材料力學(xué)實驗報告-舉例(共12頁)

1、實驗一 拉伸實驗一、 實驗?zāi)康?測定低碳鋼(Q235)的屈服點，強度極限，延伸率，斷面收縮率。2測定鑄鐵的強度極限。3觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象（如屈服、強化、頸縮等），并繪制拉伸曲線。4熟悉試驗機和其它有關(guān)儀器的使用。二、實驗設(shè)備1液壓式萬能實驗機；2游標(biāo)卡尺；3試樣刻線機。三、 萬能試驗機簡介具有拉伸、壓縮、彎曲及其剪切等各種靜力實驗功能的試驗機稱為萬能材料試驗機，萬能材料試驗機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、 試驗方法1低碳鋼拉伸實驗（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)整試驗機，使下夾頭處于適當(dāng)?shù)奈恢茫言嚰A好。（3）運行試驗程序，加載，實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。因為材料是脆性材料，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。 的計算與低碳鋼的計算方法相同。六、試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理表1-2 試驗前試樣尺寸材料標(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)試驗記錄，計算應(yīng)力值。低碳鋼屈服極限 低碳鋼強度極限 低碳鋼斷面收縮率 低碳鋼延伸率 鑄鐵強度極限 七、思考題1 根據(jù)實驗畫出低碳鋼和鑄鐵的拉伸曲線。略2 根據(jù)實驗時發(fā)生的現(xiàn)象和實驗結(jié)果比較低碳鋼和鑄鐵的機械性能有什么不同?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點不斷裂，在載荷下降至E點時反而斷裂，為什么？答：低碳鋼在載荷下降至E點時反而斷裂，是因為此時實際受載截面已經(jīng)大大減小，實際應(yīng)力達(dá)到

5、材料所能承受的極限，在最大載荷D點實際應(yīng)力比E點時小。4、 分析比較兩種材料在拉伸時的力學(xué)性能及斷口特征.答:試件在拉伸時鑄鐵延伸率小表現(xiàn)為脆性，低碳鋼延伸率大表現(xiàn)為塑性；低碳鋼具有屈服現(xiàn)象鑄鐵無。低碳鋼斷口為直徑縮小的杯錐狀，且有45°的剪切口，斷口組織為暗灰色纖維狀組織。鑄鐵斷口為橫斷面，為閃光的結(jié)晶狀組織。實驗二 壓縮實驗一、實驗?zāi)康? 測定低碳鋼的壓縮屈服極限和鑄鐵的壓縮強度極限。2 觀察和比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、實驗設(shè)備、材料萬能材料試驗機、游標(biāo)卡尺、低碳鋼和鑄鐵壓縮試件。三、 實驗方法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)整試驗機，使上

6、壓頭處于適當(dāng)?shù)奈恢?，空隙小?0mm 。 3 運行試驗程序，加載，實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。 對于鑄鐵試件，應(yīng)壓到破壞為止，記下最大載荷Fb =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、試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理表2-1 壓縮實驗結(jié)果材料直徑mm屈服載荷kN最大載荷kN屈服極限MPa強度極限MPa碳鋼10mm22KN-280.11MPa-鑄鐵10mm- 60KN-763.94MPa 低碳

7、鋼壓縮屈服點 鑄鐵壓縮強度極限 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？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，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

8、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。6、分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因.答：鑄鐵試件壓縮破壞，其斷口與軸線成45°50°夾角，在斷口位置剪應(yīng)力已達(dá)到其抵抗的最大極限值，抗剪先于抗壓達(dá)到極限，因而發(fā)生斜面剪切破壞。7、低碳鋼與鑄鐵在壓縮時力學(xué)性質(zhì)有何不同? 結(jié)構(gòu)工程中怎樣合理使用這兩類不同性質(zhì)的材料?答：低碳鋼為塑性材料，抗壓屈服極限與抗拉屈服極限相近，此時試件不會發(fā)生斷裂，隨荷載增加發(fā)生塑性形變；鑄鐵為脆性材料，抗壓強度遠(yuǎn)大于抗拉強度，無屈服現(xiàn)象。壓縮試驗時，

