材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)參考

1、實(shí)驗(yàn)一、測(cè)定金屬材料拉伸時(shí)的力學(xué)性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼的屈服極限S,強(qiáng)度極限b，延伸率和面積收縮率。2、測(cè)定鑄鐵的強(qiáng)度極限b。3、觀察拉伸過(guò)程中的各種現(xiàn)象，并繪制拉伸圖（FI曲線）。二、儀器設(shè)備1液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。2、游標(biāo)卡尺。三、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)要材料的力學(xué)性質(zhì)s、b、和是由拉伸破壞試驗(yàn)來(lái)確定的。試驗(yàn)時(shí)，利用試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)繪出低碳鋼拉伸圖和鑄鐵拉伸圖。對(duì)于低碳材料，確定屈服載荷Fs時(shí)，必須緩慢而均勻地使試件產(chǎn)生變形，同時(shí)還需要注意觀察。測(cè)力回轉(zhuǎn)后所指示的最小載荷即為屈服載荷Fs，繼續(xù)加載，測(cè)得最大載荷Fb。試件在達(dá)到最大載荷前，伸長(zhǎng)變形在標(biāo)距范圍內(nèi)均勻分布。從最大載荷開始，產(chǎn)生局部伸長(zhǎng)和頸縮。頸

2、縮出現(xiàn)后，截面面積迅速減小，繼續(xù)拉伸所需的載荷也變小了，直至斷裂。鑄鐵試件在極小變形時(shí)，就達(dá)到最大載荷，而突然發(fā)生斷裂。沒(méi)有流動(dòng)和頸縮現(xiàn)象，其強(qiáng)度極限遠(yuǎn)低于碳鋼的強(qiáng)度極限。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟1、用游標(biāo)卡尺在試件的標(biāo)距范圍內(nèi)測(cè)量三個(gè)截面的直徑，取其平均值，填入記錄表內(nèi)。取三處中最小值作為計(jì)算試件橫截面積的直徑。2、按要求裝夾試樣（先選其中一根），并保持上下對(duì)中。3、按要求選擇“試驗(yàn)方案”7“新建實(shí)驗(yàn)”7“金屬圓棒拉伸實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行試驗(yàn)，詳細(xì)操作要求見萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)使用說(shuō)明。4、試樣拉斷后拆下試樣，根據(jù)試驗(yàn)機(jī)使用說(shuō)明把試樣的FI曲線顯示在微機(jī)顯示屏上。從低碳鋼的FI曲線上讀取Fs、Fb值，從鑄鐵的FI曲線

3、上讀取Fb值。5、測(cè)量低碳鋼（鑄鐵）拉斷后的斷口最小直徑及橫截面面積。6、根據(jù)低碳鋼（鑄鐵）斷口的位置選擇直接測(cè)量或移位方法測(cè)量標(biāo)距段長(zhǎng)度h。7、比較低碳鋼和鑄鐵的斷口特征。8、試驗(yàn)機(jī)復(fù)原。五、數(shù)據(jù)記錄與處理低碳鋼試件試樣尺寸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)前：標(biāo)距1100mm屈服載荷Fs22.1kN最大載荷Fb33.2kN直徑d10.14mm橫截面面積A80.71mm2實(shí)驗(yàn)后：標(biāo)距丨1=133.24mm最小直徑d1=5.70mm屈服應(yīng)力FssAMPa抗拉強(qiáng)度Fbb_AMPa伸長(zhǎng)率l1I100%I斷面收縮率AA1100%A拉伸圖試樣草圖實(shí)驗(yàn)前:實(shí)驗(yàn)后:灰鑄鐵試件試樣尺寸實(shí)驗(yàn)前：標(biāo)距I100mm直徑d10.16mm

4、橫截面面積A=81.03mm2實(shí)驗(yàn)后：標(biāo)距I1100mm最小直徑d1=10.15mm橫截面面積0.91實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最大載荷Fb14.4kN抗拉強(qiáng)度FbbAMPa實(shí)驗(yàn)前草圖實(shí)驗(yàn)后草圖橫截面面積A1=25.50mm六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析與討論分析比較兩種材料在拉伸時(shí)的力學(xué)性能及斷口特征。實(shí)驗(yàn)二、測(cè)定金屬材料壓縮時(shí)的力學(xué)性能、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼的屈服應(yīng)力2、測(cè)定鑄鐵的抗壓強(qiáng)度bc3、觀察壓縮過(guò)程中的各種現(xiàn)象，并繪制壓縮圖（Fl曲線）。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。2、游標(biāo)卡尺。三、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)要當(dāng)試樣承受壓縮時(shí)，其上下端面與試驗(yàn)機(jī)墊板之間產(chǎn)生很大的摩擦力，這些摩擦力阻礙試樣上部和下部的橫向變形，使其抗壓能力有

