材料力學試驗參考指導書拉伸扭轉沖擊應變

C61`材料拉伸壓縮實驗一、實驗目觀測試件受力和變形之間互有關系；觀測低碳鋼在拉伸過程中體現(xiàn)出彈性、屈服、強化、頸縮、斷裂等物理現(xiàn)象；觀測鑄鐵在壓縮時破壞現(xiàn)象。測定拉伸時低碳鋼強度指標（s、b）和塑性指標（、）；測定壓縮時鑄鐵強度極限b。學習、掌握電子萬能實驗機用法及工作原理。二、實驗設備微機控制電子萬能實驗機；游標卡尺。三、實驗材料拉伸實驗所用試件（材料：低碳鋼）如圖1所示，壓縮實驗所用試件（材料：鑄鐵）如圖2所示：dd0l0l圖1拉伸試件圖2壓縮試件四、實驗原理1、拉伸實驗低碳鋼試件拉伸過程中，通過力傳感器和位移傳感器進行數(shù)據(jù)采集，A/D轉換和解決，并輸入計算機，得到F-l曲線，即低碳鋼拉伸曲線，見圖3。對于低碳鋼材料，由圖3曲線中發(fā)現(xiàn)OA直線，闡明F正比于l，此階段稱為彈性階段。屈服階段（B-C）常呈鋸齒形，表達載荷基本不變，變形增長不久，材料失去抵抗變形能力，這時產生兩個屈服點。其中，B點為上屈服點，它受變形大小和試件等因素影響；B點為下屈服點。下屈服點比較穩(wěn)定，因此工程上均如下屈服點相應載荷作為屈服載荷。測定屈服載荷Fs時，必要緩慢而均勻地加載，并應用s=Fs/A0（A0為試件變形前橫截面積）計算屈服極限。圖3低碳鋼拉伸曲線屈服階段終了后，要使試件繼續(xù)變形，就必要增長載荷，材料進入強化階段。當載荷達到強度載荷Fb后，在試件某一局部發(fā)生明顯變形，載荷逐漸減小，直至試件斷裂。應用公式b=Fb/A0計算強度極限（A0為試件變形前橫截面積）。依照拉伸先后試件標距長度和橫截面面積，計算出低碳鋼延伸率和端面收縮率，即，式中，l0、l1為試件拉伸先后標距長度，A1為頸縮處橫截面積。2、壓縮實驗鑄鐵試件壓縮過程中，通過力傳感器和位移傳感器進行數(shù)據(jù)采集，A/D轉換和解決，并輸入計算機，得到F-l曲線，即鑄鐵壓縮曲線，見圖4。圖4鑄鐵壓縮曲線圖4鑄鐵壓縮曲線對鑄鐵材料，當承受壓縮載荷達到最大載荷Fb時，突然發(fā)生破裂。鑄鐵試件破壞后表白出與試件橫截面大概成45～55傾斜斷裂面，這是由于脆性材料抗剪強度低于抗壓強度，使試件被剪斷。材料壓縮時力學性質可以由壓縮時力與變形關系曲線表達。鑄鐵受壓時曲線上沒有屈服階段，但曲線明顯變彎，斷裂時有明顯塑性變形。由于試件承受壓縮時，上下兩端面與壓頭之間有很大摩擦力，使試件兩端橫向變形受到阻礙，故壓縮后試件呈鼓形。鑄鐵壓縮實驗強度極限：b=Fb/A0（A0為試件變形前橫截面積）。五、實驗環(huán)節(jié)及注意事項1、拉伸實驗環(huán)節(jié)（1）試件準備：在試件上劃出長度為l0標距線，在標距兩端及中部三個位置上，沿兩個互相垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件直徑d0。（2）實驗機準備：按實驗機計算機打印機順序開機，開機后須預熱十分鐘才可使用。按照“軟件使用手冊”，運營配套軟件。（3）安裝夾具：依照試件狀況準備好夾具，并安裝在夾具座上。若夾具已安裝好，對夾具進行檢查。（4）夾持試件：若在上空間實驗，則先將試件夾持在上夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件另一端；若在下空間實驗，則先將試件夾持在下夾頭上，力清零消除試件自重后再夾持試件另一端。