材料力學A實驗指導(dǎo)書匯總

1、材料力學 A實驗指導(dǎo)書第一版）大連大學2012 年 12 月實驗一拉伸實驗拉伸實驗是測定材料力學性能最基本、最重要的實驗之一，它為土木 工程設(shè)計、機械制造及其他各種工業(yè)部門提供可靠的材料強度數(shù)據(jù)，便于 合理地使用材料來保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件、 機器零件的強度。本實驗將選用兩種典 型的材料-低碳鋼和鑄鐵，作為常溫和靜載下塑性和脆性材料的代表, 做拉伸實驗。、實驗?zāi)康?.測定低碳鋼的屈服極限、強度極限、延伸率 和斷面收縮率2.測定鑄鐵的強度極限。3.觀察拉伸過程的幾個階段、現(xiàn)象、繪制拉伸圖。4.比較低碳鋼與鑄鐵的力學性能。、實驗設(shè)備及量具1. 電子萬能試驗機2. 游標卡尺3.鋼尺 三、試樣試件一般制成圓形或

2、矩形截面，圓形截面形狀如圖1所示，試件中斷 用于測量拉伸變形，此段的長度成為“標距”。兩端較粗部分是頭部，為 裝入試驗機夾頭內(nèi)部分，試件頭部形狀視試驗機夾頭要求而定， 可制成圓 柱形（圖1a）、階梯形（圖1b）、螺紋形（圖1c）。14Lu(b>圖1樣件示圖為了避免這種影試驗表明，試件的尺寸和形狀對試驗結(jié)果會有影響。響，便于各種材料力學性能的數(shù)值互相比較，所以對試件的尺寸和形狀國 家都有統(tǒng)一規(guī)定，即所謂“標準試件”，其形狀尺寸的詳細規(guī)定參閱國家 標準金屬材料室溫拉伸試驗方法GB/T228-2002。標準試件的直徑為d© , 測標距5 = lOd。或5 = 5do，一般取10mm或

3、20mm。矩形截面試件標 距L與橫截面積A的比例為Lo = 11.3VA或Lo = 5.65VS。四、實驗原理將劃好刻度線的標準試件，安裝于電子萬能試驗機的上下夾頭內(nèi)。 試該夾頭內(nèi)配有V驗機備用各種形式的夾頭，一般采用楔形夾頭如下左圖, 形夾塊和平夾塊，適用于棒狀試樣和板狀試樣如下右圖。*1Ur-hv? IEU)I低碳鋼的拉伸曲線和鑄鐵拉伸曲線可通過自動記錄裝置繪制。圖2-4 為低碳鋼的拉伸圖。應(yīng)當指出，在加載的最初階段，由于夾持部位在夾頭 內(nèi)滑動較大，因此所繪出的拉伸曲線最初為一段曲線。 典型的低碳鋼拉伸 時力和變形的關(guān)系曲線（F-2iL曲線），可分為彈性線性階段（0A、屈服 階段（AB、強

4、化階段（BCD和局部變形階段（DE。ket! aIf1. 屈服極限的測定同低碳鋼相類似的具有明顯屈服現(xiàn)象的材料，應(yīng)測定其屈服強度。在 屈服階段，若載荷是恒定的，則此時的應(yīng)力成為屈服強度口S。上屈服強度 du則是試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力，下屈服強度馬1則是屈服期間不計初始瞬時效應(yīng)時的最小應(yīng)力。屈服強度6、上屈服強度Osh、 下屈服強度分別按式（1） - （3）計算。Og = 或 M&)好%1 =學（N/mii?或 MR）2. 強度極限的測定屈服階段過后，要使試樣繼續(xù)變形，就必須增加載荷，此時進入強化 階段。試樣拉至斷裂，從拉伸圖上確定實驗過程中的最大拉力值與原始橫 截面值之比

5、稱為抗拉強度bb。©b = （N/rnm，或 MR）3. 斷后伸長率的測定試樣拉斷后，標距內(nèi)的伸長與原始標距的百分比稱為斷后伸長率5其中，L1 是試樣斷后標距。測量時將其斷裂部分在斷裂處緊密對接在 起，盡量使其軸線位于同一軸線上量取。由于斷口附近的塑性變形最大,所以的L1 量取與端口部位有關(guān)。L1的測定可采取以下方法之一。直測法：當斷口到最鄰近標距端點的距離大于 LM3時，直接測量斷 后標距。移位法：當斷口到最鄰近標距端點的距離小于或等于：L3時，需按 下列方法測量S：在長段上從拉斷處0區(qū)基本等于0A的格數(shù)，得B點，若所剩的格 數(shù)為偶數(shù)，取剩余的格數(shù)一半得 C點，見圖2(a);若所剩

