材料力學實驗

1、目錄拉 伸 實 驗2壓 縮 實 驗5彎 曲 實 驗8扭 轉 實 驗13壓 桿 穩(wěn) 定 實 驗17組 合 變 形 實 驗22疊 梁 彎 曲 實 驗26套 裝 彈 簧 變 形 實 驗28偏 心 拉 伸 實 驗31金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗方法（靜態(tài)法）34梁 的 主 應 力 實 驗41沖 擊 實 驗47拉 伸 實 驗一實驗目的：1.學習了解電子萬能試驗機的結構原理，并進行操作練習。2.確定低碳鋼試樣的屈服極限、強度極限、伸長率、面積收縮率。3.確定鑄鐵試樣的強度極限。4.觀察不同材料的試樣在拉伸過程中表現(xiàn)的各種現(xiàn)象。二實驗設備及工具：    電子萬能

2、試驗機、游標卡尺、記號筆。三試驗原理：塑性材料和脆性材料拉伸時的力學性能。塑性材料和脆性材料在拉伸試驗中，顯示出來的力學性能有顯著的不同。 塑性材料如低碳鋼在拉伸試驗的位伸圖中，明顯地會出現(xiàn)四個階段：第一階段，圖中為一斜直線稱為彈性階段，與P成正比例關系。通常說彈性范圍內指的就是這一階段。第二階段，圖中出現(xiàn)平臺或波動屈服階段。規(guī)定這一段首次下降的最小荷載與初始截面積之比： 稱為屈服強度。第三階段，鋼材內部組織發(fā)生變化，抵抗變形能力又重新提高，稱為強化階段。第四階段，圖中，表現(xiàn)從最高點下降，同時試件在某一處出現(xiàn)相對明顯縮小部分頸縮階段，最后，出現(xiàn)斷裂。 其它塑性材料在進行拉伸試驗時，大體上也經歷

3、這四階段。但只是有些材料四個階段不明顯。脆性材料則變形很小，沒有四個階段，是一條較短曲線。自試驗開始，在很小變形下就出現(xiàn)斷裂。故只有最大荷載，也就是說只有強度極限： 四實驗步驟1.低碳鋼實驗（1）量直徑、畫標記：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。用記號筆在試樣中部畫一個或長的標距，作為原始標距。（2）安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下夾頭之間的位置能滿足試樣長度，把試樣放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對

4、試樣施加載荷：調整負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；根據計算出加載速度，其中為試樣中部平行段長度，當測定下屈服強度和抗拉強度時，并將計算結果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；在加載過程中，注意觀察屈服載荷的變化，記錄下屈服載荷的大小，當載荷達到峰值時，注意觀察試樣發(fā)生的頸縮現(xiàn)象；直到試樣斷裂后按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，記錄下最大載荷。從夾頭上取下試樣，重新對好，量取斷后標距和斷口處最小直徑。2.鑄鐵實驗（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直

5、徑。（2）安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下夾頭之間的位置能滿足試樣長度，把試樣放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，加緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：調整負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；，根據計算出加載速度，其中為試樣中部平行段長度，當只測定抗拉強度時，并將計算結果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；直到試樣斷裂后按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，記錄下最大載荷。五實驗記錄試樣低碳鋼鑄鐵實驗前實驗后實驗前實驗后形狀    直徑（第1次）無直徑（第2次）&

6、#160; 無直徑（第3次）  無標距長度無屈服載荷無極限載荷 六數(shù)據處理 七實驗結論 八預習思考題1.為什么拉伸試樣兩端較粗，中間較細？中間和兩端采用光滑曲線過度，而不是直角連接？這樣便于試件的安裝，中間和兩端采用光滑曲線是為了防止應力集中而導致扭斷。2.什么是屈服點？在拉伸實驗中應該如何讀取屈服載荷？如果沒有明顯的屈服點應該怎樣處理？試樣在拉伸時，應力超過材料彈性極限后，材料剛要開始發(fā)生塑性形變的最小應力叫做屈服點。材料表面出現(xiàn)45°方向的滑移線時的載荷即為屈服載荷。取極限強度的85%作為屈服點3.在低碳鋼拉伸實驗中，在

7、試樣中部平行段上做了一個或長的標距，這是用來干什么的？如果試樣中部平行段長度小于，怎么辦？如果試樣中部平行段長度大大地長出，又怎么辦呢？為了使實驗測得的結果可以相互比較，試件必須按國家標準作成標準試件，4.如果拉伸試樣是屈服失效，請用最大剪應力理論分析一下，試樣的可能斷口形狀。最大剪應力應是與試件斷面平行，如果是屈服失效，則端口形狀應是平面。5.如果拉伸試樣是斷裂失效，請用最大拉應力理論分析一下，試樣的可能斷口形狀。根據最大拉應力理論，如果試件是斷裂失效，則會出現(xiàn)=45°時，拉應力最大，這時斷口形狀應是45°斜面。6.什么是塑性材料？什么是脆性材料？伸長率5%的材料稱為塑性

