拉伸和壓縮實驗

1028頁拉伸和壓縮試驗拉伸和壓縮試驗是建筑材料力學(xué)性能試驗中最根本和最一般料的工作條件，而工作條件又取決于材料本身的構(gòu)造性能，即：或依據(jù)受力特點——受拉或受壓，選擇構(gòu)造材料。例如：金屬材料具有較高的抗拉強度，同時也具有較高的〔假設(shè)為瘦長桿〕簡潔失穩(wěn)，為此，需增加桿件的截面積，而材料的強度值未能充分得以利用。因此，按材料的性能進展設(shè)計時，鋼構(gòu)造中的桿件應(yīng)盡可能設(shè)計為受拉桿件。又如：大多數(shù)無機非金屬材料如：混凝土、磚、砂漿等，比就顯得很重要。而這類材料用于承受拉力荷載明顯是不適合〔拉斷而開始的?？傊牧鲜芾蛪毫Φ淖饔茫遣牧鲜芰Φ膬蓚€最根本形式，此外材料還可能受到彎、剪、扭等力的作用，材料抗拉強度與抗壓強度之間有肯定關(guān)系〔材料不一樣關(guān)系不一樣值?！步ㄖ?gòu)造中，柱墻主要承受壓力，梁、板主要承受彎曲應(yīng)力，屋架中的拉桿承受拉力〕第一節(jié) 拉伸試驗一、對試件的要求〔對試件總的要求是，對試驗結(jié)果影響大的應(yīng)消退〕1、試件形式，有園柱形，如鋼，平板形，如鋼板等，8字形，如砂漿等，受拉截面一般為園形、正方形或長方形。為了使斷裂面發(fā)生在試件中長度的中部試件總是制成在長度中間的影響。2機夾具裝臵。可做成平滑的、階梯形、螺紋形或錐形等。端部的鋼材為1.5:11.7—3.75:1,對脆性材料端部的制作特別“8”字形砂漿試件〔但此試件非承受夾持方式。3、試件的對稱軸，試件在整個長度應(yīng)對稱于縱軸，以防止加荷時因偏心而受到彎曲作用〔這對脆性材料影響尤其嚴(yán)峻以下圖為平板式試件制備中常見的幾種弊?。?、試件中間縮小截面的長度和面積，取決于試驗材料的類很短。如鋼筋試件L0

5d或L0

10d0

，而砂漿“8”字試件則很短。強度值較低。面積面積cm2501002004001000強度比值1.201.000.850.800.70試驗這類材料，要得到可能的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵是嚴(yán)格對中，避開法可用一般的立方體或圓柱體試件〔在砼抗拉試驗中介紹。二、夾具裝臵1、對夾具裝臵的根本要求影響脆性材料的抗拉強度。2、夾具材料的破壞。契形夾具主要分為外表為平的和工字形凹槽兩種，夾具正確地位于試驗機壓頭中心，以下圖為夾具安放的正確與否：對于其他外形的試件，如做圓柱形或方形砼拉力試驗時必須設(shè)計適合的夾具裝臵，如：〔在圖a，b中承受了球座為了使試驗的中心線與夾具的〔但其也問題。三、試驗過程1測定其抗拉強度和斷裂特性?！采稀⒅?、下三個斷面，分別測出相互垂直的兩個直徑，取其平均截面，適當(dāng)?shù)剡x取三個位臵量，取三個厚度和寬度。①確定測試指標(biāo)；②尺寸測量；③刻畫標(biāo)距；④選擇試驗機測量范圍。3為根本準(zhǔn)則。假設(shè)用引伸儀、千分表或其他儀器、儀表，必需安放在試件中心線上適應(yīng)的位臵。4刻度盤，使指針處于第三象限為最好，也可處于其次象限。5、試件安裝，安裝時應(yīng)檢查夾具是否安全、正確，試件安放位臵應(yīng)便于觀看標(biāo)志。6鑄鐵的斷口是鉛灰色、平坦的晶粒狀。四、主要影響因素影響拉伸試驗結(jié)果的主要因素是試驗條件，其中包括試件尺寸、外形；試件制作工藝；夾具和試件安裝；試驗加荷速度以及試驗時環(huán)境的溫度、濕度等。1、長徑比〔L/D〕的影響不同長徑比的試件及試驗結(jié)果如圖：長徑比大，延長率小，主要由于計算延長率的根底長度而延長長最大的在中間。從圖中可以看出，當(dāng)L/D2L/DL/D2的約束使截面縮小零。L/D較小者比L/D較大者的延長率大?！病矻/D有較高的強度和格外的變形〔呈脆性材料的性質(zhì)。2度和降低外表韌性，對脆性材料回引起強度降低。38”字形試件〔砂漿〕應(yīng)力分布是不均勻的，如圖：4明顯的影響。5、加荷速度的影響，加荷速度快，導(dǎo)致材料強度提高，有些材料在慢速荷載作用下具有相當(dāng)?shù)捻g性，但假設(shè)實行突然加荷，則破壞時的延長率很小。前面講了四個方面的問題：試件要求，截面形式，長度中間截面尺寸的縮小，縮小截面的長度，端部外形，對稱軸〔長度方向?qū)ΨQ于縱軸〔試驗工程、測量尺寸等、標(biāo)距、選擇試驗機。五、鋼材拉伸試驗合格的一個試驗工程。1、低碳鋼〔軟鋼〕受拉應(yīng)力——應(yīng)變圖OA——彈性階段〔Ⅰ〕AB——屈服階段〔Ⅱ〕BC——強化階段〔Ⅲ〕CD——頸縮階段〔Ⅳ〕B點屈服點用

