材料力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)材料基本力學(xué)性能試驗(yàn)拉伸和彎曲一、 實(shí)驗(yàn)原理拉伸實(shí)驗(yàn)原理拉伸試驗(yàn)是夾持均勻橫截面樣品兩端， 用拉伸力將試樣沿軸向拉伸， 一般拉至斷裂為止，通過記錄的力位移曲線測(cè)定材料的基本拉伸力學(xué)性能。對(duì)于均勻橫截面樣品的拉伸過程，如圖1所示，圖 1金屬試樣拉伸示意圖則樣品中的應(yīng)力為其中 A 為樣品橫截面的面積。應(yīng)變定義為其中 l是試樣拉伸變形的長(zhǎng)度。典型的金屬拉伸實(shí)驗(yàn)曲線見圖2所示。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖 3 金屬拉伸的四個(gè)階段典型的金屬拉伸曲線分為四個(gè)階段，分別如圖 3(a)-(d) 所示。直線部分的斜率 E 就是楊氏模量、 s 點(diǎn)是屈服點(diǎn)。 金屬拉伸達(dá)到屈服點(diǎn)后， 開始出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，接著產(chǎn)生強(qiáng)化后最

2、終斷裂。彎曲實(shí)驗(yàn)原理可采用三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲方式對(duì)試樣施加彎曲力，一般直至斷裂， 通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)定材料彎曲力學(xué)性能。為方便分析，樣品的橫截面一般為圓形或矩形。三點(diǎn)彎曲的示意圖如圖4所示。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)圖 4 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)示意圖據(jù)材料力學(xué)，彈性范圍內(nèi)三點(diǎn)彎曲情況下 C 點(diǎn)的總撓度和力 F 之間的關(guān)系是其中 I為試樣截面的慣性矩， E 為楊氏模量。彎曲彈性模量的測(cè)定將一定形狀和尺寸的試樣放置于彎曲裝置上，施加橫向力對(duì)樣品進(jìn)行彎曲，對(duì)于矩形截面的試樣，具體符號(hào)及彎曲示意如圖5所示。對(duì)試樣施加相當(dāng)于 pb0.01 。 ( 或 rb0.01) 的 10以下的預(yù)彎應(yīng)力 F。并記錄此力和跨中點(diǎn)處的撓度，

3、然后對(duì)試樣連續(xù)施加彎曲力， 直至相應(yīng)于 pb0.01( 或 rb0.01) 的 50。記錄彎曲力的增量 DF 和相應(yīng)撓度的增量 Df , 則彎曲彈性模量為對(duì)于矩形橫截面試樣，橫截面的慣性矩I為其中 b、h 分別是試樣橫截面的寬度和高度。也可用自動(dòng)方法連續(xù)記錄彎曲力撓度曲線至超過相應(yīng)的pb0.01( 或文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)rb0.01) 的彎曲力。宜使曲線彈性直線段與力軸的夾角不小于40o, 彈性直線段的高度應(yīng)超過力軸量程的 3/5 。在曲線圖上確定最佳彈性直線段，讀取該直線段的彎曲力增量和相應(yīng)的撓度增量， 見圖 6所示。然后利用式 (4) 計(jì)算彎曲彈性模量。二、試樣要求1. 拉伸實(shí)驗(yàn)對(duì)厚、薄板材，

4、一般采用矩形試樣，其寬度根據(jù)產(chǎn)品厚度 ( 通常為 0.10-25mm)，采用 10,12.5,15,20,25 和 30mm六種比例試樣，盡可能采用 l o=5.65 （ F0 ）0.5 的短比例試樣。試樣厚度一般應(yīng)為原軋制厚度， 但在特殊情況下也允許采用四面機(jī)加工的試樣。通常試樣寬度與厚度之比不大于 4:1 或8:1 ，對(duì)鋁鎂材則一般可采用較小寬度。對(duì)厚度小于 0.5mm的薄板 ( 帶) ，亦可采用定標(biāo)距試樣。試樣各部分允許機(jī)加工偏差及側(cè)邊加工粗糙度應(yīng)符合圖10 和表 1 的規(guī)定。圖 10金屬拉伸標(biāo)準(zhǔn)板材試樣文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)表 1金屬拉伸標(biāo)準(zhǔn)板材試樣尺寸要求2) 實(shí)驗(yàn)樣品評(píng)定(1) 出現(xiàn)下列

