工程力學實驗大全集

工程力學實驗大全集

班級：__________________

學號：__________________

姓名：__________________

§1試驗機操作練習實驗報告

一、實驗目的

二'實驗設備

三、思考題（見實驗指導書必做）

2低碳鋼和鑄鐵拉伸實驗報告

一、實驗目的

二、實驗設備

三、試件形狀簡圖

四'實驗數(shù)據(jù)

表1實驗前試件原始尺寸記錄

標距直徑do(mm)最小橫截面

材料Lo橫截面I橫截面II橫截面III面積

(mm)(1)⑵平均(1)(1)平均(1)(1)平均Ao(mm2)

低碳鋼

鑄鐵

表2實驗后低碳鋼尺寸記錄

材料標距Li(mm)斷口直徑di(mm)斷口截面積Aimm2

低碳鋼

表3測算低碳鋼彈性彈性模量E的實驗記錄(從力一變形關系圖上去查得)

載荷月引伸儀標距長變形量增量單項彈性模量(Gpa)

度內(nèi)的變形量

E「皿。

(KN)

A/,(mm)(mm)川△/)小

i/i/ii

0000

11

121

22

242

33

363

44

484

55

5105

612666

AP=2KN引伸儀標距/o=50mm

表4測定屈服載荷和極限載荷的實驗記錄

材料屈服載荷P,（KN）極限載荷Pb（KN）

低碳鋼

鑄鐵

五、低碳鋼試件拉伸時主要力學性能的計算結(jié)果

1.彈性模量E」￡E=_____________Gpa

nM

Ps

2.屈服極限a=—=___________________Mpa

sAo

Ph

3.強度極限o.=——=Mpa

bAo

4.延伸率5=八一3100%=_____________%

Lo

AA

5.截面收縮率v=°-'xlOO%=%

Ao

六、鑄鐵試件拉伸時主要力學性能的計算結(jié)果

強度極限ob=—=Mpa

七、思考題（見實驗指導書必做）

§3低碳鋼和鑄鐵壓縮實驗報告

一、實驗目的

二、實驗設備

三、試件形狀簡圖

四'實驗數(shù)據(jù)

試件幾何尺寸及測定屈服和極限載荷的實驗記錄

試件幾何尺寸屈月艮極限

材最小面高度載荷載荷

料

直徑do(mm)積AohoPS(KN)Pb(KN)

(mm2)(mm)

低平II平III平

碳12均12均12均

鋼

平平平\

IIIII

鑄

12均12均12均

鐵\

五、試件壓縮時主要力學性能的計算結(jié)果

1.低碳鋼屈服極限＜y=—=___________________________Mpa

sAo

p.

2.鑄鐵強度極限cb=—=_____________________________Mpa

Ao

六'思考題（見實驗指導書必做）

§4低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗報告

一、實驗目的

二、實驗設備

三、試件形狀簡圖

四'實驗數(shù)據(jù)

表1試件幾何尺寸

彳氐碳鋼均值鑄鐵均值

11

截面截面

平均1平均1

22

直徑

1直徑1

截面2截面2

do22

d0

11

(mm)截面3(mm)截面3

22

最小平均直徑d(mm)

最小平均直徑d0(mm)0

橫截面積A。(mm2)橫截面積A。(mm;:)

33

抗扭截面系數(shù)Wnl(mm)抗扭截面系數(shù)W?2(mm)

表2測定屈服和極限扭矩的實驗記錄

材料屈服扭矩T.(N-m)極限扭矩T?(N?m)

低碳鋼

鑄鐵

五、試件扭轉(zhuǎn)時主要力學性能的計算結(jié)果

1.低碳鋼剪切屈服極限八=32>=______________

______________Mpa

4%

2.低碳鋼剪切強度極限外='臺=_____________

Mpa

3.鑄鐵剪切強度極限/=二=________________

_______________Mpa

叫2

六、思考題（見實驗指導書必做）

§5梁的純彎曲實驗報告

一、實驗目的

二、實驗設備名稱及型號

三、測試裝置的力學模型

四'實驗記錄數(shù)據(jù)