8、材料，伸長率5%的材料稱為脆性材料。九分析思考題1拉伸實驗中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？你有其他方法測量直徑嗎？你的依據是什么？利用游標卡尺，在試件上三個不同位置各垂直測量兩次直徑，取其平均值的最小值作為試件的直徑。這樣做的目的是消除偶然性誤差，保證試件直徑測量的準確性，保證實驗結果的有效性。也可以采用螺旋測微器進行同樣的測量。2.兩種試樣的斷口形狀是什么樣的？怎樣解釋這種結果？低碳鋼塑性大，拉伸時經變形延長斷裂的過程。所以斷口變形嚴重，細長。鑄鐵件塑性極差，一般不變形，斷口呈突然整齊斷裂。3.通過拉伸實驗你覺得低碳鋼的塑性性能如何？你的依據是什么？鑄鐵呢？低碳鋼屬于塑性材料，

9、拉伸過程中有明顯的屈服階段，有明顯的頸縮間斷（又稱斷裂階段）。鑄鐵屬于脆性材料，拉伸過程中沒有明顯的屈服階段，沒有明顯的頸縮間斷。4.低碳鋼的極限載荷是斷裂時的載荷嗎？在頸縮階段，試樣的應力是增大還是減??？不是，此時試件已經發(fā)生縮頸，其最小截面面積小于初始測量截面面積。所需要的拉力相應減小，其應力也相應減小5.結合你已經做過的拉伸、壓縮實驗，請分析低碳鋼的載荷-位移曲線有什么共同點和不同點？低碳鋼在拉伸和壓縮過程中都經歷屈服點，并且在圖像上都有一段荷載基本不變（小范圍的波動），但其長度有所變化的階段。并且經過計算可以發(fā)現(xiàn)，壓縮時的彈性模量和屈服極限s都與拉伸時大致相同。6.對于拉伸實驗，你有什

10、么體會？你有什么建議？壓 縮 實 驗一實驗目的：1.學習了解電子萬能試驗機的結構原理，并進行操作練習。2.確定壓縮時低碳鋼試樣的屈服極限和鑄鐵試樣的強度極限。3.觀察不同材料的試樣在壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象。二實驗設備及工具：    電子萬能試驗機、游標卡尺。三試驗原理：    塑性材料和脆性材料壓縮時的力學性能。（既在實驗過程及數(shù)據處理時所支撐的理論依據。參考材料力學、工程力學課本的介紹，以及相關的書籍介紹，自己編寫。）四實驗步驟1.低碳鋼實驗（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣中部位置互相垂直地測量2次直徑。取其平均值。（

11、2）安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下壓板之間的位置能滿足試樣高度的要求，把試樣放在兩壓板的正中間位置上。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：調整負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；根據計算出加載速度，其中為試樣高度，并將計算結果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；在加力過程中，注意觀察屈服載荷的變化，記錄下屈服載荷的大小，由于低碳鋼壓縮時沒有強度極限，不會斷裂，因此，在記錄下屈服點對應的載荷后，就可以停止加載了，按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，手動立柱上的“上升”鍵，使活動橫梁上升，取出試樣。（5）觀察試

12、樣屈服后的形狀。2.鑄鐵實驗（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣中部位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值。（2）安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下壓板之間的位置能滿足試樣高度的要求，把試樣放在兩壓板的正中間位置上。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：調整負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；根據計算出加載速度，其中為試樣高度，并將計算結果歸整后輸入；按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷；直到試樣斷裂后按下“停止”鍵。（4）試樣斷裂后，記錄下最大載荷，手動立柱上的“上升”鍵，使活動橫梁上升，取出試樣。（5）觀察試樣

13、斷裂后的形狀。五實驗記錄試樣低碳鋼鑄鐵直徑載荷破壞形式     六數(shù)據處理七實驗結論 八預習思考題1.做壓縮實驗時，為什么要將試樣放在兩壓板正中間位置上？如果放偏了，會產生什么后果？2.脆性材料壓縮時有那些失效的形式？3.低碳鋼壓縮的失效形式是什么樣的？能測定其抗壓強度嗎？為什么？ 低碳鋼是塑性材料，在單向應力狀態(tài)下，其失效形式為屈服，失效判據為=s,壓縮時無抗壓強度。在進行壓縮實驗時，低碳鋼達到屈服點后不斷強化，由于壓縮變形使試樣的橫截面積不斷增大，盡管載荷不斷增大，但是直至將試樣壓成餅形也不會發(fā)生斷裂破壞，因此無法測量低碳鋼的抗壓

14、強度。4.如果壓縮試樣是剪應力破壞，請分析一下，試樣的可能斷口形狀。 5.萬能試驗機控制電腦顯示屏的“峰值”表頭，在低碳鋼和鑄鐵的壓縮實驗中各有什么作用？6.如果試樣上、下表面不規(guī)整，對測得實驗數(shù)據有什么影響？九分析思考題1.壓縮實驗中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？2.圓形橫截面壓縮試樣的高度與直徑的比值應該在什么范圍內？矩形橫截面壓縮試樣呢？金屬的壓縮試件一般制成很短的圓柱，以免被壓彎。圓柱高度約為直徑的1.5-3倍。其他形狀的試件一般采用立方體。3.在作壓縮實驗時，為什么要嚴格控制施加載荷速度？4.兩種材料試樣的斷口形狀是什么樣的？怎樣解釋這種結果？鑄鐵的端口基本為整齊的平面

