材料力學(xué)實驗

材料力學(xué)實驗九江學(xué)院土木工程與城市建設(shè)學(xué)院工程力學(xué)教研室目錄實驗一

低碳鋼和鑄鐵的拉伸實驗實驗二低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗實驗三金屬應(yīng)變片的粘貼實驗實驗四等強(qiáng)度矩形截面梁的彎曲試驗實驗一低碳鋼拉伸破壞實驗

拉伸實驗是測定材料力學(xué)性能的最基本最重要的實驗之一。由本實驗所測得的結(jié)果，可以說明材料在靜力拉伸下的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強(qiáng)度等重要機(jī)械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進(jìn)行強(qiáng)度計算的重要依據(jù)。一、實驗?zāi)康?/p>

1、了解萬能材料試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，并能正確獨立的操作使用。

2、觀察分析低碳鋼拉伸過程中的各階段變化規(guī)律及出現(xiàn)的屈服、強(qiáng)化、頸縮現(xiàn)象，并繪制拉伸圖。

3、測定低碳鋼的屈服極限бs、強(qiáng)度極限бb、延伸率δ、截面收縮率ψ。

4、比較低碳鋼材料在拉伸過程中機(jī)械性能的特點和斷口形貌。二、實驗設(shè)備和儀器

材料試驗機(jī)、游標(biāo)卡尺、試樣劃線器等。三、拉伸試件金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度稱為標(biāo)距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定。

為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即L=5d或L=10d。對于一般板狀材料的拉伸實驗，也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)做成矩形截面試件，其截面面積和試件標(biāo)距關(guān)系為L=11.3A0.5

或L=5.65A0.5

，A為標(biāo)距段內(nèi)的截面積

。四、實驗步驟

1、低碳鋼的拉伸實驗：

1）、試件的準(zhǔn)備：在試件中段取標(biāo)距或在標(biāo)距兩端用劃線器刻線作為標(biāo)志，用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑（在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取最小值作為計算試件橫截面面積用。

2）、試驗機(jī)的準(zhǔn)備：打開試驗機(jī)，調(diào)整合適的橫梁升降速度，將試件夾裝在夾頭內(nèi)。要求：必須將試件夾頭全部裝入試驗機(jī)夾具內(nèi)，并盡可能加緊試件。

3）、試驗程序設(shè)置：將試件安裝好以后，打開電腦中的自動控制程序，開始設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

4）、進(jìn)行實驗：試件夾緊后，給試件緩慢均勻加載（加載速度：2mm/min）。對于低碳鋼拉伸實驗，要注意觀察拉伸過程的四個階段中的各種現(xiàn)象。并記下屈服荷載值，最大荷載值。對于鑄鐵試樣，只需測定其最大荷載。

5）、對于拉斷后的低碳鋼試樣，要分別測量斷裂后的標(biāo)距和頸縮處的最小直徑。

2、鑄鐵的拉伸實驗：

1）、試件的準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑取最小值計算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強(qiáng)度極限，估計拉伸試件的最大載荷。

2）、試驗機(jī)的準(zhǔn)備：與低碳鋼拉伸實驗相同

3）、進(jìn)行實驗：開動機(jī)器，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄最大載荷，觀察自動繪圖裝置上的曲線。將最大載荷值除以試件的原始截面積，就得到鑄鐵的強(qiáng)度極限。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。五、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

1、實驗原始數(shù)據(jù)記錄

2、低碳鋼和鑄鐵的拉伸實驗實報六、思考題

1、比較低碳鋼和鑄鐵拉伸時的主要力學(xué)性能及實用價值。

2、描述拉伸實驗過程中的各種現(xiàn)象并試做解釋。

3、低碳鋼拉伸的曲線圖的最初階段呈曲線，試解釋之。七、實驗報告的要求

1、實驗名稱

2、實驗?zāi)康?/p>

3、實驗設(shè)備和儀器

4、實驗原理

5、實驗步驟

6、實驗數(shù)據(jù)的記錄及整理

7、實驗結(jié)果分析

8、思考題以上內(nèi)容在實驗報告中必須交代清楚，缺一不可，否則重做。自動控制程序的參數(shù)設(shè)置與結(jié)果處理

1、程序打開

2、聯(lián)機(jī)

3、試樣錄入：試樣編號，直徑和原始標(biāo)距

4、參數(shù)設(shè)置

5、初始試驗力：40N；橫梁速度：2mm/min

6、自動計算設(shè)置

7、實驗結(jié)束條件設(shè)置

8、選擇傳感器

9、坐標(biāo)增量設(shè)置，全部參數(shù)設(shè)置完畢，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查以后，實驗開始

10、實驗結(jié)束，分析數(shù)據(jù)