5、情況之一者，試驗(yàn)結(jié)果無效。a. 試樣斷在機(jī)械刻劃的標(biāo)記上或標(biāo)距外，造成性能不合格。b. 操作不當(dāng)。c. 試驗(yàn)記錄有誤或設(shè)備發(fā)生故障影響試驗(yàn)結(jié)果。(2) 實(shí)驗(yàn)后試樣出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的縮頸以及顯示出肉眼可見的冶金缺陷 ( 例如分層、氣泡、夾渣、縮孔等 ) ，應(yīng)在試驗(yàn)記錄和報(bào)告中注明。2. 彎曲實(shí)驗(yàn)1) 試樣尺寸要求2) 試樣制備和尺寸測(cè)量矩形橫截面試樣應(yīng)在跨距的兩端和中間處分別測(cè)量其高度和寬度。 計(jì)算彎曲彈性模量時(shí)，取用三處高度測(cè)量值的算術(shù)平均值和三處寬度測(cè)量值的算術(shù)平均值。計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)，取用中間處測(cè)量的高度和寬度。對(duì)于薄板試樣，高度測(cè)量值超過其平均值 2%的試樣不應(yīng)用于試驗(yàn)。3) 實(shí)驗(yàn)樣品評(píng)

6、定（ 1）彎曲實(shí)驗(yàn)后，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢查試樣彎曲外表面，進(jìn)行結(jié)果評(píng)定。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)（ 2）檢查試樣彎曲外表面，測(cè)試規(guī)范進(jìn)行評(píng)定，若無裂紋、裂縫或裂斷，則評(píng)定試樣合格，測(cè)試有效。三結(jié)果與分析1. 拉伸試驗(yàn)鋼板尺寸：寬度 b=31.26mm，厚度 h=1.16mm，標(biāo)距 L=260mm。拉力機(jī)記錄的是不同載荷F下的形變 L的大小，根據(jù)公式計(jì)算出每一時(shí)刻的應(yīng)力 - 應(yīng)變數(shù)據(jù)，作圖如下：aPM/250C200B150(1.0118,136.7846)100（0.6326 ，52.3784 ）500 OA0.00.51.01.52.02.53.0圖1鋼板拉伸應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線 /%圖1是一定負(fù)荷范圍

7、內(nèi)不銹鋼板的拉伸應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線。根據(jù)變化趨勢(shì)，將曲線分為三個(gè)階段： OA段，位移在增大，而負(fù)荷幾乎等于 0，是試樣由松弛而夾緊的階段，真正的拉伸形變過程自 A點(diǎn)開始。 AB段，隨著拉應(yīng)力的增加，形變也逐漸增大，形變與外力大小呈正比，符合 Hook定律，試樣處于彈性變形階段。 BC 段，繼續(xù)施加較小的外力就可以產(chǎn)生較大的形變，此時(shí)，鋼材除彈性變形外，還發(fā)生了塑性形變， 其中塑性變形在卸載后不再恢復(fù)， 試樣處于彈塑性階段。 試想如果繼續(xù)增加負(fù)荷，鋼材將發(fā)生屈服及至應(yīng)變強(qiáng)化（圖中未體現(xiàn)） 。楊氏模量的計(jì)算：根據(jù)彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系 E· 知，直線段的斜率即為鋼材的彈性模量，在

