《材料力學(xué)》實驗指導(dǎo)書_百度文庫

1、江西應(yīng)用科技學(xué)院 材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書 編制人 :審核人:江西應(yīng)用科技學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院 2015 年 5 月實驗項目一 低碳鋼的拉伸實驗一、實驗?zāi)康?. 了解微機控制萬能材料試驗機的工作原理,演示試驗機的基本操作方法; 2. 測定低碳鋼的抗拉強度 b 、屈服強度 S 、伸長率 及截面收縮率 ;3. 觀察低碳鋼在拉伸過程中的現(xiàn)象和試樣的破壞特征, 分析斷口破壞原因, 繪制拉伸曲線圖 及斷口示意圖。二、實驗設(shè)備萬能材料試驗機、游標(biāo)卡尺、直尺。三、實驗原理 根據(jù)國標(biāo) GB228-99的試件形狀如圖 1-1所示,圖中 L 0所說試件的變形就是指這一段的變形。 L c 兩端是試驗機夾持的部分。試件在拉伸時

2、, 其尺寸、 較,必須按國家標(biāo)準(zhǔn) GB6397-99分為比例和定標(biāo)距兩種試樣, 表 1-1L=11.3A (長試件或 5.65A (短試件 。 A 點以前,桿件僅有彈性變形,且 P 和 L 成線性關(guān)系,即遵守虎克定律:L=EAPL(1-1 A 點以后,曲線不再保持直線,至 B 點開始屈服,以后成鋸齒形, B 點為載荷下降的最低點。 B 點的數(shù)值與試件加載速度、試件形式等有關(guān),而 B 點的數(shù)值比較穩(wěn)定,工程上常取 B 點的載荷 作為屈服載荷。因此屈服應(yīng)力 s =Ps /A。到 C 點,材料強化,曲線繼續(xù)上升,至 D 點試件開始出 現(xiàn)頸縮,載荷達到最大值 P b ,抗拉強度為:b =0b P (1

3、-2試件斷裂后,用游標(biāo)卡尺量得標(biāo)距間長度 L 1和試件收縮處面積 A 1, 則可得試件的塑性性能:=10L L L -100% (1-3 =10A A A -100% (1-4 四、實驗步驟1、試件準(zhǔn)備1在試件中段取標(biāo)距 L=10d(100mm(低碳鋼試件 ,用試樣劃線機將其劃分為10等份。 2在試件標(biāo)距范圍內(nèi)用游標(biāo)卡尺測量中間和兩端三處直徑,每處在互相垂直的兩個方向 上個測量直徑一次,選取平均直徑最小的一組作為計算截面面積用。 3根據(jù) P MAX =b A ,估計拉斷試件所需要的最大載荷。 2、試驗機的準(zhǔn)備 1學(xué)習(xí)試驗機的操作規(guī)程2根據(jù)估算的最大載荷選用相應(yīng)的測力度盤和擺錘,開機將試驗機上工

4、作臺上升 10mm 左右,把試件安裝在試驗機的上夾頭上,調(diào)整指針對零點。3移動下工作臺,安裝好試件(注意,如果試件被夾緊后,對于 30噸以上的試驗機, 不可再按動下工作臺的上升或下降按鈕,否則回?zé)龎南鹿ぷ髋_的控制電機 。 4安裝好自動繪圖裝置。3、進行實驗用規(guī)定的速度進行加載 (低碳鋼拉伸實驗, 彈性范圍內(nèi)其加載速度為 9.8N/mm2/s, 屈服后的 加載速度為 0.5N/mm2/s ,試件受力后使試驗機測力指針均勻地轉(zhuǎn)動,由自動繪圖器可觀察到試 件受力和變形的關(guān)系。當(dāng)測力指針不動或擺動時,說明材料發(fā)生流動(屈服 ,注意觀察測力指 針倒退的最小值并記錄下來, 作為實驗的流動荷載 P S 。

