工程力學(xué)實驗指導(dǎo)書(建環(huán))

1、.工程力學(xué)實驗指導(dǎo)書（建環(huán)、給排水、包裝工程）2016年 9月 目 錄實驗一 金屬材料的拉伸實驗2實驗二 金屬材料的壓縮實驗5實驗三 彎曲正應(yīng)力電測實驗8實驗一金屬材料的拉伸實驗一、實驗?zāi)康暮鸵?、 觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中的力與變形的關(guān)系。2、測定低碳鋼拉伸時的屈服極限；強(qiáng)度極限，伸長率和截面收縮率3、測定鑄鐵的強(qiáng)度極限。4、比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）拉伸時的力學(xué)性質(zhì)。5、了解CMT微機(jī)控制電子萬能實驗機(jī)的構(gòu)造原理和使用方法。二、實驗裝置和原理實驗儀器設(shè)備：CMT微機(jī)控制電子萬能實驗機(jī)、游標(biāo)卡尺、拉伸試件。試件制備：實驗采用的圓截面短比例試件按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 228-

2、2002)制成，如圖1-1所示。這樣可以避免因試件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為試件直徑，L0為試件的標(biāo)距，并且短比例試件要求L0=5d0。圖1-1實驗原理：試件夾持在夾具上，點擊試件保護(hù)鍵，消除夾持力，調(diào)節(jié)拉力作用線，使之能通過試件軸線，實現(xiàn)試件兩端的軸向拉伸。試件在開始拉伸之前，設(shè)置好保護(hù)限位圈，微機(jī)控制系統(tǒng)首先進(jìn)入POWERTEST3.0界面。試件在拉伸過程中，POWERTEST3.0軟件自動描繪出一條力與變形的關(guān)系曲線如圖12，低碳鋼在拉伸到屈服強(qiáng)度時，取下引伸計，試件繼續(xù)拉伸，直至試件被拉斷。低碳鋼試件的拉伸曲線(圖12a)分為四個階段彈性

3、、屈服、強(qiáng)化、頸縮四個階段。鑄鐵試件的拉伸曲線(圖12b)比較簡單，既沒有明顯的直線段，也沒有屈服階段，變形很小時試件就突然斷裂，斷口與橫截面重合，斷口形貌粗糙。抗拉強(qiáng)度b較低，無明顯塑性變形。與電子萬能實驗機(jī)聯(lián)機(jī)的微型電子計算機(jī)自動給出低碳鋼試件的屈服載荷Fs。、最大載荷Fb和鑄鐵試件的最大載荷Fb。 圖 12三、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理實驗步驟：1測量試件的初始直徑d0和初始標(biāo)距長度l0：在試件標(biāo)距段的兩端和中間三處測量試件直徑，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件的初始直徑d0。測量低碳鋼試件的初始標(biāo)距長度l0。2依次打開實驗機(jī)、計算機(jī)，按軟件啟動方式進(jìn)入軟件

4、POWERTEST3.0界面。4在輸入用戶參數(shù)窗口選擇實驗方案。金屬拉伸實驗（引伸計）。并設(shè)置好用戶參數(shù)、圖形坐標(biāo)、結(jié)果參數(shù)等。 5輸入試件尺寸、試件標(biāo)距及相關(guān)實驗參數(shù)，可以一次輸入一根試件的尺寸，也可以一次輸入所有試件尺寸。6在實驗機(jī)上裝夾低碳鋼試件：先用上夾頭卡緊試件一端，試件端頭部分伸入V形夾具2/3的位置，然后提升實驗機(jī)移動橫梁，使試件下端緩慢插入下夾頭的V形夾具中，鎖緊下夾頭。并設(shè)置好限位圈的位置。7點擊主機(jī)小鍵盤上的試件保護(hù)鍵，消除夾持力。8在試件的實驗段上安裝引伸計，引伸計的接線端朝下。注意安裝后須輕輕拔出引伸計定位銷釘。9實驗力清零、位移清零。10運行實驗，軟件自動切換到實驗界

5、面。 11觀察實驗過程，當(dāng)變形達(dá)到實驗方案設(shè)置的引伸計切換點時，即低碳鋼達(dá)到了屈服點，程序有提示窗口，實驗進(jìn)入力保持狀態(tài)，取下引伸計，然后關(guān)掉提示窗口，實驗繼續(xù)運行，直到試件被拉斷。由于實驗力小于最小入口力實驗機(jī)自動停機(jī)。12實驗結(jié)束，在實驗教師指導(dǎo)下，根據(jù)變形和力、位移和力的圖形讀取實驗數(shù)據(jù)，并取下被拉斷的試件，觀察破壞斷口，測量相關(guān)尺寸。13鑄鐵的拉伸實驗不用使用引伸計，其他的實驗步驟同低碳鋼的拉伸實驗相同。 14經(jīng)實驗指導(dǎo)教師檢查實驗結(jié)果后，結(jié)束實驗并整理實驗現(xiàn)場。數(shù)據(jù)處理：取下拉斷的試件測量試件斷后最小直徑d1和斷后標(biāo)距 l1，由下述公式 ， ， ，可計算低碳鋼的拉伸屈服點s。、抗拉強(qiáng)

