材料力學(xué)實驗參考

1、實驗一、測定金屬材料拉伸時的力學(xué)性能一、實驗?zāi)康?測定低碳鋼的屈服極限 Cs ,強度極限Cb，延伸率：和面積收縮率。2、測定鑄鐵的強度極限 二b。3、 觀察拉伸過程中的各種現(xiàn)象，并繪制拉伸圖（F -厶1曲線）。二、儀器設(shè)備1液壓式萬能試驗機。2、游標(biāo)卡尺。三、實驗原理簡要材料的力學(xué)性質(zhì)、匚b、：和是由拉伸破壞試驗來確定的。試驗時，利用試驗機自動繪出低碳鋼拉伸圖和鑄鐵拉伸圖。對于低碳材料，確定屈服載荷Fs時，必須緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形，同時還需要注意觀察。測力回轉(zhuǎn)后所指示的最小載荷即為屈服載荷 Fs，繼續(xù)加載，測得最大載荷 Fb。試件在達到最大載荷前，伸長變形在標(biāo)距范圍內(nèi)均勻 分布。從最大載

2、荷開始，產(chǎn)生局部伸長和頸縮。頸縮出現(xiàn)后，截面面積迅速減小，繼續(xù)拉 伸所需的載荷也變小了，直至斷裂。鑄鐵試件在極小變形時，就達到最大載荷，而突然發(fā)生斷裂。沒有流動和頸縮現(xiàn)象， 其強度極限遠(yuǎn)低于碳鋼的強度極限。四、實驗過程和步驟1、用游標(biāo)卡尺在試件的標(biāo)距范圍內(nèi)測量三個截面的直徑，取其平均值，填入記錄表內(nèi)。取三處中最小值作為計算試件橫截面積的直徑。2、按要求裝夾試樣（先選其中一根），并保持上下對中。3、按要求選擇“試驗方案”7“新建實驗”7“金屬圓棒拉伸實驗”進行試驗，詳細(xì)操 作要求見萬能試驗機使用說明。4、 試樣拉斷后拆下試樣，根據(jù)試驗機使用說明把試樣的F -崩曲線顯示在微機顯示屏上。從低碳鋼的F

3、 -厶1曲線上讀取Fs、Fb值，從鑄鐵的F -崩曲線上讀取Fb值。5、測量低碳鋼（鑄鐵）拉斷后的斷口最小直徑及橫截面面積。6、 根據(jù)低碳鋼（鑄鐵）斷口的位置選擇直接測量或移位方法測量標(biāo)距段長度h。7、比較低碳鋼和鑄鐵的斷口特征。8、試驗機復(fù)原。五、數(shù)據(jù)記錄與處理低碳鋼試件試樣尺寸實驗數(shù)據(jù)實驗前：標(biāo)距 1 =100 mm屈服載荷Fs = 22.1 kN最大載荷Fb = 33.2kN直徑 d =10.14mm橫截面面積 A =80.71 mm2 實驗后：標(biāo)距 h=133.24 mm最小直徑di=5.70mm橫截面面積Ai=25.50 mm屈服應(yīng)力耳=空=MPas A抗拉強度碼一 Fb MPaA伸長

4、率 6 11 一1 X100% -l斷面收縮率屮A =100% A試樣草圖拉伸圖實驗前：XFL尸d -t1 1-實驗后：11 1c Al灰鑄鐵試件試樣尺寸實驗數(shù)據(jù)實驗前：標(biāo)距 1 =100 mm直徑 d =10.16mm橫截面面積 A =81.03 mm 實驗后：標(biāo)距100 mm最小直徑di =10.15mm橫截面面積0.91 mm2最大載荷Fb = 14.4kN抗拉強度 crb - MPaA實驗前草圖實驗后草圖1 杠六、實驗結(jié)論分析與討論分析比較兩種材料在拉伸時的力學(xué)性能及斷口特征。實驗二、測定金屬材料壓縮時的力學(xué)性能一、實驗?zāi)康?測定低碳鋼的屈服應(yīng)力。2、測定鑄鐵的抗壓強度 c bc。3、

5、 觀察壓縮過程中的各種現(xiàn)象，并繪制壓縮圖（F -厶1曲線）。二、實驗設(shè)備1液壓式萬能試驗機。2、游標(biāo)卡尺。三、實驗原理簡要當(dāng)試樣承受壓縮時，其上下端面與試驗機墊板之間產(chǎn)生很大的摩擦力，這些摩擦力阻 礙試樣上部和下部的橫向變形，使其抗壓能力有所提高，故試驗時試樣兩端面應(yīng)涂以潤滑 劑以減小摩擦力的影響。施加載荷時，要求其合力作用線與試樣軸線一致，為此試樣兩端 面必須平行且與軸線垂直，同時在試驗機下墊板底部有球形承墊，當(dāng)試樣兩端面稍有不平 行時，會自動調(diào)整下墊板平面的方位，使接觸面載荷均勻分布。低碳鋼壓縮試驗中，屈服 現(xiàn)象不及拉伸時那樣明顯，從F - J曲線讀下屈服載荷Fs ,由此可求得屈服極限Fs