5、當(dāng)流動階段結(jié)束而到達 D 點時, 測力指針開始回落, D 點的數(shù)值即為極限荷載 P b ,此時試件開始發(fā)生頸縮,直到 E 點,試件最后斷裂。 五、實驗記錄及結(jié)果1、修正拉伸圖:應(yīng)該指出,繪圖器所繪制的拉伸圖其變形 L 是整個試件的伸長,并包括 試件在夾具中的滑動, 試件在開始受力時在夾具中有滑動現(xiàn)象, 故繪出的拉伸圖最初一段是曲線, 必須加以修正,即將拉伸圖直線部分向下延長,使它與橫坐標(biāo)相交,次交點即為原點。2、 對于拉斷后的低碳鋼試件,要分別求斷后的試件的標(biāo)距 L 1和頸縮處的最小直徑 d 1。根 據(jù) GB228-87中的規(guī)定,測量斷后的標(biāo)距和頸縮的直徑方法為:1將斷后的試件在斷口處緊密地對

6、接起來。2斷口若在中間的三分之一處時(將原標(biāo)距分為三等份,兩端的三分之一和中間的三 分之一 ,則可用直接測量法進行測量,即測量最外端兩線之間的距離。3如果斷口發(fā)生在兩端的三分之一處時,則許用“移位法”進行測量,其方法是:(1 在長段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點, 若從長段處 B 點到所余格數(shù)為偶數(shù)時, 則取所余格數(shù)的一半得 C 點,此時的斷后標(biāo)距為:L 1=AB+2BC。(2在長段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點,若從長段處 B 點到所余格數(shù)為數(shù)時, 則取所余格數(shù)加 1和減 1的一半得 C 和 C 1點,則斷后的標(biāo)距為:L 1=AB+BC+BC1。4測定斷面收縮率,在試

7、樣頸縮的最小處兩個互相垂直的方向上測量其直徑 d 1,計算 其斷面收縮率。5若斷口發(fā)生在標(biāo)距以外,一般認(rèn)為實驗結(jié)果無效,必須重新做實驗。六、實驗報告要求1、按照實驗報告內(nèi)容認(rèn)真填寫實驗?zāi)康摹嶒炘O(shè)備及繪制實驗前后的試樣圖、拉伸曲線圖 及試樣斷口示意圖。2、根據(jù)實驗報告中的計算公式,將測試數(shù)據(jù)逐步代入公式,寫出計算步驟,計算所求量 的結(jié)果。3、分析試件斷裂的原因。思考題1、 怎 樣測取低碳鋼材料的下屈服點、伸長率和截面收縮率及抗拉強度?2、 根 據(jù)實驗確定塑性材料的力學(xué)性能?3、 試 從低碳鋼的破壞斷口特征說明基本破壞形式的特點?4、 試 件的直徑相同而標(biāo)距長度不同,試件的伸長率和截面收縮率是否

8、相同?實驗項目二 鑄鐵的拉伸與壓縮實驗一、實驗?zāi)康?、測定鑄鐵的抗拉強度和抗壓強度。 2二、實驗設(shè)備萬能材料試驗機、游標(biāo)卡尺、直尺。 三、實驗原理 根據(jù)國標(biāo) GB228-99碳鋼拉伸試樣。按國標(biāo) GB7314-873.5倍,如圖 2-1擦力對橫向變形的影響。鑄鐵試件的拉伸圖如圖 2-2線段,曲線很快達到最大拉力,試件突然斷裂,斷裂載荷為 P b ,抗拉強度為 :b =A P b(2-1 以鑄鐵為代表的脆性材料,由于塑性變形很小,所以盡管有端面摩擦,鼓脹效應(yīng)確不明顯。 而是當(dāng)應(yīng)力達到一定的值后,試樣在與軸線大約成 450550的方向上發(fā)生破裂,其破壞示意圖 針對“零” 。1、調(diào)整好繪圖儀。2、將

