工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一 拉伸時材料彈性模量的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、在比例極限內(nèi)，驗(yàn)證虎克定律。 2、測定低碳鋼的彈性模量Eo二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、游標(biāo)卡尺 2、球鉸式引伸儀 用來測量微小線變形的儀器稱為引伸儀，它可以將微小變形放大許多倍，提高測量精度。引伸儀種類很多，現(xiàn)介紹常用的球鉸式引伸儀，此儀器的原理示意圖如圖1所示。試件夾持于上、 下標(biāo)距叉內(nèi)，當(dāng)試件標(biāo)距L伸長L時，下標(biāo)距叉繞球鉸B轉(zhuǎn)動，試件伸長L=AA，由于AB=AC，所以CC=2AA=2L，千分表(或百分表)測出的距離則為2L，又因千分表(或百分表)的放大倍數(shù)為1000(或100)倍，故球鉸式引伸儀總的放大倍數(shù)為K=2000倍(或K=200倍)。儀器標(biāo)距

2、有L=100mm和L=50mm兩種。 3、油壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī) 油壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)可以作拉伸、壓縮、彎曲等多種試驗(yàn)，其構(gòu)造可分為加載、測力和繪圖三個部分。試驗(yàn)機(jī)的類型很多，下面以實(shí)驗(yàn)室使用的WE10B型液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)為例說明，圖2是其構(gòu)造原理示意圖。 (1)加載部分 拉伸試件夾緊于上、下橫梁1和2的夾頭之間，上橫梁1通過前后兩光桿3與試驗(yàn)臺4固結(jié)在一起，下橫梁2則通過傳動螺母支持在前后兩絲桿5上。開動油泵電動機(jī)帶動油泵6工作，將油箱中的油經(jīng)油管(1)和控制閥7送入工作油缸8，推動工作活塞9使試驗(yàn)臺4、光桿3及上橫梁l上升，下橫梁2不動，從而使試件受拉伸。如將試件放在下橫梁2和試驗(yàn)臺4之間，

3、則試驗(yàn)臺上升時，試件將承受壓力。為便于裝夾不同長度的試件，可開啟升降電機(jī)，通過減速器10傳動鏈子，使絲桿5旋轉(zhuǎn)，從而使下橫梁2快速移動到適當(dāng)位置。必須注意：當(dāng)試件已經(jīng)夾緊或受力后，嚴(yán)禁再開啟升降電機(jī)，以免損壞機(jī)器。（2）測力部分加載時，工作油缸8中的油壓與試件所受的力成正比，如用油管（2）將工作油缸與測力油缸11聯(lián)通，此油壓推動測力活塞2向下移動，帶動拉桿13，使擺錘14繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，同時擺上的推板15便推動線輪架16沿導(dǎo)軌移動，使指針17旋轉(zhuǎn)，指針轉(zhuǎn)動的角度與試件受力大小成正比，于是在測力度盤18上便可讀出試件受力的大小。理換三種錘重，可改變測力度盤的三種測力量程。該試驗(yàn)機(jī)的三種量程是：020

4、KN、050KN、0100KN。加載前應(yīng)消除上橫梁、光桿與試驗(yàn)臺的重量，辦法是開動油泵電動機(jī)送油，使上橫梁1升起1cm左右，轉(zhuǎn)動調(diào)零旋鈕調(diào)整度盤使指針對準(zhǔn)零點(diǎn)。（3）繪圖部分用于繪制試件受力P和變形L的關(guān)系曲線。加載時，線輪架16移動，其上裝的繪圖筆隨之移動繪出載荷P，與此同時，試驗(yàn)臺4上升，現(xiàn)之相聯(lián)的齒桿19也上升，經(jīng)齒輪傳動而使繪圖圓筒20旋轉(zhuǎn)，繪出試件的變開L，從而P-L曲線即被繪制下來。三、實(shí)驗(yàn)原理在比例極限內(nèi)，材料服從虎克定律，其關(guān)系式是為了驗(yàn)證虎克定律和提高測量精度，采用等量加載法，即每次增加相等載荷P，由引伸儀觀察其伸長增加量也基本相等，同時觀察P-L曲線為斜直線，這就驗(yàn)證了虎克

5、定律的正確性。設(shè)試件橫載面積為A，引伸儀標(biāo)距L，各級載荷增量為P，各級伸長增加量為（L），則得到增量法測彈性模量公式為：四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 測量試件尺寸，記下橫載面平均直徑d。2、擬訂加載方案，用等量加載法，逐級增加等量載荷，最大應(yīng)力值不能超過比例極限，碳鋼一盤取屈服極限S的7080%，加載級數(shù)至少應(yīng)有45級。3、根據(jù)最終載荷的大小，選擇合適的測力度盤。調(diào)整測力指針，對準(zhǔn)“零”點(diǎn)。4、裝夾試件。將試件裝夾在試驗(yàn)機(jī)的上夾頭內(nèi)，開動面器使下夾頭移到合適位置，夾緊試件下端。5、小心、正確地將引伸儀安裝在試件上，調(diào)整引伸儀指針至“零”點(diǎn)。6、開動試驗(yàn)機(jī)，緩慢均勻地逐級加載，逐級記錄引伸儀的讀數(shù)，同時計(jì)算

