材料力學(xué)實驗1

實驗項目1、壓縮試驗2、拉伸試驗3、低碳鋼彈性模量E

的測定4、扭轉(zhuǎn)試驗5、低碳鋼剪切彈性模量G

的測定6、純彎曲梁變形實驗7、純彎曲梁正應(yīng)力實驗8、彎扭聯(lián)合作用下主應(yīng)力和內(nèi)力的測定9、壓桿穩(wěn)定實驗壓縮試驗一、試驗?zāi)康?/p>

1、測定低碳鋼的壓縮屈服極限σsc。

2、測定鑄鐵的抗壓強度極限σbc。

3、觀察兩種材料的變形破壞現(xiàn)象，并進行比較。二、試驗設(shè)備

1、液壓式萬能試驗機型號:微控電液伺服萬能試驗機（300KN）

2、游標(biāo)卡尺壓縮試驗微控電液伺服萬能試驗機（300KN）壓縮試驗三、試驗方法

1、試件：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬壓縮試驗方法》采用圓柱體試件，試件的抗壓能力與試件高度h和直徑d

的比值有關(guān)，應(yīng)滿足1≤h/d≤3的要求范圍。

試件截面尺寸：

低碳鋼：d0=15mmh0=20mm

鑄鐵：d0=15mmh0=30mm

d0h0標(biāo)準(zhǔn)試樣壓縮試驗2、受力分析：低碳鋼：P↓→P-△L（曲線呈線性）→Psc（屈服荷載）→P↑（進入強化后愈壓愈扁，壓縮曲線逐漸上升，最后壓成鼓狀。從而無法測定其壓縮強度極限。

低碳鋼試件受壓前后對比圖

PDlPscO低碳鋼受壓P—△l曲線圖壓縮試驗鑄鐵：P↓→△L（變形?。鶳↑→Pbc→破壞、呈

45°~55°斜截面而破壞，其抗壓強度極限為拉伸時的4～5倍，因此只適合作受壓構(gòu)件。

鑄鐵試件受壓前后對比圖OPDlPbc鑄鐵受壓P—△l

曲線圖壓縮試驗四、試驗結(jié)果處理

1、低碳鋼壓縮屈服極限

2、鑄鐵抗壓強度極限

3、繪出低碳鋼和鑄鐵兩種材料試驗前后的草圖拉伸試驗一、試驗?zāi)康?/p>

1、測定低碳鋼的屈服極限σs

（σsu、σsl）、強度極限

σb，延伸率δ和截面收縮率ψ。

2、了解低碳鋼材料受拉時、力與變形的關(guān)系，并繪制拉伸圖（P—ΔL曲線）二、試驗設(shè)備

1、液壓式萬能試驗機試驗機型號:微控電液伺服萬能試驗機（300KN）

2、游標(biāo)卡尺拉伸試驗三、試驗方法

1、根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗方法》、試樣從截面形式上可采用矩形截面和圓形截面兩種形式，從標(biāo)距上又可把試件分為10d0

長試件和5d0

短試件。

l0=10d0l0=5d012345678910圓形截面試件試件截面尺寸：d0=10mml0拉伸試驗2、拉伸試驗過程拉伸試驗中的四個階段彈性階段——（P—△L呈線性）屈服階段——（Psu、Psl、記錄試件的上下屈服荷載）強化階段——（試件將出現(xiàn)最大荷載值、并記錄Pb

）頸縮階段——（觀察試件局部收縮的現(xiàn)象）

ODl

PPslPsuPpPb拉伸試驗

3、斷后測量新的直徑d1和長度l1

直徑d1——測量斷口處的最小直徑。長度l1——測量的方法可分為兩種：

a、當(dāng)斷口到標(biāo)距處的距離＞l0/3時，采用直測法。

b、當(dāng)斷口到標(biāo)距處的距離≤l0/3時，采用斷口移中法。

直徑的量取方法長度的量取方法拉伸試驗四、數(shù)據(jù)處理

上屈服極限下屈服極限強度極限延伸率面積收縮率低碳鋼彈性模量E的測定一、試驗?zāi)康?/p>

1、拉伸時在比例極限內(nèi)，驗證胡克定律，并測定低碳鋼的彈性模量E。

2、學(xué)習(xí)引伸儀的使用方法。二、試驗設(shè)備

1、液壓式萬能試驗機型號:微控電液伺服萬能試驗機（300KN）

2、蝶式引伸儀三、試驗方法

1、試件：直徑d0=15mm

（拉伸試件）低碳鋼彈性模量E的測定2、當(dāng)試件受軸力P作用是、某一截面的應(yīng)力表達(dá)式可表示為：將兩式合并后可得彈性模量E的表達(dá)式為：式中P、A0、l0為已知量，△l為未知量，其中△l——可用引伸儀來測量其大小。或低碳鋼彈性模量E的測定引伸儀——碟式引伸儀（原理）△ll0△lPP固定刀刃活動刀刃千分表引伸儀表架引伸儀原理圖低碳鋼彈性模量E的測定

