試驗-彈性模量和泊松比測定實驗

1、試驗一彈性模量和泊松比的測定實驗彈性模量和泊松比的測定實驗大綱1 .通過材料彈性模量和泊松比的測定實驗， 使學生掌握測定材料變形的基本方法， 學會擬定 實驗加載方案，驗證虎克定律。2 .電測材料的彈性模量和泊松比，使學生學會用電阻應變計和電阻應變儀測量材料的變形。 主要設備：材料試驗機或多功能電測實驗裝置；主要耗材：低碳鋼拉伸彈性模量試樣，每次 實驗1根。拉伸彈性模量（E）及泊松比（k ）的測定指導書一、實驗目的1 、用電測法測量低碳鋼的彈性模量E和泊 松比 N2 、在彈性范圍內(nèi)驗證虎克定律二、實驗設備1 、電子式萬能材料試驗機2 、XL 2101c程控靜態(tài)電阻應變儀3 、游標卡尺三、實驗原理

2、和方法,通常采用比例極限內(nèi)的拉伸試驗，材料在比例極限內(nèi)服從虎克定測定材料的彈性模量 E律，其關(guān)系式為：P破二（ 1-1 ）由此可得式中：E :彈性模量P :載荷S）:試樣的截面積e ： 應變A P和A e分別為載荷和應變 的增量。由公式（1-2）即可算出彈性模量 E 。實驗方法如圖 1-1所示，采用矩形截面的拉伸試件，在試件上沿軸向和垂直于軸向的兩面各貼兩片電阻應變計，可以用半橋或全橋方式進行實驗。1、半橋接法：把試件兩面 各粘貼的沿軸向（或垂直于軸向）的兩片電阻應變計（簡稱工作片）的兩 端分別接在應變儀的 A、B接線端上，溫度補償片接到應變儀的R C接線端上，然后給試件緩慢加載，通過電阻應變

3、儀即可測出對應載荷下的軸向應變E,軸值（或橫向應變值叫橫）。再將實際測得的值代入（1-2）式中，即可求得彈性模量E之值。2、全橋接法：把兩片軸向（或兩片垂直于軸向）的工作片和兩片溫度補償片按圖1-1中（a）（或（b） 的接法接入應變儀的 A、 B 、 C、 D接線柱中，然后給試件緩慢加載，通過電 阻應變儀即可測出對應載荷下的軸向應變值 新軸（或垂直于軸向sr橫），將所測得的e值代入（1-2）式中，即可求得彈性模量E之值。在實驗中，為了盡可能減少測量誤差，一般采用等增量加載法，逐級加載，分別測得各相同載荷增量 AP作用下產(chǎn)生的應變增量即，并求出 "的平均值，這樣由（1-2）式可以寫成1

4、-3)式中， 塊 為實驗中軸向應變增量的平均值。這就是等量加載法測E的計算公式annwr資料圖1-9測定鼠H的貼片及接線方案等量加載法可以驗證力與變形間的線性關(guān)系。 若各級 載荷的增量 4P均相等，相應的由 應變儀讀出的應變增量 e也應大致相等，這就驗證了虎克定律。測定泊 松比口值。受拉試件的軸向伸長，必然引起橫向收縮。在彈性范圍內(nèi)，橫向線應變e橫和軸向應變e軸的比值為一常數(shù)，其比值的絕對值即為材料的泊松比，通常用N表示。四、實驗步驟1 、測量試件的尺寸，將試件兩面沿縱向和橫向各貼一片電阻應變計的試件安裝在電子拉伸試驗機實驗裝置上。2 、根據(jù)采用半橋或 全橋的測試方式，相應地把要測的電阻應變計

5、和溫度補償片接在智能 靜態(tài)應變儀接線柱上。3 、打開靜態(tài)應變儀電源，預熱20分鐘，設定好參數(shù)。4 、實驗采用試驗機自動加載，先對試件預加初載荷 100N左右，用以消除連接間隙等初 始因素的影響，然后記下應變儀初始讀數(shù)，當作相對零位，然后分級遞增相等的載荷P = 20N ,分 5級進行實驗加載，從荷載開始，依次按 120N、140N、160N、180N、200N 進行加載，記錄下每級加載后應變儀上相應的讀數(shù)。實驗至少進行兩次，取線性較好的一組作為本次實驗的數(shù)據(jù)。五、實驗結(jié)果處理根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別算出算術(shù)平均值，再由式 （1-5）和式（1-6）算出相應的彈性 模量和泊松比值。表格軸向應義載荷120

