大學(xué)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一拉伸實(shí)驗(yàn)1.測(cè)定低碳鋼(Q235)的屈服點(diǎn)σ、,強(qiáng)度極限σ。,延3.觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象(如屈服、強(qiáng)化、頸縮等),并繪制拉伸曲線。1.液壓式萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)；2.游標(biāo)卡尺；3.試樣刻線機(jī)。(1)用畫線器在低碳鋼試件上畫標(biāo)距及10等分刻線，量試件直徑，低碳鋼試件標(biāo)距。(4)打印外力和變形的關(guān)系曲線，記錄屈服載荷F=22.5kN,最大載荷F,=35kN。圖1-4低碳鋼拉伸曲線22.鑄鐵的拉伸表1-2試驗(yàn)前試樣尺寸材料直徑d?/mm橫截面面積Ao/mm2截面I截面Ⅱ截面Ⅲ平均平均平均低碳鋼表1-3試驗(yàn)后試樣尺寸和形狀斷裂后標(biāo)距長(zhǎng)度L?/mm斷口(頸縮處最小直徑d?/mm)斷口處最小橫截面面積A?/mm2平均666試樣斷裂后簡(jiǎn)圖低碳鋼凸凹狀，即韌性杯狀斷口沿橫截面，斷面粗糙低碳鋼斷面收縮率低碳鋼延伸率3七、思考題1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出低碳鋼和鑄鐵的拉伸曲線。略2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較低碳鋼和鑄鐵的機(jī)械性能有什么不同?答：低碳鋼是典型的塑性材料，拉伸時(shí)會(huì)發(fā)生屈服，會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形，斷裂前有明顯的頸縮現(xiàn)象，拉斷后斷口呈凸凹狀，而鑄鐵拉伸時(shí)沒有屈服現(xiàn)象，變形也不明顯，拉斷后斷口基本沿橫截面，較粗糙。3.低碳鋼試樣在最大載荷D點(diǎn)不斷裂，在載荷下降至E點(diǎn)時(shí)反而斷裂，為什么?答：低碳鋼在載荷下降至E點(diǎn)時(shí)反而斷裂，是因?yàn)榇藭r(shí)實(shí)際受載截面已經(jīng)大大減小，實(shí)際應(yīng)力達(dá)到材料所能承受的極限，在最大載荷D點(diǎn)實(shí)際應(yīng)力比E點(diǎn)時(shí)小。4實(shí)驗(yàn)二壓縮實(shí)驗(yàn)1.測(cè)定低碳鋼的壓縮屈服極限和鑄鐵的壓縮強(qiáng)度極限。2.觀察和比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料萬能材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺、低碳鋼和鑄鐵壓縮試件。1.用游標(biāo)卡尺量出試件的直徑d和高度h。2.把試件放好，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)，使上壓頭處于適當(dāng)?shù)奈恢?，空隙小?0mm。3.運(yùn)行試驗(yàn)程序，加載，實(shí)時(shí)顯示外力和變形的關(guān)系曲線。4.對(duì)低碳鋼試件應(yīng)注意觀察屈服現(xiàn)象，并記錄下屈服載荷F=22.5kN。其越壓越扁，壓到一定程度(F=40KN)即可停止試驗(yàn)。對(duì)于鑄鐵試件，應(yīng)壓到破壞為止，記下最大載荷F=35kN。打印壓縮曲線。5.取下試件，觀察低碳鋼試件形狀：鼓狀；鑄鐵試件，沿45°~55°方向破壞。圖2-1低碳鋼和鑄鐵壓縮曲線表2-1壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果材料直徑屈服載荷最大載荷屈服極限強(qiáng)度極限碳鋼鑄鐵——————————5五、思考題6實(shí)驗(yàn)六純彎曲梁正應(yīng)力測(cè)定1.測(cè)定梁在純彎曲時(shí)橫截面上的正應(yīng)力分布，驗(yàn)證平面假設(shè)理論和彎曲正應(yīng)力公式。2.學(xué)習(xí)電測(cè)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)方法。1.簡(jiǎn)支梁及加載裝置。2.電阻應(yīng)變儀。3.直尺，游標(biāo)卡尺。根據(jù)彎曲梁的平面假設(shè)沿著梁橫截面高度的正應(yīng)力分布規(guī)律應(yīng)當(dāng)是直線。