材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)工科類專業(yè)模板

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)工科類專業(yè)實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)_、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定低碳鋼的屈服強(qiáng)度Rl（ a）、抗拉強(qiáng)度R （ bb）、斷后伸 長(zhǎng)率A113（ 5 10）和斷面收縮率Z質(zhì)）。測(cè)定鑄鐵的抗拉強(qiáng)度r （ a。比較低碳鋼（塑性材料）和鑄鐵（脆性材料）在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和斷口特征。注：括號(hào)內(nèi)為GB/T228-金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法發(fā)布前 的舊標(biāo)準(zhǔn)引用符號(hào)。二、設(shè)備及試樣1.電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。2.0.02mm游標(biāo)卡尺。低碳鋼圓形橫截面比例長(zhǎng)試樣一根。把原始標(biāo)距段L0十等分， 并刻畫(huà)出圓周等分線。鑄鐵圓形橫截面非比例試樣一根。注：GB/T228-規(guī)定，拉伸試樣分比例試樣和非比例試樣兩種。比例試樣的原始標(biāo)距L

2、0與原始橫截面積s的關(guān)系滿足 L0 = kg。比例系數(shù)k取5.65時(shí)稱為短比例試樣，k取11.3時(shí)稱為 長(zhǎng)比例試樣，國(guó)際上使用的比例系數(shù)k取5.65。非比例試樣l與S00無(wú)關(guān)。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法低碳鋼是指含碳量在0.3%以下的碳素鋼。這類鋼材在工程中使用較廣，在拉伸時(shí)表現(xiàn)出的力學(xué)性能也最為典型。低碳鋼拉伸圖（低碳鋼拉伸圖（FAL曲線）以軸向力F為縱坐標(biāo)，標(biāo)距段伸長(zhǎng)量AL為橫坐標(biāo)，所繪出的 試驗(yàn)曲線圖稱為拉伸圖，即FAL曲線。低碳鋼的拉伸圖如上圖 所示，F(xiàn)eL為下屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的軸向力，F(xiàn)eH為上屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的軸 向力，F(xiàn)m為最大軸向力。FAL曲線與試樣的尺寸有關(guān)。為了消除試樣尺寸的影響，把 軸向

3、力F除以試樣橫截面的原始面積S0就得到了名義應(yīng)力，也叫 工程應(yīng)力，用。表示。同樣，試樣在標(biāo)距段的伸 L除以試樣 的原始標(biāo)距L。得到名義應(yīng)變，也叫工程應(yīng)變，用表示。一 曲線與FAL曲線形狀相似，但消除了兒何尺寸的影響，因此代 表了材料本質(zhì)屬性，即材料的本構(gòu)關(guān)系。 （工程應(yīng)變） （工程應(yīng)變）低碳鋼應(yīng)力一應(yīng)變圖(。一曲線)典型低碳鋼的拉伸。一曲線，如上圖所示，可明顯分為四 個(gè)階段：彈性階段oa：在此階段試樣的變形是彈性的，如果在 這一階段終止拉伸并卸載，試樣仍恢復(fù)到原先的尺寸，試驗(yàn)曲線 將沿著拉伸曲線回到初始點(diǎn)，表明試樣沒(méi)有任何殘余變形。習(xí)慣 上認(rèn)為材料在彈性范圍內(nèi)服從虎克定律，其應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)檎汝P(guān)

4、 系，即b = E 式中比例系數(shù)E代表直線的斜率，稱為材料的彈性模量，其常見(jiàn) 單位為GPa。它是代表材料發(fā)生彈性變形的主要性能參數(shù)。E的大 小反映材料抵抗彈性變形的一種能力，代表了材料的剛度。另 外，材料在發(fā)生桿的軸向伸長(zhǎng)的同時(shí)還發(fā)生橫向收縮。反映橫向 變形的橫向應(yīng)變引與之比的絕對(duì)值稱為材料的泊松比。它 是代表材料彈性變形的另一個(gè)性能參數(shù)。屈服階段ab：在超過(guò)彈性階段后出現(xiàn)明顯的屈服過(guò)程， 即曲線沿一水平段上下波動(dòng)，即應(yīng)力增加很少，變形快速增加。 這表明材料在此載荷作用下，宏觀上表現(xiàn)為暫時(shí)喪失抵抗繼續(xù)變 形的能力，微觀上表現(xiàn)為材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化。從微觀結(jié) 構(gòu)解釋這一現(xiàn)象，是由于構(gòu)成金屬晶

5、體材料結(jié)構(gòu)晶格間的位錯(cuò)， 在外力作用下發(fā)生有規(guī)律的移動(dòng)造成的。如果試樣表面足夠光 滑、材料雜質(zhì)含量少，能夠清楚地看出試樣表面有450方向的滑 移線。根據(jù)GB/T228-標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最 大應(yīng)力稱為上屈服強(qiáng)度，記為“R了；在屈服期間，不計(jì)初始瞬eH時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力稱為下屈服強(qiáng)度，記為“ ReL”，若試樣發(fā)生 屈服而力首次下降的最小應(yīng)力是屈服期間的最小應(yīng)力時(shí)，該最小 應(yīng)力稱為初始瞬時(shí)效應(yīng)，不作為下屈服強(qiáng)度。一般把試驗(yàn)測(cè)定的下屈服強(qiáng)度ReL作為材料的屈服極限os，。 S是材料開(kāi)始進(jìn)入塑性的標(biāo)志。不同的塑性材料其屈服階段的曲線 類型有所不同，其屈服強(qiáng)度按GB/T228-規(guī)定確