6、余的格數(shù)為奇 數(shù)，所剩余的格數(shù)分別減1與加1的一般，得C和點，見圖2-5 (b)。則移位后的斷后標距L1分別為:L1 三 AO + OB 十 2BC（所剩余格數(shù)為偶數(shù)）L AO + OB + BC + BC（所剩余格數(shù)為偶數(shù)）_ tint r F.一 4特陥彷J IIiI時-M-n-4_圖2移位示意圖4. 斷面收縮率的測定斷面收縮率屮是試樣拉斷后，原始橫截面積So與頸縮處最小橫截面積Si之差與原始橫截面積的百分率:S1由于斷口不是規(guī)則的圓形，應(yīng)在兩個互相垂直的方向上量取最小截面 的直徑，取其平均值di計算S1。五、低碳鋼的拉伸試驗步驟1. 測量試件尺寸：用游標卡尺在試件標距長度范圍內(nèi)，測量兩端

7、及中間 等三處截面的直徑，在每一處截面垂直交叉各測量一次。 取三處中最小一處的平均直徑計算橫截面積（要求測量精度精確到0.02mm）。在試樣標距長度內(nèi)，可以用兩個小沖點或一系列等分細線做出原始標記，用來為斷 口位置的補償做準備。2. 試驗機準備：根據(jù)試件橫截面積和材料的大致強度極限，設(shè)定實驗所 需的最大載荷。3. 安裝試件：先將試件安裝在試驗機上夾頭內(nèi)，再開動下架頭升降電機(或轉(zhuǎn)動下夾頭升降手輪)使其達到適當?shù)奈恢?，然后把試件下端夾緊，試件深入夾頭部分要足夠長切注意對中。4. 檢查：先請指導(dǎo)教師檢查以上步驟完成情況，并經(jīng)準許后方可進行下 步實驗。5. 實驗：按預(yù)設(shè)的速率是試件緩慢勻速加載，注意

8、觀察試件拉伸過程中 的幾個階段和電腦屏幕顯示的曲線，讀出下屈服力及最大拉力。6. 低碳鋼延伸率和截面收縮率的測定去下拉斷后的試件，用游標卡尺測定斷裂后的標距長度 及斷口處的最小直徑 。觀察、分析對比。7.計算強度指標、塑性指標。實驗出現(xiàn)下列情況之一者，實驗結(jié)果無效;(1)試樣在標距外斷裂，造成性能指標不合格。(2)由于操作不當而致試樣受力偏心。(3)實驗記錄有誤或設(shè)備發(fā)生故障而影響實驗結(jié)果準確性遇有上述實驗結(jié)果無效時，應(yīng)補做同樣數(shù)量試樣的實驗。表1拉伸試件尺寸數(shù)據(jù)直徑 4 (mm材料標距截面I截面n截面川橫截面 積平均平均平均低碳 鋼鑄鐵六、數(shù)據(jù)處理與表示1.試樣原始截面計算值應(yīng)修約到兩位有效

9、數(shù)字。2.比例試樣的原始標距計算值，應(yīng)精確到±0.5%。對于短比試樣應(yīng)修約到接近10mm的倍數(shù)，如為中間數(shù)值則向較大的一方修約。七、思考題1.試述低碳鋼拉伸過程四個階段的力學特性。2.試比較低碳鋼與鑄鐵的拉伸力學性能。3.從不同斷口形狀說明材料的兩種基本破壞形式。4.為什么不顧斷口的明顯縮小，仍以原始截面面積計算低碳鋼的拉伸強度?實驗二 彈性模量E及泊松比 的測定1.、實驗?zāi)康牧私怆姕y靜應(yīng)力實驗的基本原理和方法，并做初步操作練習。2.在比例極限內(nèi)測定鋼材的彈性模量 E和泊松比。3.驗證胡克定律。、實驗設(shè)備及量具1.材料力學多功能實驗臺主機力/應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀2.游標卡尺 三、實驗原

10、理桿件受軸向拉伸時，在比例極限內(nèi)由胡克定律可知:彈性模量:S0縱泊松比:式中，P拉伸力;S桿件的橫截面面積;縱一縱向線應(yīng)變;橫一橫向線應(yīng)變、由（1）式、（2）式可見，求E，需先測出線應(yīng)變，本實驗采用電測靜應(yīng)變的方法，它是工程上最常用測定變形的方法之一。本次實驗在測試E， 時，采用分段等間距加載法，即從初始拉力Po到最高拉 力Pmax等分為若干級進行讀數(shù)，其好處是可以避開初始時的系統(tǒng)影響，并能及時發(fā) 現(xiàn)試驗中是否有差錯，以及數(shù)據(jù)重復(fù)性和讀數(shù)差值的離散性如何，并觀察符合胡克定律的程度、這樣，應(yīng)以讀數(shù)的平均值計算E和E Bt X(4)式中，P每級拉力增量，單位牛頓;XY 分別相應(yīng)于 P的縱向和橫向線

