材料力學試驗指導書要點

1、材料力學實驗指導書實驗一拉伸實驗拉伸實驗是測定材料力學性能的最基本最重要的實驗之一。由本實驗所測得的結(jié)果， 可以說明材料在靜拉伸下的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、 塑性、強度等重要機械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進行強度計算的重要依據(jù)。一、實驗目的要求1 .測定低碳鋼的流動極限 OS、強度極限CTb、延伸率6、截面收縮率中和鑄鐵的強度極限仃b。2 .碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象，繪出外力和變形間的關(guān)系曲線（F -AL曲線）。3 .較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。二、實驗設備和儀器材料試驗機、游標卡尺、兩腳標規(guī)等三、拉伸試件金屬材料拉伸實驗常

2、用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度l稱為標距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機的夾頭內(nèi)。圖1-1為了使實驗測得的結(jié)果可以互相比較，試件必須按國家標準做成標準試件，即l = 5d或l =10d。對于一般板的材料拉伸實驗，也應按國家標準做成矩形截面試件。其截面面積和試件標距關(guān)系為l =11.3JA或l =5.65JA, A為標距段內(nèi)的截面積。四、實驗方法與步驟1、低碳鋼的拉伸實驗：1）試件的準備：在試件中段取標距l(xiāng) = 10d或l = 5d在標距兩端用腳標規(guī)打上沖眼作為標志，用游標卡尺在試件標距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑d （在每處的兩個互相垂 直的方

3、向各測一次取其平均值）取最小值作為計算試件橫截面面積用。2）機的準備；首先了解材料試驗機的基本構(gòu)造原理和操作方法，學習試驗機的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強度極限 仃b及試件的橫截面積，初步估計拉伸試件所需最大載荷，選擇 合適的測力度盤，并配置相應的擺錘，開動機器，將測力指針調(diào)到“零點”，然后調(diào)整試驗機下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內(nèi)。3）進行實驗：試件夾緊后，給試件緩慢均勻加載，用試驗機上自動繪圖裝置，繪出外 力F和變形LL的關(guān)系曲線（F -AL曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當載荷增加到A點時，拉伸圖上 OA段是直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關(guān)系，即符合虎克定 律的彈性變形范圍。當載荷增

4、加到B'點時，測力計指針停留不動或突然下降到B點，然后在小的范圍內(nèi)擺動， 這時變形增加很快， 載荷增加很慢；這說明材料產(chǎn)生了流動（或者叫屈 服）與B'點相應的應力叫上流動極限，與 B相應的應力叫下流動極限，因下流動極限比較 穩(wěn)定，所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以 B點相對應的載荷值 FS除以試Fs件的原始截面積 A即得到低碳鋼的流動極限 <js，仃S=流動階段后，試件要承受更大的A外力，才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中C點至D點這一段為強化階段。當載荷達到最大值Fb （ D點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi)，此段發(fā)生截面

5、收縮，即出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。此時記下最大載荷值Fb,用Fb除以試件的原始截面積 A,就得到低碳鋼的強度極限 仃bcrb =Fb/A。在試件發(fā)生“頸縮”后，由 于截面積的減小，載荷迅速下降，到E點試件斷裂。關(guān)閉機器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標卡尺測量出斷裂后試件標距間白長度li ,按下式可計算出低碳鋼的延伸率6L 一 l1 =-x 100% ol將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標卡尺量出斷口（細頸）處的直徑d1，計算出面積Ai ；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率中，寸=21A 100%從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠

6、則變形愈小，因此測得ll的數(shù)值與斷口的部位有關(guān)。 為了統(tǒng)一 6值的計算， 規(guī)定以斷口在標距長度中央的 1/3區(qū)段內(nèi)為準，來測量l的值，若斷口不在1/3區(qū)段內(nèi)時，需 要采用斷口移中的方法進行換算，其方法如下：設兩標點C到C'之間共刻有n格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線d起，向右取n/2格，標記為a,這就相當于把斷口擺在標距中央，再看 a點至Ci點有多少格，就由a點向左取相同的格數(shù)，標以記號b,令L '表示C到b的長度，則L'十2L "的長度中包含的格數(shù)等于標距長度內(nèi)的格數(shù)n ,故li =L'+2L&q

