《材料力學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)_百度文庫(kù)

1、江西應(yīng)用科技學(xué)院 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 編制人 :審核人:江西應(yīng)用科技學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院 2015 年 5 月實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解微機(jī)控制萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的工作原理,演示試驗(yàn)機(jī)的基本操作方法; 2. 測(cè)定低碳鋼的抗拉強(qiáng)度 b 、屈服強(qiáng)度 S 、伸長(zhǎng)率 及截面收縮率 ;3. 觀察低碳鋼在拉伸過(guò)程中的現(xiàn)象和試樣的破壞特征, 分析斷口破壞原因, 繪制拉伸曲線圖 及斷口示意圖。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、直尺。三、實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)國(guó)標(biāo) GB228-99的試件形狀如圖 1-1所示,圖中 L 0所說(shuō)試件的變形就是指這一段的變形。 L c 兩端是試驗(yàn)機(jī)夾持的部分。試件在拉伸時(shí)

2、, 其尺寸、 較,必須按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB6397-99分為比例和定標(biāo)距兩種試樣, 表 1-1L=11.3A (長(zhǎng)試件或 5.65A (短試件 。 A 點(diǎn)以前,桿件僅有彈性變形,且 P 和 L 成線性關(guān)系,即遵守虎克定律:L=EAPL(1-1 A 點(diǎn)以后,曲線不再保持直線,至 B 點(diǎn)開(kāi)始屈服,以后成鋸齒形, B 點(diǎn)為載荷下降的最低點(diǎn)。 B 點(diǎn)的數(shù)值與試件加載速度、試件形式等有關(guān),而 B 點(diǎn)的數(shù)值比較穩(wěn)定,工程上常取 B 點(diǎn)的載荷 作為屈服載荷。因此屈服應(yīng)力 s =Ps /A。到 C 點(diǎn),材料強(qiáng)化,曲線繼續(xù)上升,至 D 點(diǎn)試件開(kāi)始出 現(xiàn)頸縮,載荷達(dá)到最大值 P b ,抗拉強(qiáng)度為:b =0b P (1

3、-2試件斷裂后,用游標(biāo)卡尺量得標(biāo)距間長(zhǎng)度 L 1和試件收縮處面積 A 1, 則可得試件的塑性性能:=10L L L -100% (1-3 =10A A A -100% (1-4 四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試件準(zhǔn)備1在試件中段取標(biāo)距 L=10d(100mm(低碳鋼試件 ,用試樣劃線機(jī)將其劃分為10等份。 2在試件標(biāo)距范圍內(nèi)用游標(biāo)卡尺測(cè)量中間和兩端三處直徑,每處在互相垂直的兩個(gè)方向 上個(gè)測(cè)量直徑一次,選取平均直徑最小的一組作為計(jì)算截面面積用。 3根據(jù) P MAX =b A ,估計(jì)拉斷試件所需要的最大載荷。 2、試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備 1學(xué)習(xí)試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程2根據(jù)估算的最大載荷選用相應(yīng)的測(cè)力度盤(pán)和擺錘,開(kāi)機(jī)將試驗(yàn)機(jī)上工

4、作臺(tái)上升 10mm 左右,把試件安裝在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭上,調(diào)整指針對(duì)零點(diǎn)。3移動(dòng)下工作臺(tái),安裝好試件(注意,如果試件被夾緊后,對(duì)于 30噸以上的試驗(yàn)機(jī), 不可再按動(dòng)下工作臺(tái)的上升或下降按鈕,否則回?zé)龎南鹿ぷ髋_(tái)的控制電機(jī) 。 4安裝好自動(dòng)繪圖裝置。3、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)用規(guī)定的速度進(jìn)行加載 (低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn), 彈性范圍內(nèi)其加載速度為 9.8N/mm2/s, 屈服后的 加載速度為 0.5N/mm2/s ,試件受力后使試驗(yàn)機(jī)測(cè)力指針均勻地轉(zhuǎn)動(dòng),由自動(dòng)繪圖器可觀察到試 件受力和變形的關(guān)系。當(dāng)測(cè)力指針不動(dòng)或擺動(dòng)時(shí),說(shuō)明材料發(fā)生流動(dòng)(屈服 ,注意觀察測(cè)力指 針倒退的最小值并記錄下來(lái), 作為實(shí)驗(yàn)的流動(dòng)荷載 P S 。

