材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)一

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

拉伸實(shí)驗(yàn)是測定材料力學(xué)性能的最基本最重要的實(shí)驗(yàn)之一。由本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解萬能材料試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，并能正確獨(dú)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(diǎn)和斷口形貌。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

材料試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)步驟

1、低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)：

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(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備：打開試驗(yàn)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(yàn)機(jī)夾具內(nèi)，并盡可能加緊試件。

3）、試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)：

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(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備：與低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)相同

3）、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：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?yàn)殍T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(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

1、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄

2、低碳鋼和鑄鐵的拉伸實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)用價值。

2、描述拉伸實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報告的要求

1、實(shí)驗(yàn)名稱

2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

4、實(shí)驗(yàn)原理

5、實(shí)驗(yàn)步驟

6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄及整理

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

8、思考題以上內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)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(yàn)力：40N；橫梁速度：2mm/min

6、自動計算設(shè)置

7、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)開始

10、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，分析數(shù)據(jù)

11、特征數(shù)據(jù)分析

12、樣點(diǎn)采集

實(shí)驗(yàn)二低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)

在工程實(shí)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(shí)驗(yàn)了解金屬材料的拉伸性能外，有時還要作壓縮實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，而對于塑性金屬或合金進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)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(diǎn)用來制造機(jī)床底座、床身、汽缸、泵體等。一、實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：材料試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)方法與步驟

1、低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)

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(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備：首先了解試驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)：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(diǎn)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(shí)驗(yàn)鑄鐵壓縮與低碳鋼的壓縮實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

1、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄

2、低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)三金屬應(yīng)變片的粘貼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)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?。?。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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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?，鋁試件用酒精棉球）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(shí)驗(yàn)四等強(qiáng)度矩形截面梁彎曲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(diǎn)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(yàn)證橫截面上最大正應(yīng)力的計算公式及泊松比。二、實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)

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(diǎn)，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(diǎn)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(diǎn)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，