8、AB段直線上取兩點(diǎn)，見圖中所標(biāo)，則文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)E=（ 136.7846-52.3784）/ （ 1.0118-0.6326）× 100 = 22259MPa = 22.26GPa2. 彎曲試驗(yàn)鋼板尺寸：寬度 b=26.63mm，厚度 h=1.03mm，跨距 L=240mm。 無卸載試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)機(jī)記錄的荷載 - 位移數(shù)值，作彎曲力 - 撓度曲線圖如下：N/60F50403020(3.3717,31.1535)(1.2828,12.1779)1000246810121416圖 2鋼板彎曲橫向力- 撓度曲線f/mm彎曲模量的計(jì)算：根據(jù)公式以及 I=1/12bh 3, 求得 Eb=107

9、9GPa其中， F/ f= 斜率 =（31.1535-12.1779 ）/(3.3717-1.2828)*1000=9084Nm（ 2）有卸載的情況同一鋼板在加載又卸載的過程中，彎曲力- 撓度曲線變化見圖3。圖 3 說明，隨著加載負(fù)荷的增大， 鋼板彎曲變形程度也逐漸增大， 在外加負(fù)荷增大到 50N左右時(shí)，停止加力，并逐漸卸載，所得曲線與原曲線并不重合，表現(xiàn)出一定的滯回特性， 說明所施加的最大應(yīng)力已經(jīng)大于鋼材的彈性極限， 鋼材的變形包括彈性和塑性兩部分，其中的塑性變形在卸載后不再恢復(fù)（從圖上看是1.46mm殘余形變）。滯回曲線所包含的面積反映了鋼板吸收耗散能量的大小。文案大全N/F四誤差分析實(shí)用

10、標(biāo)準(zhǔn)504030(2.4660,22.7389)2010 (1.0542,10.1529)(1.4582,0)001234567f/mm圖3 鋼板彎曲橫向力 - 撓度滯回特性曲線本實(shí)驗(yàn)可能存在的誤差有：1. 夾持試樣時(shí)，由于目測(cè)不可能使試樣正好處于與夾具垂直的方向，拉應(yīng)力方向與試樣中軸線方向偏離。2. 彎曲試驗(yàn)中，應(yīng)把試樣放在支座上，使兩端露出部分的長(zhǎng)度相等。3. 試樣尺寸人為測(cè)量過程可能引入的讀數(shù)誤差， 即試樣測(cè)量尺寸與實(shí)際尺寸的差別，導(dǎo)致理論結(jié)果計(jì)算的誤差。4. 試樣本身是否具有代表性，有無缺陷，試樣的形狀，拉伸速率，以及試驗(yàn)溫度等。5. 所使用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的量程。 若試樣拉斷時(shí)只需要很小的

11、力， 而拉力機(jī)的最大入口力卻很大，測(cè)量的精確性將大大下降。兩者需匹配。五思考題三點(diǎn)彎曲與四點(diǎn)彎曲的區(qū)別？三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度 : 將試樣放在一定距離的兩支座上，在兩支座中心點(diǎn)上加試驗(yàn)力，直至折斷時(shí)的最大彎曲應(yīng)力。3 FLb3= 2 bh 2四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度 : 將試樣放在一定距離的兩支座上，往兩支座中心左右等距離的兩點(diǎn)上加試驗(yàn)力，直到折斷時(shí)的最大彎曲應(yīng)力。3 F(L-l)b4= 2bh 2式中： b3三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度， MPa； b4四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度， MPa；F試樣斷裂時(shí)的最大試驗(yàn)力，N；L試樣支座間的距離，mm；文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)l 壓頭間的距離， mm；由公式可以看出，三點(diǎn)彎曲實(shí)際上是四點(diǎn)彎曲的一個(gè)特例，當(dāng)壓頭間距 I=0 時(shí)， b4=b3，四點(diǎn)變?yōu)槿c(diǎn)。對(duì)于同一試樣，四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度等于三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度，但