6、 N140 N160 N180 N200 N& r年0100N片橫向應艾載荷120 N140 N160 N180 N200 N露*r 0100N與實驗二圓柱狀金屬拉伸試樣硬化現(xiàn)象一、實驗目的通過對預變形的試件進行正向加載，使學生加深理解包中格效應。二、實驗原理很多金屬材料因為有高的強度和韌性而被大量應用于承載結(jié)構(gòu)，例如輸送石油或天然氣 的管道。結(jié)構(gòu)的尺寸及使用效率跟其材料的強度直接相關(guān)，一般都按材料強度進行工程構(gòu)件 設計。在工程實際中，屈服強度是描述金屬材料力學性能的重要參數(shù)。然而，屈服強度會隨 著加載歷史的不同而有所變化。許多金屬材料經(jīng)過某一個方向加載變形后，卸載，再加載， 變形與原

7、方向相同，但其屈服強度有增加現(xiàn)象，這就是包中格效應。包中格效應是金屬材料 所具有的普遍現(xiàn)象，了解包中格效應對于產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和設計有重要指導意義。三、實驗儀器和材料1、電子式萬能材料試驗機2 、圓柱狀標準拉伸試樣2根3 、游標卡尺為了容易進行軸向拉伸及壓縮實驗，把試件加工成如圖1所示的形狀。SE3'圖2-1試件標距長度為100 mm的標準拉伸試樣，直徑大約為10mm , 圖1.試件形狀及尺 寸（mm）四、實驗方法和步驟將試樣打標距，測量截面尺寸。首先將一根試件在軸向拉伸作用下獲得情況下的載荷一伸長曲線。獲得相應的力學性能指 標，屈服強度、抗拉強度。然后裝上第二根試樣，根據(jù)第一根試樣加載

8、情況選擇在均勻塑性 變形階段（即強化階段）的某一載荷（利用總預變形量預變形量分別為0.5%, 1.2%兩種情況計算，由第一根的載荷一伸長曲線獲得），對第二根和第三根試樣加載，然后卸載，再加載， 觀察其屈服現(xiàn)象并記錄應力-應變曲線。五、實驗報告1 .試件的應力應變-曲線；2 .分析試件在沒有預變形和有不同預變形后的屈服強度的變化；六、問題討論討論減小或消除包中格效應的方法。實驗表格2-1截面1截面2截面3試樣1直徑12直徑12直徑12平均平均平均試樣2試樣3直徑直徑直徑平均平均平均屈服強度試樣1試樣2試樣3實驗三材料切變模量G的測定材料的切變模量 G,是計算構(gòu)件扭轉(zhuǎn)變形的基本參數(shù)，測定切變模量的

9、方法有很多種，我們主要介紹電測 法測定切邊模量G一、實驗目的1、了解電阻應變測試方法測定材料扭轉(zhuǎn)時的剪切彈性模量G的方法2、測定試件材料的剪切彈性模量3、理解剪切彈性模量的定義和變形方式二、實驗設備1、XL 2101c程控靜態(tài)電阻應變儀 靜態(tài)電阻應變儀一臺2、電子扭轉(zhuǎn)試驗機三、實驗原理和方法與剪應變依照國標GB1012888的規(guī)定，材料扭轉(zhuǎn)時，剪應力與剪應變成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)剪應力¥之比稱剪切彈性模量或切邊模量，以 G表示即上式中的丁和¥均由實驗測定，其方法如下：1、工的測定在圓柱形試樣白前后表面 A、C兩點處分別貼應變片Wp式中：Wp為圓管的抗扭截面系數(shù)2、V的測定=4

