試驗(yàn)一彈性模量和泊松比的測(cè)定試驗(yàn)

1、試驗(yàn)一彈性模量和泊松比的測(cè)定實(shí)驗(yàn)彈性模量和泊松比的測(cè)定實(shí)驗(yàn)大綱1 .通過(guò)材料彈性模量和泊松比的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握測(cè)定材料變形的基本方法，學(xué)會(huì)擬定實(shí)驗(yàn)加載方案，驗(yàn)證虎克定律。2 .電測(cè)材料的彈性模量和泊松比，使學(xué)生學(xué)會(huì)用電阻應(yīng)變計(jì)和電阻應(yīng)變儀測(cè)量材料的變形。主要設(shè)備：材料試驗(yàn)機(jī)或多功能電測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置；主要耗材：低碳鋼拉伸彈性模量試樣，每次實(shí)驗(yàn)1根。拉伸彈性模量（E）及泊松比（k）的測(cè)定指導(dǎo)書(shū)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 、用電測(cè)法測(cè)量低碳鋼的彈性模量E和泊松比N2 、在彈性范圍內(nèi)驗(yàn)證虎克定律二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 、電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)2 、XL2101C程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀3 、游標(biāo)卡尺三、實(shí)驗(yàn)原理和方法,通常采用比例

2、極限內(nèi)的拉伸試驗(yàn)，材料在比例極限內(nèi)服從虎克定測(cè)定材料的彈性模量E律，其關(guān)系式為：P破二（1-1）由此可得式中：E:彈性模量P:載荷S）:試樣的截面積e：應(yīng)變AP和Ae分別為載荷和應(yīng)變的增量。由公式（1-2）即可算出彈性模量E。實(shí)驗(yàn)方法如圖1-1所示，采用矩形截面的拉伸試件，在試件上沿軸向和垂直于軸向的兩面各貼兩片電阻應(yīng)變計(jì)，可以用半橋或全橋方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1、半橋接法：把試件兩面各粘貼的沿軸向（或垂直于軸向）的兩片電阻應(yīng)變計(jì)（簡(jiǎn)稱(chēng)工作片）的兩端分別接在應(yīng)變儀的A、B接線端上，溫度補(bǔ)償片接到應(yīng)變儀的RC接線Er軸值（或橫端上，然后給試件緩慢加載，通過(guò)電阻應(yīng)變儀即可測(cè)出對(duì)應(yīng)載荷下的軸向應(yīng)變向應(yīng)變值卻

3、橫）。再將實(shí)際測(cè)得的值代入（1-2）式中，即可求得彈性模量E之值。2、全橋接法：把兩片軸向（或兩片垂直于軸向）的工作片和兩片溫度補(bǔ)償片按圖1-1中（a）（或（b）的接法接入應(yīng)變儀的A、B、C、D接線柱中，然后給試件緩慢加載，通過(guò)電阻應(yīng)變儀即可測(cè)出對(duì)應(yīng)載荷下的軸向應(yīng)變值新軸（或垂直于軸向8r橫），將所測(cè)得的e值代入（1-2）式中，即可求得彈性模量E之值。在實(shí)驗(yàn)中，為了盡可能減少測(cè)量誤差，一般采用等增量加載法，逐級(jí)加載，分別測(cè)得各相同載荷增量AP作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽考矗⑶蟪?quot;的平均值，這樣由（1-2）式可以寫(xiě)成E的計(jì)算公式'I式中，塊為實(shí)驗(yàn)中軸向應(yīng)變?cè)隽康钠骄?。這就是等量加載

