工程力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書

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工程力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書

班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：

南昌大學(xué)工程力學(xué)試驗(yàn)中心

目錄

試驗(yàn)一金屬材料的拉伸及彈性模量測定試驗(yàn)試驗(yàn)二金屬材料的壓縮試驗(yàn)試驗(yàn)三復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)

試驗(yàn)四金屬扭轉(zhuǎn)破壞試驗(yàn)、剪切彈性模量測定

試驗(yàn)五電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)及測試橋路變換試驗(yàn)試驗(yàn)六彎曲正應(yīng)力電測試驗(yàn)

試驗(yàn)七疊（組）合梁彎曲的應(yīng)力分析試驗(yàn)試驗(yàn)八彎扭組合變形的主應(yīng)力測定試驗(yàn)九偏心拉伸試驗(yàn)試驗(yàn)十偏心壓縮試驗(yàn)

試驗(yàn)十一組合結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試試驗(yàn)

試驗(yàn)十二金屬軸件的高低周拉、扭疲乏演示試驗(yàn)試驗(yàn)十三沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)十四壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)

試驗(yàn)十五組合壓桿的穩(wěn)定性分析試驗(yàn)試驗(yàn)十六光彈性試驗(yàn)

試驗(yàn)十七單轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

試驗(yàn)十八單自由度系統(tǒng)固有頻率和阻尼比試驗(yàn)

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試驗(yàn)一金屬材料的拉伸及彈性模量測定試驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康呐c要求

1．觀測低碳鋼和鑄鐵在拉伸試驗(yàn)中的各種現(xiàn)象。

2．測繪低碳鋼和鑄鐵試件的載荷―變形曲線(F―Δl曲線)。

3．測定低碳鋼的拉伸屈服點(diǎn)ζs、抗拉強(qiáng)度ζb、伸長率ψ、斷面收縮率δ和鑄鐵的抗拉強(qiáng)度ζb。

4．測定低碳鋼的彈性模量E。

5．觀測低碳鋼在拉伸加強(qiáng)階段的卸載規(guī)律及冷作硬化現(xiàn)象。6．比較低碳鋼(塑性材料)和鑄鐵(脆性材料)的拉伸力學(xué)性能。二、試驗(yàn)設(shè)備和儀器

1．微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)。2．電子式引伸計(jì)。3．游標(biāo)卡尺。4．鋼尺。三、試驗(yàn)原理與方法

金屬材料的屈服點(diǎn)ζs、抗拉強(qiáng)度ζb、伸長率ψ和斷面收縮率δ是由拉伸試驗(yàn)測定的。試驗(yàn)采用的圓截面短比例試樣按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T228-2023)制成，如圖1-1所示。這樣可以避免因試樣尺寸和形狀的影響而產(chǎn)生的差異，便于各種材料的力學(xué)性能相互比較。圖中：d0為試樣直徑，l0為試樣的標(biāo)距，并且短比例試樣要求l0=5d0。國家標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了其他形狀截面的試樣，可適用于從不同的型材和構(gòu)件上制備試樣。

圖1-1

金屬拉伸試驗(yàn)應(yīng)遵照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T228-2023)在微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，在試驗(yàn)過程中，與微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)聯(lián)機(jī)的微型電子計(jì)算機(jī)的顯示屏上實(shí)

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時(shí)繪出試樣的拉伸曲線(也稱為F―Δl曲線)，如圖1-2所示。

圖1-2

低碳鋼試樣的拉伸曲線(圖1-2a)分為四個(gè)階段―彈性、屈服、加強(qiáng)、局部變形階段。假使在加強(qiáng)階段卸載，F(xiàn)―Δl曲線會(huì)從卸載點(diǎn)開始向下繪出平行于初始加載彈性階段直線的一條斜直線，說明它聽從彈性規(guī)律。如若重新加載，F(xiàn)―Δl曲線將沿此斜直線重新回到卸載點(diǎn)，并從卸載點(diǎn)接續(xù)原加強(qiáng)階段曲線繼續(xù)向前繪制。此種經(jīng)過冷拉伸使彈性階段加長、彈性極限提高，塑性下降的現(xiàn)象，工程中稱為冷作硬化現(xiàn)象。鑄鐵試樣的拉伸曲線(圖1-2b)比較簡單，既沒有明顯的直線段，也沒有屈服階段，變形很小時(shí)試樣就突然斷裂，斷口與橫截面重合，斷口形貌粗糙。抗拉強(qiáng)度ζb較低，無明顯塑性變形。與電子萬能試驗(yàn)機(jī)聯(lián)機(jī)的微型電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)給出低碳鋼試樣的屈服載荷Fs。、最大載荷Fb和鑄鐵試樣的最大載荷Fb。