5、當(dāng)流動(dòng)階段結(jié)束而到達(dá) D 點(diǎn)時(shí), 測(cè)力指針開(kāi)始回落, D 點(diǎn)的數(shù)值即為極限荷載 P b ,此時(shí)試件開(kāi)始發(fā)生頸縮,直到 E 點(diǎn),試件最后斷裂。 五、實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果1、修正拉伸圖:應(yīng)該指出,繪圖器所繪制的拉伸圖其變形 L 是整個(gè)試件的伸長(zhǎng),并包括 試件在夾具中的滑動(dòng), 試件在開(kāi)始受力時(shí)在夾具中有滑動(dòng)現(xiàn)象, 故繪出的拉伸圖最初一段是曲線, 必須加以修正,即將拉伸圖直線部分向下延長(zhǎng),使它與橫坐標(biāo)相交,次交點(diǎn)即為原點(diǎn)。2、 對(duì)于拉斷后的低碳鋼試件,要分別求斷后的試件的標(biāo)距 L 1和頸縮處的最小直徑 d 1。根 據(jù) GB228-87中的規(guī)定,測(cè)量斷后的標(biāo)距和頸縮的直徑方法為:1將斷后的試件在斷口處緊密地對(duì)

6、接起來(lái)。2斷口若在中間的三分之一處時(shí)(將原標(biāo)距分為三等份,兩端的三分之一和中間的三 分之一 ,則可用直接測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量,即測(cè)量最外端兩線之間的距離。3如果斷口發(fā)生在兩端的三分之一處時(shí),則許用“移位法”進(jìn)行測(cè)量,其方法是:(1 在長(zhǎng)段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點(diǎn), 若從長(zhǎng)段處 B 點(diǎn)到所余格數(shù)為偶數(shù)時(shí), 則取所余格數(shù)的一半得 C 點(diǎn),此時(shí)的斷后標(biāo)距為:L 1=AB+2BC。(2在長(zhǎng)段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點(diǎn),若從長(zhǎng)段處 B 點(diǎn)到所余格數(shù)為數(shù)時(shí), 則取所余格數(shù)加 1和減 1的一半得 C 和 C 1點(diǎn),則斷后的標(biāo)距為:L 1=AB+BC+BC1。4測(cè)定斷面收縮率,在試

7、樣頸縮的最小處兩個(gè)互相垂直的方向上測(cè)量其直徑 d 1,計(jì)算 其斷面收縮率。5若斷口發(fā)生在標(biāo)距以外,一般認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)效,必須重新做實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)備及繪制實(shí)驗(yàn)前后的試樣圖、拉伸曲線圖 及試樣斷口示意圖。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的計(jì)算公式,將測(cè)試數(shù)據(jù)逐步代入公式,寫(xiě)出計(jì)算步驟,計(jì)算所求量 的結(jié)果。3、分析試件斷裂的原因。思考題1、 怎 樣測(cè)取低碳鋼材料的下屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率和截面收縮率及抗拉強(qiáng)度?2、 根 據(jù)實(shí)驗(yàn)確定塑性材料的力學(xué)性能?3、 試 從低碳鋼的破壞斷口特征說(shuō)明基本破壞形式的特點(diǎn)?4、 試 件的直徑相同而標(biāo)距長(zhǎng)度不同,試件的伸長(zhǎng)率和截面收縮率是否

8、相同?實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 鑄鐵的拉伸與壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。 2二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、直尺。 三、實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)國(guó)標(biāo) GB228-99碳鋼拉伸試樣。按國(guó)標(biāo) GB7314-873.5倍,如圖 2-1擦力對(duì)橫向變形的影響。鑄鐵試件的拉伸圖如圖 2-2線段,曲線很快達(dá)到最大拉力,試件突然斷裂,斷裂載荷為 P b ,抗拉強(qiáng)度為 :b =A P b(2-1 以鑄鐵為代表的脆性材料,由于塑性變形很小,所以盡管有端面摩擦,鼓脹效應(yīng)確不明顯。 而是當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定的值后,試樣在與軸線大約成 450550的方向上發(fā)生破裂,其破壞示意圖 針對(duì)“零” 。1、調(diào)整好繪圖儀。2、將