11、特征數(shù)據(jù)分析

12、樣點采集

實驗二低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗

在工程實際中，有些構(gòu)件承受壓力，而材料由于載荷形式的不同其表現(xiàn)的機(jī)械性能也不同。因此除了通過拉伸實驗了解金屬材料的拉伸性能外，有時還要作壓縮實驗來了解金屬材料的壓縮性能。一般對于鑄鐵、水泥、磚、石頭等主要承受壓力的脆性材料才進(jìn)行壓縮實驗，而對于塑性金屬或合金進(jìn)行壓縮實驗是主要目的是為了材料研究。例如灰鑄鐵在拉伸和壓縮時的強(qiáng)度極限不相同，因此工程上就利用鑄鐵壓縮強(qiáng)度較高這一特點用來制造機(jī)床底座、床身、汽缸、泵體等。一、實驗?zāi)康暮鸵?/p>

1、測定在壓縮時低碳鋼的屈服極限бs，及鑄鐵的強(qiáng)度極限бb。

2、觀察它們的破壞現(xiàn)象，并比較這兩種材料受壓時的特性，繪出外力和變形間的關(guān)系曲線（曲線）。二、實驗準(zhǔn)備：材料試驗機(jī)、游標(biāo)卡尺h(yuǎn)

三、試件d

金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形，如圖所示，并制定1≤h/d≤3四、實驗原理

1、低碳鋼低碳鋼軸向壓縮時會產(chǎn)生很大的橫向變形，但由于試樣兩端面與試驗機(jī)夾具間存在摩擦，約束了橫向變形，故試樣出現(xiàn)鼓脹。為了減少鼓脹效應(yīng)的影響，通常在端面上涂上潤滑劑。壓縮過程中的彈性模量、屈服點與拉伸時相同。繼續(xù)加載，試樣越壓越扁，由于橫截面上面積不斷增大，試樣抗壓能力也隨之提高，曲線繼續(xù)上升，所以一般不發(fā)生壓縮的破壞。因此不測抗壓強(qiáng)度極限。

2、鑄鐵由于變形很小，所以盡管有端面摩擦，鼓脹效應(yīng)卻并不明顯，而是當(dāng)盈利達(dá)到一定值后，試樣在軸線大約成45°-55°方向上發(fā)生斷裂。將最高點所對應(yīng)的壓力Fb值除以原試樣橫截面面積A，即得鑄鐵的抗壓強(qiáng)度=Fb/A。五、實驗方法與步驟

1、低碳鋼的壓縮實驗

1）、試件準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺測量試件的直徑，在試件中部相互垂直的方向上測兩次，求平均值。

2）、試驗機(jī)的準(zhǔn)備：首先了解試驗機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗機(jī)的操作規(guī)程。選擇合適的橫梁移動范圍，然后將試件盡量準(zhǔn)確地放在機(jī)器活動承墊中心上，開動機(jī)器，使橫梁上壓頭落在萬向頭上，使試件承受軸向壓力。

3）、進(jìn)行實驗：開動機(jī)器，使試件緩慢均勻加載，低碳鋼在壓縮過程中，產(chǎn)生屈服以前基本情況與拉伸時相同，載荷到達(dá)B時，位移-負(fù)荷曲線變平緩，這說明材料產(chǎn)生了屈服，當(dāng)載荷超過B點后，塑性變形逐漸增加，試件橫截面積逐漸明顯地增大，試件最后被壓成鼓形而不斷裂，故只能測出產(chǎn)生流動時的載荷Fs，由бs=Fs/A得出材料受壓時的屈服極限而得不出受壓時的強(qiáng)度極限。

2、鑄鐵的壓縮實驗鑄鐵壓縮與低碳鋼的壓縮實驗方法相同，但鑄鐵受壓時在很小的變形下即發(fā)生破壞，只能測出Fb，由бb=Fb/A得出材料強(qiáng)度極限。鑄鐵破壞時的裂縫約與軸線成45°-55°角左右。六、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

1、實驗原始數(shù)據(jù)記錄

2、低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗實報

七、思考題

1、比較低碳鋼和鑄鐵壓縮時的主要力學(xué)性能及實用價值。

2、低碳鋼壓縮時試樣呈鼓形，且須在端面涂潤滑劑，為什么？。

3、試解釋鑄鐵的斷口。實驗三金屬應(yīng)變片的粘貼實驗一、實驗?zāi)康?/p>

1、初步掌握電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)；

2、初步掌握焊線和檢查。二、實驗設(shè)備和器材

1、電阻應(yīng)變片

2、試件

3、砂布

4、丙酮（或酒精）等清洗器材

5、502粘接劑

6、測量導(dǎo)線

7、電烙鐵

8、萬用表三、電阻應(yīng)變片的工作原理

1、電阻應(yīng)變片工作原理是基于金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)，即金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，其電阻值隨著所受機(jī)械變形(伸長或縮短)的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。電阻應(yīng)變片是由Φ=0.02-0.05mm的康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀(或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀)夾在兩層絕緣薄片中(基底)制成。用鍍銀銅線與應(yīng)變片絲柵連接，作為電阻片引線。

2、當(dāng)試件受力在該處沿電阻絲方向發(fā)生線變形時，電阻絲也隨著一起變形（伸長或縮短），因而使電阻絲的電阻發(fā)生改變（增大或縮小）。將金屬絲粘貼在構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化，進(jìn)而發(fā)生電阻變化。

dR/R=Ks×ε

其中，Ks為材料的靈敏系數(shù)，其物理意義是單位應(yīng)變的電阻變化率，標(biāo)志著該類絲材電阻應(yīng)變片效應(yīng)顯著與否。ε為測點處應(yīng)變，為無量綱的量，但習(xí)慣上仍給以單位微應(yīng)變，常用符號με表示。四、實驗步驟