取下試樣測量試樣斷后最小直徑d1和斷后標(biāo)距l(xiāng)1，由下述公式

?s?FsA0，?b?FbA0，??l1?l0l0?100%，??A0?A1A0?100%

可計(jì)算低碳鋼的拉伸屈服點(diǎn)ζs、抗拉強(qiáng)度ζb、伸長率δ，和斷面收縮率ψ；鑄鐵的抗拉強(qiáng)度ζb。如若試驗(yàn)前將試樣的初始直徑d0，初始標(biāo)距長度l0等數(shù)據(jù)輸入微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)可繪出應(yīng)力-應(yīng)變(ζ-ε)曲線，并在試驗(yàn)終止后給出該材料的屈服點(diǎn)ζs和抗拉強(qiáng)度ζb。

應(yīng)當(dāng)指出，上述所測定的力學(xué)性能均為名義值，工程應(yīng)用較為便利，稱為工程應(yīng)力和工程應(yīng)變。由于試樣受力后其直徑和長度都隨載荷變化而改變，真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變須用試樣瞬時(shí)截面積和瞬時(shí)標(biāo)距長度進(jìn)行計(jì)算。注意到試樣在屈服前，其直徑和標(biāo)距變化很小，真應(yīng)力和真應(yīng)變與工程應(yīng)力和工程應(yīng)變區(qū)別不大。試樣屈服以后，其直徑和標(biāo)距都有較大的改變，此時(shí)的真應(yīng)力和真應(yīng)變與工程應(yīng)力和工程應(yīng)變會(huì)有較大的區(qū)別。

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低碳鋼的彈性模量E由以下公式計(jì)算：

E??Fl0A0?l

式中ΔF為相等的加載等級(jí)，Δl為與ΔF相對應(yīng)的變形增量。四、試驗(yàn)步驟

1．分別測量兩種試樣的初始直徑d0和初始標(biāo)距長度l0：在試樣標(biāo)距段的兩端和中間三處測量試樣直徑，每處直徑取兩個(gè)相互垂直方向的平均值，做好記錄。三處直徑的最小值取作試樣的初始直徑d0。用扎規(guī)和鋼板尺測量低碳鋼試樣的初始標(biāo)距長度l0。

2．熟悉微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)的操作方法，運(yùn)行測試應(yīng)用程序POWERTEST3.0，并開啟控制器電源。

3．在試驗(yàn)機(jī)上裝夾低碳鋼試樣：先用上夾頭卡緊試樣一端，然后提升試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)橫梁，使試樣下端緩慢插入下夾頭的V形卡板中，鎖緊下夾頭。

4．在試樣的試驗(yàn)段上安裝引伸計(jì)，注意安裝后須輕輕拔出引伸計(jì)定位銷釘。5．在微型電子計(jì)算機(jī)測試應(yīng)用程序界面中執(zhí)行以下操作：

1）設(shè)置試驗(yàn)條件，主要有試驗(yàn)形式(如拉伸)、載荷、變形量程、加載速度、試樣編號(hào)、尺寸、材料等。設(shè)置完畢，可自定義文件名并確定工作目錄后存盤；

2）單擊界面左側(cè)“試驗(yàn)〞按鈕，開始試驗(yàn)；

3）當(dāng)載荷―變形(F―Δl)曲線進(jìn)入加強(qiáng)階段后，單擊界面左側(cè)“上升〞按鈕，進(jìn)行卸載。當(dāng)載荷卸至1kN左右時(shí)再單擊界面左側(cè)“下降〞按鈕，重新加載。并注意觀測低碳鋼的卸載規(guī)律和冷作硬化現(xiàn)象。

6．繼續(xù)試驗(yàn)，注意觀測試樣的變外形況和“頸縮〞現(xiàn)象，試樣斷裂后馬上單擊應(yīng)用程序界面左側(cè)“終止試驗(yàn)〞按鈕。

7．插好引伸計(jì)銷釘后拆卸引伸計(jì)。然后取下試樣，測量斷后最小直徑d1，斷后標(biāo)距長度l1。

8．測量鑄鐵試樣的初始直徑，并將之裝卡在試驗(yàn)機(jī)的卡板中(與低碳鋼試樣測量、裝