材料力學(xué)A實驗指導(dǎo)書匯總

1、材料力學(xué) A實驗指導(dǎo)書第一版）大連大學(xué)2012 年 12 月實驗一拉伸實驗拉伸實驗是測定材料力學(xué)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(xué)性能。、實驗設(shè)備及量具1. 電子萬能試驗機2. 游標(biāo)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(biāo)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）。4Lud血11HhLo礦1匕-7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(xué)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(biāo)準(zhǔn)試件”，其形狀尺寸的詳細(xì)規(guī)定參閱國家 標(biāo)準(zhǔn)金屬材料室溫拉伸試驗方法GB/T228-2002。標(biāo)準(zhǔn)試件的直徑為d。， 測標(biāo)距Lq = lOd?；騍 = 5do, 般取10mm

3、或20mm。矩形截面試件標(biāo) 距L與橫截面積A的比例為 k二吐3直或Lo二565血。四、實驗原理將劃好刻度線的標(biāo)準(zhǔn)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。i i IMtI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(dāng)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-AL曲線），可分為彈性線性階段（0A、屈服階段（AB、強化階段（BCD和局部變形階段（DE

4、。Er / i:t2Lh伸長量 / L1. 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 勺。上屈服強度°叩則是試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力，下屈服強度如則是屈服期間不計初始瞬時效應(yīng)時的最小應(yīng)力。屈服強度上屈服強度11、 下屈服強度$1分別按式（1） - （3）計算。匹二一(N/mii?或 ME)Li=AO + 0B + 2BC（所剩余格數(shù)為偶數(shù)）加二？ (N/niM或MPJ2. 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

5、程中的最大拉力值與原始橫 截面值之比稱為抗拉強度% 二 J(N/nnn2或 mPJ So3. 斷后伸長率的測定試樣拉斷后，標(biāo)距內(nèi)的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率5其中，S是試樣斷后標(biāo)距。測量時將其斷裂部分在斷裂處緊密對接在 一起，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h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(dāng)斷口到最鄰近標(biāo)距端點的距離大于 S/3時，直接測量斷 后標(biāo)距。移位法：當(dāng)斷口到最鄰近標(biāo)距端點的距離小于或等于5/3時，需按 下列方法測量L1：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

6、點，見圖2(a);若所剩余的格數(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(biāo)距L1分別為:L| 二 AO + OB + BC + BC（所剩余格數(shù)為偶數(shù)）廣M W1嚴(yán) -1圖2移位示意圖la4. 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S1之差與原始橫截面積的百分率:Sq_S屮=士丄 X 100%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(biāo)卡尺在試件標(biāo)距長度范圍內(nèi)，測量兩端及中間等三處截面的直徑，在每一處截面垂直

7、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(biāo)距長度內(nèi)，可以用兩個小沖點或一系列等分細(xì)線做出原始標(biāo)記，用來為斷 口位置的補償做準(zhǔn)備。62. 試驗機準(zhǔn)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(dāng)?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(zhǔn)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，注意觀察試件拉伸過程中 的幾個階段和電腦屏幕

8、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(biāo)卡尺測定斷裂后的標(biāo)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(biāo)、塑性指標(biāo)。實驗出現(xiàn)下列情況之一者，實驗結(jié)果無效;(1)試樣在標(biāo)距外斷裂，造成性能指標(biāo)不合格。(2)由于操作不當(dāng)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(zhǔn)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 do(nim)材料標(biāo)距S(mm)截面I截面n截面川橫截面 積胡(mm)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)修約到兩位有效數(shù)字。2.比例試

9、樣的原始標(biāo)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(xué)特性。2.試比較低碳鋼與鑄鐵的拉伸力學(xué)性能。3.從不同斷口形狀說明材料的兩種基本破壞形式。94.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及泊松比卩的測定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(xí)。2.在比例極限內(nèi)測定鋼材的彈性模量 E和泊松比4。3.驗證胡克定律。、實驗設(shè)備及量具1.材料力學(xué)多功能實驗臺主機力/應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀2.游標(biāo)卡尺 三、實驗原理桿件受軸向

10、拉伸時，在比例極限內(nèi)由胡克定律可知:彈性模量:泊松比：卩式中，P拉伸力;S桿件的橫截面面積;名縱縱向線應(yīng)變;橫 橫向線應(yīng)變、由（1）式、（2）式可見，求E，4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，卩時，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和卩：(4)E=-Btx式中，AP每級拉力增量，單位牛頓; sX 企分別相應(yīng)于 AP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(fù)荷偏心影響，測定結(jié)果的準(zhǔn)確度大為提高。cb o10cp o驗裝置四、實驗步驟1.在試樣標(biāo)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AF。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)

12、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 P 1=1KN, Pmax=5KN，也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=平均差值從2從3is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:(5)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4。2.畫出各片的P-E圖，觀察其符合胡克定律的程度。

13、六、思考題1.為什么測試時，要采用分段等間距加載法？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?11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(xué)多功能實驗臺力/應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀2、游標(biāo)卡尺及鋼尺。15三、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MYb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;P/£P/2圖1純彎曲梁力學(xué)模型為了驗證

14、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CT。粘貼了電阻應(yīng)變片，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)力實驗測定的各點正應(yīng)力值為式中一高度為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 8。從而測定應(yīng)力值增量式中 8 (i )為i點應(yīng)變增量的各遍平均 值。與之相比較的理論值: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1 、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=K»，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nZ As氐名i =