4、法測(cè)圖1-9測(cè)定鼠H的貼片及接線方案等量加載法可以驗(yàn)證力與變形間的線性關(guān)系。若各級(jí)載荷的增量4P均相等，相應(yīng)的由應(yīng)變儀讀出的應(yīng)變?cè)隽縠也應(yīng)大致相等，這就驗(yàn)證了虎克定律。測(cè)定泊松比口值。受拉試件的軸向伸長(zhǎng)，必然引起橫向收縮。在彈性范圍內(nèi)，橫向線應(yīng)變e橫和軸向應(yīng)變e軸的比值為一常數(shù)，其比值的絕對(duì)值即為材料的泊松比，通常用N表示。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 、測(cè)量試件的尺寸，將試件兩面沿縱向和橫向各貼一片電阻應(yīng)變計(jì)的試件安裝在電子拉伸試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置上。2 、根據(jù)采用半橋或全橋的測(cè)試方式，相應(yīng)地把要測(cè)的電阻應(yīng)變計(jì)和溫度補(bǔ)償片接在智能靜態(tài)應(yīng)變儀接線柱上。3 、打開(kāi)靜態(tài)應(yīng)變儀電源，預(yù)熱20分鐘，設(shè)定好參數(shù)。4 、實(shí)驗(yàn)

5、采用試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)加載，先對(duì)試件預(yù)加初載荷100N左右，用以消除連接間隙等初始因素的影響，然后記下應(yīng)變儀初始讀數(shù)，當(dāng)作相對(duì)零位，然后分級(jí)遞增相等的載荷P=20N,分5級(jí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)加載，從荷載開(kāi)始，依次按120N、140N、160N、180N、200N進(jìn)行加載，記錄下每級(jí)加載后應(yīng)變儀上相應(yīng)的讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)至少進(jìn)行兩次，取線性較好的一組作為本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別算出算術(shù)平均值，再由式（1-5）和式（1-6）算出相應(yīng)的彈性模量和泊松比值。表格軸向應(yīng)義載荷120N140N160N180N200N&r年0100N片橫向應(yīng)艾載荷120N140N160N180N200N露*r010

6、0N與實(shí)驗(yàn)二圓柱狀金屬拉伸試樣硬化現(xiàn)象一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)對(duì)預(yù)變形的試件進(jìn)行正向加載，使學(xué)生加深理解包中格效應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)原理很多金屬材料因?yàn)橛懈叩膹?qiáng)度和韌性而被大量應(yīng)用于承載結(jié)構(gòu)，例如輸送石油或天然氣的管道。結(jié)構(gòu)的尺寸及使用效率跟其材料的強(qiáng)度直接相關(guān)，一般都按材料強(qiáng)度進(jìn)行工程構(gòu)件設(shè)計(jì)。在工程實(shí)際中，屈服強(qiáng)度是描述金屬材料力學(xué)性能的重要參數(shù)。然而，屈服強(qiáng)度會(huì)隨著加載歷史的不同而有所變化。許多金屬材料經(jīng)過(guò)某一個(gè)方向加載變形后，卸載，再加載，變形與原方向相同，但其屈服強(qiáng)度有增加現(xiàn)象，這就是包中格效應(yīng)。包中格效應(yīng)是金屬材料所具有的普遍現(xiàn)象，了解包中格效應(yīng)對(duì)于產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)意義。三、實(shí)驗(yàn)儀器

7、和材料1、電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)2 、圓柱狀標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣2根3 、游標(biāo)卡尺為了容易進(jìn)行軸向拉伸及壓縮實(shí)驗(yàn)，把試件加工成如圖1所示的形狀。SE3'圖2-1試件標(biāo)距長(zhǎng)度為100mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，直徑大約為10mm,圖1.試件形狀及尺寸（mm）四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟將試樣打標(biāo)距，測(cè)量截面尺寸。首先將一根試件在軸向拉伸作用下獲得情況下的載荷一伸長(zhǎng)曲線。獲得相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。然后裝上第二根試樣，根據(jù)第一根試樣加載情況選擇在均勻塑性變形階段（即強(qiáng)化階段）的某一載荷（利用總預(yù)變形量預(yù)變形量分別為0.5%,1.2%兩種情況計(jì)算，由第一根的載荷一伸長(zhǎng)曲線獲得），對(duì)第二根和第三根試樣加載

