重慶大學(xué)材料力學(xué)拉伸測(cè)實(shí)驗(yàn)江智平

1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)( (一一) )低碳鋼、鑄鐵軸向拉伸低碳鋼、鑄鐵軸向拉伸及彈性模量及彈性模量E E測(cè)定實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)緒論緒論1 1、材料力學(xué)是一門研究、材料力學(xué)是一門研究構(gòu)件承載能力構(gòu)件承載能力的科學(xué)。材料力學(xué)不研究的科學(xué)。材料力學(xué)不研究力的力的外效應(yīng)外效應(yīng)， 而只研究其而只研究其內(nèi)效應(yīng)內(nèi)效應(yīng)，即不考慮固體在外力作用下的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)而只考慮固，即不考慮固體在外力作用下的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)而只考慮固 體的體的變形狀態(tài)變形狀態(tài)，因此，在材料力學(xué)研究中，不能將固體作為剛體，而要，因此，在材料力學(xué)研究中，不能將固體作為剛體，而要 將其作為將其作為變形體變形體。2 2、材料力學(xué)研究的對(duì)象稱為、材料力學(xué)研究的對(duì)象

2、稱為而構(gòu)件均由固體材料制成。在外力和溫度等而構(gòu)件均由固體材料制成。在外力和溫度等外界因素作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故構(gòu)件一般都是變形固體。外界因素作用下，一切固體都將發(fā)生變形，故構(gòu)件一般都是變形固體。3 3、構(gòu)件、構(gòu)件 ：組成機(jī)械零件或構(gòu)筑物的：組成機(jī)械零件或構(gòu)筑物的桿件桿件統(tǒng)稱為構(gòu)件。統(tǒng)稱為構(gòu)件。 對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)基本要求：對(duì)構(gòu)件的三項(xiàng)基本要求： 具有足夠的具有足夠的強(qiáng)度強(qiáng)度：構(gòu)件在外載作用下，抵抗破壞能力。：構(gòu)件在外載作用下，抵抗破壞能力。 具有足夠的具有足夠的剛度剛度：構(gòu)件在外載作用下，抵抗可恢復(fù)變形的的能力。：構(gòu)件在外載作用下，抵抗可恢復(fù)變形的的能力。 滿足滿足穩(wěn)定性穩(wěn)定性：構(gòu)件在某種

3、外載作用下，保持其原有的平衡狀態(tài)能力。：構(gòu)件在某種外載作用下，保持其原有的平衡狀態(tài)能力。4 4、材料力學(xué)的、材料力學(xué)的任務(wù)任務(wù)： 1 1）研究材料的力學(xué)性能）研究材料的力學(xué)性能 ； 2 2）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；）研究構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性； 3 3）合理解決安全與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾。）合理解決安全與經(jīng)濟(jì)之間的矛盾。在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行理論分析是完成材料力學(xué)任務(wù)所必需的途徑在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行理論分析是完成材料力學(xué)任務(wù)所必需的途徑和手段。和手段。一、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義：一、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義：1 1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)理論教學(xué)中非常重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，這兩者是不可分、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是

4、材料力學(xué)理論教學(xué)中非常重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，這兩者是不可分割的。因?yàn)槲覀冊(cè)趯?duì)構(gòu)件進(jìn)行理論分析時(shí)，往往是把割的。因?yàn)槲覀冊(cè)趯?duì)構(gòu)件進(jìn)行理論分析時(shí)，往往是把實(shí)際問(wèn)題抽象為理想的計(jì)算實(shí)際問(wèn)題抽象為理想的計(jì)算模型模型，再根據(jù)科學(xué)的，再根據(jù)科學(xué)的假設(shè)假設(shè)，推導(dǎo)出一般性公式。然而，這些簡(jiǎn)化和假設(shè)是否正確，推導(dǎo)出一般性公式。然而，這些簡(jiǎn)化和假設(shè)是否正確，理論計(jì)算公式能否在設(shè)計(jì)中應(yīng)用理論計(jì)算公式能否在設(shè)計(jì)中應(yīng)用 ，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。2 2、我們解決工程構(gòu)件在設(shè)計(jì)中的、我們解決工程構(gòu)件在設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問(wèn)題時(shí)，首先就要知道等問(wèn)題時(shí)，首先就要知道反應(yīng)這些材料反應(yīng)這些材