9、試樣兩端涂上潤滑劑后,把試樣準(zhǔn)確地放在試驗機的支撐板中心處。3、調(diào)整好試驗機夾頭間距,按國標(biāo) GB7314-87規(guī)定中的加載速度進行加載。4、 對于鑄鐵壓縮實驗,加載到試樣破壞時(可聽見響聲立即停止實驗,以免試樣進一步 被壓碎和試驗機發(fā)生碰撞事故。5、按照規(guī)定將試驗機復(fù)原。五、實驗記錄及結(jié)果2、修正拉伸圖:應(yīng)該指出,繪圖器所繪制的拉伸圖其變形 L 是整個試件的伸長,并包 括試件在夾具中的滑動, 試件在開始受力時在夾具中有滑動現(xiàn)象, 故繪出的拉伸圖最初一段是曲 線,必須加以修正,即將拉伸圖直線部分向下延長,使它與橫坐標(biāo)相交,次交點即為原點。 3、 對于拉斷后的低碳鋼試件,要分別求斷后的試件的標(biāo)距

10、 L 1和頸縮處的最小直徑 d 1。 根據(jù) GB228-87中的規(guī)定,測量斷后的標(biāo)距和頸縮的直徑方法為:1將斷后的試件在斷口處緊密地對接起來。2斷口若在中間的三分之一處時(將原標(biāo)距分為三等份,兩端的三分之一和中間的三 分之一 ,則可用直接測量法進行測量,即測量最外端兩線之間的距離。3如果斷口發(fā)生在兩端的三分之一處時,則許用“移位法”進行測量,其方法是:(1在長段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點,若從長段處 B 點到所余格數(shù)為偶 數(shù)時,則取所余格數(shù)的一半得 C 點,此時的斷后標(biāo)距為:L 1=AB+2BC。(2在長段上從斷口處 0取基本等于短段處格數(shù) B 點,若從長段處 B 點到所余格數(shù)

11、為奇數(shù)時,則取所余格數(shù)加 1和減 1的一半得 C 和 C 1點,則斷后的標(biāo)距為:L 1=AB+BC+BC1。 4測定斷面收縮率,在試樣頸縮的最小處兩個互相垂直的方向上測量其直徑 d 1,計算 其斷面收縮率。5若斷口發(fā)生在標(biāo)距以外,一般認(rèn)為實驗結(jié)果無效,必須重新做實驗。六、實驗報告要求1、根據(jù)實驗報告要求填寫實驗?zāi)康?、實驗設(shè)備;2、根據(jù)實驗記錄計算鑄鐵的抗拉強度和抗壓強度;3、根據(jù)拉伸和壓縮實驗過程中材料的變形及破壞現(xiàn)象,繪制拉伸和壓縮曲線圖及斷口示 意圖,分析鑄鐵斷口破壞原因。思考題1、放置壓縮試樣的支承墊板的底部為什么制作成球形?2、為什么鑄鐵試樣壓縮破壞時,破壞面常發(fā)生在與軸線大致成 45

12、0550的方向上?3、試比較塑性材料和脆性材料在拉伸時的變形及破壞形式有什么不同?實驗項目三 :低碳鋼彈性模量 E 測定實驗一、實驗?zāi)康?1.測定低碳鋼的彈性模量。 2.測定低碳鋼的泊松比。 3.驗證胡克定律。二、實驗設(shè)備和儀器數(shù)字式智能靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、 游標(biāo)卡尺、 彈性模量測試 試樣、拉壓力傳感器、材料力學(xué)多功能實驗臺(如圖 3-1所 示等。三、實驗原理1.實驗原理 圖 3-1實驗裝置示意圖 1彈性模量測定金屬材料的彈性模量一般采用拉伸實驗,實驗試樣的尺寸規(guī)格參照 GB6397-86,本實驗 采用的試樣為矩形試樣,試樣規(guī)格及應(yīng)變片布置方式如圖 3-2所示。 圖 3-2試樣及布片圖根據(jù)胡克定律

