張青霞講師博士

材料力學實驗張青霞講師博士實驗項目實驗一金屬材料的拉伸實驗實驗二金屬材料的壓縮實驗實驗三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗實驗四彎曲正應力實驗實驗五測定材料的剪切彈性模量實驗六彎扭組合變形主應力測試實驗實驗七測定材料的彈性模量E實驗實驗一金屬材料的拉伸實驗一、實驗目的1．了解萬能材料試驗機的工作原理，并初步掌握試驗機的操作規(guī)程。2．測定低碳鋼的屈服極限、強度極限、伸長率、斷面收縮率。3．測定鑄鐵的強度極限。4．比較兩種典型材料的機械性能和斷口形式。

二、實驗設備和量具WE—100微機控制電液伺服液壓式萬能試驗機、標距打印機、游標卡尺。

三、實驗原理1．為了檢驗低碳鋼拉伸時的機械性質(zhì)，應使試樣軸向受拉直到斷裂。2．鑄鐵屬脆性材料，軸向拉伸時，在變形很小的情況下就斷裂，故測定其抗拉強度極限。實驗一金屬材料的拉伸實驗實驗一金屬材料的拉伸實驗四、實驗試樣五、實驗方法及步驟

1．低碳鋼試樣的拉伸實驗

1）測標樣直徑實驗一金屬材料的拉伸實驗1）測標樣直徑為了避免試件加工的錐度和橢圓度影響，選取3個卡點測量試件直徑，3個卡點的位置分別選在標樣中間和距平行長度兩端的約a?2處（a＝Lc－L0，Lc為標樣的平行長度，L0為標距的總長度）。對每個卡點，用游標卡尺在兩個相互垂直方向上卡其直徑（兩個卡值，精度≤0.02mm），取其算術平均值（精度0.1mm）。選擇3個卡點中最小值的直徑（d0）進行橫截面積（A0）的計算（л＝3.1416，面積精度0.01mm2）。將各卡值及計算值填入實驗報告的表中。

實驗一金屬材料的拉伸實驗（2）打印試件標距（僅對低碳鋼試件）注意Lc與L0的關系，從平行長度某一端點的約a?2處開始打印。對ф10的低碳鋼試件打印出8個1cm標距，即9個點，并涂黑色。再用游標卡尺測量9個點的總長度，即為總標距L0

（精度0.1mm），將L0值填入實驗報告的表中。（3）設備操作①打開電源，開啟微機，雙擊桌面“微機自動測量控制系統(tǒng)”，進入微機操作系統(tǒng)。②在“試驗方法”中選金屬室溫拉伸試驗（GB/T228—2002）。③單擊“新建試樣”進入填單界面，根據(jù)界面內(nèi)容填單。實驗一金屬材料的拉伸實驗低碳鋼拉伸圖

實驗一金屬材料的拉伸實驗五、實驗方法及步驟

2．灰鑄鐵試樣的拉伸實驗灰鑄鐵試樣是在非常微小的變形情況下突然斷裂的，斷裂后幾乎測不到殘變形。對灰鑄鐵只需測定它的強度極限。

實驗一金屬材料的拉伸實驗六、注意事項1．未經(jīng)指導教師同意不得開動機器。2．練習時要嚴格遵守操作規(guī)程。操作者不得擅自離開操縱臺。3．要慢速均勻加載，使測力指針勻速緩慢轉(zhuǎn)動。卸載時也要用慢速。按規(guī)定將載荷卸到所需值。4．試件安裝必須正確、防止偏斜和夾入部分過短現(xiàn)象。5．試驗時聽見異聲或發(fā)生任何故障，應立即停車。

實驗一金屬材料的拉伸實驗七、思考題1．試比較低碳鋼和鑄鐵的拉伸機械性質(zhì)。2.低碳鋼試件的拉伸變形在加力至破壞的過程中分哪幾個階段？在各個階段中你看到了哪些現(xiàn)象？3.在試驗前，為什么要測三個橫截面的直徑？為什么每個橫截面又要測兩個相互垂直的直徑？