表示：是呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料，試s樣在試驗過程中力不增加仍能保持連續(xù)伸長時的應(yīng)力。B是屈服階段的最高點稱上屈服點用 表示是試上 sn樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力。B點稱為下屈服點用 表示是當(dāng)不計初始瞬時效應(yīng)下 sl時屈服階段中的最小應(yīng)力。——抗拉強度b其屈服點，故常以規(guī)定剩余伸長率為0.02%的應(yīng)力作為規(guī)定的屈服極限用

表示。2、試樣尺寸及外形3、試樣尺寸測定和預(yù)備4、試驗條件〔試驗速度、試驗溫度〕5、主要儀器設(shè)備6、性能測定屈服點

，上屈服點s

，下屈服點3n

的測定。sla、指針法，拉伸中：測力度盤的指針首次停頓轉(zhuǎn)動的恒定力〔F

〕——對應(yīng)s屈服點或指針首次回轉(zhuǎn)前的最大力〔Fsn

〕——對應(yīng)上屈服點?；虿挥嫵跏妓矔r效應(yīng)時的最小力〔Fsl點。

〕——對于下屈服b、圖示法在拉伸曲線上確定屈服平臺恒定的力F

或屈服階段中力s首次下降前的最大力Fsn

或不計初始瞬時。②規(guī)定剩余伸長應(yīng)力

的測定〔試驗課講〕抗拉強度

的測定b斷后伸長率的測定〔試驗課講〕六、砼抗拉強度試驗〔劈裂法〕七、木材順紋抗拉強度試驗§壓縮試驗一、對試件的要求1、試件截面不同截面的試件在受壓時，其截面應(yīng)力分布有較大差異，了制作方面等緣由又常承受正方形截面的試件。2、試件的高度比〔或高度與直徑之比，一般可以從1——4分布不均，截面應(yīng)力分布示意圖。假設(shè)高度比過小，則試驗機承壓板對試件端部的約束摩擦影響加大，使試件測試的強度結(jié)果值增大。當(dāng)需要測定壓縮應(yīng)力——應(yīng)變曲線，就需承受較高的試件，以便安裝測試儀器〔如砼抗壓彈性模量的測定承受150×150×300mm。3、試件的尺寸取決于材料類型，對宏觀勻質(zhì)材料，如木材、巖石〔假設(shè)只測其極限抗壓強度〔如木材順紋抗壓采用20×20×30mm的試件粒徑等因素的掌握，其試件尺寸相對較大〔承受150×150×150立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件。4、試件的受壓必需是平滑的，并與試件軸線或垂直，因此，砼成型時的外表，不得用作受壓面。二、支承板及球面支座在二節(jié)四條中，要求試件外表平坦不至于引起應(yīng)力集中，要求試件受壓面與豎向軸線垂直，不至于由于偏心荷載引起彎曲。象金屬試件，可用機械加工平坦，各面可以相互垂直，木材能鋸到平坦，且試件尺寸較小，簡潔滿足上要求，然而對砼、石目的。試件應(yīng)位于球面支座的中心加封頂材料的試件，其封頂材料的彈性模量及強度至少等于試驗材料的彈性模量及強度。不能用橡膠板和纖維板等軟質(zhì)材料做支承板。試件外表和支承板應(yīng)枯燥、無油跡等。三、試驗過程1、抗壓試驗通常測定的性能是抗壓強度。對于脆性材料其極測定壓力——應(yīng)變曲線和彈性模量等。