7、uot;當斷口非常接近試件兩端， 而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認為實驗結(jié)果無效，需要重作實驗。斷口圖1-42、鑄鐵的拉伸實驗1）試件的準備：用游標卡尺在試件標距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑d取最小值計算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強度極限仃b，估計拉伸試件的最大載荷。2）試驗機的準備；與低碳鋼拉伸實驗相同1）進行實驗：開動機器，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄最大載荷 Fb ,觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將最大載荷值 Fb除以試件的原始截面積 A,就得到鑄鐵的強度極限 仃b 0b = Fb / A。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂,以鑄鐵的延伸率和截面收縮率

8、很小，很難測出。實驗二壓縮實驗在工程實際中，有些構(gòu)件承受壓力，而材料由于載荷形式的不同其表現(xiàn)的機械性能也不 同，因此除了通過拉伸實驗了解金屬材料的拉伸性能外，有時還要作壓縮實驗來了解金屬材料的壓縮性能，一般對于鑄鐵、水泥、磚、石頭等主要承受壓力的脆性材料才進行壓縮實驗， 而對于塑性金屬或合金進行壓縮實驗是主要目的是為了材料研究。例如灰鑄鐵在拉伸和壓縮時的強度極限不相同，因此工程上就利用鑄鐵壓縮強度較高這一特點用來制造機床底座、床身、汽缸、泵體等。一、實驗目的和要求1）測定在壓縮時低碳鋼的流動極限OS,及灰鑄鐵的強度極限 Cb o2 ）觀察它們的破壞現(xiàn)象，并比較這兩種材料受壓時的特性。二、實驗準

9、備：亡士材料試驗機、游標卡尺j |T! h金屬材料的壓縮試件一般制成圓柱形，如圖所不，并制定1 M M3d四、實驗方法與步驟1 .低碳鋼的壓縮實驗1）試件準備：用游標卡尺測量試件的直徑d。2）試驗機的準備：首先了解試驗機的基本構(gòu)造原理和操作方法，學習試驗機的操作規(guī)程。選擇合適的測力刻度盤，配置相應的擺錘，開動機器，將刻度盤指針調(diào)到零點，然后將 試件盡量準確地放在機器活動承墊中心上，使試件承受軸向壓力。3）進行實驗：開動機器，使試件緩慢均勻加載，低碳鋼在壓縮過程中產(chǎn)生流動以前基本情況與拉伸時相同，載荷到達B時，測力盤指針停止不動或倒退，這說明材料產(chǎn)生了流動，當載荷超過 B點后，塑性變形逐漸增加，

10、試件橫截面積逐漸明顯地增大，試件最后被 壓成鼓形而不斷裂，故只能測出產(chǎn)生流動時的載荷 FS,由仃S = FS / A得出材料受壓時的流 動極限而得不出受壓時的強度極限。2、鑄鐵的壓縮實驗鑄鐵壓縮與低碳鋼的壓縮實驗方法相同，但鑄鐵受壓時在很小的變形下即發(fā)生破壞，能測出Fb,由仃b =Fb/A得出材料強度極限。鑄鐵破壞時的裂縫約與軸線成 45 角左右。五、注意事項1）試件一定要放在壓頭中心以免偏心影響損壞2 ）在試件與上壓頭接觸時要特別注意減小油門，使之慢慢接觸，以免發(fā)生撞擊,機器。3 ）鑄鐵壓縮時，應注意安全，以防試件破壞時跳出打傷。六、討論題1）低碳鋼壓縮圖與拉伸圖有何區(qū)別？說明什么問題？2）

11、鑄鐵的破壞形式說明什么問題？3 ）碳鋼壓縮后為什么成鼓形？實驗三彈性模量E的測定實驗、實驗目的要求:1 ）在比例極限內(nèi)測定低碳鋼的彈性模量E2）驗證虎克定律、原理拉桿拉伸時伸長變形AL與拉伸載荷F之間的關(guān)系，在比例極限范圍內(nèi)應符合虎克定律：由L, =FL可得出：E =-FLEA：LA式中：F拉伸載荷，L 引伸計標距E 材料彈性模量A試件的橫截面積F右標桿量表左標桿 二右標桿定位螺釘活動下刀口 ilir試樣 底板F上刀口 L 標距長度內(nèi)的伸長量三、實驗設備材料試驗機、蝶式引伸計、游標卡尺四、蝶式引伸計簡介儀器結(jié)構(gòu)如圖1）整上刀口位置，使上下刀口間 的距離等于標距值。2）松開緊固螺釘調(diào)整量表位置，