15、，斷面法線與軸線成45度的傾角。而低碳鋼試樣最后會越壓越遍，無法得到其壓縮時的強度極限和斷口。 5.通過拉伸、壓縮實驗，請你總結一下低碳鋼的抗拉、抗壓強度的大小關系。同樣地，請總結一下鑄鐵抗拉、抗壓強度的大小關系。6.對于壓縮實驗，你有什么體會？你有什么建議？彎 曲 實 驗一實驗目的：1.了解應變片、應變儀的基本工作原理。2.學習電測法測定應力的基本原理和方法。3.確定彎曲梁橫截面上的正應力大小，并與理論值進行比較。4.學習實驗數(shù)據處理及作圖方法，確定彎曲梁橫截面上的應力分布規(guī)律。5.測量簡支梁的撓度，并與理論值進行比較。二實驗設備：1.XL3418型多功能實驗臺一套2.XL2101型程控靜態(tài)

16、電阻應變儀一臺3.XL2116A型測力儀一臺，XL1155-1t型應變式傳感器一只。4.撓度計、百分表三試驗原理：   1）參閱材料力學、工程力學課程的教材及其他相關材料。2）彎曲梁實驗裝置如圖：圖示AB梁為兩端鉸支的四點彎曲矩形截面鋼梁，在距兩端支座為a處，分別作用等量的力。梁的AB段為純彎曲，其彎矩為。為了實測正應力，在梁的AB段內分別沿橫截面表面均勻粘貼57個電阻應變片。當梁受到載荷F作用時，可從電阻片的變形測得各點的應變值。在比例極限范圍內，應力與應變之間存在著正比關系，即=E·。因而通過測得應變值便可計算出該點正應力的數(shù)值。CD梁為兩端鉸支的三點彎曲矩形

17、截面鋼梁，在距兩端支座為a1處，作用有載荷F。在距支撐點X距離遠處分別沿橫截面表面均勻粘貼57個電阻應變片，其彎矩為。為了實測正應力，當梁受到載荷F作用時，可從電阻片的變形測得各點的應變值。在比例極限范圍內，應力與應變之間存在著正比關系，即=E·。因而通過測得應變值便可計算出該點正應力的數(shù)值。關于應變片和應變測量電路的原理，參見靜態(tài)電阻應變儀。（請自己編寫）四實驗步驟1.量尺寸根據實驗需要（三點彎曲、四點彎曲或純彎曲實驗），量取彎曲梁的相關尺寸，以及加力點、支撐點的距離。2.將撓度儀和百分表安裝被測梁上，調整百分表零點。3.將應變片導線分別接到應變儀的橋路上（注意應變片編號與應變儀通

18、道編號的關系）。4.打開應變儀電源開關，當程序結束后，按下“自動平衡”鍵使應變儀各通道清零。5.打開測力計電源開關，確定檔位（SCLY-2數(shù)字測力計選20KN檔，XL2116A測力儀選N檔）。在確認沒有給彎曲梁加力的情況下，按下“清零”鍵。6.逐級加載，每增加0.5KN記錄一次應變儀各測點的讀數(shù)以及百分表讀數(shù)。載荷加至4KN后，卸載。7.根據應變儀讀數(shù)和百分表讀數(shù)分別計算出各點讀數(shù)差與算術平均值，然后計算應力值和撓度值。8.根據實驗數(shù)據處理要求，繪制彎曲梁橫截面上的應力分布圖。五實驗記錄1.梁的有關數(shù)據：梁的寬度 b=      &#

19、160;               高度 h=梁的有效長度 LS=                 撓度的有效長度Le=加力點到支撐點A的距離a=        加力點到支撐點B的距離a=加力點到支點C的距離 a1=支點C到應變

20、片的距離 X=彈性模量 E=2.實驗記錄載荷通道通道通道通道通道通道通道百分表讀數(shù)測點1測點2測點3測點4測點5測點6測點7FC1c1C2c2C3c3C4c4C5c5C6c6C7c7CC                                  

21、60;                                                 

22、60;                                                 

23、60;                  平均值         六數(shù)據處理 七實驗結論 八預習思考題1.被測彎曲鋼梁在跨距內可以移動嗎？其結果會怎么樣？2.如果加載前應變儀顯示有數(shù)字怎么辦？3.電阻應變片是由金屬泊膜或電阻絲制成，測量應變時電阻絲是有電流通過的；彎曲實驗中鋼梁也是金屬的，由于電阻應變片直接粘

24、貼在鋼梁表面，所以實驗時鋼梁中也有電流通過，這是正?，F(xiàn)象，不會影響測量結果。你同意這種看法嗎？為什么？ 4.如果應變儀的一個窗口顯示數(shù)字“-200”，這是什么意思？5.彎曲正應力的大小是否會受材料彈性模量的影響？為什么？6.為什么要把溫度補償片貼在與被測彎曲梁相同的材料上？九分析思考題1.在彎曲實驗中，應變儀采用全橋測量還是半橋測量？2.如果應變片的靈敏系數(shù)是2.0，而應變儀卻選定是2.1，實驗測出的結果是大了？還是小了？3.怎樣使用等值增量方法處理實驗結果？4.主要引起實驗誤差有哪些因素？5.應變片除了可以測量應力外，還可以做什么？ 6.對于本次實驗，你有什么體會？你有什么建議？&

25、#160; 扭 轉 實 驗一實驗目的：1.學習了解微機控制扭轉試驗機的構造原理，并進行操作練習。2.確定低碳鋼試樣的剪切屈服極限、剪切強度極限。3.確定鑄鐵試樣的剪切強度極限。4.觀察不同材料的試樣在扭轉過程中的變形和破壞現(xiàn)象。二實驗設備及工具： 扭轉試驗機、游標卡尺、扳手。三試驗原理： 塑性材料和脆性材料扭轉時的力學性能。（在實驗過程及數(shù)據處理時所支撐的理論依據。參考材料力學、工程力學課本的介紹，以及相關的書籍介紹，自己編寫。）四實驗步驟1.a低碳鋼實驗（華龍試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個