表1.試件尺寸及裝置尺寸

加力器到支

試件彈性模量梁高度梁寬度梁跨度L慣性矩放大倍

座的距離a

材料E(GP“)h(cm)b(cm)(cm)Iy(cm')數(shù)K

(cm)

表2.試件測點位置

測點編號12345

測點坐標z/mm)

表3.測定應變￡實驗記錄

測點1測點2測點3測點4測點5

P(N)△P(N)

€lA￡I€2AE283A￡3￡4AE4￡5A￡5

XIO-6X106xio-6XIO6xio-6XIO-6XIO-XIO6XIO-6xio-6

10

20

30

40

50

A,=Ae2=

AP=(N)As,=AE4=As,=

xio6X106XIO6XIO^■XIO'6

-K\Pa

△M=

2

五'計算結(jié)果

1.各點正應力增量實，理論值△叫理及相對誤差

測點編號12345

實驗正應力增量△。改1頭=E?底i

理論應力增量理="上

1丫

/

相對誤差3=△叫里二甌買*100%

△6理

2.用上表測點的Ab實和Ab理繪成沒截面高度Z的變化曲線。

ACT

Z

六'思考題（見實驗指導書必做）

實驗一測定金屬材料拉伸時的力學性能

實驗日期年—月—日

指導教師同組成員____________________________________________

一、實驗目的

二、實驗設備（規(guī)格、型號）

三、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

低碳鋼試件

試樣尺寸實驗數(shù)據(jù)

實驗前：屈服載荷K=

標距/=kN

mm

最大載荷Fb=

直徑d=kN

mm屈服應力cr=—=

sA

橫截面面積A=

MPa

mm2

實驗后：抗拉強度仆="=

bA

標距/,=

MPa

mm

伸長率s=±XxlOO%=

最小直徑&=

mmA

斷面收縮率w=一4X1OO%=

A

橫截面面積4=mm2

試樣草圖拉伸圖

實驗前:Ff

實驗后:

0

M

灰鑄鐵試件

試樣尺寸實驗數(shù)據(jù)

實驗前：

最大載荷Fb=

直徑d=kN

mm

一至一

抗拉強度%a―/一

橫截面面積/=A

mm2MPa

試樣草圖拉伸圖

實驗前:

實驗后:

0

四、實驗結(jié)果分析討論

實驗二測定金屬材料壓縮時的力學性能

實驗日期年—月—日

指導教師（簽字）同組成員

一、實驗目的

二、實驗設備（規(guī)格、型號）

三、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

材

低碳鋼灰鑄鐵

料

試

樣d=mm,A=d=mm,A=

尺mm2mm2

寸

實驗前實驗后實驗前實驗后

試

樣11

草

圖d_d_

■A??

實屈服載荷久=最大載荷加=

驗kNkN

數(shù)

屈服應力4=乙=抗壓強度%=組=

據(jù)

sAbA

MPaMPa

FF1

壓

縮

圖

OMO

△/

四、實驗結(jié)果分析討論

實驗三金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實驗

實驗日期年—月—日

指導教師（簽字）同組成員

一、實驗目的

二、實驗設備（規(guī)格、型號）

三、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

材料低碳鋼灰鑄鐵

試樣

d=mm,Wn==cl=mm,=

P16P16

尺寸

mm3mm3

試

卜，，八j

—L；---21鄉(xiāng)_------—“:-------d16---

樣實驗前：實驗前：

草實驗后：實驗后：

圖

屈服扭矩Ts=

N-m

最大扭矩T=

b最大扭矩

實Tb=

N-mN?m

驗

屈服切應力八=二=

數(shù)

%抗切強度6="=MPa

據(jù)

MPa%

抗切強度Th=—=

%

MPa

T'T1

捫

轉(zhuǎn)