1、定出試件被測位置，畫出貼片定位線。

2、在貼片處用細(xì)砂布按45°方向交叉打磨。

3、然后用浸有丙酮（或酒精）的棉球?qū)⒋蚰ヌ幉料锤蓛簦ㄤ撛嚰帽耷颍X試件用酒精棉球）直至棉球潔白為止。

4、一手拿住應(yīng)變片引線，一手拿502膠，在應(yīng)變片基底底面涂上502膠（擠上一滴502膠即可）。

5、立即將應(yīng)變片底面向下放在試件被測位置上，并使應(yīng)變片基準(zhǔn)對準(zhǔn)定位線。將一小片薄膜蓋在應(yīng)變片上，用手指柔和滾壓擠出多余的膠，然后手指靜壓一分鐘，使應(yīng)變片和試件完全粘合后再放開。從應(yīng)變片無引線的一端向有引線的一端揭掉薄膜。6、在緊連有引線的一側(cè)粘貼一片連接片。7、將應(yīng)變片的引線焊接在連接片上。8、將連接應(yīng)變儀的導(dǎo)線焊接在連接片上，然后用絕緣膠布把導(dǎo)線固定在構(gòu)件上。五、思考題

1、為什么說電阻應(yīng)變片具有放大電阻的能力？

2、為什么要用砂紙打磨試件表面？實驗四等強(qiáng)度矩形截面梁彎曲實驗一、實驗?zāi)康?/p>

1、了解電阻應(yīng)變片的原理和靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理。

2、初步掌握利用電阻應(yīng)變片和靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測定指定點應(yīng)變的方法（即電測法）。

3、利用電測法測定等強(qiáng)度矩形截面梁橫截面上的最大正應(yīng)力及泊松比。

4、驗證橫截面上最大正應(yīng)力的計算公式及泊松比。二、實驗設(shè)備和儀器

電阻應(yīng)變片、等強(qiáng)度矩形截面梁、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。

三、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理

電阻應(yīng)變儀是將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）的變化，并進(jìn)行放大，然后轉(zhuǎn)換成應(yīng)變數(shù)值的電子儀器。電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號主要是通過應(yīng)變電橋(惠斯頓電橋)來實現(xiàn)的。四、等強(qiáng)度矩形截面梁的彎曲

1、等強(qiáng)度矩形截面梁

設(shè)梁的長度為l，高度為h，固定端寬度為b，在梁的右端加一集中力，若各橫截面上的最大正應(yīng)力相等，則：

Fx/(yh2/6)=Fl/(bh2/6)

于是：y=bx/l

故等強(qiáng)度矩形截面梁的上下表面應(yīng)該是如上圖的三角形。

2、主要參數(shù)

1）、梁：Q235鋼，E=210GPa，l=300mm，h=5mm，b=50mm，x1=180mm，x2=240mm。

2）、荷載：每個砝碼10N，砝碼托盤1.3N。

3、進(jìn)行實驗

1）、粘貼應(yīng)變片：可分別在梁的上下表面各處沿軸向和橫向粘貼應(yīng)變片（不做）。

2）、調(diào)試梁的位置：旋轉(zhuǎn)臺座底部的旋鈕，使梁的上表面大致水平。

3）、將工作應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片接入應(yīng)變儀，接通電源并調(diào)好應(yīng)變儀：

（1）、接線儀器后面板有十組端子，叫十個通道，每個端子測一個點，每個端子有5個接線孔：

應(yīng)變儀的第一個端子接補(bǔ)償片：

A，B兩端接應(yīng)變片，D，E兩端用導(dǎo)線短路應(yīng)變儀的第二三四五個端子接工作片：

各端子的A，B兩端接應(yīng)變片，D，E兩端用導(dǎo)線短路接線方法：先用螺絲刀松開孔上的螺釘，將導(dǎo)線插入下方的小孔，然后用螺絲刀上緊螺釘，將導(dǎo)線固定。

A

B

C

D

E

按設(shè)置鍵

S1：查看某次記錄數(shù)據(jù),按自動鍵調(diào)整為0設(shè)置S2：是否刪除以前記錄的數(shù)據(jù)，按自動鍵，調(diào)整為1（刪除）設(shè)置S3：需要記錄數(shù)據(jù)的第一點的編號，按自動鍵，調(diào)整為01或02設(shè)置S4：需要記錄數(shù)據(jù)的最后點的編號，按自動鍵，調(diào)整為04或05設(shè)置S5：應(yīng)變片的K值，按平衡鍵和自動鍵，調(diào)整為2.14設(shè)置S6：是否設(shè)有補(bǔ)償，按自動鍵，調(diào)整為0按復(fù)位鍵，然后按平衡鍵，平衡完畢后加砝碼托盤，按手動鍵讀數(shù)。

4、加載：掛上砝碼托盤，