當(dāng)試件在外力作用下、試件將伸長△l，則引伸儀上的千分表將有一讀數(shù)為B，

即:B=K·△l△l=B/K

（K=1000)

l0=100mm

式中K——放大倍數(shù)l0——引伸儀標(biāo)距

所以一般微小變形可通過引伸儀的千分表放大后讀出。低碳鋼彈性模量E的測定3、加載方法的確定：

1）反推法：即已知σp反推Pp

2）試驗法：在拉伸試驗中確定Ps,在取Ps的70-80%作為擬定的試驗荷載，并將此荷載進行整級化。

4、逐級加載法：

把最終載荷分成相等的若干等份，在按相應(yīng)的等份進行逐級加載來測量試件變形。低碳鋼彈性模量E的測定載荷P/KN載荷增量

△P/KN引伸儀讀數(shù)增量△B

引伸儀讀數(shù)B左右左右2010251553055555

本次實驗擬定的載荷：最大30KN、每次5KN一級、共6級4182546143113167614601513664051148015121115低碳鋼彈性模量E的測定

求伸長量的平均值：

4、數(shù)據(jù)處理

將所測得的三組數(shù)據(jù)選一組最好的填入實驗報告，代入公式進行計算。扭轉(zhuǎn)試驗一、試驗?zāi)康?/p>

1、測定低碳鋼剪切屈服極限τs、剪切強度極限τb

。

2、測定鑄鐵剪切強度極限τb

。二、試驗設(shè)備

1、扭轉(zhuǎn)試驗機：型號:

微機控制電子扭轉(zhuǎn)試驗機微機控制電子扭轉(zhuǎn)試驗機（500NM）扭轉(zhuǎn)試驗三、實驗原理及方法

圓軸在承受扭轉(zhuǎn)時，試件表面為純剪切應(yīng)力狀態(tài)，試件的斷裂方式為我們分析材料的破壞原因提供了直接的有效依據(jù)，因此我們常用扭轉(zhuǎn)試驗來研究不同材料在純剪切作用下的機械性質(zhì)。1、試件截面尺寸：

低碳鋼：

d0=10mm

l0=100mm

鑄鐵：

d0=10mm

l0=100mm扭轉(zhuǎn)試驗2、試驗方法：

試件在受扭過程中我們常采用Mn-φ曲線來描述試件受扭。

低碳鋼：將試件裝入試驗機，沿試件長度方向用粉筆在試件上畫一直線以便觀察受扭變形過程。

扭轉(zhuǎn)試驗Mn＜MpτmaxMnMn=MsMnτsMs＞Mn＞MpMnτs

橫截面上的剪應(yīng)力成線性分布最大剪應(yīng)力發(fā)生在橫截面的周邊處。

剪應(yīng)力分布不再是線性，外邊緣首先到達(dá)屈服，形成環(huán)形塑性區(qū)。

隨著扭轉(zhuǎn)變形的增加，塑性區(qū)不斷向圓心擴展，直至全截面幾乎都是塑性區(qū)為止。ΦMSMbMn低碳鋼Mn—Φ曲線Mp扭轉(zhuǎn)試驗τmax從低碳鋼扭斷試件的截面分析可得：

當(dāng)α=0°時、此時截面上的剪應(yīng)力達(dá)到最大、破壞形式為剪斷，破壞是從外表面開始沿橫截面方向剪斷。扭轉(zhuǎn)試驗鑄鐵試件：試驗步驟與低碳鋼試驗相似，受扭過程中變形很小即發(fā)生斷裂、其Mn—φ曲線近似一斜直線。

ΦMbMn低碳鋼Mn—Φ曲線σ3σ1扭轉(zhuǎn)試驗

從鑄鐵扭斷試件的截面分析可得：

當(dāng)α=±45°時、此時截面上的拉應(yīng)力達(dá)到最大、破壞形式為拉應(yīng)力達(dá)到最大而破壞，破壞方式為拉斷。四、數(shù)據(jù)結(jié)果處理

剪切屈服極限：

剪切強度極限：其中Wn為抗扭截面模量剪切彈性模量G的測定一、實驗?zāi)康模?/p>

在比例極限內(nèi)驗證虎克定律，并測定低碳鋼的剪切彈性模量G。二、實驗設(shè)備：

1）扭轉(zhuǎn)測G試驗儀。

2）百分表。三、實驗原理及方法：試驗裝置尺寸：

試件直徑

d0=10mm

計算長度

L0=100mm

力臂長度

a=200mm

百分表與試件中心間距

b=100mm扭轉(zhuǎn)測G試驗裝置剪切彈性模量G的測定

通過理論學(xué)習(xí)知道、在比例極限內(nèi)扭轉(zhuǎn)角φ的計算公式可表達(dá)為。

變換后可得剪切彈性模量G的表達(dá)式

式中、Mn、L0、IP

為已知，φ是未知量。剪切彈性模量G的測定

未知量φ我們可以通過安裝在扭角儀上的百分表測得扭角儀的相對位移δ，則相對轉(zhuǎn)角φ=δ/b（弧度）δφb扭轉(zhuǎn)測G試驗裝置原理圖PbδΦL0a剪切彈性模量G的測定

加載方法：采用增量法加載

最大載荷20N、每級5N、共四級。

扭矩Mn/N·m扭矩增量

扭矩讀數(shù)增量扭轉(zhuǎn)角讀數(shù)δ（格）千分表讀數(shù)△Mn/N·m△δ（格）110×0.25×0.21