材料力學(xué)實驗2指導(dǎo)

實驗二拉伸實驗、實驗?zāi)康?.2.3.4.測定低碳鋼的屈服極限s,強度極限b，延伸率0和截面收縮甲測定鑄鐵的強度極限b1.2.3.4.觀察低碳鋼、鑄鐵在拉伸過程中所出現(xiàn)的各種變形現(xiàn)象。比較低碳鋼與鑄鐵力學(xué)性能的特點和試件斷口情況，分析其破壞原因，二、試件低碳鋼和鑄鐵均采用圓形截面試件，中間直徑小，兩端直徑大，以便安裝，如下圖所示。為了試驗數(shù)據(jù)具有可比性，國家對試件尺寸作了統(tǒng)一規(guī)定，即采用標(biāo)準(zhǔn)試件。金屬材料拉伸試件的尺寸為：d=10mm，L=10d或L=5d。其中L是標(biāo)距長度，d為試件直徑。"七jL三、實驗設(shè)備和儀表液壓萬能試驗機2、游標(biāo)卡尺四、實驗原理和方法拉伸實驗時，利用試驗機自動繪圖裝置可繪出試件的拉伸曲線，即P-AL曲線，它能形象地反映材料的變形特點以及各階段受力和變形的關(guān)系，由此來判斷材料彈性與塑性性能及承載能力。但是P-AL曲線的定量關(guān)系不僅取決于材質(zhì)，而且受試件幾何尺寸的影響，為了消除這個影響，把載荷除以試件原始橫截面面積A。；把變形AL除以原始標(biāo)距長度L。，轉(zhuǎn)換后得到一￡曲線，用來表征材料的屬性。對低碳鋼材料，實驗過程分為四個階段，如圖示。1、彈性階段實驗初，隨載荷緩慢增加，測力指針勻速移動，試件變形很小，曲線呈現(xiàn)一段斜直線，這個階段的變形與載荷成線性關(guān)系，在此范圍內(nèi)卸載，曲線與原直線重合，試件沒有殘余變形，只有彈性變形。

2、屈服階段繼續(xù)增加載荷，當(dāng)指針無規(guī)則上下波動時，用初始瞬時效應(yīng)之后的最小載荷，作為材料的屈服載荷、此階段曲線呈鋸齒形，而變形速度加快。這表明材料暫時喪失抵抗變形的能力，是材料進入塑性的標(biāo)志。如果試件表面光潔度較高，可以清楚地看到表面有大約45°方向的滑移線。3、強化階段屈服階段結(jié)束后，隨著拉力的增加，伸長變形也隨之加大，拉伸曲線繼續(xù)上升。這表明材料的晶粒結(jié)構(gòu)又有了變化，恢復(fù)了對變形的抵抗能力。如果在這一階段卸載到零，則在圖中得到一條卸載曲線，它與彈性階段的直線基本平行，試件存在著殘余變形。當(dāng)重新加載時，加載曲線與卸載曲線幾乎重合，達到卸載點后繼續(xù)上升，這就是冷作硬化現(xiàn)象。說明材料經(jīng)過冷拉以后比例極限提高了。4、頸縮階段試件拉伸達到最大載荷Pb以前，在標(biāo)距范圍內(nèi)變形均勻變化。當(dāng)載荷達到最大載荷P后，在試件的某一局部發(fā)生顯著變形，形成頸縮。以后隨頸縮處的橫截面b面積不斷減少，載荷下降，測力指針回轉(zhuǎn)，但被動針停留不動，此時曲線的最高點即被動針?biāo)傅妮d荷為強度載荷P。最后試件在頸縮處斷裂。斷口中心部分為粗糙平面，是頸縮部b分在三向受拉應(yīng)力狀態(tài)下引起的脆斷，這部分面積的大小反映了材料的塑性程度，塑性越大，則中心粗糙平面的面積越小。鑄鐵是典型的脆性材料，拉伸時載荷一一變形曲線沒有直線部分，變形小、無屈服和頸縮現(xiàn)象，如圖所示。試件很快達到最大載荷而突然斷裂，其強度極限值遠小于低碳鋼的強度極限。斷口平齊粗糙，并垂直于拉應(yīng)力。綜上所述，不同性質(zhì)的材料變形過程不同，其P-AL曲線會存在很大差異。低碳鋼和鑄鐵是性質(zhì)不同的兩類典型材料，它們的拉伸曲線在工程材料中具有重要意義，掌握它們的拉伸過程和破壞特點有助于正確、合理地認識和選用材料。五、實驗步￡五、實驗步￡1.試件準(zhǔn)備沿低碳鋼試件的標(biāo)距長度內(nèi)（Lo=100mm或50mm）用劃線器每隔10mm劃一圓周線，將標(biāo)距10等分或5等分，用來為斷口位置的補償作準(zhǔn)備。