5、料的力學(xué)性能參數(shù)的力學(xué)性能參數(shù)，而這些力學(xué)性能參數(shù)也，而這些力學(xué)性能參數(shù)也必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。3 3、在實(shí)際工程中有許多構(gòu)件的、在實(shí)際工程中有許多構(gòu)件的幾何形狀幾何形狀非常復(fù)雜或者構(gòu)件所受的非常復(fù)雜或者構(gòu)件所受的外力外力非常復(fù)雜非常復(fù)雜或者工程構(gòu)件的或者工程構(gòu)件的邊界條件邊界條件不清楚，難以用材料力學(xué)理論來(lái)求解或根本就沒(méi)有解時(shí)，不清楚，難以用材料力學(xué)理論來(lái)求解或根本就沒(méi)有解時(shí)，在這樣的情況下，就更需要用力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)尋求解答即在這樣的情況下，就更需要用力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)尋求解答即實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析。4 4、通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，實(shí)事求是的科學(xué)工作作風(fēng)。培養(yǎng)獨(dú)

6、立分析、通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，實(shí)事求是的科學(xué)工作作風(fēng)。培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。 二、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容二、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容（1 1）測(cè)定材料的力學(xué)性能測(cè)定材料的力學(xué)性能 a a、為構(gòu)件設(shè)計(jì)提供材料的力學(xué)性能參數(shù)；、為構(gòu)件設(shè)計(jì)提供材料的力學(xué)性能參數(shù)； b b、材料材質(zhì)復(fù)驗(yàn)；、材料材質(zhì)復(fù)驗(yàn)； c c、評(píng)定材料的熱處理工藝、焊接工藝；、評(píng)定材料的熱處理工藝、焊接工藝； d d、構(gòu)件失效分析；、構(gòu)件失效分析； e e、研究新型合金材料；復(fù)合材料。、研究新型合金材料；復(fù)合材料。（2 2）驗(yàn)證材料力學(xué)理論驗(yàn)證材料力學(xué)理

7、論驗(yàn)證現(xiàn)有理論驗(yàn)證現(xiàn)有理論驗(yàn)證新建立的理論驗(yàn)證新建立的理論修正、發(fā)展現(xiàn)有理論修正、發(fā)展現(xiàn)有理論（3 3）實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析 特點(diǎn)：特點(diǎn)：只要是變形固體，不管結(jié)構(gòu)形狀、受力如何復(fù)雜，也不必準(zhǔn)只要是變形固體，不管結(jié)構(gòu)形狀、受力如何復(fù)雜，也不必準(zhǔn)確了解邊界條件，在某些特殊條件下，用實(shí)驗(yàn)方法甚至能比理論計(jì)算方確了解邊界條件，在某些特殊條件下，用實(shí)驗(yàn)方法甚至能比理論計(jì)算方法更簡(jiǎn)便、更迅速、更準(zhǔn)確地提供結(jié)果。法更簡(jiǎn)便、更迅速、更準(zhǔn)確地提供結(jié)果。驗(yàn)證理論有三層意義驗(yàn)證理論有三層意義三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模喝?、?shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1、測(cè)定低碳鋼的彈性模量、測(cè)定低碳鋼的彈性模量 、下屈服強(qiáng)度、下屈服強(qiáng)度 、抗拉強(qiáng)度、抗拉

8、強(qiáng)度 斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 、斷面收縮率、斷面收縮率 ；sEb102 2、測(cè)定鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、測(cè)定鑄鐵的抗拉強(qiáng)度 、斷后伸長(zhǎng)率斷后伸長(zhǎng)率 ；b53 3、描述并分析低碳鋼和鑄鐵試樣斷口特、描述并分析低碳鋼和鑄鐵試樣斷口特點(diǎn)；點(diǎn)；4 4、比較這兩種材料的力學(xué)性能。比較這兩種材料的力學(xué)性能。四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟: :5 5、取下試樣，觀察并描述試樣破壞后斷口特征并分析破壞原因。、取下試樣，觀察并描述試樣破壞后斷口特征并分析破壞原因。4 4、測(cè)定試樣斷后縮頸處最小直徑、測(cè)定試樣斷后縮頸處最小直徑 ；斷后標(biāo)距；斷后標(biāo)距 ；1d1l1 1、測(cè)定試樣的原始直徑、測(cè)定試樣的原始直徑 、原始標(biāo)距原始標(biāo)距 ；