13、的關(guān)系式:A E P= (3-1為了驗證材料在比例極限內(nèi)受力與變形的線形關(guān)系, 實驗采用等量增載法加載, 簡稱增量法, 既將欲加的最終荷載分成若干等份進行逐級加載,每增加一個 P ,由應(yīng)變儀的顯示窗口讀出一 個相應(yīng)的應(yīng)變量 , 如果每次的應(yīng)變量相同, 就證明了胡克定律的正確性。設(shè)試樣的截面面積為A ,每次力的增量為 P ,則彈性模量的計算為:A P E =(3-22泊松比當(dāng)拉桿內(nèi)的應(yīng)力不超過材料的比例極限時,它的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變的絕對值之比為一常數(shù),此比值稱為橫向變形系數(shù)或泊松比,其關(guān)系式為:= (3-3式中, 為泊松比, 為橫向應(yīng)變, 為縱向應(yīng)變。2.實驗方法1確定加載的最大極限值,一般取

14、P P =0.7 0.8 PS (P S 為本材料的屈服極限 。2 確定初始加載值 P 0和增量荷載 P , 確定 P 主要依據(jù)最大極限 P P 和加載級數(shù) (一般分為5-7級 ,使得每一級的應(yīng)變測量數(shù)有明顯的區(qū)別。本次實驗取 P=20N四、 實驗步驟1. 用游標(biāo)卡尺測量試樣的寬度和厚度。 2. 將試樣安裝在小型電測實驗裝置上。3. 將拉壓力傳感器上的測量線端子接到應(yīng)變儀背面的第一組接線柱上:全橋接法:將拉壓力傳感器上四根引線分別接到應(yīng)變儀背面的 A 、 B 、 C 、 D 接線柱上。 將被測試樣應(yīng)變計上的引線接到應(yīng)變儀背面的第二組接線柱上 , 接法同上。 4. 根據(jù)“ WUT-98型智能全數(shù)

15、字式靜態(tài)應(yīng)變儀”使用操作要求,調(diào)整好應(yīng)變儀。5. 作好準(zhǔn)備工作后,開始進行實驗,分別測試縱向和橫向應(yīng)變,將實驗數(shù)據(jù)詳細、準(zhǔn)確地記 錄下來,一般實驗要重復(fù)進行 2-3次。五、實驗記錄及結(jié)果彈性常數(shù)實驗記錄格式如表 3-1所示,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系驗證實驗數(shù)據(jù)記錄如表 3-2所示。表 3-1 彈性常數(shù)實驗記錄表 3-2 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系實驗記錄 六、實驗報告要求1、根據(jù)實驗報告上的要求具體填寫實驗?zāi)康摹嶒炘O(shè)備及實驗數(shù)據(jù)。2、依據(jù)實驗數(shù)據(jù)及實驗計算公式計算低碳鋼的彈性模量和泊松比。3、對實驗計算結(jié)果與理論值進行比較,分析誤差原因。思考題1、為什么要用增量法來進行實驗?由初級荷載一次性加到最終荷載能否測出彈性模

16、 量?2、初載荷的大小對彈性模量值的測定有無影響?3、試件的截面尺寸和形狀對彈性模量的測定有無影響?4、虎克定律適應(yīng)的范圍如何?實驗項目四 純彎梁的彎曲實驗一、實驗?zāi)康?、用電測法測量受純彎曲梁的正應(yīng)力的分布,驗證彎曲應(yīng)力的理論計算公式的正確性。 2、實測彎曲梁的最大撓度,驗證承受純彎曲的簡支梁最大撓度公式的正確性。 3、學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變儀使用操作方法。二、實驗儀器和設(shè)備數(shù)字式靜態(tài)應(yīng)變儀、游標(biāo)卡尺、鋼卷尺、材料力學(xué)多功能實驗臺。三、實驗原理理論上已知梁承受純彎曲時的正應(yīng)力公式為:IyM L = (4-1 式中, L 為正應(yīng)力, M 為作用在橫截面上的彎矩, I 為梁橫截面對中性軸的慣性矩, y 為

