張青霞講師博士

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)張青霞講師博士實(shí)驗(yàn)項目實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五測定材料的剪切彈性模量實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)七測定材料的彈性模量E實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解萬能材料試驗(yàn)機(jī)的工作原理，并初步掌握試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程。2．測定低碳鋼的屈服極限、強(qiáng)度極限、伸長率、斷面收縮率。3．測定鑄鐵的強(qiáng)度極限。4．比較兩種典型材料的機(jī)械性能和斷口形式。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和量具WE—100微機(jī)控制電液伺服液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)、標(biāo)距打印機(jī)、游標(biāo)卡尺。

三、實(shí)驗(yàn)原理1．為了檢驗(yàn)低碳鋼拉伸時的機(jī)械性質(zhì)，應(yīng)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(qiáng)度極限。實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)試樣五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟

1．低碳鋼試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)

1）測標(biāo)樣直徑實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)1）測標(biāo)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(diǎn)測量試件直徑，3個卡點(diǎn)的位置分別選在標(biāo)樣中間和距平行長度兩端的約a?2處（a＝Lc－L0，Lc為標(biāo)樣的平行長度，L0為標(biāo)距的總長度）。對每個卡點(diǎn)，用游標(biāo)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(shù)平均值（精度0.1mm）。選擇3個卡點(diǎn)中最小值的直徑（d0）進(jìn)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(shí)驗(yàn)報告的表中。

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

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

實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟

2．灰鑄鐵試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度極限。

實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)六、注意事項1．未經(jīng)指導(dǎo)教師同意不得開動機(jī)器。2．練習(xí)時要嚴(yán)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(yàn)時聽見異聲或發(fā)生任何故障，應(yīng)立即停車。

實(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)七、思考題1．試比較低碳鋼和鑄鐵的拉伸機(jī)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(yàn)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(shí)驗(yàn)一金屬材料的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定壓縮時低碳鋼的屈服極限和鑄鐵的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)設(shè)備和量具

WE—300微機(jī)控制電液伺服液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)試件承受壓縮時，其上下兩端面與試驗(yàn)機(jī)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(dāng)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(guān)。

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(yàn)方法是兩端平壓法。

實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、低碳鋼試樣的壓縮實(shí)驗(yàn)

1）測定試樣的截面尺寸用游標(biāo)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(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備。選擇測力度盤。調(diào)整指針，對準(zhǔn)零點(diǎn)，并調(diào)整自動繪圖器。

實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)步驟

3）安裝試件將試件兩端面涂以潤滑劑，然后準(zhǔn)確地放在試驗(yàn)機(jī)球形承墊的中心處。

4）檢查試件

5）進(jìn)行試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟

2、鑄鐵試樣的壓縮實(shí)驗(yàn)

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

實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)五、注意事項1．未經(jīng)指導(dǎo)教師同意不得開動機(jī)器。2．練習(xí)時要嚴(yán)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(yàn)時聽見異聲或發(fā)生任何故障，應(yīng)立即停車。實(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)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(xué)性質(zhì)。2．由低碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮試驗(yàn)結(jié)果，比較塑性材料和脆性材料的力學(xué)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(shí)驗(yàn)二金屬材料的壓縮實(shí)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?．測定低碳鋼的屈服點(diǎn)(剪切屈服極限)

ts、抗扭強(qiáng)度(剪切強(qiáng)度極限)

tb。2．測定鑄鐵抗扭強(qiáng)度tb；二、試驗(yàn)設(shè)備及量具JNSG—144型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。2．游標(biāo)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(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)三、試驗(yàn)原理圓軸承受扭轉(zhuǎn)時，材料完全處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。故常用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來研究不同材料在純剪切作用下的力學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)低碳鋼：扭矩T～扭角φ關(guān)系曲線圖實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)鑄鐵：扭矩T～扭角φ關(guān)系曲線圖試件受力分析圖試件受扭，材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。圓桿扭轉(zhuǎn)時橫截面上有最大剪應(yīng)力，而45°斜截面上有最大拉應(yīng)力，由此可以分析低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的破壞原因。四、實(shí)驗(yàn)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(yàn)一樣）。2、調(diào)試試驗(yàn)機(jī)，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(yàn)機(jī)上的電機(jī)，對試樣進(jìn)行破壞試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，應(yīng)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(yīng)無沖擊產(chǎn)生。4、記下試驗(yàn)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(guān)機(jī)，取下試樣，試驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三金屬材料的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)五、思考題1.鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?.用實(shí)驗(yàn)方法測定梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律。2.驗(yàn)證梁在純彎曲下的正應(yīng)力公式。二、試驗(yàn)設(shè)備及量具WSG—80型純彎曲正應(yīng)力試驗(yàn)臺、電阻應(yīng)變儀、電源插座、螺刀。3.掌握電測法的原理、方法及電阻應(yīng)變儀的使用。實(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)三、試驗(yàn)原理標(biāo)準(zhǔn)試件受力狀況1.實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)2.理論值計算梁橫截面上某點(diǎn)的正應(yīng)力增量的理論值按公式可計算。