用游標(biāo)卡尺在標(biāo)距線附近及中間各取一截面，每個截面沿互相垂直的兩個方向各測量一次直徑取平均值，d。取這三截面的平均值作為計算橫截面A的依據(jù)。試驗機準(zhǔn)備根據(jù)試件橫截面面積和材料大致的強度極限值，估算出實驗所需的最大載荷P。選擇測力度盤，并配以相應(yīng)的擺錘；活動臺少許升起，調(diào)整測力指針對零，b若需繪圖應(yīng)調(diào)整好繪圖裝置。安裝試件先將試件安裝在上夾頭上，調(diào)節(jié)下夾頭使之移動到合適位置，再把試件下端夾在下夾頭中夾緊。緩慢加載，觀察測力指針轉(zhuǎn)動的情況，以檢查試件是否已夾牢，如有打滑則需重新安裝。實驗開動試驗機使試件緩慢勻速加載，隨時觀察測力指針的移動情況及拉伸過程中各種物理現(xiàn)象。對低碳鋼試件，當(dāng)測力指針不動或倒退時，說明材料開始屈服，記錄屈服載荷Ps。再繼續(xù)加載，直至試件斷裂后停機，由被動針讀出最大載荷Pb。對鑄鐵試件，拉斷后記下最大載荷Pb。低碳鋼延伸率和截面收縮率的測定試件拉斷后，取下試件，觀察斷口。如果斷口到鄰近標(biāo)距點的距離大于L0/3，則將斷裂試件的兩端對齊、靠緊，用游標(biāo)卡尺測出低碳鋼試件斷裂后的標(biāo)距長度L1及斷口處的最小直徑（一般從相互垂直方向測取兩次，取平均值）。如果斷口到鄰近標(biāo)距點的距離小于L0/3，可參考注意事項3加以處理。結(jié)束實驗完畢，儀器設(shè)備恢復(fù)原狀，清理現(xiàn)場，檢查實驗記錄是否齊全，并清指導(dǎo)教師簽字。六、實驗結(jié)果處理根據(jù)測得的屈服載荷Ps和最大載荷Pb，計算屈服極限s和強度極限b鑄鐵不存在屈服階段故只計算b。SSPb=—S~sA0Pb=bbA0A0一試件的橫截面面積。2根據(jù)拉伸前后試件的標(biāo)距長度和橫截面面積，計算出低碳鋼的延伸率0和截面收縮率甲。5=Li-L0x100%L0V=A0-Aix100%A0A1一頸縮處的橫截面面積.畫出試件的破壞形狀圖，并分析其破壞原因.按規(guī)定格式寫出實驗報告。報告中各類表格、曲線、裝置簡圖、原始數(shù)據(jù)應(yīng)齊全。七、注意事項試件安裝必須正確，防止偏斜或夾入部分過短的現(xiàn)象。試件安裝完畢后，不得再啟動控制下夾頭的按鈕，以免使下夾頭對試件加載，損壞試件或電機。由于破壞后的低碳鋼試件各處的殘余伸長不是均勻分布的，斷口附近塑性變形最大，所以L1的量取與斷口的部位有關(guān)。若斷口發(fā)生在L0之外或在L0的兩端，而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，則實驗無效，應(yīng)重做。若斷口到鄰近標(biāo)距點的距離小于L0/3,則必須經(jīng)過折算，將斷口移中，具體方法如下：以斷口O為起點，在長段上取基本等于短段的格數(shù)得B點，當(dāng)長段所余格數(shù)為偶數(shù)時（如下圖所示），則由所余格數(shù)的一半得C點，取BC段長度將其移至短段一邊，則得斷口移中后的標(biāo)距長度，其計算式為：L1=AB+2BC如果長段取B點后所余格數(shù)為奇效時，則取所余格數(shù)加1后的一半得C1點和減1后的一半