17、由中 性軸到欲求應(yīng)力點的距離。實驗應(yīng)力根據(jù)虎克定律:C =E式中, C 為實驗所測正應(yīng)力, E 為試樣材料的彈性模量, 為實驗所測得的應(yīng)變。拉 圖 4-1 純彎梁彎曲實驗布置圖本實驗采用低碳鋼的矩形截面梁,彈性模量 E=200GPa,為了實現(xiàn)梁的純彎曲,采用圖 4-1所示裝置(四點彎曲實驗法 ,在簡支梁的正中間放置一個千分表,用來測讀梁的最大撓度,所測得的撓度可驗證承受純彎曲的簡支梁撓度的理論計算公式的正確性。EIa p a L EI a p f c 611 43(482322=-= (4-2式中, f C 為梁的撓度, a 為支撐點到加力點的距離(本實驗取 a=200mm 。實驗采用“增量法

18、” ,每增加等量的載荷 P ,從應(yīng)變儀中讀取相應(yīng)的應(yīng)變量 和從千分 表上讀取相應(yīng)的撓度 f 。 實驗中應(yīng)變 的測量可直接從應(yīng)變儀上讀取。 P 的確定是間接的, 實驗前應(yīng)對拉壓力傳感器進行標(biāo)定, 標(biāo)定的方法可在試驗機上進行, 也可用砝碼進行標(biāo)定。 用砝碼標(biāo)定方法如下:也用增量法,即:將拉壓力傳感器連接到應(yīng)變儀上,每加一個 2公斤的砝碼, 從應(yīng)變儀上讀取并記錄下相應(yīng)的應(yīng)變數(shù)值, 進行 5級加載 (總共 10公斤 , 記錄下每一級的應(yīng)變 數(shù)值,看其線形是否良好,然后取其算術(shù)平均值,即每一個微應(yīng)變值代表多少個牛頓。反之,需 加多少個牛頓的力,則從應(yīng)變儀上控制所需要的微應(yīng)變值。 本次實驗取 P=20N。

19、 撓度 f 的測 量則從千分表上讀取。四、實驗步驟1、把拉壓力傳感器的輸出引線接到應(yīng)變儀上的對應(yīng)的接線柱上。2、把已粘貼在純彎曲矩形截面梁的電阻應(yīng)變計的輸出引線接到應(yīng)變儀的接線柱上,根 據(jù)半橋接法:工作片接到應(yīng)變儀上的 A 、 B 兩接線柱上,補償片接到 B 、 C 接線柱上。3、測量好梁的截面尺寸及有關(guān)數(shù)據(jù),按要求將梁定位,安裝好千分表。4、將應(yīng)變儀進行調(diào)試,首先將應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)調(diào)整與應(yīng)變計的靈敏系數(shù)一致(調(diào)試 方法見應(yīng)變儀的使用說明書 ,然后將應(yīng)變儀上的兩個窗口顯示的數(shù)字調(diào)零。以上工作自認(rèn)為完 好后,請指導(dǎo)教師檢查同意后,開始進行實驗。5、每次只能進行一個點的測試,當(dāng)一個點測試完畢后,拆

20、除第一個點的引線,同時安 裝好另一個點的引線,按同樣的步驟進行下一個點的測試,直到實驗結(jié)束。6、所有點測試完畢后,將所測試的實驗數(shù)據(jù)交實驗指導(dǎo)教師檢查,經(jīng)教師允許方可清 理現(xiàn)場,結(jié)束實驗。五、 實驗記錄及結(jié)果實驗需用的基本材料參數(shù)和幾何參數(shù)如表 4-1所示,實驗記錄格式詳見表 4-2。表 4-1 實驗參數(shù)表 4-2 實驗記錄表 六、 實驗報告要求1、按照實驗報告格式認(rèn)真填寫實驗?zāi)康?、實驗設(shè)備,畫出實驗裝置圖和彎矩圖。2、將實驗數(shù)據(jù)代入實驗報告中的計算公式,寫出計算步驟及計算結(jié)果。3、將實驗所得結(jié)果與理論值比較,分析誤差原因。4、實驗報告填寫必須認(rèn)真,并保持報告卷面干凈整潔。 實驗項目五 扭轉(zhuǎn)破

