工程力學試驗指導書

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工程力學試驗指導書

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南昌大學工程力學試驗中心

目錄

試驗一金屬材料的拉伸及彈性模量測定試驗試驗二金屬材料的壓縮試驗試驗三復合材料拉伸試驗

試驗四金屬扭轉破壞試驗、剪切彈性模量測定

試驗五電阻應變片的粘貼技術及測試橋路變換試驗試驗六彎曲正應力電測試驗

試驗七疊（組）合梁彎曲的應力分析試驗試驗八彎扭組合變形的主應力測定試驗九偏心拉伸試驗試驗十偏心壓縮試驗

試驗十一組合結構應力測試試驗

試驗十二金屬軸件的高低周拉、扭疲乏演示試驗試驗十三沖擊試驗

試驗十四壓桿穩(wěn)定試驗

試驗十五組合壓桿的穩(wěn)定性分析試驗試驗十六光彈性試驗

試驗十七單轉子動力學試驗

試驗十八單自由度系統(tǒng)固有頻率和阻尼比試驗

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試驗一金屬材料的拉伸及彈性模量測定試驗

一、試驗目的與要求

1．觀測低碳鋼和鑄鐵在拉伸試驗中的各種現(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ζs、抗拉強度ζb、伸長率ψ、斷面收縮率δ和鑄鐵的抗拉強度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)的拉伸力學性能。二、試驗設備和儀器

1．微機控制電子萬能試驗機。2．電子式引伸計。3．游標卡尺。4．鋼尺。三、試驗原理與方法

金屬材料的屈服點ζs、抗拉強度ζb、伸長率ψ和斷面收縮率δ是由拉伸試驗測定的。試驗采用的圓截面短比例試樣按國家標準(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性能相互比較。圖中：d0為試樣直徑，l0為試樣的標距，并且短比例試樣要求l0=5d0。國家標準中還規(guī)定了其他形狀截面的試樣，可適用于從不同的型材和構件上制備試樣。

圖1-1

金屬拉伸試驗應遵照國家標準(GB/T228-2023)在微機控制電子萬能試驗機上進行，在試驗過程中，與微機控制電子萬能試驗機聯(lián)機的微型電子計算機的顯示屏上實

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時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)分為四個階段―彈性、屈服、加強、局部變形階段。假使在加強階段卸載，F(xiàn)―Δl曲線會從卸載點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，并從卸載點接續(xù)原加強階段曲線繼續(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，變形很小時試樣就突然斷裂，斷口與橫截面重合，斷口形貌粗糙?？估瓘姸圈芺較低，無明顯塑性變形。與電子萬能試驗機聯(lián)機的微型電子計算機自動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和斷后標距l(xiāng)1，由下述公式

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

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

應當指出，上述所測定的力學性能均為名義值，工程應用較為便利，稱為工程應力和工程應變。由于試樣受力后其直徑和長度都隨載荷變化而改變，真實應力和真實應變須用試樣瞬時截面積和瞬時標距長度進行計算。注意到試樣在屈服前，其直徑和標距變化很小，真應力和真應變與工程應力和工程應變區(qū)別不大。試樣屈服以后，其直徑和標距都有較大的改變，此時的真應力和真應變與工程應力和工程應變會有較大的區(qū)別。

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低碳鋼的彈性模量E由以下公式計算：

E??Fl0A0?l

式中ΔF為相等的加載等級，Δl為與ΔF相對應的變形增量。四、試驗步驟

1．分別測量兩種試樣的初始直徑d0和初始標距長度l0：在試樣標距段的兩端和中間三處測量試樣直徑，每處直徑取兩個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距長度l0。

2．熟悉微機控制電子萬能試驗機的操作方法，運行測試應用程序POWERTEST3.0，并開啟控制器電源。

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

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

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

2）單擊界面左側“試驗〞按鈕，開始試驗；

3）當載荷―變形(F―Δl)曲線進入加強階段后，單擊界面左側“上升〞按鈕，進行卸載。當載荷卸至1kN左右時再單擊界面左側“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，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用程序界面左側“終止試驗〞按鈕。

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

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