9、試樣兩端涂上潤(rùn)滑劑后,把試樣準(zhǔn)確地放在試驗(yàn)機(jī)的支撐板中心處。3、調(diào)整好試驗(yàn)機(jī)夾頭間距,按國(guó)標(biāo) GB7314-87規(guī)定中的加載速度進(jìn)行加載。4、 對(duì)于鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn),加載到試樣破壞時(shí)(可聽(tīng)見(jiàn)響聲立即停止實(shí)驗(yàn),以免試樣進(jìn)一步 被壓碎和試驗(yàn)機(jī)發(fā)生碰撞事故。5、按照規(guī)定將試驗(yàn)機(jī)復(fù)原。五、實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果2、修正拉伸圖:應(yīng)該指出,繪圖器所繪制的拉伸圖其變形 L 是整個(gè)試件的伸長(zhǎng),并包 括試件在夾具中的滑動(dòng), 試件在開(kāi)始受力時(shí)在夾具中有滑動(dòng)現(xiàn)象, 故繪出的拉伸圖最初一段是曲 線,必須加以修正,即將拉伸圖直線部分向下延長(zhǎng),使它與橫坐標(biāo)相交,次交點(diǎn)即為原點(diǎn)。 3、 對(duì)于拉斷后的低碳鋼試件,要分別求斷后的試件的標(biāo)距

10、 L 1和頸縮處的最小直徑 d 1。 根據(jù) GB228-87中的規(guī)定,測(cè)量斷后的標(biāo)距和頸縮的直徑方法為:1將斷后的試件在斷口處緊密地對(duì)接起來(lái)。2斷口若在中間的三分之一處時(shí)(將原標(biāo)距分為三等份,兩端的三分之一和中間的三 分之一 ,則可用直接測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量,即測(cè)量最外端兩線之間的距離。3如果斷口發(fā)生在兩端的三分之一處時(shí),則許用“移位法”進(jìn)行測(cè)量,其方法是:(1在長(zhǎng)段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點(diǎn),若從長(zhǎng)段處 B 點(diǎn)到所余格數(shù)為偶 數(shù)時(shí),則取所余格數(shù)的一半得 C 點(diǎn),此時(shí)的斷后標(biāo)距為:L 1=AB+2BC。(2在長(zhǎng)段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點(diǎn),若從長(zhǎng)段處 B 點(diǎn)到所余格數(shù)

11、為奇數(shù)時(shí),則取所余格數(shù)加 1和減 1的一半得 C 和 C 1點(diǎn),則斷后的標(biāo)距為:L 1=AB+BC+BC1。 4測(cè)定斷面收縮率,在試樣頸縮的最小處兩個(gè)互相垂直的方向上測(cè)量其直徑 d 1,計(jì)算 其斷面收縮率。5若斷口發(fā)生在標(biāo)距以外,一般認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)效,必須重新做實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備;2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄計(jì)算鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度;3、根據(jù)拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中材料的變形及破壞現(xiàn)象,繪制拉伸和壓縮曲線圖及斷口示 意圖,分析鑄鐵斷口破壞原因。思考題1、放置壓縮試樣的支承墊板的底部為什么制作成球形?2、為什么鑄鐵試樣壓縮破壞時(shí),破壞面常發(fā)生在與軸線大致成 45

12、0550的方向上?3、試比較塑性材料和脆性材料在拉伸時(shí)的變形及破壞形式有什么不同?實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三 :低碳鋼彈性模量 E 測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測(cè)定低碳鋼的彈性模量。 2.測(cè)定低碳鋼的泊松比。 3.驗(yàn)證胡克定律。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器數(shù)字式智能靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、 游標(biāo)卡尺、 彈性模量測(cè)試 試樣、拉壓力傳感器、材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)(如圖 3-1所 示等。三、實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)原理 圖 3-1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 1彈性模量測(cè)定金屬材料的彈性模量一般采用拉伸實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)試樣的尺寸規(guī)格參照 GB6397-86,本實(shí)驗(yàn) 采用的試樣為矩形試樣,試樣規(guī)格及應(yīng)變片布置方式如圖 3-2所示。 圖 3-2試樣及布片圖根據(jù)胡克定律