5、所提高，故試驗(yàn)時(shí)試樣兩端面應(yīng)涂以潤(rùn)滑劑以減小摩擦力的影響。施加載荷時(shí)，要求其合力作用線與試樣軸線一致，為此試樣兩端面必須平行且與軸線垂直，同時(shí)在試驗(yàn)機(jī)下墊板底部有球形承墊，當(dāng)試樣兩端面稍有不平行時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整下墊板平面的方位，使接觸面載荷均勻分布。低碳鋼壓縮試驗(yàn)中，屈服現(xiàn)象不及拉伸時(shí)那樣明顯，從FI曲線讀下屈服載荷Fs,由此可求得屈服極限s仝，此后由于材料良好的塑性，使其壓成餅狀而不致破壞，故低碳鋼不存在壓縮強(qiáng)A0度極限。鑄鐵壓縮試驗(yàn)則在出現(xiàn)較大（相對(duì)于拉伸而言）的塑性變形后發(fā)生破壞，其裂紋方向與軸線約成45°角，此時(shí)的載荷即為最大載荷Fbc，由此可算得壓縮強(qiáng)度極限FbcbcoA0四

6、、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟1測(cè)量試樣的原始尺寸。2、安裝試樣并保持上下對(duì)中。3、根據(jù)試樣的負(fù)荷和變形水平，按照試驗(yàn)機(jī)操作軟件設(shè)定試驗(yàn)的詳細(xì)步驟，加載試驗(yàn)。4、觀察試樣變形和破壞特征。五、數(shù)據(jù)記錄與處理材料低碳鋼灰鑄鐵試樣尺寸d15mm，I20mm，A176.63mm2d15mm，I20mm，A176.63mm2試樣實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后草圖1丄dIQ-(Ld0實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)屈服載荷Fs49kN屈服應(yīng)力s2MPa最大載荷Fbc153kN抗壓強(qiáng)度begMPa壓縮圖FLF-OIOI六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析與討論分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因。實(shí)驗(yàn)三、拉壓彈性模量E測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定材料的彈性模量E。2、在比例極限內(nèi)，驗(yàn)證

7、胡克定律。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。2、數(shù)字式電阻應(yīng)變儀。3、游標(biāo)卡尺，標(biāo)準(zhǔn)試樣等。三、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)要一般采用在比例極限內(nèi)的拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的彈性模量E。測(cè)量標(biāo)距內(nèi)微小變形的方法較多，可以用各種引伸儀來(lái)測(cè)定，也可以用電測(cè)方法來(lái)測(cè)得。試件一般采用圓形截面的標(biāo)準(zhǔn)試樣。為了驗(yàn)證載荷F與變形I之間的正比關(guān)系，在比例極限內(nèi)采用增量法，逐級(jí)加載，每次增加同樣大小的載荷F,測(cè)出相應(yīng)的伸長(zhǎng)變形，若每次伸長(zhǎng)變形增量也大致相等，說(shuō)明載荷F與變形I成正比，即驗(yàn)證了胡克定律。設(shè)試樣的橫截面為A,標(biāo)距為I，則彈性范圍內(nèi)的胡克定律為F/EA，由此可知，試樣材料的彈性模量為：E=。為了夾牢試件和消除試驗(yàn)機(jī)機(jī)構(gòu)之間的間隙，必

8、須施加一定數(shù)量的初載荷。A當(dāng)確認(rèn)儀表工作正常之后，正式自初載開始，逐級(jí)加載，測(cè)量其伸長(zhǎng)。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟1試件準(zhǔn)備在標(biāo)距長(zhǎng)度范圍內(nèi)，測(cè)量試件兩端及中間三處的截面尺寸，取三處尺寸的平均值作為試件的計(jì)算直徑。2、擬定加載方案。3、試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)備。按試驗(yàn)機(jī)操作軟件設(shè)定試驗(yàn)的詳細(xì)步驟加載試驗(yàn)。4、安裝試件并施加初載荷。5、檢查及試件試驗(yàn)機(jī)開動(dòng)前，必須請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查以上步驟完成情況。然后開啟試驗(yàn)機(jī)，預(yù)加載荷至兩倍初載荷，以檢查試驗(yàn)機(jī)是否正常工作。7、進(jìn)行試驗(yàn)自初載荷起，緩慢地逐級(jí)加載至最終載荷，并將讀數(shù)記入記錄表中。加載至最大值后、再卸載至初載荷。以上試驗(yàn)過(guò)程，應(yīng)重復(fù)進(jìn)行23次。直至幾次測(cè)量結(jié)果基本一致為

9、止。五、數(shù)據(jù)記錄與處理試樣尺寸：計(jì)算長(zhǎng)度I=100mm,直徑d=10mm，橫截面面積A78.5mm2載荷(kN)應(yīng)變讀數(shù)（卩£）F讀數(shù)增量F第一次第二次讀數(shù)增量讀數(shù)增量00000022115.2115.2114.6114.642231.3116.1229.9115.362348.5117.2346.7116.882465.3116.8461.3114.6增量均值FN增量均值115.83彈性模量E一二218GPaA六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析與討論?為逐級(jí)加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同什么必須用逐級(jí)加載的方法測(cè)彈性模量？實(shí)驗(yàn)四、金屬材料扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