實驗一金屬材料的拉伸實驗實驗二金屬材料的壓縮實驗一、實驗目的測定壓縮時低碳鋼的屈服極限和鑄鐵的強度極限。觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象。二、實驗設備和量具

WE—300微機控制電液伺服液壓式萬能試驗機、游標卡尺。實驗二金屬材料的壓縮實驗三、實驗原理

當試件承受壓縮時，其上下兩端面與試驗機支承墊之間產(chǎn)生很大的摩擦力，這些摩擦力阻礙試件上部和下部的橫向變形。當試件的高度相對增加時，摩擦力對試件中部的影響將有所減小，因此抗壓能力與試件高度和直徑的比值有關。

低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試樣一般制成圓柱形，高與直徑之比在1～3的范圍內(nèi)。目前常用的壓縮試驗方法是兩端平壓法。

實驗二金屬材料的壓縮實驗四、實驗步驟

1、低碳鋼試樣的壓縮實驗

1）測定試樣的截面尺寸用游標卡尺測量試件兩端及中部三處截面的直徑，取三處中最小一處的平均直徑來計算截面面積。

2）試驗機的準備。選擇測力度盤。調(diào)整指針，對準零點，并調(diào)整自動繪圖器。

實驗二金屬材料的壓縮實驗四、實驗步驟

3）安裝試件將試件兩端面涂以潤滑劑，然后準確地放在試驗機球形承墊的中心處。

4）檢查試件

5）進行試驗緩慢均勻地加載，注意觀察測力指針的轉(zhuǎn)動情況和繪圖紙上的壓縮圖，以便及時而正確地測定屈服載荷，并記錄下來。四、實驗步驟

2、鑄鐵試樣的壓縮實驗

鑄鐵試樣壓縮試驗的步驟與低碳鋼壓縮試驗基本相同，但不測屈服載荷而測最大載荷。

實驗二金屬材料的壓縮實驗五、注意事項1．未經(jīng)指導教師同意不得開動機器。2．練習時要嚴格要遵守操作規(guī)程。操作者不得擅自離開操縱臺。3．要慢速均勻加載，使測力指針勻速緩慢轉(zhuǎn)動。卸載時也要慢速，按規(guī)定將載荷卸到所需值。4．試驗時聽見異聲或發(fā)生任何故障，應立即停車。實驗二金屬材料的壓縮實驗六、思考題1．試分別比較低碳鋼和鑄鐵在軸向拉伸和壓縮下的力學性質(zhì)。2．由低碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮試驗結(jié)果，比較塑性材料和脆性材料的力學性質(zhì)以及它們的破壞形式。3．為什么鑄鐵試件在壓縮時沿著與軸線大致成45°的斜面破壞？實驗二金屬材料的壓縮實驗一、試驗目的1．測定低碳鋼的屈服點(剪切屈服極限)

ts、抗扭強度(剪切強度極限)