26、位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動控制器上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、切應變1、切應變2、夾頭間轉角、時間的零點；根據你所安裝試樣的材料，在“實驗方案讀取”中選擇“教學低碳鋼試驗”，并點擊“加載”而確定；用鍵盤輸入實驗編號，回車確定（按Enter鍵）；鼠標點“開始測試”鍵，給試樣施加扭矩；在加載過程中，注意觀察屈服扭矩的變化，記錄屈服扭矩的下限值，當扭矩達到最大值時，試樣突

27、然斷裂，后按下“終止測試”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，從峰值中讀取最大扭矩。從夾頭上取下試樣。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。1.b低碳鋼實驗（青山試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動“試驗機測控儀”上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時針旋轉，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、夾頭間轉角、切應變

28、1、切應變2、試驗時間的零點；選擇“實驗方案1”；用鼠標“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗編號”、“實驗員”、“鋼筋長度”、在“實驗材料”中選擇“塑性”、“材料形狀”中選擇“實心”和“鋼筋直徑”等信息后，點擊“確定”；鼠標點“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；在加載過程中，注意觀察試樣屈服時扭矩的變化，并記錄屈服扭矩的下限值，當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“停止”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。2.a鑄鐵實驗（華龍試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取

29、其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動控制器上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、切應變1、切應變2、夾頭間轉角、時間的零點；根據你所安裝試樣的材料，在“實驗方案讀取”中選擇 “教學鑄鐵試驗”，并點擊“加載”而確定；用鍵盤輸入實驗編號，回車確定（按Enter鍵）；鼠標點“開始測試”鍵，給試樣施加扭矩；當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“終止測試”鍵，使試驗機停

30、止轉動。（4）試樣斷裂后，從夾頭上取下試樣，讀取峰值表中最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。2.b低碳鋼實驗（青山試驗機）（1）量直徑：用游標卡尺量取試樣的直徑。在試樣上選取3各位置，每個位置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均值中取最小值作為試樣的直徑。（2）安裝試樣：啟動扭轉試驗機，手動“試驗機測控儀”上的“左轉”或“右轉”鍵，調整活動夾頭的位置，使前、后兩夾頭鉗口的位置能滿足試樣平口的要求，把試樣水平地放在兩夾頭之間，用扳手順時針旋轉，夾緊試樣。（3）調整試驗機并對試樣施加載荷：在電腦顯示屏上調整扭矩、峰值、夾頭間轉角、切應變1、切應變2、試驗時間的零點；選擇“實驗

31、方案1”；用鼠標“新建”，在下拉菜單中，依次輸入“試驗編號”、“實驗員”、“鋼筋長度”、在“實驗材料”中選擇“脆性”、“材料形狀”中選擇“實心”和“鋼筋直徑”等信息后點擊“確定”；鼠標點“開始”鍵，就給試樣施加扭矩了；當扭矩達到最大值時，試樣突然斷裂，后按下“停止”鍵，使試驗機停止轉動。（4）試樣斷裂后，取下試樣，從峰值中讀取最大扭矩。（5）觀察試樣斷裂后的形狀。 五實驗記錄試樣低碳鋼鑄鐵直徑（第1次）直徑（第2次）直徑（第3次）屈服載荷極限載荷破壞形狀注：低碳鋼的剪切流動極限和強度極限的計算公式中應該乘一系數(shù)3/4。原因是這樣：圓周扭轉在彈性范圍內剪應力分布如圖a所示，對于塑性材料，當扭矩增

32、大到一定數(shù)值后，試樣表面應力先達到流動極限，并逐漸向內擴展，形成環(huán)形塑性區(qū)，如圖b所示。若扭矩逐漸增大，塑性區(qū)也不斷擴大。當扭矩達到時，橫截面上的剪應力都近似達到如圖c所示，在這種剪應力分布下，流動時剪應力公式為。在扭矩繼續(xù)增加時，試樣繼續(xù)變形，材料進一步強化，當試樣扭斷時，整個橫截面上的剪應力都達到，此時最大扭矩為，因此剪切強度極限和流動極限一樣，近似地.由于鑄鐵是脆性材料，應力在橫截面上從開始受力直至破壞都保持為線性分布，當試樣邊緣上的剪應力達到時，此時最大扭矩為，故仍有彈性階段的應力公式計算強度極限。六數(shù)據處理七實驗結論八預習思考題1.為什么扭轉試樣兩端較粗，中間較細？中間和兩端采用光滑

33、曲線過度，而不是直角連接？2.在計算低碳鋼屈服強度和極限強度的公式中為什么會出現(xiàn)3/4，而不是其他系數(shù)呢？3.如果扭轉試樣是屈服失效，請用最大剪應力理論分析一下，試樣可能的斷口形狀。4.如果扭轉試樣是斷裂失效，請用最大正應力理論分析一下，試樣可能的斷口形狀。5.安裝扭轉試樣為什么要“把試樣水平地放在兩夾頭之間”？6.低碳鋼試樣在扭轉時的變形要經歷哪3個階段？九分析思考題1.扭轉實驗中你是怎樣測量試樣直徑的？為什么采用這種方法？2.兩種試樣的斷口形狀分別是什么樣的？怎樣解釋這種結果？3.鑄鐵試樣扭轉破壞斷口的傾斜方向與施加扭矩的方向有無直接關系？為什么？4.通過你已經做過的拉伸、壓縮、扭轉實驗，