10、35。，薄臂圓筒上任意一選擇全橋接線使得應變儀產(chǎn)生的讀數(shù)應變均由扭轉(zhuǎn)切應力引起則有點均為純剪切應力狀態(tài)如圖-45°根據(jù)廣義虎克定律 。35o =仃1 = -T,仃45。=仃3 =£,2G 2由此，¥ =彳由6=申可得TWp 丁實驗采用等量逐級加載法，設各級扭矩增量為Ti ,應變儀讀數(shù)增量為- Tri ,從母級加載 G i Wp= >i采用同樣的方法測試材料的剪切模量n次，則1 /G = 一，Gin i四、實驗步驟1、組橋接線2、采用分級加載法，先預加 100Nm的初載荷檢查裝置和應變儀是否正常工作。3、將應變儀調(diào)零，然后以 AM =100Nm進行分級加載，直

11、至 Pmax=500Nm. 一 4、分別記錄即和跖，進行數(shù)據(jù)處理，整理實驗報告。實驗四金屬材料布氏硬度實驗五 金屬材料洛氏、維氏硬度實驗一、【實驗目的】1 .了解布氏、洛氏、維氏硬度測定的基本原理及應用范圍。2 .了解布氏、洛氏硬度機的主要結(jié)構(gòu)，初步掌握操作方法。3 .根據(jù)不同金屬材料的零件性能特點，選定測定硬度的方法。二、【實驗設備及試樣】設備：HBRV-187.5型布洛維硬度計試樣：45# 50X220# 15X3T10 20X265Mn 30X040cr 16X4灰口鑄鐵 10X151）載物臺放置試樣的地方；2）升降絲桿一一使載物臺能上升或下降；3）手輪一一使絲桿產(chǎn)生上下移動；4）壓頭一

12、一壓頭由淬火后的鋼球制成，鋼球的直徑有 2.5, 5, 20mm三種;5）指示燈一一用于表示加載荷過程；6）加荷按鈕一一用于施加載荷；7）壓緊螺釘一一用于固定時間定位器；8）時間定位器一一用于控制加載時間9）載荷祛碼用祛碼可組成187.5、250、750、1000、3000kgf的載荷。三、布氏硬度試驗（一）試驗原理用一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭壓入試樣表面，并在規(guī)定載荷下保持一定的時間后卸除壓力，于是在試件表面留下壓痕，單位壓痕表面積A上所承受 的平均壓力即定義為布氏硬度值，用 HB表示，（圖省略）HB = PAP二Dh2P二DD - . D2 -d2式中P一一施加的載荷，單位為kgf

13、 ；D 壓頭直徑，單位為mm；d壓痕直徑，單位為mm上式表明，當壓力和壓頭直徑一定時，壓痕直徑越大，則布氏硬度越低，即材料的變形抗力越??；反之，布氏硬度值越高，材料的變形抗力越高。試驗時，如果壓頭直徑、載荷根據(jù)試樣選擇故已知，只要測出壓痕的直徑便可以求出材 料的布氏硬度值。（二）試樣技術(shù)條件1 .試樣表面應平整光潔，不得有氧化皮或油污及明顯的加工痕跡。2 .試樣厚度應大于壓入深度的8倍。3 .在試樣制備過程中，應盡量避免試樣受熱及冷加工對硬度測試的影響。4 .布氏硬度試驗時，壓痕中心到試樣邊緣的距離不應小于壓痕直徑的2.5倍,相鄰的壓痕中心距離不應小于壓痕直徑的 3倍?！驹囼炓?guī)范】表1.1布氏

14、硬度試驗規(guī)范金屬類別布氏硬度試件厚度壓頭直徑載荷P(kgf)K載荷保持時注(HB)(mm)D(mm)間(S)>6103000鋼>1406357503010鐵<32.5187.5<140>663<31052.5100025062.51010>6103000>1306357503010<32.5187.5>6101000銅、黃銅、青有色金屬及36 1306352501030銅、鋁、鎂合其合金<32.562.5金等>610250純銅、鉛、錫83563562.52.560合金、軸承合<32.515.625金等（三）實驗步驟據(jù)