13、的關(guān)系式:A E P= (3-1為了驗(yàn)證材料在比例極限內(nèi)受力與變形的線形關(guān)系, 實(shí)驗(yàn)采用等量增載法加載, 簡(jiǎn)稱(chēng)增量法, 既將欲加的最終荷載分成若干等份進(jìn)行逐級(jí)加載,每增加一個(gè) P ,由應(yīng)變儀的顯示窗口讀出一 個(gè)相應(yīng)的應(yīng)變量 , 如果每次的應(yīng)變量相同, 就證明了胡克定律的正確性。設(shè)試樣的截面面積為A ,每次力的增量為 P ,則彈性模量的計(jì)算為:A P E =(3-22泊松比當(dāng)拉桿內(nèi)的應(yīng)力不超過(guò)材料的比例極限時(shí),它的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變的絕對(duì)值之比為一常數(shù),此比值稱(chēng)為橫向變形系數(shù)或泊松比,其關(guān)系式為:= (3-3式中, 為泊松比, 為橫向應(yīng)變, 為縱向應(yīng)變。2.實(shí)驗(yàn)方法1確定加載的最大極限值,一般取

14、P P =0.7 0.8 PS (P S 為本材料的屈服極限 。2 確定初始加載值 P 0和增量荷載 P , 確定 P 主要依據(jù)最大極限 P P 和加載級(jí)數(shù) (一般分為5-7級(jí) ,使得每一級(jí)的應(yīng)變測(cè)量數(shù)有明顯的區(qū)別。本次實(shí)驗(yàn)取 P=20N四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的寬度和厚度。 2. 將試樣安裝在小型電測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置上。3. 將拉壓力傳感器上的測(cè)量線端子接到應(yīng)變儀背面的第一組接線柱上:全橋接法:將拉壓力傳感器上四根引線分別接到應(yīng)變儀背面的 A 、 B 、 C 、 D 接線柱上。 將被測(cè)試樣應(yīng)變計(jì)上的引線接到應(yīng)變儀背面的第二組接線柱上 , 接法同上。 4. 根據(jù)“ WUT-98型智能全數(shù)

15、字式靜態(tài)應(yīng)變儀”使用操作要求,調(diào)整好應(yīng)變儀。5. 作好準(zhǔn)備工作后,開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別測(cè)試縱向和橫向應(yīng)變,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)、準(zhǔn)確地記 錄下來(lái),一般實(shí)驗(yàn)要重復(fù)進(jìn)行 2-3次。五、實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果彈性常數(shù)實(shí)驗(yàn)記錄格式如表 3-1所示,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表 3-2所示。表 3-1 彈性常數(shù)實(shí)驗(yàn)記錄表 3-2 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系實(shí)驗(yàn)記錄 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告上的要求具體填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2、依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)算低碳鋼的彈性模量和泊松比。3、對(duì)實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果與理論值進(jìn)行比較,分析誤差原因。思考題1、為什么要用增量法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?由初級(jí)荷載一次性加到最終荷載能否測(cè)出彈性模

16、 量?2、初載荷的大小對(duì)彈性模量值的測(cè)定有無(wú)影響?3、試件的截面尺寸和形狀對(duì)彈性模量的測(cè)定有無(wú)影響?4、虎克定律適應(yīng)的范圍如何?實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四 純彎梁的彎曲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用電測(cè)法測(cè)量受純彎曲梁的正應(yīng)力的分布,驗(yàn)證彎曲應(yīng)力的理論計(jì)算公式的正確性。 2、實(shí)測(cè)彎曲梁的最大撓度,驗(yàn)證承受純彎曲的簡(jiǎn)支梁最大撓度公式的正確性。 3、學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變儀使用操作方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備數(shù)字式靜態(tài)應(yīng)變儀、游標(biāo)卡尺、鋼卷尺、材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理理論上已知梁承受純彎曲時(shí)的正應(yīng)力公式為:IyM L = (4-1 式中, L 為正應(yīng)力, M 為作用在橫截面上的彎矩, I 為梁橫截面對(duì)中性軸的慣性矩, y 為

