材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告628

1、實(shí)驗(yàn)一 拉伸實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測定低碳鋼(Q235)的屈服點(diǎn)，強(qiáng)度極限，延伸率，斷面收縮率。2測定鑄鐵的強(qiáng)度極限。3觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象（如屈服、強(qiáng)化、頸縮等），并繪制拉伸曲線。4熟悉試驗(yàn)機(jī)和其它有關(guān)儀器的使用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1液壓式萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)；2游標(biāo)卡尺；3試樣刻線機(jī)。三、 萬能試驗(yàn)機(jī)簡介具有拉伸、壓縮、彎曲及其剪切等各種靜力實(shí)驗(yàn)功能的試驗(yàn)機(jī)稱為萬能材料試驗(yàn)機(jī)，萬能材料試驗(yàn)機(jī)一般都由兩個基本部分組成；1）加載部分，利用一定的動力和傳動裝置強(qiáng)迫試件發(fā)生變形，從而使試件受到力的作用，即對試件加載。2） 測控部分，指示試件所受載荷大小及變形情況。四、 試驗(yàn)方法1低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)（1）用畫線

2、器在低碳鋼試件上畫標(biāo)距及10等分刻線，量試件直徑，低碳鋼試件標(biāo)距。（2）調(diào)整試驗(yàn)機(jī)，使下夾頭處于適當(dāng)?shù)奈恢?，把試件夾好。（3）運(yùn)行試驗(yàn)程序，加載，實(shí)時顯示外力和變形的關(guān)系曲線。觀察屈服現(xiàn)象。（4）打印外力和變形的關(guān)系曲線，記錄屈服載荷Fs=22.5kN，最大載荷Fb =35kN。DEFBO'FSOB'ALFbL圖1-4 低碳鋼拉伸曲線（5）取下試件，觀察試件斷口: 凸凹狀，即韌性杯狀斷口。測量拉斷后的標(biāo)距長L1，頸縮處最小直徑d1。并將測量結(jié)果填入表1-3。低碳鋼的拉伸圖如圖所示2鑄鐵的拉伸其方法步驟完全與低碳鋼相同。因?yàn)椴牧鲜谴嘈圆牧?，觀察不到屈服現(xiàn)象。在很小的變形下試件就突

3、然斷裂（圖1-5），只需記錄下最大載荷Fb=10.8kN即可。 的計(jì)算與低碳鋼的計(jì)算方法相同。六、試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理表1-2 試驗(yàn)前試樣尺寸材料標(biāo)距L0/mm直徑d0/mm橫截面面積A0/mm2截面截面截面(1)(2)平均(1)(2)平均(1)(2)平均低碳鋼10010.10.10.10.10.10.10.10.10.78.54鑄 鐵10010.10.10.10.10.10.10.10.10.78.54表1-3 試驗(yàn)后試樣尺寸和形狀斷裂后標(biāo)距長度L1/mm斷口（頸縮處最小直徑d1/mm）斷口處最小橫截面面積A1/mm2（1）（2）平均12566628.27試樣斷裂后簡圖低碳鋼鑄 鐵凸凹狀，即韌

4、性杯狀斷口沿橫截面,斷面粗糙根據(jù)試驗(yàn)記錄，計(jì)算應(yīng)力值。低碳鋼屈服極限 低碳鋼強(qiáng)度極限 低碳鋼斷面收縮率 低碳鋼延伸率 鑄鐵強(qiáng)度極限 七、思考題1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出低碳鋼和鑄鐵的拉伸曲線。略2 根據(jù)實(shí)驗(yàn)時發(fā)生的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較低碳鋼和鑄鐵的機(jī)械性能有什么不同?答：低碳鋼是典型的塑性材料，拉伸時會發(fā)生屈服，會產(chǎn)生很大的塑性變形，斷裂前有明顯的頸縮現(xiàn)象，拉斷后斷口呈凸凹狀，而鑄鐵拉伸時沒有屈服現(xiàn)象，變形也不明顯，拉斷后斷口基本沿橫截面，較粗糙。 3 低碳鋼試樣在最大載荷D點(diǎn)不斷裂，在載荷下降至E點(diǎn)時反而斷裂，為什么？答：低碳鋼在載荷下降至E點(diǎn)時反而斷裂，是因?yàn)榇藭r實(shí)際受載截面已經(jīng)大大減小，實(shí)際應(yīng)力達(dá)到