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，我們?cè)诹旱募儚澢蝺?nèi)粘貼7片電阻應(yīng)變片：1*、2*、3*、4*、5*、6、7*,見指導(dǎo)書中圖，由應(yīng)變儀測(cè)出讀數(shù)即知道沿著梁橫面高度的正應(yīng)力分布規(guī)律。1.用游標(biāo)卡尺測(cè)量梁的尺寸b和h,用鋼尺量梁的支點(diǎn)至力作用點(diǎn)的距離d。2.將各點(diǎn)的應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片以半橋的形式接入應(yīng)變儀。被測(cè)應(yīng)變片接在AB上，補(bǔ)償片接在BC上。儀器操作步驟：1)半橋測(cè)量時(shí)將D?DD?接線柱用連接片連接起來并旋緊。2)將標(biāo)準(zhǔn)電阻分別與A、B、C接線柱相連。3)接通電源開關(guān)。4)按下“基零”鍵儀表顯示“0000”或“一0000”(儀表內(nèi)部已調(diào)好)。5)按下“測(cè)量”鍵，顯示測(cè)量值，將測(cè)量值調(diào)到“0000”或“一0000”。6)按下“標(biāo)定”鍵儀表顯示-10000附近值，按照所使用應(yīng)變片靈敏度K=2.17,調(diào)節(jié)靈敏度使顯示為-9221。7)將“本機(jī)、切換”開關(guān)置“切換”狀態(tài)。主機(jī)的A、B、C接線柱上的標(biāo)準(zhǔn)電阻去掉，將各被測(cè)量應(yīng)變片一端分別與左上對(duì)應(yīng)的各A(Ay~A?)接線柱相連，公共輸出端與一B接線柱相連，溫度補(bǔ)償片接在B、被測(cè)點(diǎn)(應(yīng)變片號(hào))6421357接線端子(通道號(hào))123456778)切換開關(guān)，按次序所有點(diǎn)的平衡都調(diào)節(jié)在0000或-0000值上。9)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使梁加載荷，逐點(diǎn)測(cè)量、記錄應(yīng)變值。采用增量法加載，每次0.5kN。注意不能超載。10)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。卸載，儀器恢復(fù)原狀。表6-1試樣尺寸及數(shù)據(jù)記錄梁寬b梁高h(yuǎn)慣性矩I測(cè)點(diǎn)至中心軸的距離(mm)d64213570載荷F6421357讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量00000000000000-1300增量平均值-32.5-24.5-16.250試驗(yàn)值-7.02-5.23-3.510理論值-7.03-5.27-3.520誤差%08七、思考題1.分析試驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因。答：電阻應(yīng)變儀本身精度，使用時(shí)調(diào)零、標(biāo)定等不準(zhǔn)確，載荷顯示誤差，尺寸測(cè)量誤差，材料特性誤差。2.比較應(yīng)變片6”和7*(或應(yīng)變片4*和5*)的應(yīng)變值，可得到什么結(jié)論?答：應(yīng)變片6”和7*(或應(yīng)變片4*和5*)的應(yīng)變值大小相等，符號(hào)相反。3.本實(shí)驗(yàn)中對(duì)應(yīng)變片的柵長(zhǎng)有無要求?為什么?答：沒有，因?yàn)榧儚澢?，沿軸向截面上彎矩?zé)o變化，應(yīng)力、應(yīng)變也無變化。4.實(shí)驗(yàn)中彎曲正應(yīng)力大小是否受材料彈性模量E的影響。答：實(shí)際中彎曲正應(yīng)力大小不受材料彈性模量E的影響。但是實(shí)驗(yàn)中彎曲正應(yīng)力大小受材料彈性模量E的影響，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中所得的彎曲正應(yīng)力是由所測(cè)應(yīng)變和材料彈性模量E計(jì)算得的，若E給出比實(shí)際大，則計(jì)算應(yīng)力也比實(shí)際的大。9實(shí)驗(yàn)七彎扭組合變形時(shí)的應(yīng)力測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用電測(cè)法測(cè)定平面應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力大小及其方向，并與理論值進(jìn)行比較。2.