17、由中 性軸到欲求應(yīng)力點(diǎn)的距離。實(shí)驗(yàn)應(yīng)力根據(jù)虎克定律:C =E式中, C 為實(shí)驗(yàn)所測(cè)正應(yīng)力, E 為試樣材料的彈性模量, 為實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的應(yīng)變。拉 圖 4-1 純彎梁彎曲實(shí)驗(yàn)布置圖本實(shí)驗(yàn)采用低碳鋼的矩形截面梁,彈性模量 E=200GPa,為了實(shí)現(xiàn)梁的純彎曲,采用圖 4-1所示裝置(四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)法 ,在簡(jiǎn)支梁的正中間放置一個(gè)千分表,用來(lái)測(cè)讀梁的最大撓度,所測(cè)得的撓度可驗(yàn)證承受純彎曲的簡(jiǎn)支梁撓度的理論計(jì)算公式的正確性。EIa p a L EI a p f c 611 43(482322=-= (4-2式中, f C 為梁的撓度, a 為支撐點(diǎn)到加力點(diǎn)的距離(本實(shí)驗(yàn)取 a=200mm 。實(shí)驗(yàn)采用“增量法

18、” ,每增加等量的載荷 P ,從應(yīng)變儀中讀取相應(yīng)的應(yīng)變量 和從千分 表上讀取相應(yīng)的撓度 f 。 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變 的測(cè)量可直接從應(yīng)變儀上讀取。 P 的確定是間接的, 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)拉壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定, 標(biāo)定的方法可在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行, 也可用砝碼進(jìn)行標(biāo)定。 用砝碼標(biāo)定方法如下:也用增量法,即:將拉壓力傳感器連接到應(yīng)變儀上,每加一個(gè) 2公斤的砝碼, 從應(yīng)變儀上讀取并記錄下相應(yīng)的應(yīng)變數(shù)值, 進(jìn)行 5級(jí)加載 (總共 10公斤 , 記錄下每一級(jí)的應(yīng)變 數(shù)值,看其線形是否良好,然后取其算術(shù)平均值,即每一個(gè)微應(yīng)變值代表多少個(gè)牛頓。反之,需 加多少個(gè)牛頓的力,則從應(yīng)變儀上控制所需要的微應(yīng)變值。 本次實(shí)驗(yàn)取 P=20N。

19、 撓度 f 的測(cè) 量則從千分表上讀取。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、把拉壓力傳感器的輸出引線接到應(yīng)變儀上的對(duì)應(yīng)的接線柱上。2、把已粘貼在純彎曲矩形截面梁的電阻應(yīng)變計(jì)的輸出引線接到應(yīng)變儀的接線柱上,根 據(jù)半橋接法:工作片接到應(yīng)變儀上的 A 、 B 兩接線柱上,補(bǔ)償片接到 B 、 C 接線柱上。3、測(cè)量好梁的截面尺寸及有關(guān)數(shù)據(jù),按要求將梁定位,安裝好千分表。4、將應(yīng)變儀進(jìn)行調(diào)試,首先將應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)調(diào)整與應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)一致(調(diào)試 方法見(jiàn)應(yīng)變儀的使用說(shuō)明書(shū) ,然后將應(yīng)變儀上的兩個(gè)窗口顯示的數(shù)字調(diào)零。以上工作自認(rèn)為完 好后,請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查同意后,開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。5、每次只能進(jìn)行一個(gè)點(diǎn)的測(cè)試,當(dāng)一個(gè)點(diǎn)測(cè)試完畢后,拆

20、除第一個(gè)點(diǎn)的引線,同時(shí)安 裝好另一個(gè)點(diǎn)的引線,按同樣的步驟進(jìn)行下一個(gè)點(diǎn)的測(cè)試,直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。6、所有點(diǎn)測(cè)試完畢后,將所測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師檢查,經(jīng)教師允許方可清 理現(xiàn)場(chǎng),結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、 實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果實(shí)驗(yàn)需用的基本材料參數(shù)和幾何參數(shù)如表 4-1所示,實(shí)驗(yàn)記錄格式詳見(jiàn)表 4-2。表 4-1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表 4-2 實(shí)驗(yàn)記錄表 六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)設(shè)備,畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖和彎矩圖。2、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的計(jì)算公式,寫(xiě)出計(jì)算步驟及計(jì)算結(jié)果。3、將實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與理論值比較,分析誤差原因。4、實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫(xiě)必須認(rèn)真,并保持報(bào)告卷面干凈整潔。 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五 扭轉(zhuǎn)破