21、壞實驗一、實驗?zāi)康?、測定低碳鋼和鑄鐵的剪切強度,并繪制低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線。2、觀察斷口情況,比較兩種材料的機械性能特點。二、實驗設(shè)備扭轉(zhuǎn)實驗機,如圖 5-1;游標(biāo)卡尺。 圖 5-1 扭轉(zhuǎn)實驗機三、實驗原理1、試件采用圓形截面試件,如圖 5-2所示,在試件表面畫上一條縱線,以便觀察試件的扭轉(zhuǎn)變形。圖 5-2扭轉(zhuǎn)實驗試件示意圖2、扭轉(zhuǎn)實驗機的工作原理扭轉(zhuǎn)實驗機如圖 5-1。在機體上有一個基本固定的夾頭,用兩平面和夾緊螺栓固定扭轉(zhuǎn)試樣 的一端。 基座上有一個能水平移動的電動減速裝置, 其左端是一個可旋轉(zhuǎn)的夾頭, 以夾持試樣的 另一端。當(dāng)電動減速器轉(zhuǎn)動時,帶動活動夾頭轉(zhuǎn)動,而使試樣的一端相對于另

22、一端發(fā)生了轉(zhuǎn)動, 故試件受扭而產(chǎn)生變形。活動夾頭的轉(zhuǎn)動量代表了試樣一端相對于另一端的轉(zhuǎn)動, 即扭轉(zhuǎn)角。 扭轉(zhuǎn)角的大小由活動夾 頭上的刻度線來指示。 同時還通過轉(zhuǎn)動傳感器將轉(zhuǎn)角信號輸入到微機中, 采集數(shù)據(jù)信息并繪扭轉(zhuǎn) 曲線圖。3、扭轉(zhuǎn)實驗原理試件承受扭矩時, 材料處于純剪切應(yīng)力狀態(tài), 是拉伸以外的又一重要應(yīng)力狀態(tài), 常用扭轉(zhuǎn)實 驗來研究不同材料在純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的機械性質(zhì)。低碳鋼試件在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時, 其 T -曲線如圖 5-3所示, 類似低碳鋼拉伸實驗, 可分為 四個階段:彈性階段、屈服階段、強化階段和斷裂階段,相應(yīng)地有三個強度特征值:剪切比例極 限、剪切屈服極限和剪切強度極限。對應(yīng)這三個強度

23、特征值的扭矩依次為 T p 、 T s 、 T b 。 圖 5-3 低碳鋼扭轉(zhuǎn)曲線在比例極限內(nèi), T 與 成線性關(guān)系,材料完全處于彈性狀態(tài),試件橫截面上的剪應(yīng)力沿半 徑線性分布。 在 T -出現(xiàn)屈服平臺, 可讀出屈服扭矩 T s , 低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切屈服極限值可由下 式求出:PTbTb W M =43 (5-1屈服階段過后,進入強化階段,材料的強化使扭矩又有緩慢的上升,但變形非常明顯,試件 的縱向畫線變成螺旋線,直至扭矩到達極限扭矩值 M b 進入斷裂階段,試件被剪斷,由示力度盤 的從動針可讀出,則低碳鋼扭轉(zhuǎn)的剪切強度極限 可同下式求出:P TS TS W M=43 (5-2四、實驗步驟1、試

24、件準(zhǔn)備測量試件等截面范圍兩端及中間共三處截面的直徑。 為保證精確度, 每一截面均取互相垂直 的兩個方向各測量一次,并計算平均值,以三截面中最小處的平均值來計算初始橫截面面積 A 0。2、實驗機準(zhǔn)備1根據(jù)試件的剪切強度極限估算極限扭矩 T b ,并選擇合適的量程,最好使 T b 大約為量程的 80%,對于直徑為 10的低碳鋼和鑄鐵試件,取 0200N m 。2選定轉(zhuǎn)速范圍,并把調(diào)速變檔開關(guān)扳到所需的速度檔。 3、安裝試件:1將試樣的一端安裝于活動夾頭中,并夾緊。2慢慢移動減速器,使試樣的未夾持端移動至固定夾頭的近旁。開電機轉(zhuǎn)動試樣,使試樣 端部截面形狀轉(zhuǎn)動到與固定夾頭處的形狀正對上時就停機。 推