得C點，移中后的標(biāo)距長度為L]=AB+BC]+BC<?)原讀禪八、思考題由實驗現(xiàn)象和結(jié)果比較低碳鋼和鑄鐵的力學(xué)性能有何不同？2材料相同而標(biāo)距分別為5d0和10d0的兩種試件其0、甲、。s、。b值是否相同？為什么？S低碳鋼試件處于屈服階段時，為什么載荷不可能增大？通過拉伸實驗，說明在桿件強度計算時，低碳鋼為什么選取屈服極限，而鑄鐵為什么選取強度極限作為危險應(yīng)力？試從不同的斷口特征說明金屬的兩類基本破壞形式？附：實驗原始數(shù)據(jù)記錄表材料名稱實驗前試件尺寸七(mm)最小橫截實驗后試件尺寸屈服載荷巴(KN)破壞載荷也(KN)標(biāo)距(mm)位置I位置I位骨I面廨(mm2)標(biāo)距(mm)斷口處直徑d1(mm)12平均12平均12平均12平均低碳鋼鑄鐵實驗二壓縮實驗一、實驗?zāi)康?、測定壓縮時低碳鋼的屈服極限s和鑄鐵的強度極限b2、觀察低碳鋼和鑄鐵壓縮時的變形和破壞現(xiàn)象，并進行比較。二、試件壓縮試件采用短圓柱體，高度與直徑之比規(guī)定為2.5?3.5。壓縮試件的兩個端面應(yīng)盡量平行，以避免加載時產(chǎn)生偏心，確保試件的變形形式為軸向壓縮。三、實驗設(shè)備和儀表1、2、液壓式萬能試驗機游標(biāo)卡尺四、實驗原理和方法1、2、對低碳鋼材料，在承受壓縮載荷時，起初變形較小，測力指針等速轉(zhuǎn)動，超過比例載荷Pp后，變形開始增快，此時測力指針的轉(zhuǎn)動減慢或短暫的停留或有微小回轉(zhuǎn)現(xiàn)象，表明材料已達到屈服，此時的載荷即為Ps。若屈服階段出現(xiàn)多次指針回擺，取第一次回擺之后的最低載荷為屈服載荷。需要指出的是，指針的速度變化遠不及拉伸時明顯，所以在確定屈服載荷Ps時要仔細觀察，有時需借用自動繪圖器描繪出的曲線來幫助判斷Ps值。屈服階段結(jié)束后，塑性變形迅速增加，試件截面面積也隨之增大，而使試件承受的載荷也隨之增加，p-△L曲線繼續(xù)上升，如圖所示。試件被壓成鼓形，最后壓成餅形而不破裂，其強度極限無法測定。鑄鐵試件達到最大載荷Pb時，突然發(fā)生破裂，此時測力主動針迅速倒退，由被動針讀出Pb值。鑄鐵試件破壞后表面出現(xiàn)與試件橫截面大約成45°?55。的傾斜斷裂面，這是由于脆性材料的抗剪強度低于抗壓強度，使試件被剪斷，如圖所示。材料壓縮時的力學(xué)性質(zhì)可以由壓縮時的力與變形關(guān)系曲線表示。一般地，低碳鋼材料其彈性階段、屈服階段與拉伸大致相同，彈性模量E和屈服極限s與拉伸時大致相等。鑄鐵受壓時卻與拉伸時有明顯的差別，壓縮時曲線上雖然沒有屈服階段，但曲線明顯變彎，斷裂時有明顯的塑性變形，且壓縮強度極限遠遠大于拉伸時的強度極限b。o出0o出0低碳鋼壓縮圖鑄鐵壓縮圖由于試件承受壓縮時，上下兩端面與壓板之間有很大的摩擦力，使試件兩端的橫向變形受到阻礙，故壓縮后試件呈鼓形，且導(dǎo)致測得的抗壓強度比實際的偏高，試件越短，這種影響越突出。如果試件過長，雖然摩擦力對試件中部的影響有所減少，但又容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此抗壓能力與試件長度L0和直徑d。的比值L0/d0有關(guān)。實驗時，在試件兩端面涂以潤滑劑，以減少摩擦力的影響。當(dāng)試件兩端面稍有不平行時，利用試驗機上球形墊板自動調(diào)節(jié)，保證壓力通過試件的軸線。五、實驗步塑1、用游標(biāo)卡尺在試件中點處兩個相互垂直的方向測量直徑d。，取其算術(shù)平均值，并測量試件高度L0。2、根據(jù)估計的最大載荷選擇量程。3、將試件放在試驗機活動臺墊塊的中心上。4、開動試驗機，當(dāng)試件與上立承墊接近時，應(yīng)減慢活動臺上升的速度，以免突然加載。試件受力后，要控制加載速度，使載荷緩慢均勻增加。對低碳鋼試件要及時正確地讀出屈服載荷Ps，過了屈服階段后，繼續(xù)加載，但載荷不得超過選用的測力度盤范圍的80%。對鑄鐵試件，加載至試件破壞為止，讀出破壞載荷Pb。5、實驗完畢，儀器設(shè)備恢復(fù)原狀，清理現(xiàn)場，并請指導(dǎo)教師簽字。六、實驗結(jié)果處理根據(jù)實驗記錄，