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

5．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；四、實(shí)驗(yàn)步驟2．安裝試件及接線；3．對靜態(tài)電阻應(yīng)變儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；4．?dāng)M定加載方案；6．結(jié)束實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)1．粘貼應(yīng)變片；實(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)4．實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析；五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1．測點(diǎn)距中性軸的距離；2．完成實(shí)驗(yàn)記錄表二；3．?dāng)?shù)據(jù)處理；5．根據(jù)實(shí)測應(yīng)力描繪出應(yīng)力沿截面高度的分布

圖。實(shí)驗(yàn)四彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)六、思考題1.彎曲正應(yīng)力的大小是否會受材料彈性模量E的影響？2.影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的主要原因是什么？實(shí)驗(yàn)五測定材料的剪切彈性模量一、試驗(yàn)?zāi)康?.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(shí)驗(yàn)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)備操作及試驗(yàn)結(jié)果分析。2.驗(yàn)證圓軸扭轉(zhuǎn)變形公式。二、試驗(yàn)設(shè)備及量具NY—4型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、百分表、游標(biāo)卡尺、鋼板尺等。實(shí)驗(yàn)五測定材料的剪切彈性模量三、試驗(yàn)原理1.驗(yàn)證虎克定律選取已知屈服點(diǎn)的低碳鋼材料。在比例極限內(nèi)，利用設(shè)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(shè)備誤差，不可能完全相等)，即可驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(biāo)距內(nèi)選取3個卡點(diǎn)，3個卡點(diǎn)的位置分別選在標(biāo)距中間和接近標(biāo)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(yàn)機(jī)上，并固緊。3.調(diào)整兩懸臂桿的位置。4.調(diào)整設(shè)備加碼進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)驗(yàn)開始時試件會因夾頭不牢或設(shè)備機(jī)構(gòu)間隙的存在而產(chǎn)生松動，導(dǎo)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(zhǔn)確性，故必須加一定的初載荷。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證圓軸扭轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力公式。實(shí)驗(yàn)五測定材料的剪切彈性模量一、試驗(yàn)?zāi)康?.利用電阻應(yīng)變儀和應(yīng)變花測定平面應(yīng)力狀態(tài)下一點(diǎn)的主應(yīng)力大小及方向，并與理論值進(jìn)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(yīng)變，并確定內(nèi)力分量彎矩和扭矩的實(shí)驗(yàn)值。3.掌握電阻應(yīng)變片花的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試

實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器WNG—100型彎扭組合變形試驗(yàn)臺、電阻應(yīng)變儀、電源插座及螺刀。實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試

實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理

1．結(jié)構(gòu)示意圖alFIII-I

截面dDI-I截面內(nèi)力：實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試

實(shí)驗(yàn)利用已知參數(shù)的材料和專用設(shè)備，在標(biāo)準(zhǔn)試件同時受到彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種載荷作用下，用應(yīng)變儀測定已知點(diǎn)在不同方向上的應(yīng)變值，并計算出實(shí)驗(yàn)的正應(yīng)力，從而驗(yàn)證理論計算值。理論值計算主應(yīng)力公式實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試

實(shí)驗(yàn)利用已知參數(shù)的材料和專用設(shè)備，在標(biāo)準(zhǔn)試件同時受到彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種載荷作用下，用應(yīng)變儀測定已知點(diǎn)在不同方向上的應(yīng)變值，并計算出實(shí)驗(yàn)的正應(yīng)力，從而驗(yàn)證理論計算值。實(shí)測值計算主應(yīng)力公式實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試

實(shí)驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)步驟1．粘貼應(yīng)變花，將應(yīng)變片按照實(shí)驗(yàn)要求接至應(yīng)變儀上，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；2．?dāng)M定加載方案；3．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(填在記錄表上)

；4．結(jié)束實(shí)驗(yàn)(檢查數(shù)據(jù))。五、注意事項1.加碼或撤碼時，要緩慢進(jìn)行。2.應(yīng)變花的標(biāo)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(diǎn)的應(yīng)變。因?yàn)閳A管比較細(xì)，曲率大，如果應(yīng)變花標(biāo)距大就會有較大誤差。實(shí)驗(yàn)六彎扭組合變形主應(yīng)力測試

實(shí)驗(yàn)六、思考題1.試分析本次實(shí)驗(yàn)的誤差是由哪些主要原因造成的？2.在粘貼應(yīng)變花時，是否一定要有一片的方位與桿的軸線平行？在選應(yīng)變花及選擇測點(diǎn)的位置時要注意些什么？實(shí)驗(yàn)七塑性材料彈性模量（E）的測點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．在比例極限內(nèi)，驗(yàn)證虎克定律。

2．測定低碳鋼的彈性模量E。

3．了解電阻應(yīng)變儀的原理及使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器CEG—4K型測E試驗(yàn)機(jī)、Qy—1球鉸式引伸儀、千分表、游標(biāo)卡尺。三、實(shí)驗(yàn)原理

（1）驗(yàn)