6、，此后由于材料良好的塑性，使其壓成餅狀而不致破壞，故低碳鋼不存在壓縮強A0度極限。鑄鐵壓縮試驗則在出現(xiàn)較大（相對于拉伸而言）的塑性變形后發(fā)生破壞，其裂紋 方向與軸線約成45角，此時的載荷即為最大載荷Fbc，由此可算得壓縮強度極限四、實驗過程和步驟1測量試樣的原始尺寸。2、安裝試樣并保持上下對中。3、根據(jù)試樣的負(fù)荷和變形水平，按照試驗機操作軟件設(shè)定試驗的詳細(xì)步驟，加載試驗。4、觀察試樣變形和破壞特征。五、數(shù)據(jù)記錄與處理材料低碳鋼灰鑄鐵試樣 尺寸d =15mm，21=20 mm， A=176.63mmd =15mm.2=20 mm， A = 176.63mm試樣實驗前實驗后實驗前實驗后草圖d0(d

7、0實驗 數(shù)據(jù)屈服載荷Fs =49kN屈服應(yīng)力s =空=MPaA最大載荷Fbc =153kN抗壓強度MPa壓縮圖F F tOAIoa六、實驗結(jié)論分析與討論分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因。實驗三、拉壓彈性模量 E測定一、實驗?zāi)康?測定材料的彈性模量 E。2、在比例極限內(nèi)，驗證胡克定律。二、實驗設(shè)備1萬能試驗機。2、數(shù)字式電阻應(yīng)變儀。3、游標(biāo)卡尺，標(biāo)準(zhǔn)試樣等。三、實驗原理簡要一般采用在比例極限內(nèi)的拉伸試驗來測定材料的彈性模量E。測量標(biāo)距內(nèi)微小變形的方法較多，可以用各種引伸儀來測定，也可以用電測方法來測得。試件一般采用圓形截面 的標(biāo)準(zhǔn)試樣。為了驗證載荷 F與變形l之間的正比關(guān)系，在比例極限內(nèi)采用增量法，逐

8、 級加載，每次增加同樣大小的載荷 AF ,測出相應(yīng)的伸長變形， 若每次伸長變形增量 厶；也 大致相等，說明載荷 F與變形d成正比，即驗證了胡克定律。設(shè)試樣的橫截面為A,標(biāo)距為丨，則彈性范圍內(nèi)的胡克定律為F/EA，由此可知，試樣材料的彈性模量為：E。為了夾牢試件和消除試驗機機構(gòu)之間的間隙，必須施加一定數(shù)量的初載荷。A仏名當(dāng)確認(rèn)儀表工作正常之后，正式自初載開始，逐級加載，測量其伸長。四、實驗過程和步驟1試件準(zhǔn)備在標(biāo)距長度范圍內(nèi)，測量試件兩端及中間三處的截面尺寸，取三處尺寸的平均值作為 試件的計算直徑。2、擬定加載方案。3、試驗機準(zhǔn)備。按試驗機操作軟件設(shè)定試驗的詳細(xì)步驟加載試驗。4、安裝試件并施加初

9、載荷。5、檢查及試件試驗機開動前，必須請指導(dǎo)教師檢查以上步驟完成情況。然后開啟試驗機，預(yù)加載荷 至兩倍初載荷，以檢查試驗機是否正常工作。7、進行試驗自初載荷起，緩慢地逐級加載至最終載荷， 并將讀數(shù)記入記錄表中。 加載至最大值后、 再卸載至初載荷。以上試驗過程，應(yīng)重復(fù)進行23次。直至幾次測量結(jié)果基本一致為止。五、數(shù)據(jù)記錄與處理試樣尺 寸：計算長度丨=100mm ,直徑d =10 mm，橫截面面積A =78.5 mm載荷(k N)應(yīng)變讀數(shù)（卩）F讀數(shù)增量心F第一次第二次讀數(shù)增量讀數(shù)增量00000022115.2115.2114.6114.642231.3116.1229.9115.362348.5