9、鑄鐵因達(dá)到剪切極限而被剪切破壞。通過試驗可以發(fā)現(xiàn)低碳鋼材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉與抗壓相近。鑄鐵材料塑性差，其抗拉遠(yuǎn)小于抗壓強度，抗剪優(yōu)于抗拉低于抗壓。故在工程結(jié)構(gòu)中塑性材料應(yīng)用范圍廣，脆性材料最好處于受壓狀態(tài)，比如車床機座。實驗三 扭轉(zhuǎn)實驗一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)扭轉(zhuǎn)實驗機的構(gòu)造原理，并進(jìn)行操作練習(xí)。2測定低碳鋼的剪切屈服極限、剪切強度極限和鑄鐵的剪切強度極限。3觀察低碳鋼和鑄鐵在扭轉(zhuǎn)過程中的變形和破壞情況。二、實驗儀器，游標(biāo)卡尺。三實驗原理塑性材料和脆性材料在扭轉(zhuǎn)時的力學(xué)性能。(參考材料力學(xué)課本及其它相關(guān)書籍)四、實驗步驟 1低碳鋼實驗 （1）量取試件直徑。在試件上選取3個位置，每個位

10、置互相垂直地測量2次直徑，取其平均值；然后從3個位置的平均直徑值中取最小值作為試件的直徑。（2）將扭轉(zhuǎn)實驗機刻度盤的從動針調(diào)至靠近主動針。主動針的調(diào)零方式為自動調(diào)整，如果主動針不在零位，應(yīng)通知老師，由老師進(jìn)行調(diào)整。絕對不能用調(diào)從動針的方法，將兩針調(diào)至零位。（3）把試件安裝在扭轉(zhuǎn)試驗機的夾頭內(nèi)，并將螺絲擰緊（勿太用力）。安裝時，一定要注意主動夾頭的夾塊要保持水平（固定夾頭的夾塊總是水平的），以避免引起初始扭矩。如果已經(jīng)出現(xiàn)小量的初始扭矩，只要不超過5N*m，可以開始加載。另外，試件在水平面和垂直面上不能歪斜，否則加載后試件將發(fā)生扭曲。（4）打開繪圖記錄器的開關(guān)；將調(diào)速旋鈕置于低速位置。開始用檔慢

11、速加載，每增加 5N*m 的扭矩，記錄下相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度。實驗過程中，注意觀察試件的變形情況和圖，當(dāng)材料發(fā)生流動時，記錄流動時的扭矩值和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度。另外，注意記錄扭矩剛開始下降時的扭矩值和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度。扭矩值估讀到0.1N*m。（5）流動以后，繼續(xù)加載，試件進(jìn)入強化階段，關(guān)閉記錄器后，將電機速度選擇在檔，加快加載速度。這時由于變形速度較快，可每增加180度取一次扭轉(zhuǎn)角度。直至試件扭斷為止，記下斷裂時的扭矩值，注意觀察斷口的形狀。注意，試件扭斷后應(yīng)立即停止加載，以便記錄斷裂時的扭轉(zhuǎn)角度。2鑄鐵實驗操作步驟與低碳鋼相同。因鑄鐵在變形很小時就破壞，所以只能用檔慢速加載。每增加5N*m的扭矩，記錄

12、下相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度。注意觀察鑄鐵試件在扭轉(zhuǎn)過程中的變形及破壞情況，并記錄試件扭斷時的極限扭矩值和相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角度。注意，試件扭斷后應(yīng)立即停止加載，以便記錄斷裂時的扭轉(zhuǎn)角度。五、實驗記錄試件低碳鋼鑄鐵直徑(第1次)0.9720.9700.9900.986直徑(第2次)0.9720.9740.9860.988直徑(第3次)0.9700.9720.9920.996流動荷載42.5無破壞荷載9867.5形狀圓形螺旋狀注：低碳鋼的剪切流動極限及強度極限的計算公式中應(yīng)該乘以系數(shù)3/4。原因是這樣：圓軸扭轉(zhuǎn)在彈性變形范圍內(nèi)剪應(yīng)力分布如所示，對于塑性材料，當(dāng)扭矩增大到一定數(shù)值后，試件表面應(yīng)力首先達(dá)到流動極限，并逐

13、漸向內(nèi)擴展，形成環(huán)形塑性區(qū)，如所示。若扭矩逐漸增大，塑性區(qū)也不斷擴大。當(dāng)扭矩達(dá)到時，橫截面上的剪應(yīng)力大小近似為，如所示,在這種剪應(yīng)力分布形式下，剪應(yīng)力公式為。試件繼續(xù)變形，材料進(jìn)一步強化，當(dāng)試件扭斷時，假設(shè)整個截面的剪應(yīng)力都達(dá)到，此時最大扭矩為，因此剪切強度極限和流動極限一樣，近似地寫為。由于鑄鐵是脆性材料，應(yīng)力在截面上從開始受力直至破壞都保持線性分布，當(dāng)邊緣上的剪應(yīng)力達(dá)到時。此時最大扭矩為，故仍用彈性階段的應(yīng)力公式計算強度極限。六預(yù)習(xí)思考題1)分析試件在扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下各點的主應(yīng)力大小和方向。答：扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下，橫街面上主應(yīng)力大小從圓心向外線性增大，在半徑處達(dá)到最大，方向垂直于半徑和扭轉(zhuǎn)力矩方向相同。