12、 使下刀口底面與底板上定位螺釘接觸，頂尖與量表測量平面接觸。測拉伸變形時，量表起始位置應在指針正向行程0.1mm以上,然后固定好量表罩圈在需要的位置上。3）握住蝶式引伸計，壓縮彈簧使兩刀口分開夾持在試件上，如夾緊力不夠可調(diào)整連接板簧帽。4）如需要增強上刀口夾緊力時， 在標桿上使用夾緊架， 其位置應以盡量靠近上刀口處， 夾緊力也可通過簧帽調(diào)正。當試件受力后，原標距伸長，上刀口不動，下刀口繞中點轉(zhuǎn)動，由于杠桿比為1：1,從千分表上可讀出變形值，伸長量取兩表數(shù)值的平均值進行計算。六、實驗方法與步驟1）測量試件尺寸（直徑）2）試件裝于試驗機上，加預載 2kN ,然后將蝶式引伸計裝于試件上。3）轉(zhuǎn)動引伸

13、計的調(diào)節(jié)螺釘，使千分表的小針在0.6左右，而千分表的大指針為零。4）開動機器，緩慢加載，并記錄千分表的讀數(shù)， 在3kN時記初讀數(shù)，以后每增加2kN 記一次讀數(shù)，至13kN為上，停機。七、實驗數(shù)據(jù)整理GPa.F L11格為mm。1000：（：L）PA上式中（L）p的單位應該用 mm,而表中A（AL）p為千分表格數(shù)，千分表實驗四扭轉(zhuǎn)實驗在實際工程機械中，有很多傳動軸是在扭轉(zhuǎn)情況下工作，設計扭轉(zhuǎn)軸所用的許用剪應力，是根據(jù)材料在扭轉(zhuǎn)破壞實驗時，所測出的剪切流動極限飛，或剪切強度極限 無而求得的。一、實驗目的要求1）低碳鋼的剪切流動極限 Os、剪切強度極限Ob、及鑄鐵的剪切強度極限 Ob。2）觀察斷口情

14、況，進行比較和分析。二、實驗設備和儀器扭轉(zhuǎn)試驗機、劃線儀、游標卡尺等三、扭轉(zhuǎn)試件根據(jù)國家標準，一般采用圓截面試件，標距 L =100mm ,標距部分直徑d =10mm。如圖4-1所示。圖4-1四、實驗方法與步驟1、低碳鋼試件的扭轉(zhuǎn)：1）試件的準備：在試件標距內(nèi)的中間和兩端三處測量直徑，取最小值作為直徑尺寸 d ,計算抗扭截面系數(shù)。 WP = 1二d3P 162）試驗機的準備；首先了解扭轉(zhuǎn)機的基本構(gòu)造原理和操作方法，學習掌握扭轉(zhuǎn)機的操 作規(guī)程。根據(jù)材料性質(zhì)，初步估所需最大扭矩，選擇合適的測力表盤，配置相應的擺錘，測 力指針調(diào)到“零點”。圖4-33）進行實驗：將低碳鋼試件裝夾到試驗機上，用“手動”

15、對試件緩慢均勻地加扭矩，加在試件上的扭矩 Mn和扭轉(zhuǎn)角 中的關(guān)系曲線，如圖4-2所示。當扭矩增加到A點，（即Mn = Mp）時，圖4-2中OA段為直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件變形之間成比例關(guān)系，扭矩超過Mp后。試件截面的外緣外處，材料發(fā)生流動形成環(huán)形塑性區(qū)，同時 Mn-華圖曲 p線稍微上上升，達到 B點趨于平坦，這時測力指針幾乎不動，這說明塑性區(qū)已擴展為整個截面，材料發(fā)生流動，記錄下此時的扭矩M bo在達到Ms時，假定截面上各點的剪應力同時達到流動極限飛（理想塑性），斷面上三s均勻分布，從而推導計算流動極限的近似公式如下：Ms = F( sdA) D式中心是常數(shù),dA =2二。d：所以Ms =