圖

0N(pON(p

四、實驗結(jié)果分析討論

實驗四測定金屬材料的彈性模量E

實驗日期年—月—日

指導教師（簽字）同組成員

一、實驗目的

二、實驗設備（規(guī)格、型號）

三、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

試樣尺寸：厚h=mm,寬b=mm,橫截面面積4=

mm2

載荷（N）應變讀數(shù)（口￡）

F讀增量應變片R\讀數(shù)應變片及讀數(shù)增量/

增量/￡]

數(shù)△F￡1￡2￡2

增量均值赤=N增量均值或=

彈性模量E=B^xl()6=GPa

A?卜￡

四、誤差原因及分析

實驗五矩形截面梁的純彎曲正應力電測實驗

實驗日期年—月—日

指導教師（簽字）同組成員

一、實驗目的

二、實驗設備（規(guī)格、型號）

三、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理

4

試樣尺寸及材料參數(shù)：a=mm,h=mm,h=mm,/z=mm,E=

GPa

、^測點應變

1點2點3點4?八占、、5點

y=y=y=y=y=

載荷（N?''、

mmmmmmmmmm

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

△￡［二

NA^2=Aj=NE4~A￡5=

b實=EM(MPa

)

理(MPa)

A

誤差（％）

四、誤差原因及分析

一、拉伸實驗報告標準答案

實驗目的:

見教材。

實驗儀器

見教材。

實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理:

例：（一）低碳鋼試件

試驗前試驗后

最小平均直徑d=10.14mm最小直徑d=5.70mm

截面面積A=80.71mm2截面面積A尸25.50mm2

計算長度L=100mm計算長度L,=133.24mm

試驗前草圖試驗后草圖

11丁_______I_____________廠

1____1-------------------------------1____

強度指標:

Ps=22.1KN屈服應力。=P/A273.8MP.

PK=33.2KN強度極限。b=R/A411.3MP.

塑性指標:

A-A\

伸長率b=f±xlOO%=33.24%面積收縮率y=J^xlOO%=68.40%

A

低碳鋼拉伸圖:

（二）鑄鐵試件

試驗前試驗后

最小平均直徑d=10.16mm最小直徑d=10.15mm

截面面積A=81.03mm2截面面積A尸80.91mm2

計算長度L=100mm計算長度L產(chǎn)100mm

試驗前草圖試驗后草圖

11_______□□1

強度指標：

最大載荷R=14.4KN

強度極限。b=R/A=177.7MP.

問題討論：

1、為何在拉伸試驗中必須采用標準試件或比例試件，材料相同而長短不同的試件延伸率是

否相同？

答:拉伸實驗中延伸率的大小與材料有關,同時與試件的標距長度有關.試件局部變形較大

的斷口部分,在不同長度的標距中所占比例也不同.因此拉伸試驗中必須采用標準試件或

比例試件,這樣其有關性質(zhì)才具可比性.

材料相同而長短不同的試件通常情況下延伸率是不同的（橫截面面積與長度存在某種

特殊比例關系除外）.

2、分析比較兩種材料在拉伸時的力學性能及斷口特征.

答:試件在拉伸時鑄鐵延伸率小表現(xiàn)為脆性,低碳鋼延伸率大表現(xiàn)為塑性;低碳鋼具有屈服

現(xiàn)象,鑄鐵無.低碳鋼斷口為直徑縮小的杯錐狀，且有碧的剪切唇,斷口組織為暗灰色纖維狀

組織。鑄鐵斷口為橫斷面,為閃光的結(jié)晶狀組織。.

教師簽字:___________

B期:___________

二、壓縮實驗報告標準答案

實驗目的:

見教材。

實驗原理:

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理:

例：（一）試驗記錄及計算結(jié)果

材料低碳鋼鑄鐵

直徑d=75mm直徑d=15mm

試件尺寸長度L=20mm長度L=20mm

面積A=176.63mm2面積A=176.63mm

試驗前

試件形_______

狀草圖

試驗后

屈服載荷

Ps=49KN

屈服應力o=277.4MP,

最大載荷P?=153KN

抗壓強度

ob=866.2MP.

問題討論：

1、分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因.