21、壞實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)度,并繪制低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線。2、觀察斷口情況,比較兩種材料的機(jī)械性能特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī),如圖 5-1;游標(biāo)卡尺。 圖 5-1 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)三、實(shí)驗(yàn)原理1、試件采用圓形截面試件,如圖 5-2所示,在試件表面畫(huà)上一條縱線,以便觀察試件的扭轉(zhuǎn)變形。圖 5-2扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)試件示意圖2、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作原理扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)如圖 5-1。在機(jī)體上有一個(gè)基本固定的夾頭,用兩平面和夾緊螺栓固定扭轉(zhuǎn)試樣 的一端。 基座上有一個(gè)能水平移動(dòng)的電動(dòng)減速裝置, 其左端是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的夾頭, 以?shī)A持試樣的 另一端。當(dāng)電動(dòng)減速器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)活動(dòng)夾頭轉(zhuǎn)動(dòng),而使試樣的一端相對(duì)于另

22、一端發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng), 故試件受扭而產(chǎn)生變形?；顒?dòng)夾頭的轉(zhuǎn)動(dòng)量代表了試樣一端相對(duì)于另一端的轉(zhuǎn)動(dòng), 即扭轉(zhuǎn)角。 扭轉(zhuǎn)角的大小由活動(dòng)夾 頭上的刻度線來(lái)指示。 同時(shí)還通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器將轉(zhuǎn)角信號(hào)輸入到微機(jī)中, 采集數(shù)據(jù)信息并繪扭轉(zhuǎn) 曲線圖。3、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)原理試件承受扭矩時(shí), 材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài), 是拉伸以外的又一重要應(yīng)力狀態(tài), 常用扭轉(zhuǎn)實(shí) 驗(yàn)來(lái)研究不同材料在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的機(jī)械性質(zhì)。低碳鋼試件在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí), 其 T -曲線如圖 5-3所示, 類(lèi)似低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn), 可分為 四個(gè)階段:彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和斷裂階段,相應(yīng)地有三個(gè)強(qiáng)度特征值:剪切比例極 限、剪切屈服極限和剪切強(qiáng)度極限。對(duì)應(yīng)這三個(gè)強(qiáng)度

23、特征值的扭矩依次為 T p 、 T s 、 T b 。 圖 5-3 低碳鋼扭轉(zhuǎn)曲線在比例極限內(nèi), T 與 成線性關(guān)系,材料完全處于彈性狀態(tài),試件橫截面上的剪應(yīng)力沿半 徑線性分布。 在 T -出現(xiàn)屈服平臺(tái), 可讀出屈服扭矩 T s , 低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切屈服極限值可由下 式求出:PTbTb W M =43 (5-1屈服階段過(guò)后,進(jìn)入強(qiáng)化階段,材料的強(qiáng)化使扭矩又有緩慢的上升,但變形非常明顯,試件 的縱向畫(huà)線變成螺旋線,直至扭矩到達(dá)極限扭矩值 M b 進(jìn)入斷裂階段,試件被剪斷,由示力度盤(pán) 的從動(dòng)針可讀出,則低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切強(qiáng)度極限 可同下式求出:P TS TS W M=43 (5-2四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試

24、件準(zhǔn)備測(cè)量試件等截面范圍兩端及中間共三處截面的直徑。 為保證精確度, 每一截面均取互相垂直 的兩個(gè)方向各測(cè)量一次,并計(jì)算平均值,以三截面中最小處的平均值來(lái)計(jì)算初始橫截面面積 A 0。2、實(shí)驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備1根據(jù)試件的剪切強(qiáng)度極限估算極限扭矩 T b ,并選擇合適的量程,最好使 T b 大約為量程的 80%,對(duì)于直徑為 10的低碳鋼和鑄鐵試件,取 0200N m 。2選定轉(zhuǎn)速范圍,并把調(diào)速變檔開(kāi)關(guān)扳到所需的速度檔。 3、安裝試件:1將試樣的一端安裝于活動(dòng)夾頭中,并夾緊。2慢慢移動(dòng)減速器,使試樣的未夾持端移動(dòng)至固定夾頭的近旁。開(kāi)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)試樣,使試樣 端部截面形狀轉(zhuǎn)動(dòng)到與固定夾頭處的形狀正對(duì)上時(shí)就停機(jī)。 推