14、2) 低碳鋼屈服極限和強度極限的計算公式中為什么會出現(xiàn)3/4？請分析并推導(dǎo)計算公式。答：圓軸扭轉(zhuǎn)在彈性變形范圍內(nèi)剪應(yīng)力分布為線性分布，對于塑性材料，當(dāng)扭矩增大到一定數(shù)值后，試件表面應(yīng)力首先達(dá)到流動極限，并逐漸向內(nèi)擴展，形成環(huán)形塑性區(qū)，若扭矩逐漸增大，塑性區(qū)也不斷擴大。當(dāng)扭矩達(dá)到時，橫截面上的剪應(yīng)力大小近似為，在這種剪應(yīng)力分布形式下，剪應(yīng)力公式為由于鑄鐵是脆性材料，應(yīng)力在截面上從開始受力直至破壞都保持線性分布，當(dāng)邊緣的剪應(yīng)力達(dá)到時，最大扭矩為，故仍用彈性階段的應(yīng)力公式計算強度極限。3) 為什么扭轉(zhuǎn)試件兩端較粗,中間較細(xì)？中間和兩端采用光滑曲線過渡，而不是直角連接答：這樣便于試件的安裝，中間和兩端

15、采用光滑曲線過渡是為了防止應(yīng)力集中而產(chǎn)生扭斷。4)如果扭轉(zhuǎn)試件是屈服失效，請用最大剪應(yīng)力理論分析一下試件可能的斷口形狀。 答：最大剪應(yīng)力應(yīng)是與試件端面平行，如果是屈服失效，則斷口形狀應(yīng)是平面。5)如果扭轉(zhuǎn)試件是斷裂失效，請用最大拉應(yīng)力理論分析一下試件可能的斷口形狀。答：根據(jù)最大拉應(yīng)力理論，如果試件是斷裂失效，則會出現(xiàn)=45°時，拉應(yīng)力最大，這時斷口形狀應(yīng)是45°的斜面。6)什么是塑性材料？什么是脆性材料？(如果在你做的其它實驗中也有此題，回答一次即可)答：伸長率5%的材料稱為塑性材料，5%的材料稱為脆性材料。七分析思考題1) 扭轉(zhuǎn)實驗中你是怎樣測量試件直徑的？為什么采用這種

16、方法？你有其它方法測量直徑嗎？你的依據(jù)是什么？答：取三個不同的位置，每個位置相互垂直測兩次，為了減少材料在加工過程中使試件不規(guī)則而引起的誤差。2) 扭轉(zhuǎn)實驗對試件的放置有什么要求？為什么？答：主動夾保持平衡，是為了避免引起初始扭矩。3) 夾緊試件后，如果讀數(shù)盤的主動針偏離了零位，這是什么原因造成的？對實驗結(jié)果有什么影響？應(yīng)該怎樣解決？答：夾塊沒有保持水平位置，影響實驗所測得數(shù)據(jù)。重新調(diào)整試件的位置。4) 兩種扭轉(zhuǎn)試件的斷口形狀分別是什么樣的？怎樣解釋這種結(jié)果？答：低碳鋼為平面，鑄鐵為螺旋曲面。5) 通過實驗?zāi)阌X得低碳鋼的塑性性能如何？你的依據(jù)是什么？鑄鐵呢？答：通過實驗我們知道低碳鋼的可塑性比鑄鐵好，因為強度極限比較大；鑄鐵可塑性比較差，易斷裂。6) 在拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)三個試驗中，你已經(jīng)做了那些實驗？請通過這些實驗，總結(jié)一下低碳鋼的抗拉、抗壓、抗扭強度的大小關(guān)系。同樣地，請總結(jié)一下鑄鐵的抗拉、抗壓、抗扭強度的大小關(guān)系。 7) 結(jié)合你已經(jīng)做過的實驗(拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn))，請對比低碳鋼和鑄鐵的抗拉、抗壓、抗扭強度的大小關(guān)系。舉例說明其使用范圍。 8) 結(jié)合你已經(jīng)做過的實驗(拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn))，請分析低碳鋼的荷載-位移曲線有什么共同點？9) 對于本次實驗，你的體會是什么？你有什么建