（5）開始實驗：點擊主機小鍵盤上試樣保護鍵，消除夾持力；位移清零；按運營命令按鈕，按照軟件設定方案進行實驗。（6）記錄數(shù)據(jù)：試件拉斷后，取下試件，將斷裂試件兩端對齊、靠緊，用游標卡尺測出試件斷裂后標距長度l1及斷口處最小直徑d1（普通從互相垂直方向測量兩次后取平均值）。壓縮實驗環(huán)節(jié)（1）試件準備：用游標卡尺在試件中點處兩個互相垂直方向測量直徑d0，取其算術平均值，并測量試件高度h0。（2）實驗機準備：按實驗機計算機打印機順序開機，開機后須預熱十分鐘才可使用。按照“軟件使用手冊”，運營配套軟件。（3）安裝夾具：依照試件狀況準備好夾具，并安裝在夾具座上。若夾具已安裝好，對夾具進行檢查。（4）放置試件：實驗力清零；把試件放在壓盤中間，通過小鍵盤調節(jié)橫梁位置，通過肉眼觀測，到上壓盤離試件上平面尚有一定縫隙時停止。（注意：盡量將試件放在壓盤中心，如放偏話對實驗成果甚至是實驗機均有影響。）（5）開始實驗：位移清零；按運營命令按鈕，按照軟件設定方案進行實驗。（6）記錄數(shù)據(jù)：試件壓斷后，取下試件；記錄強度載荷Fb。六、實驗報告內容及規(guī)定1、繪制拉伸曲線（F-l曲線）。低碳鋼拉伸曲線鑄鐵拉伸曲線壓縮曲線1壓縮曲線22、拉伸實驗數(shù)據(jù)及計算成果解決。實驗材料試件規(guī)格實驗前實驗后屈服極限s/MPa強度極限b/MPa延伸率/%斷面收縮率/%截面尺寸d0/mm截面面積A0/mm2標距長度l0/mm斷口截面尺寸d0/mm截面面積A1/mm2標距長度l1/mm測量部位測量數(shù)值平均值d0測量數(shù)值平均值d1低碳鋼上10.0610.0310.03316.05111.045.45.491.61142.8675.94109.3228.6671.0110.00中10.1010.0810.065.4下10.1210.1010.083、壓縮實驗數(shù)據(jù)第一根直徑（mm）平均高（mm）7.907.9020.007.887.92第二根6.886.906.926.909.203、計算鑄鐵壓縮實驗強度極限b。材料沖擊實驗一、實驗目1、觀測分析低碳鋼材料在常溫沖擊下破壞狀況和斷口形貌。2、測定低碳鋼材料沖擊韌度k值。3、理解沖擊實驗辦法。二、實驗設備1、液晶全自動金屬擺錘沖擊實驗機。2、游標卡尺。三、實驗材料本實驗采用GB/T2291994原則規(guī)定10mm10mm55mmU形缺口或V形缺口試件。四、實驗環(huán)節(jié)及注意事項1、測量試件缺口處尺寸，測三次，取平均值，計算出橫截面面積。2、檢查回零誤差和能量損失：正式實驗開始前在支座上不放試件狀況下“空打”一次：（1）取擺：按“取擺”鍵，擺錘逆時針轉動；（2）退銷：按“退銷”鍵，保險銷退銷；（3）沖擊：按“沖擊”鍵，掛/脫擺機構動作，擺錘靠自重繞軸開始進行沖擊；（4）放擺：按“放擺”鍵，保險銷自動退銷，當擺錘轉至接近垂直位置時便自動停擺；（5）清零：按“清零”鍵，使擺錘角度值復位為零。注意：必要在擺錘處在垂直靜止狀態(tài)時方可執(zhí)行此動作。第一次“空打”后顯示屏上顯示空打沖擊吸取功N1即為回零誤差，此值經校正后應不不不大于此擺錘標稱能量值0.1%。繼續(xù)“空打”五次，記下第六次空打沖擊吸取功N6，則擺錘在擺動中由于空氣和摩擦阻力導致能量損失為：此值應不不不大于此擺錘標稱能量值0.5%。