2、抗壓試驗的一般過程試件尺寸測量〔有的需稱其質(zhì)量〕——將試件正確地臵于試驗機承壓板上——按規(guī)定速度進展加荷——記錄荷載讀數(shù)——結(jié)果計算等試件尺寸的測量所使用的量具必需滿足相應(yīng)的精度要，其相互垂直的直徑上測量，取其平均值。放臵試件時，留意對中和較平，并留意試件的受壓面。加荷速度，在很多狀況下，在到達最大荷載的一半以前允許用某一適宜的速度加荷，隨后按規(guī)定的速度加荷。試驗中假設(shè)測變形，至少應(yīng)取兩個相對方向所測之值的平均120度的三個角度線上測量變形。3、抗壓破壞的類型抗壓試件破壞有多種類型，對于脆性材料一般沿著對角面或者錐形〔圓柱體試件〕或金字塔形〔立方體試件〕這些類型基本上是屬于受剪而破壞。莫爾理論，裂開面的角度是內(nèi)摩擦角的一個函數(shù)，如圖由圖可得：290o4o24o2度與理論值會產(chǎn)生較大偏差。鑄鐵、砂巖、磚和砼等材料，試驗中觀測到的值約為50o——60o。木材的破壞類型〔荷載平行于纖維方向〕a、壓碎〔斷裂面近似水平〕b、契形劈裂〔劈裂方向：徑向或切向〕c、剪切〔斷裂面與水平方向成銳角〕d、劈裂〔順紋和橫紋兩方向強度相差較大〕e、剪切和順紋劈裂〔通常發(fā)生在橫紋試件中〕對于韌性材料和塑性材料，在壓縮試驗過程中，有的以變形低的材料，試驗過程中外表硬化進展成外表裂縫而作為破壞。1〔環(huán)箍效應(yīng)。壓機壓板彈性模量比砼大5——15倍，波松比則不大于砼的兩倍，所以在荷載作用下壓板的橫向應(yīng)變小于砼的橫向應(yīng)變，因而上下壓板與試件的上下面之間產(chǎn)生的摩擦對試件的橫向膨大，在距離端面大約作用才消逝。

a〔a為試件橫向尺寸〕的范圍以外約束3232、試件端部條件，平坦度的影響砼封蓋時，如有少量凸出，強度會降低20%左右，封蓋材料的強度對砼強度的測試結(jié)果也有影響。3、加荷速度加荷速度快顯示出的強度高4、測試時試驗室緯度、濕度等因素也有影響。七、一般粘土磚抗壓強度試驗八第三節(jié)砼抗壓彈性模量試驗在鋼筋砼構(gòu)造設(shè)計和混凝土變形計算中，都需要計入砼的彈性模量。一、砼應(yīng)力——應(yīng)變曲線與各種切線圖砼應(yīng)力——應(yīng)變曲線上任一點 ——彈性應(yīng)變ce ——塑性應(yīng)變cp ——總應(yīng)變Ec

dc”tgcceEtgcc 0ceccE”tgdccce

””tgc1c

cc砼原點彈性模量不易測準(zhǔn)，實際很少應(yīng)用。砼切線彈性模量僅適用于很小的荷載變化范圍。此，常在工程上承受。40%時的加荷割線模量。試驗機，變形測量儀表等。以150×150×300mm的棱柱體試件作為標(biāo)準(zhǔn)試件，每次制作6個試件，其中3個用于測定砼軸心抗壓強度。1、試件從養(yǎng)護毛巾取出后，應(yīng)在1小時內(nèi)進展試驗，試驗前應(yīng)用濕巾掩蓋，避開水分蒸發(fā)。2、擦拭試件外表，外觀檢查，測量尺寸〔截面尺寸，計算軸心抗壓強度。3、取將34〔彈性模量試驗〕試件安裝①試件相對兩側(cè)面畫一條中心線〔不取試件的成形面和其對面150mm。②調(diào)整試件在試驗機上的位臵，使其軸心與下壓板的中心對5、測試①預(yù)壓三次以砼立方體抗壓強度試驗之加荷速度要求〔 c 時取300.3-0.5MPas