34、請總結一下低碳鋼抗拉、抗壓、抗剪強度的大小關系。同樣地，請總結一下鑄鐵的抗拉、抗壓、抗剪性能。5.結合你已經做過的拉伸、壓縮、扭轉實驗，請分析低碳鋼的載荷-變形曲線有什么共同點。6. 對于本次實驗，你有什么體會？你有什么建議？壓 桿 穩(wěn) 定 實 驗一實驗目的：1. 觀察壓桿喪失穩(wěn)定的現(xiàn)象。2. 用繪圖法測定兩端鉸支壓桿的臨界荷載，并與理論值進行比較。二實驗設備及工具：電子萬能試驗機、程控電阻應變儀三試驗原理：對于兩端鉸支受軸向壓力的細長桿，根據歐拉公式，其臨界荷載為式中為最小慣性矩，l為壓桿長度。當時壓桿保持直線形式，處于穩(wěn)定平衡。當時，壓桿即喪失穩(wěn)定而彎曲。對于中柔度壓桿，其臨界應力公式為式

35、中a、b為常數(shù)。由于試樣的初曲率往往很難避免，所以加載時壓力比較容易產生偏心，實驗過程中，即使壓力很小時，桿件也發(fā)生彎曲，其撓度也隨著荷載的增加而不斷增加。本實驗采用由碳鋼制成的矩形截面的細長試件，表面經過磨光，試件兩端制成刀刃形，如圖a所示：實驗前先在試樣中間截面的左右兩側各貼一個應變片1和2，以便測量其應變,見圖b，假設壓桿受力后向左彎曲，以和分別表示壓桿中間截面左、右兩點的壓應變，則除了包括由軸向力產生的壓應變外，還附加一部分由彎曲產生的壓應變，而則等于軸向力產生的壓應變減去由彎曲產生的拉應變，故略小于。隨著彎曲變形的增加，與差異愈來愈顯著。當時，這種差異尚小，當F接近時，迅速增加，迅速

36、減小，兩者相差極大。如以載荷F為橫坐標，壓應變?yōu)榭v坐標，可繪出-F和-F曲線（見下圖所示）。由圖中可以看出，當達到某一最大值后，隨著彎曲變形的繼續(xù)發(fā)生而迅速減小，朝著與曲線相反的方向變化。顯然，根據此兩曲線作出的同一垂直漸近線AB，即可確定臨界荷載的大小。以載荷P為橫坐標，壓應變?yōu)榭v坐標，人工繪制-P和-P曲線，兩曲線的同一垂直漸近線與力軸的交點，即為臨界荷載 四實驗步驟1.測量試樣尺寸，在試樣的兩端及中部分別測量試樣的寬度和厚度，取用三次測量的算術平均值2.啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下壓板之間的位置相對比較小，把試樣放在兩壓槽的正中間位置上

37、。3.將應變片分別接在應變儀2個通道上。4.打開應變儀電源開關，當程序結束后，按下“自動平衡”鍵使應變儀各通道清零。5.調整負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點，選擇0.02mm/min的速度，并輸入計算機，按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷。6.每增加一定量載荷，記錄一次應變儀讀數(shù)。當一通道的應變讀數(shù)迅速增加時，而另一通道應變讀數(shù)不再增加，說明它已經達到應變最大值，讀取載荷對應的應變值，直到規(guī)定的變形為止。按下“停止”鍵。五實驗記錄1.試樣的尺寸：長度 長度 長度寬度 寬度 寬度厚度 厚度 厚度 2.實驗記錄：載荷載荷增量應 變 儀 讀 數(shù)FF測點1測點2C1C2六數(shù)據處理

38、七實驗結論八預習思考題1.為什么壓桿試樣兩端制成刀刃形？2.安裝試樣前，調整試驗機上下壓頭位置時，為什么中間不能有試樣？3.壓桿實驗為什么加載速度這么慢？4.為什么壓桿試樣尺寸測量三次，數(shù)據處理時使用算術平均值？5.為什么說試樣厚度對臨界載荷影響極大？九分析思考題1.本次實驗使用的試樣是細長桿還是中柔度桿呢？為什么？2.本次實驗是直接得到的臨界力嗎？3.產生實驗結果誤差的主要因素有哪些？4.失穩(wěn)現(xiàn)象與屈服現(xiàn)象本質上有什么不同？5.對于本次實驗，你有什么體會？你有什么建議？ 組 合 變 形 實 驗一實驗目的：1.學習組合變形情況下的應力測定方法。2. 熟悉應變儀全橋測量原理及接橋方法3. 對在彎

39、扭組合受力狀態(tài)下的薄壁圓管，分別測定其彎曲正應力和扭轉剪應力，并與理論值比較。二實驗設備：多功能實驗臺、程控靜態(tài)電阻應變儀、數(shù)字測力儀。三試驗原理： 1）參閱材料力學、工程力學課程的教材及其他相關材料。2）組合變形實驗裝置如圖：測試的試樣為薄壁圓管，其長度為，一端固定在鑄鐵框架上，另一端通過扇形加力臂上的鋼絲繩對薄壁圓管試樣施加載荷。在鋼絲繩與加載手柄之間連接一個力傳感器，通過數(shù)字測力計把傳感器的信號顯示出來。在試樣的上下邊緣對稱位置，粘貼互相垂直的魚尾應變花2片，如圖所示。當試樣受到F力作用時，薄壁圓管試樣上的應變片均受到彎曲與扭轉應變，即。在比例極限內，應力與應變之間存在著正比關系，即=E