6、定。結(jié)構(gòu)、零件的 外加載荷一旦超過(guò)這個(gè)應(yīng)力，就能夠認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)或零件會(huì)因?yàn)?過(guò)量變形而失效。因此，強(qiáng)度設(shè)計(jì)中常以屈服極限。S作為確定許 可應(yīng)力的基礎(chǔ)。由于材料在這一階段已經(jīng)發(fā)生過(guò)量變形，必然殘 留不可恢復(fù)的變形(塑性變形)，因此，從屈服階段開(kāi)始，材料 的變形就包含彈性和塑性兩部分。強(qiáng)化階段bc：屈服階段結(jié)束后，。一曲線又出現(xiàn)上升現(xiàn) 象，說(shuō)明材料恢復(fù)了對(duì)繼續(xù)變形的抵抗能力，材料若要繼續(xù)變形 必須施加足夠的載荷。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消 失，而塑性變形將永遠(yuǎn)保留。強(qiáng)化階段的卸載路徑與彈性階段平 行。卸載后若重新加載，材料的彈性階段線將加長(zhǎng)、屈服強(qiáng)度明 顯提高，塑性將降低。這種現(xiàn)象稱作應(yīng)

7、變強(qiáng)化或冷作硬化。冷作 硬化是金屬材料極為寶貴的性質(zhì)之一。塑性變形與應(yīng)變強(qiáng)化二者 結(jié)合，是工廠強(qiáng)化金屬的重要手段。例如：噴丸、擠壓，冷拔等 工藝，就是利用材料的冷作硬化來(lái)提高材料的強(qiáng)度。強(qiáng)化階段的 塑性變形是沿軸向均勻分布的。隨塑性變形的增長(zhǎng)，試樣表面的 滑移線亦愈趨明顯。一曲線的應(yīng)力峰值Rm為材料的強(qiáng)度極限 ob。對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō)。b是材料均勻塑性變形的最大抵抗能力，也 是材料進(jìn)入頸縮階段的標(biāo)志。（4）頸縮階段cd:應(yīng)力到達(dá)強(qiáng)度極限后，開(kāi)始在試樣最薄 弱處出現(xiàn)局部變形，從而導(dǎo)致試樣局部截面急劇頸縮，承載面積 迅速減少，試樣承受的載荷很快下降，直至斷裂。斷裂時(shí)，試樣 的彈性變形消失，塑性變形則遺留

8、在斷裂的試樣上。塑性材料和脆性材料的拉伸曲線存在很大差異。低碳鋼和鑄 鐵是工程材料中最具典型意義的兩種材料，前者為塑性材料，后 者為脆性材料。觀察它們?cè)诶爝^(guò)程中的變形和破壞特征有助于 正確、合理地認(rèn)識(shí)和選用材料。根據(jù)試驗(yàn)機(jī)繪制的拉伸F-AL曲線確定低碳鋼的、 和鑄 鐵的 。（1）原始橫截面面積（S0）的測(cè)定：圓形橫截面試樣，應(yīng)分 別在標(biāo)距內(nèi)兩端及中部測(cè)量直徑。測(cè)量某處的直徑時(shí)，應(yīng)在該處 測(cè)量?jī)蓚€(gè)互垂方向的直徑，取其算術(shù)平均值。原始橫截面面積s0 取三處測(cè)得的最小直徑計(jì)算，并至少保留4位有效數(shù)字。（2）強(qiáng)度指標(biāo)（、 ）的測(cè)定：從低碳鋼的FAL曲線讀 取試樣的FeL和Fm值，將其分別除以試樣的原

9、始橫截面面積S0得 低碳鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度疽從鑄鐵的F-AL曲線讀取試 樣的Fm值，將其除以試樣的原始橫截面面積S0得鑄鐵抗拉強(qiáng)度,b根據(jù)拉斷后低碳鋼試樣的斷口直徑及標(biāo)距段長(zhǎng)度確定A11.3和Z（1）原始標(biāo)距L0的標(biāo)記：低碳鋼拉伸試樣的標(biāo)距段原始長(zhǎng)度 為100mm，分十等分，用劃線機(jī)劃細(xì)的圓周線作為標(biāo)記。（2）低碳鋼斷面收縮率Z的測(cè)定：斷裂后試樣橫截面的最大 縮減量s0-su與原始橫截面面積S0之比的百分率為斷面收縮率。測(cè)量時(shí)將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，使其軸線處于同一 直線上。測(cè)量圓形橫截面縮頸處的最小直徑計(jì)算縮頸后的試樣最 小橫截面面積suO（3）低碳鋼斷后伸長(zhǎng)率A113的測(cè)定：斷后標(biāo)距的殘余伸長(zhǎng)Lu -L0與原始標(biāo)距L0之比的百分率為斷后伸長(zhǎng)率。對(duì)于比例試樣， 若原始標(biāo)距不為5.65，則符號(hào)A應(yīng)附下標(biāo)注明所使用的比例系 數(shù)，例如A11i3表示原始標(biāo)距L0為11.3既的試樣斷后伸長(zhǎng)率。測(cè)量時(shí)將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，應(yīng)使試樣二段的軸 線處于同一直線上，而且斷裂部分適當(dāng)接觸。當(dāng)斷裂處與最接近 的標(biāo)距標(biāo)記的距離不小于原始標(biāo)距的三分之一時(shí)，標(biāo)距段長(zhǎng)度