測(cè)定彎扭組合變形桿件中的彎矩和扭矩分別引起的應(yīng)變，并確定內(nèi)力分量彎矩和扭矩的實(shí)驗(yàn)值。3.進(jìn)一步掌握電測(cè)法和應(yīng)變儀的使用。了解半橋單臂，半橋雙臂和全橋的接線方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.彎扭組合實(shí)驗(yàn)裝置。2.電阻應(yīng)變儀。三、實(shí)驗(yàn)原理和方法彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)裝置示，見指導(dǎo)書中圖。I-I截面為被測(cè)位置，取其前、后、上、下的A、B、C、D為被測(cè)的四個(gè)點(diǎn)，其應(yīng)力狀態(tài)見下左圖(截面I-I的展開圖)。每點(diǎn)處按-45°、0、+45°方向粘貼一片45°的應(yīng)變花，將截面I-I展開如下右圖所示。A,B,C,D點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法1.確定主應(yīng)力大小及方向：彎扭組合變形薄壁圓管表面上的點(diǎn)處于平面應(yīng)力狀態(tài)，用應(yīng)變花測(cè)出三個(gè)方向的線應(yīng)變?cè)賾?yīng)用廣義胡克定律即可求出主應(yīng)力的大小和方向。(a)截面I-I(b)彎矩(d)扭矩W—薄W—薄壁圓管橫截面的抗彎截面模量用A、C兩測(cè)點(diǎn)沿±45°方向的四片應(yīng)變組成全橋測(cè)量線路，可測(cè)得扭矩引起的主應(yīng)變0.1kN初載荷調(diào)零0.2kN,0.3k載荷應(yīng)變讀數(shù)εa(μεABF-45°-45°011-127-19032-250Ea增量平均值(μ?)-62.33-15.33表7-2I—I截面上彎矩和扭矩引起的應(yīng)變載荷(kN)讀數(shù)應(yīng)變?chǔ)興s(μe)F彎矩Eds扭矩EdsEa增量平均實(shí)驗(yàn)值理論值誤差A(yù)BABAB4-44.77-16.71-16.83誤差：0.33%截面上的扭矩實(shí)驗(yàn)值：誤差：0.11%1.用電測(cè)法測(cè)量主應(yīng)力時(shí)，其應(yīng)變花是否可以沿測(cè)點(diǎn)的任意方向粘貼?為什么?答：理論上可以，但沒有現(xiàn)成公式可用，測(cè)彎矩扭矩又需要0°和±45°應(yīng)變。2.測(cè)量單一內(nèi)力分量引起的應(yīng)變，還可以采用哪幾種橋路接線·?一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈?、理論?jì)算1.疊梁剪力Q及彎矩M。EI?=KE?I?由(6)、(7)兩式可以看出兩梁的彎鉅成比例關(guān)系，上梁占截面總彎矩的,并假設(shè)兩梁材料相同，即E?=E?,M=M?下下梁上梁正應(yīng)變鋼鋼楔塊鋼正應(yīng)變鋼鋼鋼鋁楔塊鋼-0.70855I12)I高度/cm-2.1255021相關(guān)系數(shù)r2.選取線性較好和比較符合理論分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理利用直線擬合，可以得到實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各高度相應(yīng)的線性回歸值，而理論值可由前面的理論分析推知，則上梁和下梁各高度相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力、實(shí)驗(yàn)擬合應(yīng)力以及理論應(yīng)力可表2應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)值、擬合值及理論值實(shí)驗(yàn)值-66.5-64.89-32.8鋼鋼疊梁應(yīng)擬合值-64.27理論值0二實(shí)驗(yàn)值-31.5-30.73-17.85-0.715.54梁鋼鋁疊梁應(yīng)楔塊鋼疊梁擬合值理論值實(shí)驗(yàn)值擬合值理論值-42.29-40.44-41.82-40.44-26.6504.01實(shí)驗(yàn)值-340.20633.1762.8362.83鋼鋼疊梁應(yīng)擬合值-32.96-0.61831.7264.0764.071實(shí)驗(yàn)值-48.20.41246.1495.7994.76梁鋼鋁疊梁應(yīng)楔塊鋼疊梁擬合值理論值實(shí)驗(yàn)值擬合值理論值-49.39-0.920各疊梁應(yīng)力沿高度分布圖如下：梁上梁-319-444.5下梁-27.70