第鑄鐵試件壓縮破壞,其斷口與軸線成4心~5&夾角,在斷口位置剪應力已達到其抵

抗的最大極限值,抗剪先于抗壓達到極限,因而發(fā)生斜面剪切破壞。

2、低碳鋼與鑄鐵在壓縮時力學性質(zhì)有何不同？結(jié)構(gòu)工程中怎樣合理使用這兩類不同性質(zhì)

的材料？

顰低碳鋼為塑性材料,抗壓屈服極限與抗拉屈服極限相近,此時試件不會發(fā)生斷裂,

隨荷載增加發(fā)生塑性形變;鑄鐵為脆性材料,抗壓強度遠大于抗拉強度,無屈服現(xiàn)象。

壓縮試驗時,鑄鐵因達到剪切極限而被剪切破壞。

通過試驗可以發(fā)現(xiàn)低碳鋼材料塑性好,其抗剪能力弱于抗拉;抗拉與抗壓相近。鑄

鐵材料塑性差,其抗拉遠小于抗壓強度,抗剪優(yōu)于抗拉低于抗壓。故在工程結(jié)構(gòu)中塑性

材料應用范圍廣,脆性材料最好處于受壓狀態(tài),比如車床機座。

教師簽字：—

日期：—

三、拉壓彈性模量E測定試驗報告

實驗目的:

見教材。

實驗儀器：

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理：

（-）碳鋼試件尺寸

計算長度L=100mm

直徑d=10mm

截面面積A=78.5mm2

（二）引伸儀測量記錄：

左表右表

載荷P

讀數(shù)讀數(shù)差AAi讀數(shù)人讀數(shù)差AA2

(KN)讀數(shù)A（格）

（格）（格）（格）

12

24

36

48

510

612

714

（三）數(shù)據(jù)處理結(jié)果

平均（AA）=平均（AAz）=

左右兩表讀數(shù)差平均值：（zu）=（—）；（"）=

平均伸長增量（AL）=mm

碳鋼彈性模量E=MPa

（AL-A）

問題討論：

1、試件的尺寸和形狀對測定彈性模量有無影響?為什么？

答:彈性模量是材料的固有性質(zhì),與試件的尺寸和形狀無關。

2、逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同？為什

么必須用逐級加載的方法測彈性模量？

答；逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量不相同，采用

逐級加載方法所求出的彈性模量可降低誤差,同時可以驗證材料此時是否處于彈性狀態(tài)，以

保證實驗結(jié)果的可靠性。

教師簽字：—

日期:___________

四、低碳鋼剪切彈性模量G測定實驗報告標準答案

實驗目的:

見教材。

實驗儀器：

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理:

（一）試驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果

試件尺寸

材料直徑mm標距長度Lo力臂長度L測臂長度R

碳鋼10190mm150mm150mm

123456

扭矩AM,

相對扭轉(zhuǎn)角

AM/o32AA//；￡o

\(plp7id\\(p

（二）結(jié)果比較（u=O.3）

理論計算實驗值誤差%

E

G理=-----------=GPaG實=GPa

2(1+〃)

問題討論:

1、試驗過程中,有時候在加祛碼時,百分表指針不動,這是為什么？應采取什么措施?

谷：檢查百分表是否接觸測臂或超出百分表測量上限,應調(diào)整百分表位置。

2、測G時為什么必須要限定外加扭矩大?。?/p>

答：所測材料的G必須是材料處于彈性狀態(tài)下所測取得,故必須控制外加扭矩大小。

教師簽字：—

H期:_________

五、扭轉(zhuǎn)破壞實驗報告標準答案

實驗目的:

見教材。

實驗儀器：

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理:

(-)試驗數(shù)據(jù)記錄

試件材料

尺寸

碳鋼鑄鐵

直徑d(mm)1010

計算長度L(mm)100100

抗扭截面模量mm3

200200

Wp=——。0.2d3

16

屈服扭矩Ms3￡5N?m

破壞扭矩Mb80.5N?m46.5N?m

(-)性能計算

1、碳鋼:扭轉(zhuǎn)屈服極限：Ts=—=177.3MPa

WP

扭轉(zhuǎn)強度極限2=竺=402.4MPa

WP

2、鑄鐵:扭轉(zhuǎn)強度極限：八=一=232.5MPa

WP

問題討論：

1、碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不同?分析其原因.