6、度b、伸長率，和斷面收縮率；鑄鐵的抗拉強(qiáng)度b。四、 實驗注意事項1為避免損傷實驗機(jī)的夾具，同時防止鑄鐵試件脆斷飛出傷及操作者，應(yīng)注意夾持試件時，橫梁移動速度要慢，使試件下端緩慢插入下端的V形夾具中，試件下端不要夾持過長，進(jìn)入夾槽2/3即可，以免損壞移動橫梁。2為保證實驗順利進(jìn)行，實驗時要讀取正確的實驗條件，嚴(yán)禁隨意改動計算機(jī)的軟件配置。3裝夾、拆卸引伸計時，要注意插好定位銷釘，到了引伸計的切換點時要注意拔出定位銷釘，以免損壞引伸計。實驗二金屬材料的壓縮實驗一、 實驗?zāi)康暮鸵?、測定低碳鋼的壓縮屈服點s和鑄鐵的抗壓強(qiáng)度c。2、觀察鑄鐵材料在壓縮時的變形和試件斷口情況，并分析其破壞原因。二、實驗

7、裝置和原理實驗儀器設(shè)備： CMT微機(jī)控制電子萬能實驗機(jī)、數(shù)顯游標(biāo)卡尺、壓縮試件。試件制備：金屬材料的壓縮試件一般制成如圖21所示的圓柱形。且試件不宜過長（過長容易被壓彎），也不宜過于粗短（過于粗短則試件兩端面受摩擦力影響的范圍過大）。所以，國家標(biāo)準(zhǔn)一般規(guī)定：h0=(12) d0式中：h0壓縮試件的高度d0壓縮試件的原始橫截面直徑 h0 d0 圖21實驗原理：實驗機(jī)的下壓板是個球面承墊，當(dāng)試件兩端稍有不平時，球面承墊可以轉(zhuǎn)動而調(diào)節(jié)壓力作用線，使之能通過試件軸線，實現(xiàn)試件兩端的軸向壓縮。試件在開始壓縮之前，微機(jī)控制系統(tǒng)首先進(jìn)入POWERTEST3.0界面，試件在壓縮過程中，POWERTEST3.0

8、軟件自動描繪出一條力與變形的關(guān)系曲線圖。 進(jìn)行低碳鋼壓縮實驗時，為測取材料的壓縮屈服點s。，應(yīng)緩慢加載，同時仔細(xì)觀察Fl曲線的發(fā)展情況，由直線變?yōu)榍€的拐點處所對應(yīng)的載荷即為屈服載荷Fs。材料屈服之后開始強(qiáng)化，由于壓縮變形使試件的橫截面積不斷增大，盡管載荷不斷增大，但是，直至將試件壓成餅形也不會發(fā)生斷裂破壞，如圖2-2所示。因此無法測量低碳鋼的抗壓強(qiáng)度Fb，壓縮實驗載荷變形曲線如圖2-2所示。 圖2-2 圖2-3鑄鐵在壓縮到強(qiáng)度極限載荷Fb之前要產(chǎn)生較大的變形。試件由圓柱形被壓縮成微鼓形直至破裂。鑄鐵破壞時，由于剪應(yīng)力的作用，破壞面出現(xiàn)在與試件軸線約成4550的斜面上。如圖2-3所示。因此，可

9、知上述破壞是由最大切應(yīng)力引起的。仔細(xì)觀察試件斷口的表面，可以清晰地看到材料受剪切錯動的痕跡。三、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理實驗步驟：1. 測量試件尺寸：用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量試件中截面兩個互相垂直方向的直徑各一次，取其平均值作為試件原始直徑d0的值。測量試件原始高度h0的值一次。2. 把試件放置在實驗機(jī)球形支承座的中心位置上，設(shè)置限位保護(hù)，將限位桿上的擋圈調(diào)整到合適位置。 3依次打開實驗機(jī)主機(jī)、計算機(jī)。按軟件啟動方式進(jìn)入軟件POWERTEST3.0界面。4在輸入用戶參數(shù)窗口選擇實驗方案，金屬壓縮實驗。并設(shè)置好用戶參數(shù)、圖形坐標(biāo)、結(jié)果參數(shù)等。5輸入試件尺寸及相關(guān)實驗參數(shù)，可以一次輸入一個試件的尺寸，也可以一