3、正式實驗：按“取擺”鍵，擺錘逆時針轉動上揚，觸動限位開關后由掛擺機構掛住，保險銷彈出，此時可在支座上放置試件（注意試件缺口對中并位于受拉邊）。然后順序執(zhí)行以上“取擺”、“退銷”、“沖擊”、“放擺”動作。顯示屏上將顯示該試件沖擊吸取功和相應沖擊韌度。4、擺錘抬起后，禁止在擺錘擺動范疇內站立、行走和放置障礙物。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及成果解決材料試件缺口處橫截面積A(cm2)沖擊功W(Nm)沖擊韌度(Nm/cm2)低碳鋼0.868123.542142.329鑄鐵0.8621.8672.166低碳鋼低碳鋼材料扭轉實驗一、實驗目觀測低碳鋼和鑄鐵變形現(xiàn)象及破壞形式。測定低碳鋼剪切屈服極限和強度極限。測定鑄鐵剪切強度極限。二、實驗設備1、微機控制電子扭轉實驗機。2、游標卡尺。三、實驗試件實驗所用試件與拉伸試件原則相似，如下圖1所示。為防止打滑，試件夾持段宜為類矩形：圖1四、實驗原理 圓柱形試件在扭轉時，橫截面邊沿上任一點處在純剪切應力狀態(tài)（圖2）。由于純剪切應力狀態(tài)是屬于二向應力狀態(tài)，兩個主應力絕對值相等，大小等于橫截面上該點處剪應力，與軸線成45°角。圓桿扭轉時橫截面上有最大剪應力，而45°斜截面上有最大拉應力，由此可以分析低碳鋼和鑄鐵扭轉時破壞因素。由于低碳鋼抗剪強度低于抗拉強度，試件橫截面上最大剪應力引起沿橫截面剪斷破壞；而鑄鐵抗拉強度低于抗剪強度，試件由與桿軸線成45°斜截面上引起拉斷破壞。TTTT圖2在低碳鋼試件受扭過程中，通過扭矩傳感器和扭角傳感器進行數(shù)據(jù)采集，A/D轉換和解決，并輸入計算機，得到曲線，曲線也叫扭轉圖，如圖3所示。圖中起始直線段OA表達試件在這個階段中成比例，截面上剪應力是線性分布，如圖4(a)所示。此時截面周邊上剪應力達到了材料剪切屈服極限。由于這時截面內部剪應力不大于，故試件仍具備承載能力，曲線呈繼續(xù)上升趨勢。扭矩超過后，截面上剪應力分布不再是線性，如圖4(b)所示。在截面上浮現(xiàn)了一種環(huán)狀塑性區(qū)，并隨著增長，塑性區(qū)逐漸向中心擴展，曲線稍微上升，直至B點趨于平坦，截面上各點材料完全達到屈服，這時扭矩即為屈服扭矩，如圖4(c)所示。CCBBATbATbTsTpTsTpOO圖3剪切屈服極限為：（1）式中，是實心試件抗扭截面模量（或稱抗扭截面系數(shù)）。時剪應力分布時剪應力分布時剪應力分布（a）（b）（c）圖4繼續(xù)給試件加載，試件再繼續(xù)變形，材料進一步強化。從圖3看出，當扭矩超過后，增長不久，而增長很小，BC近似一根不通過坐標原點直線。在C點時，試件被剪斷，此時扭矩為最大扭矩。剪切強度極限為：(2)但是，為了實驗成果互相之間可比性，依照國標GB/T10128－1988規(guī)定，低碳鋼扭轉屈服點和抗扭強度采用下式計算：(3)鑄鐵材料曲線如圖5所示，從開始受扭直到破壞，近似為始終線，故近似地按彈性應力公式計算：（4）TbTb圖5五、實驗環(huán)節(jié)及注意事項1、試件準備：在標距兩端及中部三個位置上，沿兩個互相垂直方向各測量一次直徑取平均值，再從三個平均值中取最小值作為試件直徑d。在低碳鋼試件表面畫上一條縱向線和兩條圓周線，以便觀測扭轉變形。