8、，然后卸載，再加載，觀察其屈服現(xiàn)象并記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 .試件的應(yīng)力應(yīng)變-曲線；2 .分析試件在沒(méi)有預(yù)變形和有不同預(yù)變形后的屈服強(qiáng)度的變化；六、問(wèn)題討論討論減小或消除包中格效應(yīng)的方法。實(shí)驗(yàn)表格2-1截面1截面2截面3試樣1直徑12直徑12直徑12平均平均平均試樣2試樣3直徑直徑直徑平均平均平均屈服強(qiáng)度試樣1試樣2試樣3實(shí)驗(yàn)三材料切變模量G的測(cè)定材料的切變模量G,是計(jì)算構(gòu)件扭轉(zhuǎn)變形的基本參數(shù)，測(cè)定切變模量的方法有很多種，我們主要介紹電測(cè)法測(cè)定切邊模量G一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電阻應(yīng)變測(cè)試方法測(cè)定材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切彈性模量G的方法2、測(cè)定試件材料的剪切彈性模量3、理解剪切彈性模量的定義和

9、變形方式二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、XL2101C程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀靜態(tài)電阻應(yīng)變儀一臺(tái)2、電子扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)三、實(shí)驗(yàn)原理和方法與剪應(yīng)變依照國(guó)標(biāo)GB1012888的規(guī)定，材料扭轉(zhuǎn)時(shí)，剪應(yīng)力與剪應(yīng)變成線性比例關(guān)系范圍內(nèi)剪應(yīng)力¥之比稱(chēng)剪切彈性模量或切邊模量，以G表示即上式中的丁和¥均由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，其方法如下：1、工的測(cè)定在圓柱形試樣白前后表面A、C兩點(diǎn)處分別貼應(yīng)變片Wp式中：Wp為圓管的抗扭截面系數(shù)2、V的測(cè)定=435。，薄臂圓筒上任意一選擇全橋接線使得應(yīng)變儀產(chǎn)生的讀數(shù)應(yīng)變均由扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力引起則有點(diǎn)均為純剪切應(yīng)力狀態(tài)如圖-45°根據(jù)廣義虎克定律。35o=仃1=-T,仃45o=仃3=T,2G

10、2由此，¥=彳由6=申可得TWp丁實(shí)驗(yàn)采用等量逐級(jí)加載法，設(shè)各級(jí)扭矩增量為工，應(yīng)變儀讀數(shù)增量為-Tri,從母級(jí)加載GiWp；i采用同樣的方法測(cè)試材料的剪切模量n次，則1/G=一，Gini四、實(shí)驗(yàn)步驟1、組橋接線2、采用分級(jí)加載法，先預(yù)加100Nm的初載荷檢查裝置和應(yīng)變儀是否正常工作。3、將應(yīng)變儀調(diào)零，然后以AM=100Nm進(jìn)行分級(jí)加載，直至Pmax=500Nm一.一4、分別記錄即和跖，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)四金屬材料布氏硬度實(shí)驗(yàn)五金屬材料洛氏、維氏硬度實(shí)驗(yàn)一、【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? .了解布氏、洛氏、維氏硬度測(cè)定的基本原理及應(yīng)用范圍。2 .了解布氏、洛氏硬度機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，初步掌握操

11、作方法。3 .根據(jù)不同金屬材料的零件性能特點(diǎn)，選定測(cè)定硬度的方法。二、【實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣】設(shè)備：HBRV-187.5型布洛維硬度計(jì)試樣：45#50X220#15X3T1020X265Mn30X040cr16X4灰口鑄鐵10X151）載物臺(tái)一一放置試樣的地方；2）升降絲桿一一使載物臺(tái)能上升或下降；3）手輪一一使絲桿產(chǎn)生上下移動(dòng)；4）壓頭一一壓頭由淬火后的鋼球制成，鋼球的直徑有2.5,5,20mm三種;5）指示燈一一用于表示加載荷過(guò)程；6）加荷按鈕一一用于施加載荷；7）壓緊螺釘一一用于固定時(shí)間定位器；8）時(shí)間定位器一一用于控制加載時(shí)間9）載荷祛碼用祛碼可組成187.5、250、750、1000、30