承碳鋼扭轉(zhuǎn)形變大,有屈服階段,斷口為橫斷面,為剪切破壞。

鑄鐵扭轉(zhuǎn)形變小,沒有屈服階段,斷口為和軸線成約45°的螺旋形曲面,為拉應力破壞。

2、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞斷口的傾斜方向與外加扭轉(zhuǎn)的方向有無直接關系?為什么？

答：有關系。

扭轉(zhuǎn)方向改變后,最大拉應力方向隨之改變,而鑄鐵破壞是拉應力破壞,所以鑄鐵斷口

和扭轉(zhuǎn)方向有關。

教師簽字:

日期:

六、純彎曲梁正應力試驗報告標準答案

實驗目的:

見教材。

實驗儀器：

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理:

例:

1、原始數(shù)據(jù)記錄:

試件材料彈性模量E載荷P距中性層試件尺寸

Y^lOmmb=20mmL=620mm

低碳鋼213GPa4000N

Y2=15mmh=40mma=150mm

靈敏系數(shù)；2.27

2、梁布片圖:

3、記錄及計算結(jié)果

載荷WON

變（U

e）X￡.￡2￡3平均值

測點\

1

2

3

4

5

6

7

4、結(jié)果比較:

應力（MPJ實驗值理論值誤差

0?0

02-28.13

0328.13

04-42.40

0542.40

06-56.25

0756.25

5、作出截面應力分布圖：（理論分布）

-56.25MPa

56.25MPa

問題討論：

實驗時未考慮梁的自重,是否會引起測量結(jié)果誤差?為什么？

普：施加的荷載和測試應變成線性關系。實驗時,在加外載荷前,首先進行了測量電路的

平衡（或記錄初讀數(shù)）,然后加載進行測量,所測的數(shù)（或差值）是外載荷引起的,與梁

自重無關。

教師簽字:一

日期：—

七、彎扭組合變形時的主應力測定實驗報告標準答案

實驗目的：

見教材。

實驗儀器：

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理:

(-)原始數(shù)據(jù)記錄

試件計算長度力臂長度載荷試件內(nèi)徑試件外徑

材料E值泊松比

L.L2(N)dD

70GPa0.33300mm200mm36mm40mm

(二)彎扭組合試驗臺裝置圖

P

（三）實驗數(shù)據(jù)記錄表格

測點A或（C）2-45?！阰°￡45°

次數(shù)

一

——平均—、平均—*平均

載荷——

初始值000

150N114-1-111

250N190-2-184

350N265-2-257

450N342-3-331

測點B或⑻￡-45°￡o°￡45。

次數(shù)

—■—?平均—?—*平均—■—*平均

載荷二二二

初始值000

150N165201-31

250N274336-52

350N383469-74

450N493604-95

（四）數(shù)據(jù)處理

求出A、B（或C'、D'）點主應力大小及方向.

利用公式：

E1+〃/—1-4r3J

"J2~（￡-45。+*+45。）——~7T~V（￡一45。~％。）+（%。-545。）

1—//[_Z72

2g。。-￡45。-￡-45°

A點或（C點）

\載

150N250N350N450N備注

計算結(jié)M

6.08/-5.7710.08/-9.5614.16/-13.3218.29/-17.14MPa

tg2a35.5238.6139.1539.58

B點或（D點）

\我

150N250N350N450N備注

計算結(jié)M

。「15.78/-1.7826.22/S.0336.64/-4.3647.17/-5.59MPa

tg2a-0.73-0.72-0.72-0.72

問題討論：

1、畫出指定A、B點的應力狀態(tài)圖.

答:

2、要測取彎曲正應力及扭轉(zhuǎn)剪應力,應如何連接電橋電路?