2、實驗機準備：按實驗機→計算機→打印機順序開機，開機后須預熱十分鐘才可使用。依照計算機提示，設定實驗方案，實驗參數(shù)。3、裝夾試件：（1）先將一種定位環(huán)夾套在試件一端，裝上卡盤，將螺釘擰緊。再將另一種定位環(huán)夾套在試件另一端，裝上另一卡盤；依照不同試件標距規(guī)定，將試件擱放在相應V形塊上，使兩卡盤與V形塊兩端貼緊，保證卡盤與試件垂直，以保證標距精確。將卡盤上螺釘擰緊。（2）先按“對正”按鍵，使兩夾頭對正。如發(fā)現(xiàn)夾頭有明顯偏差，請按下“正轉”或“反轉”按鍵進行微調。將已安裝卡盤試件一端放入從動夾頭鉗口間，扳動夾頭手柄將試件夾緊。按“扭矩清零”按鍵或實驗操作界面上扭矩“清零”按鈕。推動移動支座移動，使試件頭部進入積極夾頭鉗口間。先按下“試件保護”按鍵，然后慢速扳動夾頭手柄，直至將試件夾緊。（3）將扭角測量裝置轉動臂距離調好，轉動轉動臂，使測量輥壓在卡盤上。4、開始實驗：按“扭轉角清零”按鍵，使電腦顯示屏上扭轉角顯示值為零。按“運營”鍵，開始實驗。5、記錄數(shù)據(jù)：試件斷裂后，取下試件，觀測分析斷口形貌和塑性變形能力，填寫實驗數(shù)據(jù)和計算成果。6、實驗結束：實驗結束后，清理好機器，以及夾頭中鐵屑，關斷電源。六、實驗報告內容及規(guī)定1、實驗數(shù)據(jù)記錄及成果解決:材料最小直徑d/mm抗扭截面模量Wp/mm3屈服扭矩Ts/Nm破壞扭矩Tb/Nm剪切屈服極限MPa剪切強度極限MPa斷口形狀破壞力學因素低碳鋼10.0196.3520.256.95102.9290.4平剪斷鑄鐵10.0196.3543.83232.2不平拉斷 2、繪制材料扭轉曲線（曲線）。鑄鐵扭轉曲線3、繪制材料斷口草圖，闡明其特性并分析破壞因素。低碳鋼斷口是平，破壞因素是被剪斷；鑄鐵斷口是不平，斷痕與軸線大概成45°，破壞因素是被拉斷。應變測量實驗實驗目學習應變片粘貼、使用基本辦法學習電橋聯(lián)線辦法及電橋測量原理和特點學習使用WS-3811應變儀測量應變基本辦法實驗原理運用惠斯登電橋原理進行測量實驗儀器微型計算機、WS-3811數(shù)字式應變儀、橋盒、應變片及其附件實驗內容選片：在擬定采用那種類型應變計后，用肉眼或放大鏡檢查絲柵與否平行，有否霉點、銹點、用數(shù)字式萬用表測量各應變片電阻值。所選應變片電阻阻值要與其橋盒匹配，如橋盒內置電阻為120Ω，那么，使用應變片也要是120Ω。測點表面清潔解決：為使應變計能與被測試件貼牢，對測點表面要進行清潔解決。一方面把測點表面用砂紙打磨；使測點表面平整、光潔。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面油污，到棉花球不黑為止。打磨好表面，如暫時不貼片，可涂以凡士林等防止氧化。貼片：在測點位置和應變片底基面上，涂上薄薄一層膠水，一手捏住應變片引出線，在應變片上面蓋一層聚乙烯塑料膜作為隔層，用手指在應變片長度方向滾壓，擠出片下氣泡和多余膠水，直到應變片與被測物緊密粘合為止。手指保持不動按壓抑段時間后再放開，注意按壓時不要使應變片移動，輕輕掀開薄膜檢查有無氣泡、翹曲、脫膠等現(xiàn)象，否則需重貼。注意粘結劑不要用得過多或過少，過多則膠層太厚影響應變片性能，過少則粘結不牢不能精確傳遞應變。干燥解決：應變計粘貼好后應有足夠粘結強度以保證與試件共同變形。