6、前后兩次讀數(shù)差，以此判斷實(shí)驗(yàn)是否正常，直至最大載荷為止。7、卸載，取下引伸儀。五、注意事項(xiàng)1、 試件夾住后，不得再調(diào)整下橫梁的位置。2、 加載、卸載均應(yīng)緩慢進(jìn)行。3、 機(jī)器開動后，操作者不得中途離開，聽到異聲或發(fā)生故障應(yīng)立即停車。4、 實(shí)驗(yàn)過程中不得觸動擺錘，以免影響讀數(shù)。拉伸時材料彈性模量測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄試件直徑：d= mm，橫載面面積A= mm2，引伸儀標(biāo)距：L= mm，放大倍數(shù)：K=載荷P（KN）載荷增量P（KN）引伸儀讀數(shù)H（格）讀數(shù)差H（格）平均讀數(shù)差H平均二、彈性模量E的計(jì)算三、思考題1、 如何從測試的數(shù)據(jù)驗(yàn)證虎克定律的正確性？2、 測定E時，最大載荷如何確定？為什么最

7、大應(yīng)力不能超過比例極限？實(shí)驗(yàn)二 低碳鋼和鑄鐵的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 觀察低碳鋼、鑄鐵在拉伸、壓縮過程中的變形及破壞現(xiàn)象，并繪出P-L曲線。2、 測定材料的強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)。3、 比較塑性材料和脆性材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、 游標(biāo)卡尺2、 油壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)三、試件1、拉伸試件實(shí)驗(yàn)表明，試件尺寸和形狀將影響試驗(yàn)結(jié)果，為了避免這種影響和便于比較不同材料的力學(xué)性質(zhì)，在國家標(biāo)準(zhǔn)（金屬拉伸試驗(yàn)試樣）GB6397-86中，對試件尺寸和形狀作出了統(tǒng)一的規(guī)定。試件可制成圓形或矩形載面，圓形載面試件如圖3所示。圖3 圓形載面拉伸試件拉伸試件按尺寸又分為比例試件和定標(biāo)距試件兩種。

8、比例試件是指標(biāo)距長度與橫載面面積間具有下面比例關(guān)系的試件。式中系數(shù)K通常為5.65或11.3，前者稱為短試件，后者稱為長試件。所以直徑為d的短、長圓形試件的標(biāo)距L應(yīng)分別等于5d和10d。定標(biāo)距試件的標(biāo)距與其載面面積無上述比例關(guān)系，其標(biāo)距由制品（薄板、細(xì)管、型材等）的尺寸的材料的性質(zhì)決定。2、壓縮試件根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB7314-87，金屬材料的壓縮試件一般制成短圓柱形，如圖4所示。試件長度L=（1.53.5）d。為了使試件盡量承受軸向壓力，試件兩端面必須平行并垂直于軸線，兩端面還應(yīng)加工得光滑，以減小摩擦力的影響。四、實(shí)驗(yàn)過程1、試件準(zhǔn)備分別測量拉伸與壓縮試件的尺寸，記下最小橫載面平均直徑d，其中低

9、碳鋼拉伸試件還要刻劃出標(biāo)距長度L=100mm。2、安裝試件，撥動測力度盤上的從動針使其與主動針重合，調(diào)整好自動繪圖儀上的紙與筆。3、低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)（1）開動油泵電機(jī)，緩慢勻速加載，注意觀察自動繪圖儀上繪制的PL曲線（圖5）及測力指針的轉(zhuǎn)動。拉伸圖的第一階段應(yīng)是直線，因?yàn)槔εc變形成正比，但因開始加載時，試件頭部在夾頭中的滑動很大，所以拉伸圖最初一段是曲線。（2）當(dāng)測力指針停止轉(zhuǎn)動，接著倒退并來回?cái)[動，P-L曲線形成鋸齒形，此時為材料的屈服階段，記下測力指針回?cái)[所示的最小載荷，即為屈服載荷PS。（3）繼續(xù)加載，試件明顯變長變細(xì)，PL圖呈曲線上升，為強(qiáng)化階段。當(dāng)加載達(dá)到最大載荷Pb時，測力指針發(fā)生