9、0d0l2 2、裝夾試樣，、裝夾試樣，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行加載，測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的進(jìn)行加載，測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的 屈服力屈服力 及最大力及最大力 ；測(cè)定鑄鐵拉伸最大力測(cè)定鑄鐵拉伸最大力 ; ; sFbFbF3 3、測(cè)定低碳鋼的彈性模量、測(cè)定低碳鋼的彈性模量 ；E五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器: :1.CMT51051.CMT5105電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；2. SCDY-12. SCDY-1型雙側(cè)電子引伸型雙側(cè)電子引伸計(jì)；計(jì)；3. 0.01mm3. 0.01mm數(shù)字游標(biāo)卡尺；數(shù)字游標(biāo)卡尺；雙側(cè)電子引伸計(jì)雙側(cè)電子引伸計(jì)4、試樣標(biāo)距打點(diǎn)器。試樣標(biāo)距打點(diǎn)器。六、實(shí)驗(yàn)材料和試樣

10、六、實(shí)驗(yàn)材料和試樣: :低碳鋼、鑄鐵拉伸采用低碳鋼、鑄鐵拉伸采用比例標(biāo)準(zhǔn)比例標(biāo)準(zhǔn)圓形圓形試樣試樣標(biāo)距 l0d03.1165.510500000000AlAldldl即或同種材料的斷后伸長(zhǎng)率不僅取決于材質(zhì)，而且還取決于試樣的標(biāo)距 七、七、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)原理及步驟：步驟：1 1、啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，打開(kāi)相應(yīng)程序、啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，打開(kāi)相應(yīng)程序2、裝夾試樣及引伸計(jì)（、裝夾試樣及引伸計(jì)（點(diǎn)擊力和變形清零后再點(diǎn)擊加載點(diǎn)擊力和變形清零后再點(diǎn)擊加載）雙側(cè)電子引伸計(jì)雙側(cè)電子引伸計(jì)3、先點(diǎn)擊停止，取下引伸計(jì)；再點(diǎn)擊框圖，最后點(diǎn)擊加載。、先點(diǎn)擊停止，取下引伸計(jì)；再點(diǎn)擊框圖，最后點(diǎn)擊加載。再點(diǎn)擊框圖再點(diǎn)擊框圖先點(diǎn)擊停止先點(diǎn)擊停止

11、最后點(diǎn)擊加載最后點(diǎn)擊加載卸載線與加載線重合卸載線與加載線重合4 4、低碳鋼拉伸曲線、低碳鋼拉伸曲線ae顯示屈服力顯示屈服力F FS S用鼠標(biāo)指向鋸齒波最低點(diǎn)，屏幕顯示屈服載荷值用鼠標(biāo)指向鋸齒波最低點(diǎn)，屏幕顯示屈服載荷值5 5、下屈服點(diǎn)測(cè)定、下屈服點(diǎn)測(cè)定顯示最大力顯示最大力F Fb b用鼠標(biāo)指向曲線最高點(diǎn)，屏幕顯示最大載荷值用鼠標(biāo)指向曲線最高點(diǎn)，屏幕顯示最大載荷值6 6、最大載荷測(cè)定、最大載荷測(cè)定7 7、彈性模量測(cè)定、彈性模量測(cè)定nm顯示顯示n n點(diǎn)、點(diǎn)、m m點(diǎn)點(diǎn)的力值和變形的力值和變形先點(diǎn)擊變形圖先點(diǎn)擊變形圖彈性模量彈性模量E E的測(cè)定的測(cè)定: :材料在線彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力、應(yīng)變成正比關(guān)系式