此外，應變計和試件間應有一定絕緣度，以保證應變讀數(shù)穩(wěn)定。為此，在貼好片后就需要進行干燥解決，氣溫在20℃以上，相對濕度在55％左右時用502膠水粘貼，采用自然干燥即可。接線：由于應變片兩條連線很細，因此要應使用“轉接片”連接導線（如圖所示），避免測量時拉短應變片連線。防潮解決：為避免膠層吸取空氣中水分而減少絕緣電阻值，應在應變片接好線并且絕緣電阻達到規(guī)定后，及時相應變計進行防潮解決。防潮解決應依照實驗規(guī)定和環(huán)境采用不同防潮材料。普通選用703、704硅膠即可。應變橋盒接線辦法：應變儀面板7針信號輸入插頭接線方應變橋（橋壓：±1V

）接線辦法：④橋壓-1V③橋壓-1V⑤橋壓+1V②信號+⑥橋壓+1V①信號-⑦屏蔽地闡明：7針插頭接線辦法：針1：信號-針2：信號+針3：橋壓-1V針4：橋壓-1V針5：橋壓+1V針6：橋壓+1V針7：屏蔽地應變儀面板（7針插頭）電壓信號（對于輸出為電壓傳感器）輸入接線辦法：②信號+①信號-⑦信號地接線闡明：應變儀(７針插頭)測量端（電壓信號）①信號＋信號＋②信號－信號－⑦信號地應變橋盒用法橋盒內部電路見后附電路圖。一種應變片橋盒（1/4橋）用法2線制(1/4橋)1個測量應變片單應變片橋路邏輯圖應變片貼法1/4橋橋盒接線圖示按“1/4橋盒接法圖示”把一種應變片接到兩條線另一端，注意橋盒上要有3個短接插片。二個應變片橋盒（半橋）用法1個測量應變片1個補償應變片(靜止)2個測量應變片R1和R2(半橋)同面垂直粘貼邏輯圖應變片貼法半橋橋盒接線圖示按“半橋盒接法圖示”把兩個應變片辨別接到“紅-黑”線和“藍-黑”線另一端，其中黑線為兩個應變片共用線，注意橋盒上要去掉1個短接插片，保存2個短接插片。測試量程和濾波設立打開Vib’SYS信號采集、解決和分析軟件，從菜單“信號采集”選取“動、靜應變采集”進入應變測量界面，如下圖所示。對于應變或其他傳感器信號測量，應選取比較適合測量量程，選取測量量程時應盡量選取比較小量程，儀器量程越小精度越高；（該儀器已將測試值標稱為微應變（με

），標定系數(shù)為1，即測試值1代表1個με）。（1）應變量程設立當測量應變時，對于應變片敏捷度系數(shù)K=2和橋壓為±1伏狀況下，每個微應變（με

）相應于1個微伏（μV），這時應變測量有兩擋選取，應變量程設立：量程1：±4000με

量程2：±40000με設立辦法：進入量程及濾波設定界面，選取量程和要設立通道，點擊“設立…”。相應通道量程即被設定，也可直接點擊界面中“〇”，單獨設立各通道量程，相應通道變?yōu)椤啊瘛?；?）濾波頻率設立 儀器中設計了低通濾波器，當測量應變時，由于存在各種干擾，因此在進行測試時，先要設立濾波頻率，濾波頻率范疇（2Hz~50KHz）；（普通設立為20Hz即可）。 設立辦法：進入量程及濾波設定界面，點擊“濾波設立…”，輸入相應通道濾波頻率，點擊“擬定”，退出濾波設立；量程和濾波頻率設立就緒后，點擊“設立到儀器”，將所需量程和濾波頻率設立到儀器。儀器校準初次測試或通過長時間不用時，需對儀器進行校準，該儀器具備自動校準功能；校準目是使測試值更加精準。校準辦法：斷開各通道，即拔下橋合接頭；設立各校準通道量程和濾波頻率；一切就緒后，進“儀器校準”欄點擊“自動校準”，儀器開始進行校準，該過程需要持續(xù)若干秒時間，固然也可半途退出校準；校準完畢，校準成果（普通都在1.000左右）顯示于相應通道欄中；校準成果可保存，點擊“存校準值”，輸入文獻名，校準成果保存于文獻中，下次測試時可直接讀入，點擊“讀校準值”，選取校準文獻，讀入校準值；點擊“不校準”，不對儀器進行校準。