gè)特征階段的各種現(xiàn)象并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。當(dāng)試件被拉斷后立即停機(jī)，并取卜.試件。6、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)斷后標(biāo)距L的測(cè)最：測(cè)最L時(shí)將試件斷裂后的兩端在斷口處緊密地對(duì)接起來(lái)，盡最使 其軸線位于一條軸線上，直接測(cè)量原始標(biāo)距兩端即得L,值。斷口處最小直徑力的測(cè)量：將試件斷裂后的兩端在斷口處緊密地對(duì)接起來(lái)，盡量使其 軸線位于一條軸線上，在頸縮最小處兩個(gè)相互垂直的方向上測(cè)量其直徑取二者的算術(shù)平均值 然后計(jì)算值4/值。五、思考題I.從實(shí)驗(yàn)得到的低碳鋼拉伸曲線圖來(lái)看，它可以分為哪幾個(gè)階段？實(shí)驗(yàn)二鑄鐵的拉伸和壓縮實(shí)

9、驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腎、測(cè)定鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度極限和壓縮時(shí)鑄鐵的強(qiáng)度極限。2、比擬低碳鋼與鑄鐵的拉伸機(jī)械性能和破壞形式。3、觀察鑄鐵壓縮時(shí)的變形和破壞現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺三、實(shí)驗(yàn)原理與方法鑄鐵的拉伸：鑄鐵是脆性料，其拉伸圖如圖2-1,在拉伸過(guò)程中不產(chǎn)生屈服和頸縮現(xiàn)象, 在沒(méi)有明顯的塑性變形下很快到達(dá)最大載荷Fb而突然斷裂。并且端口平齊。所以只能測(cè)得 拉伸時(shí)的的強(qiáng)度極限。整個(gè)拉伸過(guò)程中變形極小，伸長(zhǎng)最缺乏試件原長(zhǎng)的0.5%,而延伸率 那么更小。圖2“鑄鐵的拉伸（壓縮）曲線圖鑄鐵的壓縮：壓縮實(shí)驗(yàn)是研究材料性能常用的實(shí)驗(yàn)方法。對(duì)鑄鐵、鑄造合金、建筑材料 等脆性材料尤為合適。通過(guò)壓

10、縮實(shí)驗(yàn)觀察材料的變形過(guò)程、破壞形式，并與拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比 較，可以分析不同應(yīng)力狀態(tài)對(duì)材料強(qiáng)度、塑性的影響，從而對(duì)材料的機(jī)械性能有比擬全面的 認(rèn)識(shí)。當(dāng)試件受壓時(shí)，其上下兩端面與試驗(yàn)機(jī)支撐之間產(chǎn)生很大的摩擦力，使試件兩端的橫 向變形受到阻礙，故壓縮后試件呈鼓形。摩擦力的存在會(huì)影響試件的抗壓能力甚至破壞形式。 為了盡最減少摩擦力的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)試件兩端必須保證平行，并與軸線垂直，使試件受軸向 壓力。另外。端面加工應(yīng)有較高的光潔度。鑄鐵為脆性材料，其壓縮曲線在開(kāi)始時(shí)接近于直線，與縱軸之夾角很小，以后曲率逐漸 增大，最后至破壞，因此只能確定其強(qiáng)度極限，計(jì)算公式如下： b=Fb/Ao鑄鐵試件受壓力而縮短，說(shuō)明

11、有很少的塑性變形的存在。當(dāng)載荷到達(dá)最大值時(shí)，試件即 破壞，并在其外表上出現(xiàn)了傾斜的裂縫，鑄鐵受壓后的破壞是突然發(fā)生的，是脆性材料的特 性。鑄鐵試件壓縮時(shí)，在到達(dá)最大載荷Pb前出現(xiàn)較明顯的變形然后破裂，此時(shí)試驗(yàn)力值迅 速減小，鑄鐵試件最后略呈鼓形，斷裂面與試件軸線大約呈45度。壓縮試件為圓柱形，如圖22所示，不宜太高，否那么，容易壓方，也不宜太短，否那么試 件上下端面與實(shí)驗(yàn)機(jī)承壓座之間產(chǎn)生摩擦力，對(duì)試件的承壓力產(chǎn)生影響，一般試件規(guī)定為1 WhO3,通常脆性材料hO/dO=2。wwdo圖2-2鑄鐵的壓縮前后形狀四、實(shí)驗(yàn)步驟I、鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)步驟參考低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)步驟。2、鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)步驟（1）

12、用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件的高度的和直徑取互相垂直方向直徑的平均值作為試件的 直徑。（2）將試件置于試驗(yàn)機(jī)承壓部位。在試件沒(méi)有受力時(shí)進(jìn)行調(diào)整。（3）開(kāi)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一直到試件破壞（注意低碳鋼不能壓到破壞，壓到45KN時(shí)即停 止實(shí)驗(yàn)）。（4）鑄鐵記錄最大荷載巴。（5）卸去載荷，取出破壞試件。（6）打印出實(shí)驗(yàn)曲線。實(shí)驗(yàn)三彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力大小和分布規(guī)律。2、驗(yàn)證純彎曲梁的正應(yīng)力計(jì)算公式。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)中純彎曲梁實(shí)驗(yàn)裝置2、應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實(shí)驗(yàn)原理與方法在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維間無(wú)擠壓的假設(shè)，可得到梁橫截面上任

13、一點(diǎn) 的正應(yīng)力。，計(jì)算公式為（J =Iz式中：M為彎矩為橫截面中性軸的慣性矩Yi為所求應(yīng)力點(diǎn)至中性軸的距離為了測(cè)量梁在純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側(cè)面不同高 度，平行于軸線貼有應(yīng)變片（如圖如1）。實(shí)驗(yàn)可采用半橋單臂、公共補(bǔ)償、多點(diǎn)測(cè)量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載 荷AP,測(cè)出各點(diǎn)的應(yīng)變?cè)隽?。文然后分別取各點(diǎn)應(yīng)變?cè)隽康钠骄岛螅瑢?shí)測(cè)應(yīng) 力值與理論應(yīng)力值進(jìn)行比擬，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力，計(jì)算公式：0實(shí)1=E x i xio6四、實(shí)驗(yàn)步驟I、將試件安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。擬定加載方案，調(diào)整好實(shí)驗(yàn)加我裝置。2、按實(shí)驗(yàn)要求接好線，檢測(cè)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。3、加載，均勻緩慢加載至初初載荷P。記下各點(diǎn)應(yīng)變的初始讀數(shù)；然后分級(jí)等量加載, 增加級(jí)載荷，依次記錄各點(diǎn)應(yīng)變片的應(yīng)變值一，直到最終載荷。4、做完實(shí)驗(yàn)后，卸掉載荷，關(guān)閉電源，整理好所用儀器設(shè)備，清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，將所用 儀器設(shè)備復(fù)原。表31試件相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)變片至中性層距離（mm）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)Yi20寬度b = 20 mmy210高度h = 40 mm丫30跨度 L = 450 mm丫4一 10載荷距離a = 150