10、測(cè)定低碳鋼的剪切屈服點(diǎn)s，及剪切強(qiáng)度極限b。2、測(cè)定鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限b。3、觀察低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）的扭轉(zhuǎn)破壞特點(diǎn)，并比較其斷口形狀。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。2、游標(biāo)卡尺，標(biāo)準(zhǔn)試樣等。三、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)要塑性材料試樣安裝在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)試樣施加扭力矩，在計(jì)算機(jī)的顯示屏上即可得到扭轉(zhuǎn)曲線。試樣變形先是彈性性的，在彈性階段，扭矩與扭轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。彈性變形到一定程度試樣會(huì)出現(xiàn)屈服。扭轉(zhuǎn)曲線扭矩首次下降前的最大扭矩為上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩為下屈服扭矩Tsi,通常把下屈服扭矩對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為材料的屈服極限TS,即：ts=Tsl=Tsl/W。當(dāng)試樣扭斷時(shí)，得到最大扭矩Tb，

11、則其抗扭強(qiáng)度為Tb=Tb/W式中W為抗扭截面模量，對(duì)實(shí)心圓截面有W=ndo3/16。鑄鐵為脆性材料，無(wú)屈服現(xiàn)象，故當(dāng)其扭轉(zhuǎn)試樣破斷時(shí)，測(cè)得最大扭矩Tb,則其抗扭強(qiáng)度為：tb=Tb/W。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟1、測(cè)量試樣原始尺寸。分別在標(biāo)距兩端及中部三個(gè)位置上測(cè)量的直徑，用最小直徑計(jì)算抗扭截面模量。2、安裝試樣并保持試樣軸線與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心一致。3、低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞試驗(yàn)。觀察線彈性階段、屈服階段的力學(xué)現(xiàn)象，記錄上、下屈服點(diǎn)扭矩值，試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。4、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞試驗(yàn)。試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。五、數(shù)據(jù)記錄與處理材料低碳鋼灰鑄鐵試樣尺寸d10mm,l=100

12、mmd10mm,l=100mm抗扭截面模量d33Wpmmp16d33Wpmmp16實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)屈服扭矩Ts35.5Nm最大扭矩Tb80.5Nm屈服切應(yīng)力sMPaWp抗切強(qiáng)度bMPaWp最大扭矩Tb46.5Nm抗切強(qiáng)度&WMPa六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析與討論碳鋼與鑄鐵試件扭轉(zhuǎn)破壞情況有什么不同，分析其原因。實(shí)驗(yàn)五、純彎曲梁正應(yīng)力試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)靜態(tài)多點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量的方法。2、測(cè)定梁純彎曲時(shí)的正應(yīng)力分布規(guī)律，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1純彎曲梁及其加載裝置。2、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀與預(yù)調(diào)平衡箱。3、游標(biāo)卡盡、鋼尺。三、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)要已知梁受純彎曲的正應(yīng)力公式為：山。式中M為

13、作用在截面上的彎矩，Iz為Iz梁橫截面對(duì)中性軸Z的慣矩，Y為由中性軸到欲測(cè)點(diǎn)的距離。本試驗(yàn)采用碳鋼制成的矩形截面梁，在梁承受純彎曲的某一橫截面上，沿軸向貼上五個(gè)電阻應(yīng)變片（如圖1），R4和R5分別貼在梁的頂部和底部，R、R2貼yh的位置，R3在中性層上，當(dāng)梁受彎曲時(shí)，即4可測(cè)出各點(diǎn)處的軸向應(yīng)變實(shí)（i=1、2、3、4、5）,由于梁的各層纖維之間無(wú)擠壓，根據(jù)單向應(yīng)力狀態(tài)的胡克定律，求出各點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)力為：實(shí)=E佞（i=1、2、3、4、5）,式中E是所測(cè)梁材料的彈性模量。加載后，測(cè)得各點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)變i實(shí)，依次求出各點(diǎn)的應(yīng)力i實(shí)為：i實(shí)=Ei實(shí)。扌把i實(shí)與理論公式算出的應(yīng)力（.理-Myi）加以比較，從而驗(yàn)證理論公式的正確性。lb圖1!r1丨1討丨丨1nii_JFFaa四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟1、測(cè)量試樣的原始尺寸。2、擬定加載方案。3、安裝試樣。4、將各工作片、補(bǔ)償片接入預(yù)調(diào)平衡箱、各點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡。5、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。加載，逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記下讀數(shù)；測(cè)量完畢后，卸載。上述過(guò)程重復(fù)3次,以獲得具有重復(fù)性的可靠試驗(yàn)結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.原始數(shù)據(jù)記錄試件材料彈性模量E載荷P距中性層試件尺寸Iz低碳鋼213GPa4000NY1=10mma=150mm