動態(tài)應變數(shù)據(jù)采集對于隨時間變化比較快應變信號，要用動態(tài)應變數(shù)據(jù)采集。當進行動態(tài)應變數(shù)據(jù)采集時，動態(tài)采集應變數(shù)據(jù)直接記錄到計算機硬盤中，采集數(shù)據(jù)量由計算機硬盤容量定，采集結束后來，把采集得到應變數(shù)據(jù)調出進行分析解決。（1）非定期動態(tài)應變采集該數(shù)字式應變儀采集總采樣頻率為100KHz，在進行動態(tài)應變采集時可依照實際測試狀況選取，但通道采樣頻率總和不能超過100KHz，（普通應變測試采樣頻率不適當設得過高，普通每通道1000Hz即可）。點擊“設立采集參數(shù)”在采樣頻率欄中輸入采樣頻率；在采集時間欄中輸入所需時間值單位（秒），選取采集開始通道和結束通道，選取顯示通道，一切就緒后；點擊“開始示波”，此時可以觀測各通道采集數(shù)據(jù)波形，采集數(shù)據(jù)不保存，當你以為采集數(shù)據(jù)需要保存時，點擊“開始記錄”，選取保存數(shù)據(jù)文獻“*.YB”開始記錄，采集數(shù)據(jù)開始記錄于硬盤中，直到采集時間結束，也可半途退出采集；采集結束數(shù)據(jù)文獻自動轉換為“*.TIM”格式，便于后續(xù)解決繪圖等；如果半途發(fā)生斷電等意外狀況，數(shù)據(jù)也能自動保存，但只有“*.YB”文獻，后續(xù)解決時，需將該文獻轉換為“*.TIM”格式文獻，詳細操作是：點擊“打開應變數(shù)據(jù)文獻”，選取需要轉換“*.YB”文獻，再點擊“轉換為Vib’SYS格式”，選取要轉換為“*.TIM”文獻即可轉換完畢。（2）定期動態(tài)應變采集定期動態(tài)采集是指：每間隔一段時間采集一段時間數(shù)據(jù)，一旦點擊開始采集，該過程將始終持續(xù)下去，直到點擊停止采集；數(shù)據(jù)文獻名自動加上每次開始采集時刻分別保存；詳細操作是：選中“定期采集”，輸入定期采集時間間隔，注意不能不大于每次采集時間，別的參數(shù)設立同非定期動態(tài)應變采集，一切就緒后，點擊“開始記錄”，開始定期采集，直到點擊“停止記錄”，結束定期采集。（3）采集清零對于應變測量，橋路普通有一定不平衡，那么在沒有加載之前，儀器測量電壓不是零，有一定偏移量，因此在采集之前要進行清零操作，然后開始采集和對被測試件進行加載，點擊“修改零值”可以指定各通道零值。靜態(tài)數(shù)據(jù)采集當被測信號隨時間變化比較緩慢時，可用靜態(tài)數(shù)據(jù)采集。當進行靜態(tài)數(shù)據(jù)采集時，采集數(shù)據(jù)直接記錄到計算機硬盤中。（1）靜態(tài)采集進入定期靜態(tài)采集界面：輸入采集采樣頻率（普通為1000Hz）和采集時間間隔，選取開始通道和結束通道，一切就緒后，點擊“開始采集”，提示與否保存數(shù)據(jù)，如保存需選取保存文獻“*.TXT”（該文獻以文本格式保存，便于直接查看）后開始采集，數(shù)據(jù)實時顯示于界面中，同步各通