12、00kgf的載荷。三、布氏硬度試驗(yàn)（一）試驗(yàn)原理用一定直徑的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓頭壓入試樣表面，并在規(guī)定載荷下保持一定的時(shí)間后卸除壓力，于是在試件表面留下壓痕，單位壓痕表面積A上所承受的平均壓力即定義為布氏硬度值，用HB表示，（圖省略）P二Dh2P二DD-.D2-d2式中P一一施加的載荷，單位為kgf；D壓頭直徑，單位為mm；d壓痕直徑，單位為mm上式表明，當(dāng)壓力和壓頭直徑一定時(shí)，壓痕直徑越大，則布氏硬度越低，即材料的變形抗力越??；反之，布氏硬度值越高，材料的變形抗力越高。試驗(yàn)時(shí)，如果壓頭直徑、載荷根據(jù)試樣選擇故已知，只要測(cè)出壓痕的直徑便可以求出材料的布氏硬度值。（二）試樣技術(shù)條件1 .試樣

13、表面應(yīng)平整光潔，不得有氧化皮或油污及明顯的加工痕跡。2 .試樣厚度應(yīng)大于壓入深度的8倍。3 .在試樣制備過(guò)程中，應(yīng)盡量避免試樣受熱及冷加工對(duì)硬度測(cè)試的影響。4 .布氏硬度試驗(yàn)時(shí)，壓痕中心到試樣邊緣的距離不應(yīng)小于壓痕直徑的2.5倍,相鄰的壓痕中心距離不應(yīng)小于壓痕直徑的3倍?！驹囼?yàn)規(guī)范】表1.1布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范金屬類(lèi)別布氏硬度試件厚度壓頭直徑載荷P(kgf)K載荷保持時(shí)注(HB)(mm)D(mm)間(S)>6103000鋼>1406357503010鐵<32.5187.5<140>66-3<31052.5100025062.51010>6103000>

14、;1306-357503010<32.5187.5>6101000銅、黃銅、青有色金屬及361306-352501030銅、鋁、鎂合其合金<32.562.5金等>610250純銅、鉛、錫8-356-3562.52.560合金、軸承合<32.515.625金等（三）實(shí)驗(yàn)步驟據(jù)試驗(yàn)材料和試樣厚度按表1-1布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范選擇球體直徑D、試驗(yàn)力F的大小和試驗(yàn)力作用保持的時(shí)間。并用無(wú)酸汽油清洗其鋼球附著的防銹油，用棉花或質(zhì)地較軟的紗布擦拭干凈，裝入主軸襯套內(nèi)。將試樣平穩(wěn)地放在工作臺(tái)上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)升降手輪，使試樣測(cè)試表面垂直于鋼（硬質(zhì)合金）球加力方向，直至試樣與球體緊密接觸

15、手輪空轉(zhuǎn)為止。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，待電源指示燈亮后，再啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，當(dāng)加荷指示燈明亮?xí)r，表示試驗(yàn)力開(kāi)始加上，此時(shí)立即擰緊定時(shí)壓緊螺釘，即自動(dòng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到預(yù)定加力時(shí)間后，轉(zhuǎn)動(dòng)即自行停止。驗(yàn)證壓痕對(duì)組織硬化的影響，即在規(guī)定兩壓痕中心距離范圍內(nèi)和范圍外打硬度進(jìn)行比較。關(guān)閉電源，反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)手輪，使工作臺(tái)下降，取下試樣。用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量壓痕直徑d,用所得結(jié)果從有關(guān)對(duì)照表中查找相應(yīng)的硬度值。四、洛氏硬度試驗(yàn)（一）試驗(yàn)原理洛氏硬度實(shí)驗(yàn)是將壓頭在一定壓力下壓入被測(cè)材料的表面，直接測(cè)量壓痕深度，并根據(jù)壓痕深度定出材料的硬度。這是與布氏硬度定義的主要不同之點(diǎn)。壓痕越深則硬度值越低，反之則硬度值越高。為保證壓頭與試