0.5-0.8MP30 as

〕,加至0.4f ，然c后以同樣速度卸至0，如此反復(fù)三次。此過程中，觀看試驗機及儀表運轉(zhuǎn)狀況，如有必要，應(yīng)予調(diào)整。當(dāng)承受100×100mm截面的非標(biāo)準(zhǔn)試件時，其兩次測讀得的變形值之差不得大于變形平均值的20%，否則應(yīng)調(diào)整試件位臵。②加荷測試以①之加荷速度進展第四次加荷0.5Mp

Pa

，保持30s，分別讀取兩側(cè)儀表讀數(shù)0

Pa

30s，讀取試件兩側(cè)儀表讀數(shù)。4P0

30S0

加至Pa

30s計算5如此反復(fù)。當(dāng)與4 5

相差不大于0.00002L，可停頓試驗，否則應(yīng)重復(fù)上述過程直至滿足要求。〔L——測點標(biāo)距〕五、結(jié)果計算E

pp L aA occnE——砼彈性模量 MPc aP0.4fcNapNOA——試件承壓面積mm 2——最終一次從pP時的試件兩側(cè)變形差的平n O ammL——測點標(biāo)距彈性模量按3fc”與fc之差超過20%fc，則Ec

按另兩個試件的平均值計算，如有二個試件與fc之差超過規(guī)定，則試件結(jié)果無效。該試驗所顯示的對試驗的一些根本要求1、盡可能承受標(biāo)準(zhǔn)試件，當(dāng)確有必要時，有條件地承受非標(biāo)準(zhǔn)試件〔高度比應(yīng)在2-3范圍內(nèi)。2、影響因素、養(yǎng)護時間、測試時間、測試前的養(yǎng)護、加荷速度等。3、試件的成型面不作測試面〔抗壓中不能作受壓面；4、試件的對中。5、儀表的安裝應(yīng)便于觀看〔千分表讀數(shù)。思考題：1、某廠生產(chǎn)的一批粘土磚〔廠方設(shè)計標(biāo)號200#〕送樣到試驗室檢測其標(biāo)號，現(xiàn)試驗室有五種測力范圍的試驗機可供選擇〔A——1000KN B——800KN C——500KN D——200KN E——100KN好？哪種試驗機也可選用？哪種試驗機不能選用？問題：圓形截面試件制作困難表現(xiàn)在哪些方面？①成型試模制作②試件成型③試件后期制作④試驗操作主要表達為：圓形截面的試件，其成型面必需成為受壓面，型時的側(cè)面所受壓面。問題：〔假設(shè)無國家標(biāo)準(zhǔn)〕對抗拉、抗壓試件尺寸確實定應(yīng)遵循哪些原則？第七章 第一節(jié) 剪切試驗一、在剪應(yīng)力作用下材料的特點剪切就是材料受到一對大小相等、方向相反、作用線很近的形，而后被剪斷。1、不同荷載作用下的剪切直接剪切〔鉚釘〕扭轉(zhuǎn)荷載產(chǎn)生的剪切轉(zhuǎn)中不存在彎曲而只有剪切叫純剪。a、扭轉(zhuǎn)試驗中，對于抗剪強度低于實際抗拉強度的材料，圖：b鐵，則破壞是首先在桿的最外層沿著與桿軸約成45度傾角的螺旋形曲面發(fā)生拉斷而產(chǎn)生的，見圖：矩形截面均質(zhì)梁中的剪切〔變彎剪切〕剪應(yīng)力沿梁截面高度按二次拋物線規(guī)律而變在中和軸處剪50%。單向拉伸或壓縮時產(chǎn)生的剪應(yīng)力當(dāng)物體單向承受拉伸或壓縮應(yīng)力的作用，那么45度斜面上件試件沿45度斜面發(fā)生剪切運動而破壞，這就可以說明材料是由于超過其抗剪強度而破壞。如鑄鐵壓縮時的破壞。2、切應(yīng)力與切應(yīng)變扭轉(zhuǎn)試樣的應(yīng)力和應(yīng)變圖試件外表的應(yīng)力狀態(tài)②彈性變形階段的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿截面的分布，均呈線性分布！③彈塑性階段的切應(yīng)力和切應(yīng)變沿截面的分布，切應(yīng)變呈線性分布！切應(yīng)力不呈線性分布！依據(jù)材料力學(xué)：