16、 SRR -):2 二：d： =2二.$°：&-S4.“，s =1 Wp s3故屈服極限3Ms4Wp式中：Wp p若試件繼續(xù)變形，材料進一步強化，當達到M n -中上的C點時，試件破壞，扭矩表盤上的指針可讀出最大扭矩 Mb,與屈服時的塑性變形過程相似，可得3Mbb4Wp試件斷裂后，立即關(guān)閉機器，取下試件。2、鑄鐵試件的扭轉(zhuǎn):鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實驗方法與步驟與低碳鋼相同，因鑄鐵扭轉(zhuǎn)在變形很小的情況下就被扭斷, 鑄鐵的Mn 中曲線如圖4-4所示由圖可知，鑄鐵扭轉(zhuǎn)由開始直到破壞近似一直線，其剪切強度極限因鑄鐵試件在斷裂前呈脆 性破壞，故可近似應用彈性公式計算Mbb 一Wp五、注意事項:1）

17、用手動變電器加扭矩時，一般將手搖柄取下，以免發(fā)生事故。2）在變速進，一定先停車，后調(diào)矩。3）試件在夾緊時，用手搬套筒搬手，而不要產(chǎn)生沖力。4）鑄鐵扭轉(zhuǎn)時，要加防護罩，以免破碎試件飛出打傷人。六、討論題總結(jié)低碳鋼和鑄鐵兩種材料在拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)時的強度以及破壞斷口的情況進行比較 分析，說明原因。實驗五梁的彎曲正應力實驗一、實驗目的和要求：1）用電測法測定純彎曲梁受彎曲時 A-A （或B B）截面各點的正應力值，與理論 計算值進行比較。2）了解電阻應變儀的基本原理和操作方法二、實驗設備CM-1C型靜態(tài)電阻應變儀，純彎曲梁實驗裝置三、彎曲梁簡圖:F/2F/2Fa/2Fa/2Jill圖5-1應端c =

18、 h/6、 E = 200GPa已知：L=630mm、a =160mm、b=20mm、h = 40mm、在梁的純彎曲段內(nèi) A-A （或BB）截面處粘貼七片電阻片，即R1、R2、R3、R4、R5、R、R7。R4貼在中性層處，實驗時依次測出1、2、3、4、5、6、7點的應變，計算出應力。四、測量電橋原理構(gòu)件的應變值一般均很小，所以，應變片電阻變化率也很小，需用專門儀器進行測量, 測量應變片的電阻變化率的儀器稱為電阻 變儀，其測量電路為惠斯頓電橋， 如圖所示。如圖所示，電橋四個橋臂的電阻分別為Ri、R2、R3和R4 ,在A、C端接電源，B、D 為輸出端。設A、C間的電壓降為U則經(jīng)流電阻R1、R4的電

19、流分別為IiUR1R2I4 =U一，所以Ri、R4兩端的電壓降分別為R3R4Uab =IiRi =RiR1R2U ADR4一U所以R3R4B、 D端的輸出電壓為U - U AB - U adRiR4當電橋輸出電壓R1R2MRR-RzR4U 二R3 R4(Ri R2)(R3 R4)U =0時，稱為電橋平衡。故電橋平衡條件為R1 R3 = R2R4或RR2R4設R3電橋在接上電阻R、R2、R3和R4時處于平衡狀態(tài)，即滿足平衡條件。當上述電阻分別改變 AR1、AR2、r3和ar4時(RiR)(R3R)-(R2R)(R *4)U U(Ri：Ri R2R)(RR3 R4R)略去高階微量后可得（當 R1