測取彎曲正應力測取扭轉(zhuǎn)剪應力

教師簽字:

H期:________

八、壓桿穩(wěn)定實驗報告標準答案

實驗目的：

見教材。

實驗儀器：

見教材。

實驗數(shù)據(jù)記錄及處理:

（-）原始數(shù)據(jù)記錄

試件寬度b試件厚度t試件長度L彈性模量EK￡o

20mm2mm396mm213GPa2.35fis/N

（二）實驗數(shù)據(jù)記錄表格:

￡（最大）e（最大）

無支撐p“1/2支撐

-40@￡-1750/18

應變

豎法”移￡￡

（第3次）平均備注

（第1次）（第2次）

8（mm）

0.01-24

0.02-78

0.04-170

0.06-273

0.08-354

0.10-384

0.12-393

0.14-400

(三)數(shù)據(jù)結(jié)果處理

⑴繪制P-8曲線，由此曲線及公式尸=￡'皿一￡°確定吐168.5N

P-6曲線

(2)由連續(xù)加載測試結(jié)果確定無支撐P”及二分之一點支撐Pc,值.

無支撐時：P/168.5N；二分之一點支撐時：Pers=743.ON

兀舊

⑶計算理論臨界力：理178.7N

實驗值與理論值比較:

誤差百分率='2"-x100%=6.7%

Rr理

問題討論：

壓桿穩(wěn)定實驗和壓縮實驗有什么不同？

答：不同點有:

1、目的不同:壓桿穩(wěn)定實驗測臨界力,壓縮實驗測破壞過程中的機械性能。2、試件尺寸

不同:壓桿試件為大柔度桿,壓縮試件為短粗件。

3、約束不同:壓桿試件約束可變,壓縮試件兩端有摩擦力。

4、實驗現(xiàn)象不同:壓桿穩(wěn)定實驗試件出現(xiàn)側(cè)向彎曲,壓縮實驗沒有。

5、承載力不同:材料和截面尺寸相同的試件,壓縮實驗測得的承載力遠大

于壓桿穩(wěn)實實驗測得的。

6、實驗后試件的結(jié)果不同:壓桿穩(wěn)定試件受力在彈性段,卸載后試件可以反復使用,而

壓縮件已經(jīng)破壞掉了,不能重復使用。

教師簽字:—

日期：

實驗一拉伸實驗

一'實驗目的

1.測定低碳鋼(Q235)的屈服點4,強度極限外，延伸率5,斷面收縮率

2.測定鑄鐵的強度極限分。

3.觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象(如屈服、強化、頸縮等)，并繪制拉伸曲線。

4.熟悉試驗機和其它有關儀器的使用。

二、實驗設備

1.液壓式萬能實驗機；2.游標卡尺；3.試樣刻線機。

三、萬能試驗機簡介

具有拉伸、壓縮、彎曲及其剪切等各種靜力實驗功能的試驗機稱為萬能材料試驗機，萬

能材料試驗機一般都由兩個基本部分組成；

1)加載部分，利用一定的動力和傳動裝置強迫試件發(fā)生變形，從而使試件受到力的作用,

即對試件加載。

2)測控部分，指示試件所受載荷大小及變形情況。

四、試驗方法

1.低碳鋼拉伸實驗

(1)用畫線器在低碳鋼試件上畫標距及10等分刻線，量試件直徑，低碳鋼試件標距。

(2)調(diào)整試驗機，使下夾頭處于適當?shù)奈恢?，把試件夾好。

(3)運行試驗程序，加載，實時顯示外力和變形的關系曲線。觀察屈服現(xiàn)象。。

(4)打印外力和變形的關系曲線，記錄屈服載荷￡=22.5kN,最大載荷片=35kN。

(5)取下試件，觀察試件斷口:凸凹狀，即韌性杯狀斷口。測量拉斷后的標距長￡”頸

碳鋼的計算方法相同。

六、試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

表1-2試驗前試樣尺寸

材料標距直徑do/mm橫截面