40、·通過測得的應變值便可計算出該點的應力數(shù)值。在理論課中已經學習了強度理論，也了解受彎扭組合變形的應力狀態(tài)，因此也就可以分析出各應變片感受的應變關系，我們利用電橋輸出特性，通過巧妙的全橋接橋方式，就可以只測出由扭矩產生的應變或由彎矩產生的應變，即讀=4彎或讀=4扭，在測量由彎矩產生的應變時，根據應力狀態(tài)理論可知，所以對于由彎矩產生的0o方向的應變即為，由虎克定律得到彎曲正應力。在測量由扭矩產生的應變時，取薄壁圓管試樣上測點處單元體，如下圖所示的應力狀態(tài)其中有：，在比例極限內，近似地同時，所以 故，由于，所以。在彎扭組合變形實驗中，使用的是互相垂直的魚尾應變花，其貼片方向且與軸線成

41、77;450，故=45o，則 ， 即R=245o 。由剪切虎克定律得到扭轉剪應力。四實驗步驟 1.量取試樣相關尺寸，加載力臂，2.根據電測原理、電橋輸出特性，通過討論分析彎曲正應變和扭轉剪應變的全橋接橋方式。3.按照第二步分析的結果，將應變片接入應變儀。4.打開電源開關，當程序結束后，用通道切換鍵，找到你所接入的通道，按下“自動平衡”鍵使應變儀通道清零。5. 打開測力計電源開關，確定檔位（SCLY-2數(shù)字測力計選20KN檔，XL2116A測力儀選N檔）。在確認沒有給薄壁圓管試樣梁加力的情況下，按下“清零”鍵。6.逐級加載，每增加0.1KN記錄一次應變儀的讀數(shù)，載荷加至0.4KN后，卸載。7.在

42、完成彎曲應變測量后，從第三步重復，測量扭轉應變。五實驗記錄1.試樣及裝置的相關數(shù)據： 內徑d= 外徑D=彎矩力臂RW= 扭矩力臂RN=彈性模量E= 泊松比=2.實驗記錄：載荷測彎曲正應變時測扭轉剪應變時應變儀讀數(shù)C讀數(shù)差C應變儀讀數(shù)C讀數(shù)差C平均值六數(shù)據處理七實驗結論八分析思考題1.如果再給你2個電阻，2個溫度補償片，阻值均為R，你還可以采用什么接橋方式，來完成本次實驗測量？請詳細闡述其中一種方法？2.對于本次實驗，你有什么體會？你有什么建議？九實驗報告要求請在實驗報告中闡述你設計的接橋方式，畫出示意圖，詳細推導其原理。疊 梁 彎 曲 實 驗一實驗目的：1.分析和解釋疊梁的應力應變分布狀態(tài)。2

43、.討論并建立疊梁的力學模型，推導出應力應變的計算公式。3.確定疊梁（自由疊梁、約束疊梁）橫截面上的應力，并與理論值比較，畫出應力分布曲線。二實驗設備：多功能實驗臺、程控靜態(tài)電阻應變儀、測力儀。三試驗原理：1.請自行參閱教材及其他相關資料，了解疊梁彎曲原理，自己編寫。2.疊梁形狀及尺寸：四實驗步驟 參考彎曲實驗，自己設計實驗步驟五實驗記錄自己設計實驗記錄表格。彈性模量：鋼210GPa；鋁70GPa六數(shù)據處理七實驗結論八思考題你對本次實驗有什么感想和體會？對實驗內容要求有什么建議和意見？九實驗說明及要求1.每組人數(shù)2人，自由選擇實驗臺。2.共有三種疊梁類型：鋼鋼自由疊梁，鋼鋁自由疊梁，鋼鋼約束疊梁

44、。對于鋼鋁自由疊梁，根據鋼和鋁誰上誰下又分為二種：鋼鋁自由疊梁、鋁鋼自由疊梁。3.實驗內容必須涵蓋三種類型疊梁的數(shù)據，在實驗報告中，必須含有自由疊梁類型和約束疊梁類型的分析與結論。4.實驗報告內容詳盡，闡述明確，論證充分。套 裝 彈 簧 變 形 實 驗一實驗目的：1. 了解彈簧變形特征，分析彈簧受力狀態(tài)，掌握套裝彈簧的應力、剛度、剪切模量以及穩(wěn)定性的計算方法。2. 確定鐵路車輛用彈簧的應力、剛度、和剪切彈性模量，以及壓力與變形經驗關系公式。3.確定套裝彈簧的剛度，以及套裝彈簧的承載力，并與單只彈簧進行比較。二實驗設備： 電子萬能試驗機、靜態(tài)電阻應變儀。三試驗原理：1彈簧應力： 沿彈簧軸線作用壓