20、= R2 = R3 = R4時）RR2(R R2)2R22R3 JR4"RT -RT'-RT_ U 咨R2 .出R4"4 R " R R R上式代表電橋的輸出電壓與各臂電阻改變量的一般關(guān)系。在進行電測實驗時，有時將粘貼在構(gòu)件上的四個相同規(guī)格的應變片同時接入測量電橋,當構(gòu)件受力后，設上述應變片感受到的應變分別為i、%、 %、%相應的電阻改變量分別為AR、岷2、AR3和,應變儀的讀數(shù)為4 U-di 一 ，2，3 - -4KU以上為全橋測量的讀數(shù)，如果是半橋測量，則讀數(shù)為KU所謂半橋測量是將應變片 R3和R4放入儀器內(nèi)部，R1和R2測量片接入電橋，接入A、B和B

21、、C組成半橋測量。五、理論和實驗計算理論計算-'1,7Wz-'2,6M c2其中：WZbh26I包I Z -12實驗值計算:M c1、-3 5 二3,5 IZ圖5-3實驗六彎扭組合應力測定實驗、實驗目的要求1）用電測法測定圓桿 M -M （或N N ）截面危險點的主應力大小和方向；和理論值比較。2）用電測法測定 M -M （或N N ）截面處于純剪狀態(tài)下的一點的最大剪應力已知材料，彈性模量 E = 200GPa泊松比：0 =0.28空心圓桿連接器圖6-1扭矩圖(M彎曲正應力分布扭轉(zhuǎn)剪力分布M橫向剪切應力分布、應力狀態(tài)分析1）由應力狀態(tài)分析可知 AA主應力最大，A點的應力有o彎和

22、三扭，在測量時可以分別測量，其 A點的應力狀態(tài)可以分解成如圖所示丁扭W剪2）在A點，彎曲應力。彎最大，而切應力工剪=0,而7扭對軸向應變無關(guān)，所以測。彎時只要在A點（A'點）軸向布片就可以測出 仃彎3）測丁扭時因為7扭在橫截面周邊處都相等， 在縱向截面處不但有 三扭而且還有彎曲剪工扭和ax ，在B點和B '點應力引起的w剪。根據(jù)圖，B、B'的應力狀態(tài)分析，為了測出處與軸線成45 °,各貼兩片電阻片，電阻片布片如圖所示圖6-4四、測試方法根據(jù)應力狀態(tài)，可分別把彎曲的應變、扭轉(zhuǎn)的應變、扭轉(zhuǎn)和剪切的組合應變、剪切應變測出來，再分別求出各種變形下的應力，最后根據(jù)公式求

23、出主應力的大小、方向和最大切應力。1、測彎曲正應力。彎1）接線：半橋互補，將 電為工作片，R2為補償片接入電橋中進行溫度補償，：因R、 旦的增量等值同向接相鄰橋臂，故抵消，應變讀數(shù)%=2-（-） = 2君，讀數(shù)應變值擴大2倍，扭轉(zhuǎn)剪切變形下不改變軸的長度，所以測出的是彎曲變形下的應變值，2 ）計算:-彎=E = E 22、測扭轉(zhuǎn)切應力七扭1）接線：半橋互補將 R5作為工作片，R4作為補償片接入電橋中如圖，R、R皆與軸向成45。，應變讀數(shù) 加=%（句）=2名，由剪力產(chǎn)生的應變量等值同向，R4、&接相鄰橋臂故抵消了，所以測得的應變數(shù)為扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的應變值。2）計算E ； E ；d扭 =12（

24、1）3、測橫向力引起的剪切應力 七剪1）接線：半橋互補，將R作為工作片（在B'點），R3為補償片（在B點）接入電橋。 同上，R3、R皆與軸線成45°,由于R3、R5受扭后應變量等值同向，接在相鄰橋臂故抵 消，而由橫力引起的剪切，在 R3、R5受剪后，應變量等值反向，布在橋相鄰邊，應變讀數(shù)圖6-74、測扭剪組合（即最大切應力）Emax =毛扭十三剪五、實驗步驟1）測。彎時將R、R2接入電橋中調(diào)節(jié)電橋平衡（按操作規(guī)程）分級加載四次，記下每次加載相應的應變值。六、附理論計算公式1、計算彎曲正應力。彎2、計算扭轉(zhuǎn)切應力三扭B點B'點R為工作片,R6為補償片接入電橋中（同上），