16、樣表面接觸良好，測(cè)洛氏硬度時(shí)先加預(yù)載荷（一般為gg3NQOkgf，然后再加主載荷，所加的總載荷大小，視被測(cè)材料的軟硬而定；洛氏硬度（HR）的計(jì)算公式為（圖省略）其中Kh2hihi-h2HR=K12SHR洛氏硬度；常數(shù)，用金剛石圓錐壓頭時(shí)為100,用鋼球壓頭時(shí)為130；加10kgf預(yù)載荷時(shí)產(chǎn)生的壓痕深度（mm）；卸除主載荷但保留預(yù)載荷時(shí)的壓痕深度（mm）；常數(shù)，為0.002mm,即壓頭每壓入0.002mm深度，相當(dāng)于1個(gè)計(jì)量單位。(4.6)（二）試樣技術(shù)條件洛氏硬度試驗(yàn)因壓痕小，故試樣要求表面光滑、無(wú)氧化皮、凹坑和明顯的加工痕跡，試驗(yàn)面的粗糙度Ra不應(yīng)低于0.8um。同樣，試樣在加工過(guò)程中，不應(yīng)

17、因受熱或冷加工硬化而改變材料的性能。試樣或試驗(yàn)層最小厚度應(yīng)不小于壓痕深度的8倍。表1-2常用三種洛氏硬度實(shí)驗(yàn)規(guī)范標(biāo)尺硬度符號(hào)壓頭類(lèi)型初始載荷F0/N主載荷F0/N總載荷F0/N測(cè)量硬度范圍應(yīng)用舉例AHRA頂角為120。的金剛石圓錐體98.07490.3588.42088硬質(zhì)合金、硬化薄鋼板、表面薄層硬化鋼BHRB5.588mm鋼球882.6980.720100低碳鋼、銅合金、鐵素體可鍛鑄鐵CHRC頂角為120C'的金剛石圓錐體588.414712070淬火鋼、高硬度鑄件、珠光體可鍛鑄鐵（三）實(shí)驗(yàn)步驟1、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作（1）試樣的準(zhǔn)備：必須設(shè)法處理使其表面潔凈，光滑；（2）試臺(tái)的選擇及

18、安裝：根據(jù)試樣形狀及尺寸選用合適的試臺(tái);（3）總試驗(yàn)力的預(yù)選：試驗(yàn)力的變換務(wù)必在試驗(yàn)前完成；2、洛氏硬度計(jì)的測(cè)試程序(1)插上電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，使其在投影屏上能看到清晰的影像；(2)根據(jù)試驗(yàn)要求選用壓頭，使其小心安裝在主軸的孔中，再擰緊緊固螺絲釘;(3)根據(jù)試驗(yàn)需要選擇試驗(yàn)力，轉(zhuǎn)動(dòng)變換旋鈕使所需試驗(yàn)力對(duì)正標(biāo)記；(4)將手柄推向后方，再將試樣放在石臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使試樣的試面與壓頭接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使試樣繼續(xù)升高，讓基線與左邊刻度“10嚷近重合；(5)旋轉(zhuǎn)投影屏下的旋鈕使分化板上的刻度“10冉投影屏基線重合；(6)拉動(dòng)手柄，使主試驗(yàn)力緩緩施加在試樣上，屏上的刻線回行而停在一定位置;將手柄推向后方，使主力卸除，屏上基線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺的數(shù)字即為洛氏硬度;(8)降下試臺(tái)，取出試樣。五、維氏硬度試驗(yàn)(一)試驗(yàn)原理將頂部?jī)上鄬?duì)面具有規(guī)定角度的金剛石正四棱錐壓頭用試驗(yàn)力壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，以壓痕單位面積的壓力表不(圖省略)2FsinHV=0.1021360<2d20.18915d(二)試樣技術(shù)條件試樣表面粗糙度：Ra0.4pm;試樣最小厚度應(yīng)為壓痕對(duì)角線的1.5倍；試驗(yàn)后試樣背面不應(yīng)出現(xiàn)可見(jiàn)痕跡；小試樣可以鑲嵌；試樣表面應(yīng)平坦，光滑、無(wú)氧化皮及外來(lái)物。試驗(yàn)力按規(guī)定選用；試驗(yàn)力保持時(shí)間10S15S,特殊材料可以適當(dāng)延長(zhǎng);任一壓