11、應(yīng)變增量， 單位均為應(yīng)變（）；B, t分別為板試件的寬度和厚度，單位為毫米。實驗裝置見圖1，采用板試樣，在試件的正、反兩面各貼有一片縱向電阻片和一片橫向電阻片。其目的為消除試件負荷偏心影響，測定結(jié)果的準確度大為提高。圖1實驗裝置四、實驗步驟1.在試樣標距內(nèi)兩端及中間處測量厚度和寬度。 將三處測得的橫截面 積的算術(shù)平均值作為試樣原始橫截面積。2. 估算材料在彈性范圍內(nèi)最大允許載荷 Fmax，制定加載方案。采用 分段等間距加載方案，確定初始載荷 Fo，載荷等級及每次載荷增量3. 熟悉與掌握電阻應(yīng)變儀操作方法、4. 取K儀二K片，把電阻片的導(dǎo)線接到應(yīng)變儀上，并調(diào)平應(yīng)變儀。5. 待一切正常，正式開機實

12、驗。順時針旋轉(zhuǎn)加載手輪，對試件旋加拉力，采用等分段加載法，取 P 1=1KN, Pmax=5KN， P =1KN。將測試數(shù)據(jù)填入表1，每片工作片測讀三遍，共測讀四個工作片。6.測度完畢，檢查數(shù)據(jù)，若不符合要求應(yīng)重新測試。最后經(jīng)指導(dǎo)教師 鑒定。荷載（KN）縱（橫）向片-二二三讀數(shù)差值讀數(shù)差值讀數(shù)差值P1 =P2=P3=P4=P5=平均差值123測試數(shù)據(jù)表表1五、數(shù)據(jù)處理1.計算每一個電阻應(yīng)變片各遍讀數(shù)的算術(shù)平均值:n(5)i1n再將正反兩面縱向片橫向片的算術(shù)平均值分別取平均值后，代入（3） 式和（4）式計算E和。2.畫出各片的P 圖，觀察其符合胡克定律的程度。六、思考題1. 為什么測試時，要采用

13、分段等間距加載法？為什么不測F=0時的讀數(shù)?2.為什么要在試件的正、反兩面對稱地貼電阻應(yīng)變片?實驗三 梁的純彎曲正應(yīng)力的測定實驗?zāi)康?.2.測定梁純彎曲段正應(yīng)力大小及分布，并與理論計算結(jié)果進行作比較;進一步熟悉電測靜應(yīng)力法的原理和操作方法，掌握應(yīng)變儀的操作。實驗設(shè)備儀器及裝置主機1.材料力學多功能實驗臺力/應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀2、游標卡尺及鋼尺。三、實驗原理由理論推導(dǎo)出梁純彎曲時橫截面上的正應(yīng)力公式為MY理Iz式中M純彎曲段截面上彎矩;Iz矩形截面對中性軸Z的慣性矩;Y 截面上所測點距中性軸的距離;圖1純彎曲梁力學模型為了驗證此理論公式的正確性，在梁純彎曲段的側(cè)面，沿不同的高度 粘貼了電阻應(yīng)變片

14、，測量方向均平行于梁軸線，布片方案及各片的編號見 圖1所示，這樣，以測定五個不同高度處的線應(yīng)變來得到相應(yīng)的正應(yīng)力6。實驗測定的各點正應(yīng)力值為i=E i式中一高度為yi的i點的測定應(yīng)變;E 材料的彈性模量。在比例極限內(nèi)要對梁反復(fù)加荷測定，因而采取分段等間距加載讀測得 方法觀察符合胡克定律的情況，并得到彎矩增量 mJ Fa下的應(yīng)變增 2量£。從而測定應(yīng)力值增量式中£(i )為i點應(yīng)變增量的各遍平均值。(i) E (i)與之相比較的理論值:FaY応 式中a梁的支點到彎曲壓頭的距離。如測定過程正常，則各遍應(yīng)變增量離散度應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。四、實驗步驟161 、測量實驗梁的高度和厚度。2、估算材料在彈性范圍內(nèi)最大允許載荷 Fmax，制定加載方案。采用分 段等間距加載方案，確定初始載荷 F0,載荷等級及每次載荷增量 F。3、熟悉和掌握電阻應(yīng)變儀操作方法。4、取K儀=心，把電阻片的導(dǎo)線接到應(yīng)變儀上，并調(diào)平應(yīng)變儀。5、待一切正常，正式開機實驗。順時針旋轉(zhuǎn)加載手輪，對試件旋加拉力，采用等分段加載法，取 Pi=800N PmaX=4000N P=800N將測試數(shù) 據(jù)填入表1，每片工作片測讀三遍，工測度四個工作片。6測讀完畢，檢查數(shù)據(jù)，若不符合要求應(yīng)重新測試。最后經(jīng)指導(dǎo)教師鑒定。五、數(shù)據(jù)計算、計算每個測試點應(yīng)變的算術(shù)平均值