45、力，圖a所示，在簧絲橫截面上有一個通過截面形心的剪力和一個扭矩，根據平衡條件，。對于簧絲橫截面來說，與剪力對應的剪應力均勻地分布在橫截面上，而與扭矩對應的剪應力則沿簧絲半徑方向成三角形分布，其邊緣剪應力最大，如圖b、c所示。因此，對于彈簧簧絲橫截面上任意一點的總應力應該是剪力和扭矩兩種剪應力的矢量和，即 。 在上述分析中，應考慮彈簧簧絲實際上是一個曲桿，用直桿的公式計算簧絲應力將會引起誤差，特別是在較小時，即簧絲曲率較大時，誤差的影響尤為顯著。因此，在計算彈簧簧絲橫截面上剪應力時，要考慮曲率等因素對簧絲邊緣最大剪應力的影響，必須對彈簧簧絲橫截面上剪應力公式加以修正。即，其中，曲率系數(shù) ，C為彈

46、簧指數(shù) ，為彈簧中徑，為簧絲直徑。）2.彈簧變形：彈簧在軸向壓力作用下，沿軸線方向總縮短量就是彈簧的變形。為了測的彈簧變形量，在彈簧上下表面安裝墊板，在彈簧兩側安裝百分表（或大變形位移計），使百分表的頂桿垂直于墊板，觸頭與墊板緊密接觸，當彈簧受力變形后，直接從百分表上（或應變儀上）測得彈簧的變形。而彈簧的剛度就是壓力與變形之比。根據實驗數(shù)據確定出壓力與彈簧變形的經驗公式（用線性回歸法）。3.剪切彈性模量： 分析簧絲受力情況，在彈簧的內、外側對稱貼一對魚尾應變化。由于在組合變形實驗中，我們已經掌握應變儀全橋測量的原理，那么，通過恰當?shù)慕訕蚍绞剑覀兛梢缘玫脚まD剪應變扭 ，根據應力狀態(tài)分析、計算，

47、得出扭與剪應變的關系，從而得到剪切彈性模量。4.穩(wěn)定性檢驗： 根據國家標準的要求，彈簧在受到壓縮時，它的細長比必須滿足一定的要求，彈簧細長比由公式計算 ，為彈簧自由高，為彈簧中徑。壓縮彈簧的細長比：（兩端固定），（一端固定，一端回轉），（兩端回轉），如果不能滿足這個條件時，還需對彈簧進行穩(wěn)定性檢驗。 臨界荷載的計算公式為 其中為彈簧的臨界荷載，為不穩(wěn)定系數(shù)，為彈簧的剛度。四實驗步驟1.彈簧實驗（1）量直徑：用鋼直尺測量大彈簧中徑，小彈簧中徑；用游標卡尺量取大彈簧簧絲的直徑，小彈簧簧絲的直徑。（2）安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下壓板之間

48、的位置能滿足彈簧高度的要求，把彈簧放在兩壓板的正中間位置上。（3）安裝百分表（或大變形位移計）。（4）將應變片組橋，接在應變儀上。（5）調零： 調整電子萬能試驗機負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；調整百分表零點；按下應變儀“自動平衡”鍵，使應變儀清零。（6）按下顯示屏中的“開始”鍵，給彈簧施加載荷；載荷每增加一定值時，記錄百分表讀數(shù)（或位移計讀數(shù)），應變儀讀數(shù)。（7）實驗結束時，按下“停止”鍵。手動立柱上的“上升”鍵，使活動橫梁上升，直到試驗力顯示0以后，取下百分表（或位移計），拆下應變片連線，取出彈簧。2.套裝彈簧實驗（1）安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或

49、“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下壓板之間的位置能滿足彈簧高度的要求，把套裝彈簧放在兩壓板的正中間位置上。（2）安裝百分表；如果使用大變形位移計，將位移計導線連接到應變儀上。（3）調零： 調整電子萬能試驗機負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；調整百分表零點；或按下應變儀“自動平衡”鍵，使應變儀清零。（4）按下顯示屏中的“開始”鍵，給套裝彈簧施加載荷；載荷每增加一定值時，記錄百分表讀數(shù)（或位移計讀數(shù)）。（5）實驗結束時，按下“停止”鍵。手動立柱上的“上升”鍵，使活動橫梁上升，直到試驗力顯示0以后，取下百分表（或拆下位移計的連線），取出套裝彈簧。五實驗記錄 自己設計實驗記錄表格六

50、數(shù)據處理七實驗結論八思考題你對本次實驗有什么感想和體會？對本次實驗有什么建議和意見？偏 心 拉 伸 實 驗一實驗目的：1.學習曲桿受到拉伸的原理，掌握其橫截面上的應力分布原理。2.確定低碳鋼試樣（直桿、大曲率桿、小曲率桿）橫截面上應力，并與理論值進行比較，畫出應力分布曲線圖。3.通過比較確定在同一載荷下，不同桿件中性層位置的變化。說明原因。二實驗設備及工具：    電子萬能試驗機、程控靜態(tài)電阻應變儀。三試驗原理：   參考材料力學、工程力學課本關于偏心拉伸（拉彎組合變形）的疊加原理，同時參考曲桿拉伸時橫截面應力分布原理（寫出應力計算公式以及中性

51、層公式）。以及相關的書籍介紹，自己編寫。試樣尺寸及形狀：四實驗步驟1. 安裝試樣：啟動電子萬能試驗機，手動立柱上的“上升”或“下降”鍵，調整活動橫梁位置，使上、下夾頭之間的位置能滿足試樣長度，把試樣放在兩夾頭之間，沿箭頭方向旋轉手柄，夾緊試樣。2.調整試驗機并對試樣施加載荷：調整負荷（試驗力）、峰值、變形、位移、試驗時間的零點；選擇加載速度3.將應變片分別接在應變儀的通道上。（注意，應變片編號與通道號的關系）4.打開應變儀電源開關，當程序結束后，按下“自動平衡”鍵使應變儀各通道清零。5.按下顯示屏中的“開始”鍵，給試樣施加載荷。每增加一定載荷，記錄一次應變讀數(shù)。6.實驗結束后，按下“停止”鍵。