25、動(dòng)減速器, 使試樣插入固定夾頭之 中,并夾緊。4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn):啟動(dòng)電機(jī)(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) ,并打開(kāi)控制軟件,設(shè)置好數(shù)據(jù)信息后就開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。鋼試件在彈性 范圍內(nèi)和鑄鐵試樣的全過(guò)程的變形較小, 應(yīng)用較低的速度, 鋼試樣在塑性范圍內(nèi)應(yīng)用較高一點(diǎn)的 速度。用慢速逐漸加載,加載時(shí)按下正轉(zhuǎn)按扭,以順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)動(dòng)調(diào)速電位器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速, 使之按要求的速度對(duì)試件加載, 開(kāi)始加載時(shí)就適時(shí)采集數(shù)據(jù)并顯示扭轉(zhuǎn)曲線, 觀察曲線并對(duì)照試 件,比較兩種材料扭轉(zhuǎn)過(guò)程中變形特征,直至試件發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。5、取下試件,清理設(shè)備。6、整理數(shù)據(jù),完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果1、記錄實(shí)驗(yàn)前試樣基本尺寸。2、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并繪制低碳鋼和鑄

26、鐵扭轉(zhuǎn)破壞曲線。3、記錄兩種金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞時(shí)的切應(yīng)力大小,并進(jìn)行比較分析。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備,畫(huà)出低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞曲線。2、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞時(shí)的切應(yīng)力。3、分析比較兩種金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目六 沖擊韌性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定低碳鋼和鑄鐵兩種材料的沖擊韌度,觀察破壞情況,并進(jìn)行比較。二、 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具沖擊試驗(yàn)機(jī),如圖 6-1所示;游標(biāo)卡尺等 圖 6-1 沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖三、 實(shí)驗(yàn)原理和方法沖擊實(shí)驗(yàn)利用的是能量守恒原理, 即沖擊試樣消耗的能量是擺錘實(shí)驗(yàn)前后的勢(shì)能差。 實(shí)驗(yàn)時(shí), 把試樣放在圖 6-2的 B 處,

27、將擺錘舉至高度為 H 的 A 處自由落下,沖斷試樣即可。擺錘在 A 處所具有的勢(shì)能為:(1cos E GH GL a =- (6-1沖斷試樣后,擺錘在 C 處所具有的勢(shì)能為:1(1cos E Gh GL b =- (6-2勢(shì)能之差 1E E -, 即為沖斷試樣所消耗的沖擊功 AK :1(coscos AK E E GL b a =-=- (6-3式中, G 為擺錘重力(N ; L 為擺長(zhǎng)(擺軸到擺錘重心的距離 (mm ;為沖斷試樣前擺錘揚(yáng)起的最大角度; 為沖斷試樣后擺錘揚(yáng)起的最大角度。 圖 6-2 沖擊實(shí)驗(yàn)原理圖四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量試樣的幾何尺寸及缺口處的橫截面尺寸。2、根據(jù)估計(jì)材料沖擊韌性

28、來(lái)選擇試驗(yàn)機(jī)的擺錘和表盤(pán)。3、安裝試樣,如圖 6-3所示。 圖2-29 沖擊實(shí)驗(yàn)示意圖圖 6-3 沖擊實(shí)驗(yàn)示意圖4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將擺錘舉起到高度為 H 處并鎖住,然后釋放擺錘,沖斷試樣后,待擺錘揚(yáng)起 到最大高度,再回落時(shí),立即剎車(chē),使擺錘停住。5、記錄表盤(pán)上所示的沖擊功 AKU 值 . 取下試樣,觀察斷口。實(shí)驗(yàn)完畢,將試驗(yàn)機(jī)復(fù)原。6、沖擊實(shí)驗(yàn)要特別注意人身的安全。五、 實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果1、計(jì)算沖擊韌性值KUa .2(/KUKUA J cma = (6-4式中 ,KUA 為 U 型缺口試樣的沖擊吸收功 (J;S 為試樣缺口處斷面面積 (cm2。沖擊韌性值KUa 是反映材料抵抗沖擊載荷的綜合性能指標(biāo),