25、R、&皆與軸向成45°,應變讀數(shù)；d =節(jié) -(- " = 2 ；2 ）按上述方法依次接線測出剪應力T扭、丁剪、lax的應變值，因工剪很小，所以測的應變值可能很小，不必懷疑。3）關(guān)閉電源，卸載，整理儀器。MW二 D 4她一（1一：）da 二DMn- D 4 WP =(1 -1 4) 163、求A點的主應力大小和方向,。2扭tg2：= CT金4、求最大切應力( max式中：3. 3_ QSzmax &_ D _ d剪一； Sz max 一 I Zb124二 D 4IZ =（1-：）:二D -d64實驗七切變模量G的測定、實驗目的要求在比例極限內(nèi)驗證扭轉(zhuǎn)虎克定律

26、，測定切變模量G、實驗設備和儀器扭轉(zhuǎn)試驗機、游標卡尺、扭角儀等三、實驗原理在低碳鋼試件上安裝扭角儀（圖7-1）以測量扭轉(zhuǎn)角，按選的標距Lo ,將扭角儀的A、B兩個環(huán)分別固定在標距的兩端截面上,若這兩截在發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，千分表就表示出標距,試件中心軸線為b分別在A （或B）截面上點的相位移6故A、B橫截面的相對扭轉(zhuǎn)角為（在材料的剪切比例極限內(nèi)）、dL圖7-1MoL。一 GIp式中M。為扭矩，Ip為圓截面的極慣性矩。同樣采取增量法，逐級加載，如每增同樣大小的 扭矩AM。，扭轉(zhuǎn)角的增量 中基本相等，這就驗證了虎克定律，根據(jù)測得的各級扭轉(zhuǎn)角增 量中,可用下式算出相應的切變模量: MnLoG =.：Ii

27、p式中下標i為加載級數(shù)（i=1,2- n）。四、實驗步驟1）用劃線機在試件兩端劃標距為Lo的圓周線，用游標卡尺在標距兩端及中間三處互垂方向各測量試件直徑，并記在試件尺寸表中。2）據(jù)材料的剪切比例極限 ”和扭角儀量程擬定加載方案，確定最終扭矩值，加載次 數(shù)和扭矩增量AM n。3）據(jù)擬定的加載方案，選擇測扭矩度盤的量程。4）安裝試件和扭角儀將試件裝入試驗機夾頭，然后把A、B環(huán)固定在標距兩端的圓周線上，將千分表固定在 A環(huán)上，最后用游標卡尺測量試件軸線到千分表頂桿的實際距離 b。5 ）預加一定的載荷（略小于最終載荷），卸載檢查試驗機和扭角儀是否處于正常狀態(tài)。6）用手搖逐級加載，每增加一級AM n ,

28、讀一次扭角儀讀數(shù)，并記錄直至最終載荷。實驗八沖擊實驗在實際工程機械中，有許多構(gòu)件常受到?jīng)_擊載荷的作用，機器設計中應力求避免沖擊波負荷，但由于結(jié)構(gòu)或運行的特點，沖擊負荷難以完全避免，例如內(nèi)燃機膨脹沖程中氣體爆炸推 動活塞和連桿，使活塞和連桿之間發(fā)生沖擊，火車開車、停車時，車輛之間的掛鉤也產(chǎn)生沖擊，在一些工具機中，卻利用沖擊負荷實現(xiàn)靜負荷難以達到的效果，例如鍛錘、沖擊、鑿巖 機等，為了了解材料在沖擊載荷下的性能，我們必須作沖擊實驗。一、實驗目的1）了解沖擊實驗的意義，材料在沖擊載荷作用下所表現(xiàn)的性能2 ）測定低碳鋼和鑄鐵的沖擊韌度值ak。二、實驗設備和儀器擺式?jīng)_擊試驗機、游標卡尺等三、基本原理1）