52、7.卸載。按下“上升”鍵，看到載荷顯示為0時，按下“停止”鍵。8.取下試樣。五實驗記錄      自己設計實驗記錄表格六數(shù)據處理 七實驗結論  八思考題你對本次實驗有什么感想和體會？對本次實驗有什么建議和意見？金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗方法（靜態(tài)法）本試驗方法是以國家標準GB/8653-88金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗方法（靜態(tài)法）為藍本編寫的，內容部分進行了刪選，基本保持了國家標準原有形式。本試驗方法僅限學習力學試驗的學生教學使用。如果要進行科學研究試驗或鑒定性試驗等，請詳細參閱國家標準G

53、B/8653-88金屬楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比試驗方法（靜態(tài)法）。一適用范圍：此試驗方法適用于室溫下用靜態(tài)法測定金屬材料彈性狀態(tài)的楊氏模量、弦線模量、切線模量和泊松比。二試驗原理：  1、參閱材料力學、工程力學課程的教材及其他相關材料，有關“材料的力學性質”章節(jié)。  2、本試驗使用電子萬能試驗機對試樣施加軸向力，在其彈性范圍內測定相應的軸向變形和橫向變形，以便測定定義中的一項或幾項力學性能。  注：軸向力：沿試樣縱軸方向施加的拉伸力或壓縮力。      軸向變形：在平面內平行于試樣縱軸方向長度的伸長或縮

54、短。      橫向變形：在平面內垂直于試樣縱軸方向長度的伸長或縮短。      電子萬能試驗機的介紹及操作方法，參見“實驗設備”網頁。三定義：1、平行長度（）：試樣兩頭部或夾持部分（不帶頭試樣）之間的平行長度。  2、試樣原始標距（）：在試樣上用以測量試樣長度變化的兩標記間原始長度。  3、引伸計標距：用引伸計測量試樣變形時所使用試樣部分的長度（此長度與引伸計的原始標距長度相同，一般不應大于試樣原始標距（），但不小于試樣直徑或寬度）。    1

55、）軸向引伸計標距（）：測量試樣軸向變形的引伸計標距。2）橫向引伸計標距（）：測量試樣橫向變形的引伸計標距。  4、應力（標稱應力）（）：試驗時軸向力除以試樣原始橫截面積的商。  5、應變（標稱線應變）：試樣在軸向力作用下其原始線性尺寸單位長度的變化。    1）軸向應變（）：在平面內平行于試樣縱軸方向的線應變。2）橫向應變（）：在平面內垂直于試樣縱軸方向的線應變。  6、楊氏模量（）：軸向應力與軸向應變成線性比例關系范圍內的軸向應力與軸向應變之比。     有許多金屬材料，其拉伸楊氏模量與壓縮楊

56、氏模量有差別，應注意區(qū)分。    1）拉伸楊氏模量（）：軸向拉伸應力與軸向拉伸應變成線性比例關系范圍內的軸向拉伸應力與軸向拉伸應變之比。2）壓縮楊氏模量（）：軸向壓縮應力與軸向壓縮應變成線性比例關系范圍內的軸向壓縮應力與軸向壓縮應變之比。7、弦線模量（）：在彈性范圍內軸向應力-軸向應變曲線上任兩規(guī)定點之間弦線的斜率。  8、切線模量（）：在彈性范圍內軸向應力-軸向應變曲線上任一規(guī)定應力或應變值處的斜率。     注：弦線模量、切線模量適用于呈非線性彈性狀態(tài)的金屬材料。  9、泊松比（）：軸向應力與軸向應變

57、成線性比例關系范圍內橫向應變與軸向應變之比的絕對值。四符號和說明符號單位說明a0mm矩形試樣原始厚度b0mm矩形試樣平行長度部分的原始寬度d0mm圓形試樣平行長度部分的原始直徑Lcmm試樣平行長度L0mm試樣原始標距Lelmm軸向引伸計標距Letmm橫向引伸計標距Lelmm試樣軸向變形Letmm試樣橫向變形lmm軸向變形增量tmm橫向變形增量S0mm2試樣平行長度部分的原始橫截面積FN軸向力FN軸向力增量N/mm2軸向應力N/mm2軸向應力的平均值EN/mm2楊氏模量EtN/mm2拉伸楊氏模量EcN/mm2壓縮楊氏模量EchN/mm2弦線模量EtanN/mm2切線模量l%軸向應變t%橫向應變%軸向應變的平均值%橫向應變的平均值%斜率變度系數(shù)-泊松比-相關系數(shù)-數(shù)據對數(shù)目-從1累加符號五試樣  1、試樣形狀和尺寸：1）圓形和矩形拉伸試樣：見拉伸試驗方法（一三）。2）圓形和矩形壓縮試樣：見壓縮試驗方法。3）通過協(xié)商可以采用其他類型的試樣。2、頭部帶承載銷孔的矩形拉伸試樣，銷孔中心與標距部分的寬度的中心線偏離應不大于標距部分寬度的0.005倍。  3、