29、 它隨著試樣的絕對(duì)尺寸缺口形 狀實(shí)驗(yàn)溫度等的變化而不同。2、比較分析兩種材料的抵抗沖擊時(shí)所吸收的功。觀察破壞斷口形貌特征六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備,畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖和彎矩圖。2、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的計(jì)算公式,寫(xiě)出計(jì)算步驟及計(jì)算結(jié)果。3、將實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與理論值比較,分析誤差原因。4、實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫(xiě)必須認(rèn)真,并保持報(bào)告卷面干凈整潔。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目七 壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 用電測(cè)法測(cè)定兩端鉸支壓桿的臨界載荷 P cr ,并與理論值進(jìn)行比較,驗(yàn)證歐拉公式。2. 觀察兩端鉸支壓桿喪失穩(wěn)定的現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和工具材料力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、力 應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀、

30、游標(biāo)卡尺、鋼板尺等。三、實(shí)驗(yàn)原理和方法對(duì)于兩端鉸支,中心受壓的細(xì)長(zhǎng)桿其臨界力可按歐拉公式計(jì)算 (7-1 式中, I min 杠桿橫截面的最小慣性矩; I min = bh3 / 12L 壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度。圖 7-1(b 中 AB 水平線與 P 軸相交的 P 值,即為依據(jù)歐拉公式計(jì)算所得的臨界力 P cr 的 值。 在 A 點(diǎn)之前, 當(dāng) P Pcr 時(shí) 壓桿將喪失穩(wěn)定而發(fā)生彎曲變形。因此, P cr 是壓桿由穩(wěn)定平衡過(guò)渡到不穩(wěn)定平衡的臨界力。 實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的壓桿, 由于不可避免地存在初曲率, 材料不均勻和載荷偏心等因素影響, 由于 這些影響,在 P 遠(yuǎn)小于 P cr 時(shí),壓桿也會(huì)發(fā)生微小的彎曲變形,

31、只是當(dāng) P 接近 P cr 時(shí)彎曲變形會(huì) 突然增大,而喪失穩(wěn)定。 圖 7-1 壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)裝置圖實(shí)驗(yàn)測(cè)定 Pcr 時(shí),可采用本材料力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)裝置中壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)部件,該裝置上、下 支座為 V 型槽口,將帶有圓弧尖端的壓桿裝入支座中,在外力的作用下,通過(guò)能上下活動(dòng)的上支座對(duì)壓桿施加載荷，壓桿變形時(shí)，兩端能自由地繞 V 型槽口轉(zhuǎn)動(dòng)，即相當(dāng)于兩端鉸支的情況。 利用電測(cè)法在壓桿中央兩側(cè)各貼一枚應(yīng)變片 R1 和 R2 ，如圖 7-1（a）所示。假設(shè)壓桿受力后如 圖標(biāo)向右彎曲情況下， 以 1 和 2 分別表示應(yīng)變片 R1 和 R2 左右兩點(diǎn)的應(yīng)變值， 此時(shí)， 1 是 由軸向壓應(yīng)變與彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)變之代數(shù)和， 2 則是由軸向壓應(yīng)變與彎曲產(chǎn)生的壓應(yīng)變之代數(shù) 和。 當(dāng) P Pcr 時(shí),壓桿幾乎不發(fā)生任何彎曲變形， 1 和 2 均為軸向壓縮引起的壓應(yīng)變，兩 者相等，當(dāng)載荷 P 增大時(shí)，彎曲應(yīng)變 1 則逐漸增大， 1 和 2 的差值也愈來(lái)愈大；當(dāng)載荷 P 接近臨界力 Pcr 時(shí)，二者相差更大，而 1 變成為拉應(yīng)變。故無(wú)論 1 還是 2