15、試驗材料和試樣厚度按表 1-1布氏硬度試驗規(guī)范選擇球體直徑 D、試驗力F 的大小和試驗力作用保持的時間。并用無酸汽油清洗其鋼球附著的防銹油，用 棉花或質(zhì)地較軟的紗布擦拭干凈，裝入主軸襯套內(nèi)。將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上，順時針轉(zhuǎn)動升降手輪，使試樣測試表面垂直于 鋼（硬質(zhì)合金）球加力方向，直至試樣與球體緊密接觸手輪空轉(zhuǎn)為止。打開電源開關(guān)，待電源指示燈亮后，再啟動按鈕開關(guān)，當加荷指示燈明亮時， 表示試驗力開始加上，此時立即擰緊定時壓緊螺釘，即自動開始計時，達到預 定加力時間后，轉(zhuǎn)動即自行停止。驗證壓痕對組織硬化的影響，即在規(guī)定兩壓痕中心距離范圍內(nèi)和范圍外打硬 度進行比較。關(guān)閉電源，反時針方向轉(zhuǎn)動手輪，

16、使工作臺下降，取下試樣。用讀數(shù)顯微鏡 測量壓痕直徑d,用所得結(jié)果從有關(guān)對照表中查找相應的硬度值。四、洛氏硬度試驗（一）試驗原理洛氏硬度實驗是將壓頭在一定壓力下壓入被測材料的表面，直接測量壓痕 深度，并根據(jù)壓痕深度定出材料的硬度。這是與布氏硬度定義的主要不同之點。 壓痕越深則硬度值越低，反之則硬度值越高。為保證壓頭與試樣表面接觸良好， 測洛氏硬度時先加預載荷（一般為9&07N（10kgf）,然后再加主載荷，所加的總載荷大小，視被測材料的軟硬而定；洛氏硬度1tHR）的計算公式為（圖省略） hi h2 HR =K 12S（4.6）其中hr 洛氏硬度；K 常數(shù)，用金剛石圓錐壓頭時為100 ,用

17、鋼球壓頭時為130;h2 加10©預載荷時產(chǎn)生的壓痕深度（mm）；h1 卸除主載荷但保留預載荷時的壓痕深度（mm）；S 常數(shù)，為0.002mm,即壓頭每壓入0.002mm深度，相當于1個計量單位。（二）試樣技術(shù)條件洛氏硬度試驗因壓痕小，故試樣要求表面光滑、無氧化皮、凹坑和明顯的加工 痕跡，試驗面的粗糙度Ra不應低于0.8um。同樣，試樣在加工過程中，不應因 受熱或冷加工硬化而改變材料的性能。試樣或試驗層最小厚度應不小于壓痕深 度的8倍。表1-2常用三種洛氏硬度實驗規(guī)范標尺硬度符號壓頭類型初始載荷F0/N主載荷F0/N總載荷F0/N測量硬度范圍應用舉例AHRA頂角為120 0的金剛石圓

18、錐體98.07490.3588.420 88硬質(zhì)合金、硬化薄鋼板、表面薄層硬化鋼BHRB5.588mm 鋼球882.6980.720 100低碳鋼、銅合金、鐵素體可鍛鑄鐵CHRC頂角為120 C'的金剛石圓錐體588.4147120 70淬火鋼、高硬度鑄件、珠光體可鍛鑄鐵（三）實驗步驟1、試驗前的準備工作（1）試樣的準備：必須設法處理使其表面潔凈，光滑；（2）試臺的選擇及安裝：根據(jù)試樣形狀及尺寸選用合適的試臺;（3）總試驗力的預選：試驗力的變換務必在試驗前完成；2、洛氏硬度計的測試程序(1)插上電源，打開電源開關(guān)，使其在投影屏上能看到清晰的影像；(2)根據(jù)試驗要求選用壓頭，使其小心安裝在主軸的孔中，再擰緊緊固螺絲釘;(3)根據(jù)試驗需要選擇試驗力，轉(zhuǎn)動變換旋鈕使所需試驗力對正標記；(4)將手柄推向后方，再將試樣放在石臺上，轉(zhuǎn)動手輪使試樣的試面與壓頭接觸，轉(zhuǎn)動手輪，使試樣繼續(xù)升高，讓基線與左邊刻度“10嚷近重合；(5)旋轉(zhuǎn)投影屏下的旋鈕使分化板上的刻度 “ 10冉投影屏基線重合；(6)拉動手柄，使主試驗力緩緩施加在試