25、動減速器, 使試樣插入固定夾頭之 中,并夾緊。4、進行實驗:啟動電機(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) ,并打開控制軟件,設(shè)置好數(shù)據(jù)信息后就開始實驗。鋼試件在彈性 范圍內(nèi)和鑄鐵試樣的全過程的變形較小, 應(yīng)用較低的速度, 鋼試樣在塑性范圍內(nèi)應(yīng)用較高一點的 速度。用慢速逐漸加載,加載時按下正轉(zhuǎn)按扭,以順時針方向緩慢轉(zhuǎn)動調(diào)速電位器進行無級調(diào)速, 使之按要求的速度對試件加載, 開始加載時就適時采集數(shù)據(jù)并顯示扭轉(zhuǎn)曲線, 觀察曲線并對照試 件,比較兩種材料扭轉(zhuǎn)過程中變形特征,直至試件發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。5、取下試件,清理設(shè)備。6、整理數(shù)據(jù),完成實驗報告。五、實驗記錄及結(jié)果1、記錄實驗前試樣基本尺寸。2、觀察實驗現(xiàn)象,并繪制低碳鋼和鑄

26、鐵扭轉(zhuǎn)破壞曲線。3、記錄兩種金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞時的切應(yīng)力大小,并進行比較分析。六、實驗報告要求1、按照實驗報告格式認(rèn)真填寫實驗?zāi)康摹嶒炘O(shè)備,畫出低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞曲線。2、整理實驗數(shù)據(jù),得到低碳鋼和鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞時的切應(yīng)力。3、分析比較兩種金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實驗現(xiàn)象。實驗項目六 沖擊韌性實驗一、 實驗?zāi)康臏y定低碳鋼和鑄鐵兩種材料的沖擊韌度,觀察破壞情況,并進行比較。二、 實驗儀器設(shè)備和工具沖擊試驗機,如圖 6-1所示;游標(biāo)卡尺等 圖 6-1 沖擊實驗機結(jié)構(gòu)圖三、 實驗原理和方法沖擊實驗利用的是能量守恒原理, 即沖擊試樣消耗的能量是擺錘實驗前后的勢能差。 實驗時, 把試樣放在圖 6-2的 B 處,

27、將擺錘舉至高度為 H 的 A 處自由落下,沖斷試樣即可。擺錘在 A 處所具有的勢能為:(1cos E GH GL a =- (6-1沖斷試樣后,擺錘在 C 處所具有的勢能為:1(1cos E Gh GL b =- (6-2勢能之差 1E E -, 即為沖斷試樣所消耗的沖擊功 AK :1(coscos AK E E GL b a =-=- (6-3式中, G 為擺錘重力(N ; L 為擺長(擺軸到擺錘重心的距離 (mm ;為沖斷試樣前擺錘揚起的最大角度; 為沖斷試樣后擺錘揚起的最大角度。 圖 6-2 沖擊實驗原理圖四、 實驗步驟1、測量試樣的幾何尺寸及缺口處的橫截面尺寸。2、根據(jù)估計材料沖擊韌性

28、來選擇試驗機的擺錘和表盤。3、安裝試樣,如圖 6-3所示。 圖2-29 沖擊實驗示意圖圖 6-3 沖擊實驗示意圖4、進行實驗。將擺錘舉起到高度為 H 處并鎖住,然后釋放擺錘,沖斷試樣后,待擺錘揚起 到最大高度,再回落時,立即剎車,使擺錘停住。5、記錄表盤上所示的沖擊功 AKU 值 . 取下試樣,觀察斷口。實驗完畢,將試驗機復(fù)原。6、沖擊實驗要特別注意人身的安全。五、 實驗記錄及結(jié)果1、計算沖擊韌性值KUa .2(/KUKUA J cma = (6-4式中 ,KUA 為 U 型缺口試樣的沖擊吸收功 (J;S 為試樣缺口處斷面面積 (cm2。沖擊韌性值KUa 是反映材料抵抗沖擊載荷的綜合性能指標(biāo),