10、次輸入所有試件尺寸。6實驗力清零、位移清零。通過小鍵盤調(diào)節(jié)橫梁位置，通過肉眼觀察，直到上壓盤離試件上平面還有一定縫隙時停止。7位移清零。運行實驗，軟件自動切換到單圖界面，觀察實驗過程。注意鑄鐵破壞時，即出現(xiàn)裂縫時要及時關(guān)機(jī)，否則試件會壓成粉末，損壞實驗機(jī)。實驗結(jié)束，在實驗教師指導(dǎo)下讀取實驗數(shù)據(jù)，并觀察破壞的情況，比較兩種不同材質(zhì)的異同。8經(jīng)實驗指導(dǎo)教師檢查實驗結(jié)果后，退出實驗軟件，依次關(guān)閉計算機(jī)、實驗機(jī)，清理實驗現(xiàn)場。數(shù)據(jù)處理：由于低碳鋼的壓縮實驗不會發(fā)生斷裂破壞，因此無法測量低碳鋼的抗壓強(qiáng)度Fb，只能根據(jù)公式計算屈服強(qiáng)度，即。鑄鐵是脆性材料，沒有屈服強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度Fb，即。四、 實驗注意事

11、項1、請盡量將試件放在壓盤的中心，如放偏的話對實驗結(jié)果甚至是實驗機(jī)都有影響。2、請小心調(diào)節(jié)橫梁，當(dāng)橫梁接近時用小鍵盤慢上慢下鍵調(diào)節(jié)，以免速度過快，不小心頂壞力傳感器。特別小心手不要放在壓盤中間，以免造成事故。3、壓縮實驗在進(jìn)行中，人不要正對著實驗機(jī)的方向觀察實驗，以免發(fā)生危險。實驗三 彎曲正應(yīng)力電測實驗一、 實驗?zāi)康暮鸵?、學(xué)習(xí)使用應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀測定靜態(tài)應(yīng)力的基本原理和方法。2、測定梁在純彎曲下的彎曲正應(yīng)力及其分布規(guī)律，驗證彎曲正應(yīng)力公式的適用范圍。二、實驗裝置和原理實驗儀器設(shè)備：微機(jī)控制DZ8008電子材料實驗臺、微機(jī)控制BZ8001型多功能采集儀、純彎曲梁、電阻應(yīng)變片、連接導(dǎo)線及鋼尺

12、。實驗裝置：本實驗的測試對象為低碳鋼制矩形截面簡支梁，其實驗裝置如圖31所示。 實驗原理：電測法基本原理：是用電阻應(yīng)變片測定構(gòu)件表面的線應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變應(yīng)力關(guān)系確定構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種應(yīng)力分析實驗方法。本實驗的加載方式如圖42所示。由材料力學(xué)可知，鋼梁CD段將承受純彎曲，其彎矩大小為h12345aaaabABCD 圖32橫截面上彎曲正應(yīng)力公式為式中y為被測點到中性軸Z的距離，IZ為梁截面對Z軸的慣性矩。 通過組合實驗臺架上的加載手輪對簡支梁加載，在純彎曲段段對稱于中性層每隔一個與軸線平行的電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片3粘貼在梁的中性層處。當(dāng)梁受載時，應(yīng)變片隨梁變形而變形，由電阻應(yīng)變儀測得各點處的應(yīng)變值

13、，在彈性范圍內(nèi)，由胡克定律知應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系：式中E為鋼梁的彈性模量。由彎曲應(yīng)力公式，又可算出各點應(yīng)力的理論值。于是可將實測值和理論值進(jìn)行比較。實驗采用增量法。每增加等量載荷P，測得各點相應(yīng)的應(yīng)變增量一次。因每次P相同，故應(yīng)是基本上按比例增加。三、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理實驗步驟：1試件準(zhǔn)備測量鋼梁橫截面尺寸，準(zhǔn)確地把鋼梁擱在DZ8008電子材料實驗臺的支座上，測量兩端支座到受力點段的距離，兩者應(yīng)嚴(yán)格相同。如圖41所示。2儀器準(zhǔn)備和接線接通電阻應(yīng)變儀電源，檢查電阻應(yīng)變儀靈敏系數(shù)K儀，K儀應(yīng)與應(yīng)變片靈敏系數(shù)K片值一致，若不一致則須調(diào)整。本實驗采用1/4橋接線法，將公共線接在A接線柱上，其余的線按順序都接在B接線柱上。3正式實驗：打開“BZ2205C靜態(tài)應(yīng)變采集分析系統(tǒng)”軟件，先將實驗機(jī)預(yù)熱20分鐘，串口選擇設(shè)置為串口2，設(shè)置靈敏系數(shù)為2，本實驗采用的是十個測點靜態(tài)應(yīng)變采集儀。在開始實驗前，先查看設(shè)置是否正確，然后平衡、測量，開始加載測量，根據(jù)材料的許可應(yīng)力和實驗裝置的有關(guān)尺寸，擬定實驗機(jī)加載方案，用加載手輪加載，本實驗以力控制，初載荷P0=0.5kN，初載測量完成之后，要在進(jìn)行一次平衡和測量，使應(yīng)變值為0，然后開始正式加載，加載速度為10N/S，每增加P=0.5kN，保載40S，依次記錄各點相應(yīng)的應(yīng)變值，并應(yīng)隨時檢查每級是否大致