12、中Le50mm是引伸計(jì)的刀口間距雙側(cè)電子引伸計(jì)雙側(cè)電子引伸計(jì)實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理：0pppepFLELEO F在變形圖上測(cè)E (實(shí)驗(yàn)前變形窗口清零） Lnm用鼠標(biāo)分別點(diǎn)直線上n和m兩點(diǎn)，屏幕上分別顯示n點(diǎn)和m的變形及力值。pFpL刀口刀口低碳鋼拉伸曲線低碳鋼拉伸曲線O F lFb用鼠標(biāo)指向曲線最高點(diǎn)，屏幕顯示最大載荷值用鼠標(biāo)指向鋸齒波最低點(diǎn)，屏幕顯示屈服載荷值Fs卸載線：卸載和加載線重合kaec1lb注意：oe段(oa段；ae段)、ec段、cb段、bk段的各段含義d這段表示什么FbFs鑄鐵拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線用鼠標(biāo)指向曲線的最高點(diǎn)，屏幕顯示最大載荷值用鼠標(biāo)指向曲線的最高點(diǎn)，屏幕顯示最大載荷值力值

13、：15032N鑄鐵拉伸過(guò)程比較簡(jiǎn)單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過(guò)渡到斷裂鑄鐵拉伸過(guò)程比較簡(jiǎn)單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過(guò)渡到斷裂顯示最大力顯示最大力F Fs s鑄鐵拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線FmO Fl用鼠標(biāo)指向曲線的最高點(diǎn)，屏幕顯示最大載荷值鑄鐵拉伸過(guò)程比較簡(jiǎn)單，可近似認(rèn)為經(jīng)彈性階段直接過(guò)渡到斷裂Fm八、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)：八、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)：1 1、低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：、低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：2 2、測(cè)量彈性模量、測(cè)量彈性模量E E實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 3 3、鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：、鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：( )bF N0d1d()bFN()SFN最大力下屈服力斷后標(biāo)距斷后最小直徑原始標(biāo)距原始直徑0l1l兩點(diǎn)變形差

14、值n點(diǎn)的變形m點(diǎn)的變形兩點(diǎn)力的差值n點(diǎn)的力值m點(diǎn)的力值PFeL最大力斷后標(biāo)距原始標(biāo)距斷后直徑原始直徑0d1d0l1l九、實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式：九、實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式：1 1、低碳鋼材料：、低碳鋼材料：下屈服強(qiáng)度：下屈服強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：斷后伸長(zhǎng)率：斷后伸長(zhǎng)率：斷面收縮率：斷面收縮率：2 2、彈性模量：、彈性模量：3 3、鑄鐵材料：、鑄鐵材料：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：斷后伸長(zhǎng)率：斷后伸長(zhǎng)率：0SSFA0bbFA10100100%lll010100%AAA0eppFLEAL0bbFA1050100%lll（式中（式中 是引伸計(jì)的刀口間距）是引伸計(jì)的刀口間距）50eLmm十、問(wèn)題討論和分析：十、問(wèn)題討論和分析

15、：1 1、低碳鋼拉伸試件斷口特點(diǎn)：、低碳鋼拉伸試件斷口特點(diǎn)：2 2、鑄鐵拉伸試件斷口特點(diǎn)：、鑄鐵拉伸試件斷口特點(diǎn)：鑄鐵試樣斷口呈凹凸不平整顆粒狀，整個(gè)斷面大約于試樣鑄鐵試樣斷口呈凹凸不平整顆粒狀，整個(gè)斷面大約于試樣軸線垂直。沒(méi)有頸縮現(xiàn)象，是典型的脆性斷裂（軸線垂直。沒(méi)有頸縮現(xiàn)象，是典型的脆性斷裂（被拉斷被拉斷） 。低炭鋼試樣斷口呈杯椎狀，有頸縮現(xiàn)象。斷口中部區(qū)域粗低炭鋼試樣斷口呈杯椎狀，有頸縮現(xiàn)象。斷口中部區(qū)域粗糙呈脆性斷裂（糙呈脆性斷裂（被拉斷被拉斷），斷口外圍光滑，是塑性變形區(qū)），斷口外圍光滑，是塑性變形區(qū)域，有域，有4545度的剪切唇（度的剪切唇（被剪斷被剪斷）。）。十一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求十一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 1計(jì)算材料強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)，低碳鋼彈性模量計(jì)算材料強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)，低碳鋼彈性模量E E；4 4描述描述低碳鋼和鑄鐵試樣低