tb。2．測定鑄鐵抗扭強度tb；二、試驗設備及量具JNSG—144型扭轉(zhuǎn)試驗機、游標卡尺。2．游標卡尺。3．觀察、比較和分析上述兩種典型材料在受到扭轉(zhuǎn)載荷時的變形和破壞形式，并對試件斷口進行分析。實驗三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗三、試驗原理圓軸承受扭轉(zhuǎn)時，材料完全處于純剪切應力狀態(tài)。故常用扭轉(zhuǎn)實驗來研究不同材料在純剪切作用下的力學性質(zhì)。實驗三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗低碳鋼：扭矩T～扭角φ關系曲線圖實驗三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗鑄鐵：扭矩T～扭角φ關系曲線圖試件受力分析圖試件受扭，材料處于純剪切應力狀態(tài)。圓桿扭轉(zhuǎn)時橫截面上有最大剪應力，而45°斜截面上有最大拉應力，由此可以分析低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的破壞原因。四、實驗步驟1、分別測量兩種材料試樣的直徑（測量直徑的方法與拉伸試驗一樣）。2、調(diào)試試驗機，安裝試樣，用黑色筆沿試樣軸線畫一條直線，以便觀察試樣受扭時的變形。3、啟動試驗機上的電機，對試樣進行破壞試驗。在試驗中，應注意選擇扭轉(zhuǎn)速度。低碳鋼試樣在屈服前，扭轉(zhuǎn)速度在（15o—30o）/min范圍內(nèi)，屈服后的扭轉(zhuǎn)速度不大于360o/min，且速度的改變應無沖擊產(chǎn)生。4、記下試驗中試樣屈服時的扭矩Ts和破壞時的最大扭矩Tb。5、試樣扭斷后，立即關機，取下試樣，試驗結(jié)束。實驗三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗實驗三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實驗五、思考題1.鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)實驗，從加載到破壞你看到哪些現(xiàn)象。2.為什么鑄鐵試件在扭轉(zhuǎn)時沿著與軸線大致成45°的斜截面上破壞？3.低碳鋼試件扭轉(zhuǎn)實驗，從加載到破壞你看到哪些現(xiàn)象。4.分析兩種材料的斷口形狀及產(chǎn)生原理。5.鑄鐵在壓縮和扭轉(zhuǎn)破壞時，其斷口方位均與軸線大致成45°角，其破壞原因是否相同？實驗四彎曲正應力實驗一、試驗目的1.用實驗方法測定梁在純彎曲時橫截面上正應力的分布規(guī)律。2.驗證梁在純彎曲下的正應力公式。二、試驗設備及量具WSG—80型純彎曲正應力試驗臺、電阻應變儀、電源插座、螺刀。3.掌握電測法的原理、方法及電阻應變儀的使用。實驗四彎曲正應力實驗三、試驗原理標準試件受力狀況1.實驗前，在試件矩形截面梁的純彎曲區(qū)域內(nèi)，離中性軸不同高度處粘貼好五個間距相等的電阻應變片：1片、5片貼在距中性軸距離的h/2處（梁截面的上下邊緣），2片、4片貼在距中性軸距離的h/4處，3片貼在中性軸的位置上。實驗四彎曲正應力實驗2.理論值計算梁橫截面上某點的正應力增量的理論值按公式可計算。

3.實測值計算按虎克定律計正應力的增量△σ實。根據(jù)橫梁截面上各點所測出的應變增量計算△σ實=E·

5．進行實驗；四、實驗步驟2．安裝試件及接線；3．對靜態(tài)電阻應變儀進行參數(shù)設置；4．擬定加載方案；6．結(jié)束實驗；實驗四彎曲正應力實驗1．粘貼應變片；實驗四彎曲正應力實驗4．實驗結(jié)果分析；五、實驗數(shù)據(jù)處理1．測點距中性軸的距離；2．完成實驗記錄表二；3．數(shù)據(jù)處理；5．根據(jù)實測應力描繪出應力沿截面高度的分布