10、117.2346.7116.882465.3116.8461.3114.6增量均值衛(wèi)F N增量均值氐-115.83彈性模量E=L218GPaA心六、實驗結(jié)論分析與討論逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同？為什么必須用逐級加載的方法測彈性模量？實驗四、金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實驗一、實驗?zāi)康?、 測定低碳鋼的剪切屈服點.s，及剪切強度極限.b。2、 測定鑄鐵的剪切強度極限-b。3、觀察低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）的扭轉(zhuǎn)破壞特點，并比較其斷口形狀。二、實驗設(shè)備1、扭轉(zhuǎn)試驗機。2、游標(biāo)卡尺，標(biāo)準(zhǔn)試樣等。三、實驗原理簡要塑性材料試樣安裝在扭轉(zhuǎn)試驗機上，對試樣施加扭力矩

11、，在計算機的顯示屏上即可得 到扭轉(zhuǎn)曲線。試樣變形先是彈性性的，在彈性階段，扭矩與扭轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。彈性變形 到一定程度試樣會出現(xiàn)屈服。扭轉(zhuǎn)曲線扭矩首次下降前的最大扭矩為上屈服扭矩丁和；屈服段中最小扭矩為下屈服扭矩Tsi,通常把下屈服扭矩對應(yīng)的應(yīng)力值作為材料的屈服極限TS,即：T s=T si= Tsi/W。當(dāng)試樣扭斷時，得到最大扭矩 Tb,則其抗扭強度為 T b= Tb/w式中 W為抗扭截面模量，對實心圓截面有W= n do3/16。鑄鐵為脆性材料，無屈服現(xiàn)象，故當(dāng)其扭轉(zhuǎn)試樣破斷時，測得最大扭矩Tb,則其抗扭強度為：t b= Tb/Wo四、實驗過程和步驟1、測量試樣原始尺寸。分別在標(biāo)距兩端及中

12、部三個位置上測量的直徑，用最小直徑計算抗扭截面模量。2、安裝試樣并保持試樣軸線與扭轉(zhuǎn)試驗機轉(zhuǎn)動中心一致。3、低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞試驗。觀察線彈性階段、屈服階段的力學(xué)現(xiàn)象，記錄上、下屈服點扭矩值，試樣扭斷后，記 錄最大扭矩值，觀察斷口特征。4、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞試驗。試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。五、數(shù)據(jù)記錄與處理材料低碳鋼灰鑄鐵試樣 尺寸d =10 mm， l=100mmd =10 mm， l=100mm抗扭 截面 模量叱33Wp = mm3p 16兀d33Wp -mmp 16實 驗 數(shù) 據(jù)屈服扭矩Ts = 35.5 N，m最大扭矩Tb = 80.5 N m 屈服切應(yīng)力 is = Ts =MP

13、aWp抗切強度g =丄=MPaWp最大扭矩 Tb = 46.5 N -m 抗切強度 =WP =MPa六、實驗結(jié)論分析與討論碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不同，分析其原因。實驗五、純彎曲梁正應(yīng)力試驗一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)靜態(tài)多點應(yīng)變測量的方法。2、測定梁純彎曲時的正應(yīng)力分布規(guī)律，并與理論計算結(jié)果進行比較，以驗證彎曲正應(yīng)力 公式。二、實驗設(shè)備1純彎曲梁及其加載裝置。2、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀與預(yù)調(diào)平衡箱。3、游標(biāo)卡盡、鋼尺。三、實驗原理簡要已知梁受純彎曲的正應(yīng)力公式為：廠二。式中M為作用在截面上的彎矩，Iz為Iz梁橫截面對中性軸 Z的慣矩，Y為由中性軸到欲測點的距離。本試驗采用碳鋼制成的矩形截面梁，在梁承受

14、純彎曲的某一橫截面上，沿軸向貼上五個電阻應(yīng)變片 （如圖1），R4和R,分別貼在梁的頂部和底部，R,、R2貼y =的位置，R在中性層上，當(dāng)梁受彎曲時，即4可測出各點處的軸向應(yīng)變 呂實（i = 1、2、3、4、5）,由于梁的各層纖維之間無擠壓，根據(jù) 單向應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律，求出各點的實驗應(yīng)力為：二實=E r實（i = 1、2、3、4、5）,式中E是所測梁材料的彈性模量。FF,依次求出各點的應(yīng)力二i實為：）加以比較，從而驗證理論公式Iz加載后，測得各點相應(yīng)的應(yīng)變；侯-i實=E - i實。把二i實與理論公式算出的應(yīng)力（口理的正確性。四、實驗過程和步驟1測量試樣的原始尺寸。2、擬定加載方案。3、安裝試樣。4、將各工作片、補償片接入預(yù)調(diào)平衡箱、各點預(yù)調(diào)平衡。5、進行實驗。加載，逐點進行測量，記下讀數(shù)；測量完畢后，卸載。上述過程重復(fù)3次,以獲得具有重復(fù)性的可靠試驗結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.原始數(shù)據(jù)記錄試件材料彈性模量E載荷P距中性層試件尺寸Iz低碳鋼213GPa4