29、 它隨著試樣的絕對尺寸缺口形 狀實驗溫度等的變化而不同。2、比較分析兩種材料的抵抗沖擊時所吸收的功。觀察破壞斷口形貌特征六、 實驗報告要求1、按照實驗報告格式認(rèn)真填寫實驗?zāi)康?、實驗設(shè)備,畫出實驗裝置圖和彎矩圖。2、將實驗數(shù)據(jù)代入實驗報告中的計算公式,寫出計算步驟及計算結(jié)果。3、將實驗所得結(jié)果與理論值比較,分析誤差原因。4、實驗報告填寫必須認(rèn)真,并保持報告卷面干凈整潔。實驗項目七 壓桿穩(wěn)定實驗一、 實驗?zāi)康?. 用電測法測定兩端鉸支壓桿的臨界載荷 P cr ,并與理論值進行比較,驗證歐拉公式。2. 觀察兩端鉸支壓桿喪失穩(wěn)定的現(xiàn)象。二、實驗儀器設(shè)備和工具材料力學(xué)組合實驗臺、力 應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀、

30、游標(biāo)卡尺、鋼板尺等。三、實驗原理和方法對于兩端鉸支,中心受壓的細長桿其臨界力可按歐拉公式計算 (7-1 式中, I min 杠桿橫截面的最小慣性矩; I min = bh3 / 12L 壓桿的計算長度。圖 7-1(b 中 AB 水平線與 P 軸相交的 P 值,即為依據(jù)歐拉公式計算所得的臨界力 P cr 的 值。 在 A 點之前, 當(dāng) P Pcr 時 壓桿將喪失穩(wěn)定而發(fā)生彎曲變形。因此, P cr 是壓桿由穩(wěn)定平衡過渡到不穩(wěn)定平衡的臨界力。 實際實驗中的壓桿, 由于不可避免地存在初曲率, 材料不均勻和載荷偏心等因素影響, 由于 這些影響,在 P 遠小于 P cr 時,壓桿也會發(fā)生微小的彎曲變形,

31、只是當(dāng) P 接近 P cr 時彎曲變形會 突然增大,而喪失穩(wěn)定。 圖 7-1 壓桿穩(wěn)定實驗裝置圖實驗測定 Pcr 時,可采用本材料力學(xué)多功能實驗裝置中壓桿穩(wěn)定實驗部件,該裝置上、下 支座為 V 型槽口,將帶有圓弧尖端的壓桿裝入支座中,在外力的作用下,通過能上下活動的上支座對壓桿施加載荷，壓桿變形時，兩端能自由地繞 V 型槽口轉(zhuǎn)動，即相當(dāng)于兩端鉸支的情況。 利用電測法在壓桿中央兩側(cè)各貼一枚應(yīng)變片 R1 和 R2 ，如圖 7-1（a）所示。假設(shè)壓桿受力后如 圖標(biāo)向右彎曲情況下， 以 1 和 2 分別表示應(yīng)變片 R1 和 R2 左右兩點的應(yīng)變值， 此時， 1 是 由軸向壓應(yīng)變與彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)變之代數(shù)和， 2 則是由軸向壓應(yīng)變與彎曲產(chǎn)生的壓應(yīng)變之代數(shù) 和。 當(dāng) P Pcr 時,壓桿幾乎不發(fā)生任何彎曲變形， 1 和 2 均為軸向壓縮引起的壓應(yīng)變，兩 者相等，當(dāng)載荷 P 增大時，彎曲應(yīng)變 1 則逐漸增大， 1 和 2 的差值也愈來愈大；當(dāng)載荷 P 接近臨界力 Pcr 時，二者相差更大，而 1 變成為拉應(yīng)變。故無論 1 還是 2