5、材料所能承受的極限，在最大載荷D點(diǎn)實(shí)際應(yīng)力比E點(diǎn)時小。實(shí)驗(yàn)二 壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 測定低碳鋼的壓縮屈服極限和鑄鐵的壓縮強(qiáng)度極限。2 觀察和比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料萬能材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、低碳鋼和鑄鐵壓縮試件。三、 實(shí)驗(yàn)方法1 用游標(biāo)卡尺量出試件的直徑d和高度h。2 把試件放好，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)，使上壓頭處于適當(dāng)?shù)奈恢?，空隙小?0mm 。 3 運(yùn)行試驗(yàn)程序，加載，實(shí)時顯示外力和變形的關(guān)系曲線。4 對低碳鋼試件應(yīng)注意觀察屈服現(xiàn)象，并記錄下屈服載荷Fs=22.5kN。其越壓越扁，壓到一定程度（F=40KN）即可停止試驗(yàn)。 對于鑄鐵試件，應(yīng)壓到破壞為止，記下最大載荷Fb

6、 =35kN。 打印壓縮曲線。5 取下試件，觀察低碳鋼試件形狀: 鼓狀；鑄鐵試件，沿方向破壞FSFL圖2-1低碳鋼和鑄鐵壓縮曲線。四、試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理表2-1 壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果材料直徑mm屈服載荷kN最大載荷kN屈服極限MPa強(qiáng)度極限MPa碳鋼10mm22KN-280.11MPa-鑄鐵10mm- 60KN-763.94MPa 低碳鋼壓縮屈服點(diǎn) 鑄鐵壓縮強(qiáng)度極限 五、思考題1. 分析鑄鐵破壞的原因，并與其拉伸作比較。答：鑄鐵壓縮時的斷口與軸線約成角，在的斜截面上作用著最大的切應(yīng)力，故其破壞方式是剪斷。鑄鐵拉伸時，沿橫截面破壞，為拉應(yīng)力過大導(dǎo)致。2. 放置壓縮試樣的支承墊板底部都制作成球形，為什么？

7、答：支承墊板底部都制作成球形自動對中，便于使試件均勻受力。3. 為什么鑄鐵試樣被壓縮時，破壞面常發(fā)生在與軸線大致成的方向上？答：由于內(nèi)摩擦的作用。4. 試比較塑性材料和脆性材料在壓縮時的變形及破壞形式有什么不同？答：塑性材料在壓縮時截面不斷增大，承載能力不斷增強(qiáng)，但塑性變形過大時不能正常工作，即失效；脆性材料在壓縮時，破壞前無明顯變化，破壞與沿軸線大致成的方向發(fā)生，為剪斷破壞。5. 低碳鋼和鑄鐵在拉伸與壓縮時的力學(xué)性質(zhì)有什么不同？答：低碳鋼抗拉壓能力相同，鑄鐵抗壓能力比抗拉高許多。實(shí)驗(yàn)六 純彎曲梁正應(yīng)力測定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測定梁在純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力分布，驗(yàn)證平面假設(shè)理論和彎曲正應(yīng)力公式。

8、2學(xué)習(xí)電測應(yīng)力實(shí)驗(yàn)方法。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1簡支梁及加載裝置。2電阻應(yīng)變儀。3直尺,游標(biāo)卡尺。三、 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)彎曲梁的平面假設(shè)沿著梁橫截面高度的正應(yīng)力分布規(guī)律應(yīng)當(dāng)是直線。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，我們在梁的純彎曲段內(nèi)粘貼7片電阻應(yīng)變片：1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#，見指導(dǎo)書中圖，由應(yīng)變儀測出讀數(shù)即知道沿著梁橫面高度的正應(yīng)力分布規(guī)律。四、 實(shí)驗(yàn)步驟 1用游標(biāo)卡尺測量梁的尺寸b和h，用鋼尺量梁的支點(diǎn)至力作用點(diǎn)的距離d。2將各點(diǎn)的應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片以半橋的形式接入應(yīng)變儀。被測應(yīng)變片接在AB上，補(bǔ)償片接在BC上。儀器操作步驟：1） 半橋測量時將D1DD2接線柱用連接片連接起來并旋緊。2） 將標(biāo)準(zhǔn)電阻