29、沖擊實驗是研究材料對于動荷抗力的一種實驗，和靜載荷作用不同，由于加載速度快，使材料內(nèi)的應力驟然提高，變形速度影響了材料的機構(gòu)性質(zhì)，所以材料對動載荷作用表現(xiàn)出另一種反應。往往在靜荷下具有很好塑性性能的材料，在沖擊載荷下會呈現(xiàn)出脆性的性質(zhì)。2）此外在金屬材料的沖擊實驗中，還可以揭示了靜載荷時，不易發(fā)現(xiàn)的某結(jié)構(gòu)特點和工作條件對機械性能的影響（如應力集中，材料內(nèi)部缺陷，化學成分和加荷時溫度，受力狀 態(tài)以及熱處理情況等），因此它在工藝分析比較和科學研究中都具有一定的意義四、沖擊試件工程上常用金屬材料的沖擊試件一般在帶缺口槽的矩形試件，做成制品的目的是為了便于揭露各因素對材料在高速變形時的沖擊抗力的影響。

30、并了解試件的破壞方式是塑性滑移還是脆性斷裂。但缺口形狀和試件尺寸對材料的沖擊韌度ak值的影響極大，要保證實驗結(jié)果能進行比較，試件必須嚴格按照冶金工業(yè)部的部頒布標準制作。故測定ctk值的沖擊實驗實質(zhì)上是一種比較性實驗，其沖擊試件形狀如圖所示。55±210± 0.11040土 0.5圖8-1五、沖擊實驗形式1）簡梁式彎曲沖擊實驗2）肱梁式彎曲沖擊實驗3）拉伸沖擊實驗簡梁式彎曲沖擊實驗工程中最常用六、實驗方法與步驟1）測量試件尺寸，要測量缺口處的試件尺寸。2）首先了解擺錘沖擊試驗機的構(gòu)造原理和操作方法，掌握沖擊試驗機的操作規(guī)程，定要注意安全。3）整沖擊試驗機指針調(diào)到“零點”根據(jù)試

31、件材料估計所需破壞能量，先空打一次，測 定機件間的摩擦消耗功。4 ）將試件裝入在沖擊試驗機上， 簡梁式?jīng)_擊實驗應使沒有缺口的面朝向擺錘沖擊的一 邊，缺口的位置應在兩支座中間，要使缺口和擺錘沖刃對準。將擺錘舉起同空打時的位置， 打開鎖桿。使擺錘落下，沖斷試件，然后剎車，讀出試件沖斷時消耗的功，以下式可計算出 材料的沖擊韌度值：，W N -m% = 一 =-k2A mmW 沖斷試件時所消耗的功；A試件缺口橫截面積8-2七、注意事項：在實驗過程中要特別注意安全，絕對禁止把擺錘舉高后安放試件，當擺錘舉高后，人就離開擺錘擺動的范圍，在放下擺錘之前，應先檢查一下有沒有人還未離開，以免發(fā)生危險。八、討論題1

32、）低碳鋼和鑄鐵在沖擊作用下所呈現(xiàn)的性能是怎樣的？2）材料沖擊實驗在工程實際中的作用如何？實驗九疲勞實驗在機器中有很多元件如軸、齒輪、彈簧等都是在循環(huán)載荷下工作的，在重負載荷下零件在低應力下發(fā)生脆性現(xiàn)象叫金屬疲勞。疲勞斷裂與靜荷斷裂不同，很多構(gòu)件在多次反復應力作用下，會在遠低于材料的強度極限時就發(fā)生突然的脆性破壞，斷前沒有明顯的宏觀塑性變形，很難事先觀察和預防，具有很大的危險性，因此研究材料的疲勞破壞規(guī)律，防止構(gòu)件的 疲勞失效就尤為重要。疲勞實驗就是測定材料對重復載荷的抗力，作為在交變應力下合理選擇材料和設計零件的強度依據(jù)。一、實驗目的1）了解疲勞實驗的使用方法2 ）測定材料在彎曲時疲勞極限 c

33、r-1的方法。二、實驗設備和儀器彎曲疲勞試驗機三、基本原理1 ）疲勞極限是材料在交變應力作用下，能無限次承受應力變化而不破壞的最大應力值。但因?qū)嶋H實驗不可能使試件進行無限次循環(huán)作用，常規(guī)定循環(huán)數(shù)N作為實驗基數(shù)，對黑色金屬N =530 X106,所以實際上求得的疲勞極限是指受N次循環(huán)的重復，而試件不發(fā)生疲勞破壞的最大應力值，常稱為名義持久極限。2）疲勞實驗有拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲的，有對稱循環(huán)的或不對稱循環(huán)的。由實驗知對稱循 環(huán)是最危險的循環(huán)， 測得的疲勞極限最低。 本次實驗是最基本的應用最廣的“在對稱循環(huán)下轉(zhuǎn)梁式彎曲疲勞實驗”，測得的疲勞極限 仃-1 ,而其它荷重下的疲勞極限 仃-1用經(jīng)驗公式推求。

