山東大學(xué)材料力學(xué)實驗指導(dǎo)之實驗1 拉伸實驗

1、材料力學(xué)實驗指導(dǎo)實驗1 拉伸實驗拉伸實驗是測定材料力學(xué)性能的最基本最重要的實驗之一。由本實驗所測得的結(jié)果，可以說明材料在靜拉伸下的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強度等重要機械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進(jìn)行強度計算的重要依據(jù)。一、實驗?zāi)康囊鬁y定低碳鋼的流動極限、強度極限、延伸率、截面收縮率和鑄鐵的強度極限。碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象，繪出外力和變形間的關(guān)系曲線（曲線）。較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。二、實驗設(shè)備和儀器材料試驗機、游標(biāo)卡尺、兩腳標(biāo)規(guī)等三、拉伸試件金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度稱為標(biāo)距，試件的

2、拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機的夾頭內(nèi)。為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標(biāo)準(zhǔn)做成標(biāo)準(zhǔn)試件，即或。對于一般板的材料拉伸實驗，也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)做成矩形截面試件。其截面面積和試件標(biāo)距關(guān)系為或，為標(biāo)距段內(nèi)的截面積。四、實驗方法與步驟1、低碳鋼的拉伸實驗：）試件的準(zhǔn)備：在試件中段取標(biāo)距或在標(biāo)距兩端用腳標(biāo)規(guī)打上沖眼作為標(biāo)志，用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑（在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取最小值作為計算試件橫截面面積用。）機的準(zhǔn)備；首先了解材料試驗機的基本構(gòu)造原理和操作方法，學(xué)習(xí)試驗機的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強度極限及試件

3、的橫截面積，初步估計拉伸試件所需最大載荷，選擇合適的測力度盤，并配置相應(yīng)的擺錘，開動機器，將測力指針調(diào)到“零點”，然后調(diào)整試驗機下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內(nèi)。）進(jìn)行實驗：試件夾緊后，給試件緩慢均勻加載，用試驗機上自動繪圖裝置，繪出外力和變形的關(guān)系曲線（曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當(dāng)載荷增加到點時，拉伸圖上段是直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關(guān)系，即符合虎克定律的彈性變形范圍。當(dāng)載荷增加到點時，測力計指針停留不動或突然下降到點，然后在小的范圍內(nèi)擺動，這時變形增加很快，載荷增加很慢；這說明材料產(chǎn)生了流動（或者叫屈服）與點相應(yīng)的應(yīng)力叫上流動極限，與相應(yīng)的應(yīng)力叫下流動極限，因下流動極限比

4、較穩(wěn)定，所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以點相對應(yīng)的載荷值除以試件的原始截面積即得到低碳鋼的流動極限，流動階段后，試件要承受更大的外力，才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中點至點這一段為強化階段。當(dāng)載荷達(dá)到最大值（點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi)，此段發(fā)生截面收縮，即出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。此時記下最大載荷值，用除以試件的原始截面積，就得到低碳鋼的強度極限。在試件發(fā)生“頸縮”后，由于截面積的減小，載荷迅速下降，到點試件斷裂。關(guān)閉機器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標(biāo)卡尺測量出斷裂后試件標(biāo)距間的長度，按下式可計算出低碳鋼的延伸率。將斷裂的試

5、件的斷口緊對在一起，用游標(biāo)卡尺量出斷口（細(xì)頸）處的直徑，計算出面積；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率，圖1-2圖1-3從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠(yuǎn)則變形愈小，因此測得的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。為了統(tǒng)一值的計算，規(guī)定以斷口在標(biāo)距長度中央的區(qū)段內(nèi)為準(zhǔn)，來測量的值，若斷口不在區(qū)段內(nèi)時，需要采用斷口移中的方法進(jìn)行換算，其方法如下：設(shè)兩標(biāo)點到之間共刻有格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線起，向右取格，標(biāo)記為，這就相當(dāng)于把斷口擺在標(biāo)距中央，再看點至點有多少格，就由點向左取相同的格數(shù)，標(biāo)以記號，令

6、表示到的長度，則的長度中包含的格數(shù)等于標(biāo)距長度內(nèi)的格數(shù)，故。當(dāng)斷口非常接近試件兩端，而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認(rèn)為實驗結(jié)果無效，需要重作實驗。2、鑄鐵的拉伸實驗：）試件的準(zhǔn)備：用游標(biāo)卡尺在試件標(biāo)距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑取最小值計算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強度極限，估計拉伸試件的最大載荷。）試驗機的準(zhǔn)備；與低碳鋼拉伸實驗相同 進(jìn)行實驗：開動機器，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄最大載荷，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將最大載荷值除以試件的原始截面積，就得到鑄鐵的強度極限。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。 材料力學(xué)實驗報告（一）實驗名稱：金屬材料拉伸實驗實驗地點實驗日期指導(dǎo)教師班級小組成員報告人一、實驗?zāi)康模憾嶒炘O(shè)備及儀器試驗機型號、名稱：量 具型號、名稱：三、 試件）試件材料：試件：低碳鋼Q235，試件：灰口鑄鐵）試件形狀和尺寸實驗前實驗后試件原始形狀圖試件斷后形狀圖尺寸低碳鋼鑄鐵尺寸低碳鋼鑄鐵平均直徑：最小直徑：橫截面積：最小截面積：標(biāo)距長度：斷后長度：四、實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果實驗數(shù)據(jù)計算結(jié)果試件屈服載荷最大載荷屈服極限強度極限延伸率截面收縮率低碳鋼鑄鐵附：計算公式：屈服極限：延伸率：強度極限：斷面收縮率：五、拉伸曲線示意圖1、