9、分別與A、B、C接線柱相連。3） 接通電源開關(guān)。4） 按下“基零”鍵儀表顯示“0000”或“0000”（儀表內(nèi)部已調(diào)好）。5） 按下“測量”鍵，顯示測量值，將測量值調(diào)到“0000”或“0000”。6） 按下“標(biāo)定”鍵儀表顯示-10000附近值，按照所使用應(yīng)變片靈敏度K=2.17，調(diào)節(jié)靈敏度使顯示為-9221。7） 將“本機(jī)、切換”開關(guān)置“切換”狀態(tài)。主機(jī)的 A、B、C接線柱上的標(biāo)準(zhǔn)電阻去掉，將各被測量應(yīng)變片一端分別與左上對應(yīng)的各A （A1A7）接線柱相連，公共輸出端與一B接線柱相連，溫度補(bǔ)償片接在B、C之間。 被測點(diǎn)(應(yīng)變片號) 6 4 2 1 3 5 7 接線端子(通道號) 1 2 3 4

10、5 6 78） 切換開關(guān), 按次序所有點(diǎn)的平衡都調(diào)節(jié)在0000或-0000值上。9） 轉(zhuǎn)動手輪，使梁加載荷，逐點(diǎn)測量、記錄應(yīng)變值。采用增量法加載，每次0.5kN。注意不能超載。0.5 kN , 初載荷調(diào)零； 1.0 kN， 1.5 kN，2.0 kN，2.5 kN，讀出應(yīng)變值10）實(shí)驗(yàn)結(jié)束。卸載，儀器恢復(fù)原狀。 五、 數(shù)據(jù)記錄和計(jì)算理論計(jì)算： 實(shí)驗(yàn)計(jì)算： E=216GPa表6-1 試樣尺寸及數(shù)據(jù)記錄梁寬b(mm)梁高h(yuǎn)(mm)慣性矩 I(mm4)測點(diǎn)至中心軸的距離（mm）d(mm)M(Nm)642135720401067e5201510010152015037.5載荷應(yīng) 變 量（）F(kN)6

11、421357讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量0.5P2=0-330-240-16000160240331.0-33-24-160162433-32-25-1701725321.5-65-49-330334965-33-24-1601624332.0-98-73-490497398-32-25-1601625322.5-130-98-6506598130增量平均值-32.5-24.5-16.25016.2524.532.5試驗(yàn)值-7.02-5.23-3.5103.515.237.02理論值-7.03-5.27-3.5203.525.277.03誤差%0.140.820.2

12、800.280.820.14七、思考題1 分析試驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因。答：電阻應(yīng)變儀本身精度，使用時調(diào)零、標(biāo)定等不準(zhǔn)確，載荷顯示誤差，尺寸測量誤差，材料特性誤差。2 比較應(yīng)變片6#和7#（或應(yīng)變片4#和5#）的應(yīng)變值，可得到什么結(jié)論？答：應(yīng)變片6#和7#（或應(yīng)變片4#和5#）的應(yīng)變值大小相等，符號相反。3 本實(shí)驗(yàn)中對應(yīng)變片的柵長有無要求？為什么？答：沒有，因?yàn)榧儚澢?，沿軸向截面上彎矩?zé)o變化，應(yīng)力、應(yīng)變也無變化。4 實(shí)驗(yàn)中彎曲正應(yīng)力大小是否受材料彈性模量E的影響。答：實(shí)際中彎曲正應(yīng)力大小不受材料彈性模量E的影響。但是實(shí)驗(yàn)中彎曲正應(yīng)力大小受材料彈性模量E的影響，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中所得的彎曲正應(yīng)力是由所測應(yīng)變

13、和材料彈性模量E計(jì)算得的，若E給出比實(shí)際大，則計(jì)算應(yīng)力也比實(shí)際的大。實(shí)驗(yàn)七 彎扭組合變形時的應(yīng)力測定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用電測法測定平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力大小及其方向，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進(jìn)一步掌握電測法和應(yīng)變儀的使用。了解半橋單臂，半橋雙臂和全橋的接線方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器1彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置。2電阻應(yīng)變儀。三、 實(shí)驗(yàn)原理和方法 彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)裝置示，見指導(dǎo)書中圖。-截面為被測位置，取其前、后、上、下的A、B、C、D為被測的四個點(diǎn)，其應(yīng)力狀態(tài)見下左圖（截面-的展開圖）。每點(diǎn)處按-450、0、+450方向粘貼一片