34、3）轉(zhuǎn)梁式彎曲疲勞實驗常用的有簡梁式和肱梁式，如圖所示。簡梁式的試件受純彎曲作用，上部受壓，下部受拉，因載荷靜止不動，當試件旋轉(zhuǎn)半周進，應力就改變，故試件旋 轉(zhuǎn)一周進，試件內(nèi)各點應力就獎反復地做一次循環(huán)變化。最大應力幅發(fā)生在試件最小直徑處。肱梁式的試件除受彎曲作用外，尚有剪力作用，但通常此剪力可忽略不計。圖9-1圖9-24）測定疲勞極限通常是根據(jù)在610根相同試件所做一系列而得，在每一根試件下施加的載荷值不同，開始先在第一根試件上施加最大荷重約等于0.5 0.6。b的最大應力仃1 ,試件斷裂后，由疲勞機的循環(huán)次數(shù)表可以得知此試件破壞時的循環(huán)次數(shù)N1在以后各根試件所承受的應力逐根減少2 4kg/

35、mm2下重復進行同樣實驗，測得不同的破壞循環(huán)次數(shù)N2、N3,。隨著荷重的降低，試件發(fā)生破壞時的循環(huán)次數(shù)將隨著增加，由此可在以應力仃為縱坐標，循環(huán)次數(shù)N為橫坐標的平面上做出一條曲線如圖11-3所示。當某一根試件的循環(huán)次數(shù)N超過基數(shù)N =107后尚未破壞，則相應的應力 叼即接近疲勞極限，如與相近 的破壞應力的差值不大于 1kg/ mm2則此應力 %即認為是所求的 仃。5）由于材料的疲勞抗力與材料試件形狀、尺寸要求、加工精度、實驗的工作條件、加載荷變形的形式等很多因素有關(guān)，進行實驗需要用較多試件和時間，因此完成一個實驗最少也得用一周時間。因此本次實驗只作示范表演，使同學們了解疲勞極限的測量方法。圖9

36、-36）疲勞實驗對試件的要求比較嚴格，同一組試件必須同一規(guī)格，而且是同一爐冶煉的，試件表面要求精密加工，經(jīng)過磨光和拋光，表面無刀痕損傷，試件要嚴格保證同心度，以消除應力集中的影響，四、實驗方法與步驟1）用千分尺測量直徑三次，以最小直徑來計算面積，2 ） 了解疲勞試驗機的構(gòu)造原理和操作方法，掌握疲勞機制操作規(guī)程。安裝試件，先不加載荷，將機器進行試轉(zhuǎn)，檢查運轉(zhuǎn)是否正常，有無振動噪音，連接是否緊密牢固。3）高速計數(shù)器至零或記下初讀數(shù)，加上預計荷重按下電鈕旋轉(zhuǎn)調(diào)速電阻，啟動電機使轉(zhuǎn)速緩慢增加。，決不能超過額定電壓。4）試件斷裂后，關(guān)閉電門，記下計數(shù)器讀數(shù)，卸下試件。圖9-4實驗十光彈性認識實驗、實驗目的1 ） 一般光彈儀的結(jié)構(gòu)，及偏振場的類型。2 ）掌握等差線、等傾線的概念3）初步了解光彈基本原理和方法、光彈儀結(jié)構(gòu)及偏振場的類型S 光源W冷卻水槽準光鏡P 起偏振鏡Qi 波片T圖 10-1Q2 波片A分析鏡（檢偏振鏡）L2成象透鏡F 濾色鏡R光M 模型及加載架T 投影在做光彈實驗時，通常需做以下調(diào)整步驟：1）調(diào)整各光學元件的上下位置及鏡面方位，使各鏡片中心軸位于一條直線上，為判別此點只在光源S在T上投影呈正圓即可。2）調(diào)整P、Qi、Q2、A的相