力學(xué)實驗指導(dǎo)書

實驗一拉伸實驗實驗?zāi)康呐c要求：目的測定低碳鋼的屈服極限、強度極限、延伸率、斷面收縮率。測定鑄鐵的強度極限，觀察上述兩種材料的拉伸和破壞現(xiàn)象，繪制拉伸時的P-△L曲線。要求復(fù)習(xí)講課中有關(guān)材料拉伸時力學(xué)性能的內(nèi)容；閱讀本次實驗內(nèi)容和萬能試驗機(jī)的構(gòu)造原理、操作方法、注意事項，以及有關(guān)千分表和游標(biāo)卡尺的使用方法。預(yù)習(xí)時思考下列問題：本次實驗的內(nèi)容和目的是什么？低碳鋼在拉伸過程中可分哪幾個階段，各階段有何特征？試驗前、試驗中、試驗后需要測量和記錄哪些數(shù)據(jù)？使用液壓式萬能試驗機(jī)有哪些注意事項。實驗設(shè)備和工具萬能實驗機(jī)千分尺和游標(biāo)卡尺低碳鋼和鑄鐵圓形截面試件實驗性質(zhì)：驗證性實驗實驗步驟和內(nèi)容：步驟取標(biāo)距L=100mm畫線；取上、中、下三點，沿垂直方向測量直徑，取平均值；安裝試件；實驗機(jī)指針調(diào)零；緩慢加載，觀察指針變化情況，讀出、值，同時觀察屈服及頸縮現(xiàn)象，觀察是否出現(xiàn)滑移線；測量低碳鋼斷裂后標(biāo)距長度，頸縮處最小直徑。實驗內(nèi)容：低碳鋼實驗記錄：（1）低碳鋼試件相關(guān)數(shù)據(jù)：實驗前實驗后初始標(biāo)距斷裂后標(biāo)距直徑上最小直徑中下初始截面面積斷口處截面面積（2）觀察數(shù)據(jù)及計算結(jié)果屈服載荷=（KN）極限載荷=（KN）屈服極限=（MPa）強度極限=（MPa）延伸率％=斷面收縮率％=（3）繪制低碳鋼P-△L曲線2、鑄鐵的實驗記錄：實驗前實驗后直徑斷裂后直徑最大載荷（KN）強度極限=（MPa）五、思考題1、為什么試樣要采用標(biāo)準(zhǔn)試樣？2、低碳鋼拉伸曲線可分為幾個階段？每個階段力和變形有什么關(guān)系？3、低碳鋼和鑄鐵兩種材料斷口有什么不同？并分析引起破壞的原因？實驗二壓縮實驗實驗?zāi)康呐c要求：目的測定低碳鋼的屈服極限、鑄鐵的強度極限。觀察鑄鐵在壓縮時的破壞現(xiàn)象。要求復(fù)習(xí)講課中有關(guān)材料壓縮時力學(xué)性能的內(nèi)容，閱讀本次實驗內(nèi)容。預(yù)習(xí)時思考下列問題：拉伸和壓縮時低碳鋼的屈服點是否相同？鑄鐵的強度極限是否相同？實驗設(shè)備和工具：萬能實驗機(jī)游標(biāo)卡尺和千分尺低碳鋼及鑄鐵試件試驗性質(zhì)：驗證性實驗實驗步驟和內(nèi)容：步驟測量試件直徑；選擇試驗機(jī)加載范圍；緩慢均勻加載。實驗內(nèi)容試件相關(guān)數(shù)據(jù)：試件低碳鋼試件鑄鐵試件高度截面直徑截面面積觀察數(shù)據(jù)及計算結(jié)果低碳鋼試件屈服載荷=（KN）鑄鐵試件的最大載荷=（KN）低碳鋼的屈服極限=（MPa）鑄鐵的強度極限=（MPa）結(jié)果分析：繪出兩種材料的P-△L曲線。繪出兩種材料的變形和斷口形狀思考題比較低碳鋼拉伸和壓縮的屈服極限。比較鑄鐵拉伸與壓縮的強度極限。鑄鐵試樣在拉伸、壓縮時破壞斷面有何特征？是什么應(yīng)力引起的？實驗三扭轉(zhuǎn)實驗一、實驗?zāi)康呐c要求：（一）目的1、測定低碳鋼和鑄鐵在扭轉(zhuǎn)時的機(jī)械性能，求得低碳鋼的剪切屈服極限、剪切強度極限和鑄鐵的剪切強度極限。2、觀察兩種材料的扭轉(zhuǎn)和破壞現(xiàn)象，分析破壞原因。（二）要求1、復(fù)習(xí)講課中有關(guān)桿件扭轉(zhuǎn)的內(nèi)容；閱讀本次實驗內(nèi)容和扭轉(zhuǎn)實驗機(jī)的構(gòu)造原理、操作方法及注意事項。2、圓桿扭轉(zhuǎn)時，橫截面上有什么應(yīng)力？與軸線成45°的截面上有什么應(yīng)力？二、實驗設(shè)備和工具1、扭轉(zhuǎn)實驗機(jī)2、千分尺和游標(biāo)卡尺3、低碳鋼和鑄鐵圓形截面試件三、實驗性質(zhì)：驗證性實驗實驗步驟和內(nèi)容：步驟測量試件直徑。在標(biāo)距長度內(nèi)測量三處，每處在兩個相互垂直的方向各測量一次并取其算數(shù)平均值，采用三個數(shù)值中的最小值為計算直徑。安裝試件，指針調(diào)零，調(diào)整好自動繪圖裝置。緩慢加載，觀察屈服現(xiàn)象，記錄屈服扭矩的數(shù)值，最大扭矩的數(shù)值，觀察斷口形狀。實驗內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄：試件低碳鋼鑄鐵直徑標(biāo)距抗扭截面系數(shù)屈服扭矩（N﹒m）屈服應(yīng)力(MPa)破壞時的扭矩（N﹒m）強度極限低碳鋼(MPa)鑄鐵(MPa)總扭轉(zhuǎn)角單位長度扭轉(zhuǎn)角(°/mm)2、繪出兩種材料的抗扭圖及試件斷裂后的形狀。五、思考題1、比較低碳鋼的拉伸和扭轉(zhuǎn)實驗，從進(jìn)入塑性變形階段到破壞的全過程，兩者有什么明顯的差別。