14、450的應(yīng)變花，將截面-展開如下右圖所示。A,B,C,D點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)BDACRR11R5R0BDACRRtRiR0BDACR9R3R1R7（d）扭矩（c）主應(yīng)力（b）彎矩四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法1確定主應(yīng)力大小及方向：(a) 截面-展開圖彎扭組合變形薄壁圓管表面上的點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)，用應(yīng)變花測出三個方向的線應(yīng)變后，可算出主應(yīng)變的大小和方向，再應(yīng)用廣義胡克定律即可求出主應(yīng)力的大小和方向。主應(yīng)力 主方向 式中：、分別表示與管軸線成、方向的線應(yīng)變(b)彎矩M的測定：若薄壁圓管的彈性模量E及橫截面尺寸已知，則可根據(jù)上面所測得 2 單一內(nèi)力分量或該內(nèi)力分量引起的應(yīng)變測定：(1)彎矩M 及其所引起的應(yīng)變測定（

15、a）彎矩引起正應(yīng)變的測定：用B、D兩測點(diǎn)軸線方向的應(yīng)變片組成半橋雙臂測量線路， B、D兩處由于彎矩引起的正應(yīng)變: 式中：為應(yīng)變儀的讀數(shù)應(yīng)變；是由彎矩引起的軸線方向的應(yīng)變（b）彎矩試驗(yàn)值的計(jì)算： W薄壁圓管橫截面的抗彎截面模量(2)扭矩T及其所引起剪應(yīng)變的測定：（a）扭矩引起應(yīng)變的測定： 用A、C兩測點(diǎn)沿±45°方向的四片應(yīng)變組成全橋測量線路，可測得扭矩引起的主應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)值為： （b）扭矩T試驗(yàn)值的計(jì)算： Wp薄壁圓管的抗扭截面模量3被測截面的內(nèi)力分量及測點(diǎn)的應(yīng)力分量的理論計(jì)算值：彎矩理論值：M=FL 扭矩理論值：T=Fb彎曲正應(yīng)力理論值： 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力理論值： 主應(yīng)力： 主方

16、向： 五、實(shí)驗(yàn)步驟1.打開彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置。 2.打開應(yīng)變儀，預(yù)熱15分鐘。3.主應(yīng)力測定。(1) 用標(biāo)準(zhǔn)電阻調(diào)零，根據(jù)應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，計(jì)算出標(biāo)定值標(biāo)定。按下”測量”，拆下標(biāo)準(zhǔn)電阻。(2) 將A、B、C、D上各應(yīng)變片按圖7-4c半橋單臂方式接入電阻應(yīng)變儀各通道，各應(yīng)變片共用一片溫度補(bǔ)償片。轉(zhuǎn)換開關(guān)打到 ”切換”(3)調(diào)各通道電橋平衡。(4)采用增量法逐級加載，每次0.1kN。 0.1 kN 初載荷調(diào)零 0.2 kN , 0.3 kN, 0.4 kN 讀出測量值(5)卸載。4彎矩測定：(1)將B、D兩點(diǎn)軸線方向的應(yīng)變片按圖7-4b的方式接成半橋。(2)下同主應(yīng)力測定。5扭矩測定：(1)將A、C

17、兩點(diǎn)±45°方向應(yīng)變片按圖7-4d的方式接成全橋。(2)下同主應(yīng)力測定。6實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將儀表恢復(fù)原狀。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析表1 A、B、C、D各點(diǎn)的讀數(shù)應(yīng)變載荷（kN）應(yīng)變讀數(shù)d（）ABFF-45000+450-45000+4500101646501-63-64111114143147-15-17021291-127225290-320165-2-63110140-1403194-1-190335430-4601643-60110145-15042582-250445575-61 d增量平均值（）6467067-623311133144-1533表7-2 II截面上彎矩和扭矩引起的應(yīng)變載荷（kN）讀數(shù)應(yīng)變 ds（）FF彎矩ds扭矩ds0.10.12862842532550.25705080.12902520.38607600.12852550.411451015d增量平均286.33253.33表7-3 A、B或C、D各點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)值理論值誤差A(yù)BABAB1 (MPa)3.4611.073.33113.90.643 (MPa)-3.22-1.04-3.33-13.340 (°)-