剪切應(yīng)變

L——圓柱形試樣的半徑L由虎克定律，比例極限以內(nèi)的最大剪應(yīng)力可用下式求得：GG——剪切彈性模量

GL假設(shè)取d

長的一段進展分析可得：xM GdIT dxI——橫截面極慣性矩即： d Mdx GITddxG.I——抗扭剛度

與MG.ITML總扭轉(zhuǎn)角 T GI假設(shè)要測剪切單性模量G，依據(jù)試驗中所加扭矩MT轉(zhuǎn)，由上式計算而得。對于圓形截面的最大剪應(yīng)力為：G

和所測扭LT=GMTL GI

M IT

16MT d3T假設(shè)欲求塑性范圍內(nèi)的真實切應(yīng)力，可用以下公式計算： 1 d ” T3Mmax

d3

d” T22 2 = 單位長度上的扭轉(zhuǎn)角Ld——〔圓柱形〕試件直徑KKLMMT TK

K

” K則真實扭轉(zhuǎn)強度：

4 ”

dM

3M Kr

d3

Kd”

TKK如測得的M ”曲線在最終局部幾乎與”軸平行，則可近似地TTd”Td”

=0，于是12Md TKdKr 3按彈性過程計算時，扭轉(zhuǎn)條件極限：TKTKd3 16K可見：

Kr K二、剪切試驗的類型直接剪切可產(chǎn)生剪切應(yīng)力受彎時也可產(chǎn)生剪切應(yīng)力單向拉伸或壓縮時可產(chǎn)生剪切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)時可產(chǎn)生剪切應(yīng)力作為剪切試驗，一般有直接剪切試驗和扭轉(zhuǎn)試驗1、直接剪切〔考慮材料抗剪性能的一種簡潔表示〕試驗中，試驗裝臵應(yīng)結(jié)實地將試件夾住，荷載與試件保持肯定的垂直關(guān)系，平穩(wěn)加荷，使試件不發(fā)生彎曲應(yīng)力。2、扭轉(zhuǎn)剪切可較為準(zhǔn)確地測定剪切性能，用實心圓截面或空心球形截面的柱體做試件。在試驗中，借助于相應(yīng)的儀器可以測定變形。不能顯示材，但對外表缺陷以及外表硬化層的性能都很敏感。扭轉(zhuǎn)試驗用語測定脆性材料的剪切強度是不適應(yīng)的。3、剪切試驗確實定使受力重分布，各鉚釘受力較為均勻。其次節(jié) 彎曲試驗一、材料受彎特性力作用在試件上，使其截面上一局部產(chǎn)生壓應(yīng)力而另一部分未產(chǎn)生壓應(yīng)力，那么試件就是彎曲了。建筑構(gòu)造中最常見的彎曲狀況是筒支梁和懸臂梁。一般狀況下彎曲伴隨著橫向剪切，假設(shè)只有彎曲應(yīng)力而沒有剪切應(yīng)力，則稱之為純彎曲。最大正應(yīng)力

Mmax WW——抗彎截面模量〔矩形bh26

，圓形d3 〕32最大剪切力

max

32 A——橫截面上剪力 A=bh矩形截面面積22I4

y2I——極慣性矩 h——梁高y——剪應(yīng)力處距中和軸的距離超過比例極限后，應(yīng)力與應(yīng)變不成比例，因此，在橫截面上的彎曲應(yīng)力不成直線變化。如圖：1、彈性階段，線性變化，中和軸即重心軸2、超過比例極限，按彎曲方程My 計算出的最大應(yīng)力高于I實際最大應(yīng)力。3