2、根據(jù)低碳鋼、鑄鐵扭轉(zhuǎn)試樣的斷口形狀，分析其破壞的原因。實驗四純彎曲梁的正應(yīng)力實驗一、實驗?zāi)康暮鸵螅海ㄒ唬┠康?、測定梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力大小和分布規(guī)律2、驗證純彎曲梁的正應(yīng)力計算公式（二）要求1、復(fù)習(xí)有關(guān)彎曲應(yīng)力的內(nèi)容；閱讀本次實驗內(nèi)容和純彎曲梁實驗裝置的構(gòu)造原理、操作方法及注意事項。2、熟悉電橋電路及組橋方式。二、實驗儀器設(shè)備和工具1、純彎曲梁實驗裝置2、應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀3、游標(biāo)卡尺、鋼板尺三、實驗性質(zhì)：驗證性實驗四、實驗原理及方法在純彎曲條件下，根據(jù)平面假設(shè)和縱向纖維無擠壓假設(shè)，可得到梁橫截面上任一點的正應(yīng)力，計算公式為式中M為彎矩，Iz為橫截面對中性軸的慣性矩；y為所求應(yīng)力點至中性軸的距離。為了測量梁在純彎曲時橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，在梁的純彎曲段沿梁側(cè)面不同高度，平行于軸線巾有應(yīng)變片（如圖所示）。實驗可采用半橋單臂、公共補償、多點測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載荷△P，測出各點的應(yīng)變增量△，然后分別取各點應(yīng)變增量的平均值△依次求出各點的應(yīng)變增量△，將實測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值進(jìn)行比較，以驗證彎曲正應(yīng)力公式。實驗步驟1、測量矩形截面梁的寬度b和高度h、載荷作用點到梁支點距離a及各應(yīng)變片到中性層的距離見附表12、加載方案。先選取適當(dāng)?shù)某踺d荷（一般?。プ笥遥浪悖ㄔ搶嶒炤d荷范圍），分4～6級加載。3、按實驗要求接好線，調(diào)整好儀器，檢查整個測試系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)。（1）加載。均勻緩慢加載至初載荷，記下各點應(yīng)變的初始讀數(shù)；后分級等增量加載，每增加一級載荷，依次記錄各點電阻應(yīng)變片的應(yīng)變值，直到最終載荷。實驗至少重復(fù)兩次。見附表2（2）做完實驗后，卸掉載荷，關(guān)閉電源。附表1（試件相關(guān)數(shù)據(jù)）應(yīng)變片至中性層距離（mm）梁的尺寸和有關(guān)參數(shù)Y1-20寬度b=20mmY2-10高度h=40mmY30跨度L=600mmY410載荷距離a=125mmY520彈性模量E=210GPa泊松比慣性矩附表2（實驗數(shù)據(jù)）載荷NP50010001500200025003000△P500500500500500各測點電阻應(yīng)變儀讀數(shù)1△△2△△3△△4△△5△△實驗結(jié)果處理實驗值計算根據(jù)測得的各點應(yīng)變值求出應(yīng)變增量平均值△，代入胡克定律計算各點的實驗應(yīng)力值，因，所以各點實驗應(yīng)力計算：△2、理論值計算載荷增量△P=500N彎矩增量△M=△P·a/2=31.25N·m各點理論值計算：3、繪出實驗應(yīng)力值和理論應(yīng)力值的分布圖分別以橫坐標(biāo)軸表示各測點的應(yīng)力和，以縱坐標(biāo)軸表示各測點距梁中性層位置，選用合適的比例繪出應(yīng)力分布圖。4、實驗值與理論值的比較測點理論值（MPa）實際值（MPa）相對誤差12345七、思考題1、影響實驗結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素是什么？2、彎曲正應(yīng)力的大小是否受彈性模量E的影響？3、實驗時沒有考慮梁的自重，會引起誤差嗎？為什么？梁彎曲的正應(yīng)力并未涉及材料的彈性模量E，而實測應(yīng)力值的計算卻用上了彈性模量E，為什么？實驗二壓縮實驗實驗?zāi)康呐c要求：目的測定低碳鋼的屈服極限、鑄鐵的強度極限。觀察鑄鐵在壓縮時的破壞現(xiàn)象。要求復(fù)習(xí)講課中有關(guān)材料壓縮時力學(xué)性能的內(nèi)容，閱讀本次實驗內(nèi)容。預(yù)習(xí)時思考下列問題：拉伸和壓縮時低碳鋼的屈服點是否相同？鑄鐵的強度極限是否相同？實驗設(shè)備和工具：萬能實驗機(jī)游標(biāo)卡尺和千分尺低碳鋼及鑄鐵試件試驗性質(zhì)：驗證性實驗實驗步驟和內(nèi)容：步驟測量試件直徑；選擇試驗機(jī)加載范圍；緩慢均勻加載。實驗內(nèi)容試件相關(guān)數(shù)據(jù)：試件低碳鋼試件鑄鐵試件高度截面直徑截面面積觀察數(shù)據(jù)及計算結(jié)果低碳鋼試件屈服載荷=（KN）鑄鐵試件的最大載荷=