圖。實驗四彎曲正應力實驗六、思考題1.彎曲正應力的大小是否會受材料彈性模量E的影響？2.影響實驗結(jié)果準確性的主要原因是什么？實驗五測定材料的剪切彈性模量一、試驗目的1.測定低碳鋼的剪切彈性模量（G），基本掌握測試塑性材料剪切彈性模量的實驗設計、實驗條件、設備操作及試驗結(jié)果分析。2.驗證圓軸扭轉(zhuǎn)變形公式。二、試驗設備及量具NY—4型扭轉(zhuǎn)試驗機、百分表、游標卡尺、鋼板尺等。實驗五測定材料的剪切彈性模量三、試驗原理1.驗證虎克定律選取已知屈服點的低碳鋼材料。在比例極限內(nèi)，利用設備通過n次等增量加載荷，由百分表可測出每次產(chǎn)生相近的位移增量值(因設備誤差，不可能完全相等)，即可驗證虎克定律的正確性。2.剪切彈性模量求取在剪切比例極限內(nèi)，分四次加載荷，每次對試件施加相等的載荷，求取所產(chǎn)生的四個極為相近的扭轉(zhuǎn)角增量值,扭轉(zhuǎn)變形公式可得到剪切彈性模量四、實驗步驟1.卡取試件直徑，為了避免試件加工的錐度和橢圓度影響，在標距內(nèi)選取3個卡點，3個卡點的位置分別選在標距中間和接近標距的兩端。2.將已卡取直徑為、長為260mm的試件安裝在NY—4型測G扭轉(zhuǎn)試驗機上，并固緊。3.調(diào)整兩懸臂桿的位置。4.調(diào)整設備加碼進行試驗。實驗五測定材料的剪切彈性模量五、注意事項1.加載過程中，要注意檢查傳力機構(gòu)的零件是否受到干擾，若受干擾，需卸載調(diào)整。2.加、減砝碼時要緩慢放手，以使之為靜載，并防止失落而砸傷人、物等。3.加載荷前，要先加有一定重量的初載荷（一般指砝碼托），它的意義不僅在于其上可加載荷，主要是避免實驗開始時試件會因夾頭不牢或設備機構(gòu)間隙的存在而產(chǎn)生松動，導致試件夾持表面上產(chǎn)生微小的滑動，這些均影響數(shù)據(jù)的準確性，故必須加一定的初載荷。實驗五測定材料的剪切彈性模量六、思考題1.試討論影響測量誤差的主要因素是什么？2.用實驗結(jié)果驗證圓軸扭轉(zhuǎn)的剪應力公式。實驗五測定材料的剪切彈性模量一、試驗目的1.利用電阻應變儀和應變花測定平面應力狀態(tài)下一點的主應力大小及方向，并與理論值進行比較。2. 測定彎扭組合變形桿件中的彎矩和扭矩分別引起的應變，并確定內(nèi)力分量彎矩和扭矩的實驗值。3.掌握電阻應變片花的應用。實驗六彎扭組合變形主應力測試

實驗二、實驗設備及儀器WNG—100型彎扭組合變形試驗臺、電阻應變儀、電源插座及螺刀。實驗六彎扭組合變形主應力測試

實驗三、實驗原理

1．結(jié)構(gòu)示意圖alFIII-I

截面dDI-I截面內(nèi)力：實驗六彎扭組合變形主應力測試

實驗利用已知參數(shù)的材料和專用設備，在標準試件同時受到彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種載荷作用下，用應變儀測定已知點在不同方向上的應變值，并計算出實驗的正應力，從而驗證理論計算值。理論值計算主應力公式實驗六彎扭組合變形主應力測試

實驗利用已知參數(shù)的材料和專用設備，在標準試件同時受到彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種載荷作用下，用應變儀測定已知點在不同方向上的應變值，并計算出實驗的正應力，從而驗證理論計算值。實測值計算主應力公式實驗六彎扭組合變形主應力測試

實驗四、實驗步驟1．粘貼應變花，將應變片按照實驗要求接至應變儀上，并進行參數(shù)設置；2．擬定加載方案；3．進行實驗(填在記錄表上)

；4．結(jié)束實驗(檢查數(shù)據(jù))。五、注意事項1.加碼或撤碼時，要緩慢進行。2.應變花的標距一定要短，一般是2×3，最好是1×2這樣測量的值才更接近于一點的應變。因為圓管比較細，曲率大，如果應變花標距大就會有較大誤差。實驗六彎扭組合變形主應力測試

實驗六、思考題1.試分析本次實驗的誤差是由哪些主要原因造成的？2.在粘貼應變花時，是否一定要有一片的方位與桿的軸線平行？在選應變花及選擇測點的位置時要注意些什么？實驗七塑性材料彈性模量（E）的測點一、實驗目的

1．在比例極限內(nèi)，驗證虎克定律。

2．測定低碳鋼的彈性模量E。

3．了解電阻應變儀的原理及使用方法。二、實驗設備及儀器CEG—4K型測E試驗機、Qy—1球鉸式引伸儀、千分表、游標卡尺。三、實驗原理

（1）驗