10、倒退，P-L曲線下降，試件局部產(chǎn)生頸縮，直到斷裂。試件斷裂后立即停機(jī)，由從動針讀出最大載荷Pb，并記錄下來。（4）將斷裂試件的兩段對齊并盡量靠緊，測量斷裂后標(biāo)距的長度L1及頸縮處橫載面的最小值徑d1。4、鑄鐵拉伸實(shí)驗(yàn)開機(jī)，緩慢加載，當(dāng)載荷達(dá)到最大值Pb時，斷裂突然發(fā)生，記下最大載荷Pb停機(jī)，觀察P-L曲線（圖6）的特點(diǎn)，曲線微彎，無屈服及頸縮現(xiàn)象，變形極小，斷口位于橫載面，呈晶粒狀。5、低碳鋼壓縮實(shí)驗(yàn)將試件兩端面涂以潤滑油，然后準(zhǔn)確地放在試驗(yàn)機(jī)球形支承墊板中心處，開機(jī)，緩慢均勻加載，注意觀察測力指針的轉(zhuǎn)動，當(dāng)指針出現(xiàn)短暫停留，表示達(dá)到屈服載荷PS，但是這時并不象拉伸那樣有明顯的屈服階段，故常借

11、助繪圖儀上繪出的壓縮圖（圖7）來幫助判斷，壓縮圖中直線段后出現(xiàn)變形增長較快的非線性小段時，表示材料到達(dá)屈服。繼續(xù)加載，試件塑性變形迅速增長，橫載面積增大，承載能力也隨之增大，P-L曲線呈向上翹起的曲線形式，試件最后被壓成鼓形而不斷裂。6、鑄鐵壓縮實(shí)驗(yàn)鑄鐵壓縮時沒有屈服現(xiàn)象，變形較?。▓D8），達(dá)到最大載荷Pb時突然破裂，斷口與軸線約成45。低碳鋼和鑄鐵的拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、拉伸實(shí)驗(yàn)1、試件尺寸記錄表材料標(biāo)距L（mm）直徑d（mm）橫載面面積A（mm2）低碳鋼鑄鐵2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表材料屈服載荷Ps（kN）最大載荷Pb（kN）斷后標(biāo)距L1（mm）斷口直徑d1（mm）斷口橫載面A1（mm2）低碳鋼鑄

12、鐵/3、實(shí)驗(yàn)資料整理結(jié)果二、壓縮實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表材料直徑d（mm）橫載面面積A（mm2）屈服載荷Ps（kN）最大載荷Pb（KN）低碳鋼鑄鐵2、實(shí)驗(yàn)資料整理結(jié)果三、思考題1、 低碳鋼的P-L曲線的初始加載階段為何不為直線？2、 低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)測出s和b是不是試件在屈服和斷裂時的真實(shí)應(yīng)力？為什么？3、 試分別比較低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能。4、 鑄鐵在拉伸和壓縮時所表現(xiàn)的力學(xué)性能有何不同？破壞斷口有何不同？為什么？實(shí)驗(yàn)三 圓軸扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 在比例極限內(nèi)驗(yàn)證扭轉(zhuǎn)虎克定律，測定低碳鋼的剪切彈性模量G。2、 觀察低碳鋼的扭轉(zhuǎn)破壞現(xiàn)象，并測定其剪切屈服極限。和剪切強(qiáng)度極限b。3

13、、 觀察鑄鐵的鈕轉(zhuǎn)破壞現(xiàn)象，并測定其剪切強(qiáng)度極限b。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、 游標(biāo)卡尺2、 扭轉(zhuǎn)測G儀1、左橫桿 2、左懸臂桿 3、固定支座4、試 樣 5、百 分 表 6、右 橫 桿7、右懸臂桿 8、右轉(zhuǎn)動支座 9、力臂 10、砝碼技術(shù)規(guī)格1、試樣：直徑d=10mm標(biāo)距：Le=60-150mm可調(diào)材料：A3鋼2、力臂：長度a=200mm產(chǎn)生最大的扭矩T=4Nm3、百分表：觸點(diǎn)離試樣曲線距離b=100mm放大倍數(shù)K=100/格/mm4、法碼：4塊，每塊重5N；砝碼托作初載荷，To=0.26Nm，扭矩增量T=1Nm5、自重（不包括砝碼）：3kg6、外形尺寸：264250250mm37、精度：誤差5%3、K

14、-50型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)這種試驗(yàn)機(jī)由加載、測力、測扭轉(zhuǎn)角和自動繪圖四部分構(gòu)成。試驗(yàn)機(jī)的外形見圖10，其傳動系統(tǒng)如圖11所示。圖11 K-50型扭轉(zhuǎn)型試驗(yàn)機(jī)傳動系統(tǒng)在剪切比例極限內(nèi)，扭矩M和扭轉(zhuǎn)角間保持正比關(guān)系，其公式為式中IP為圓載面的極慣性矩，L為標(biāo)距?，F(xiàn)測E實(shí)驗(yàn)相同，采用等量加載法逐級加載，如每次增加相等的扭矩M，扭轉(zhuǎn)角的增量基本相等，這就驗(yàn)證了扭轉(zhuǎn)虎克定律。根據(jù)測得的各級扭轉(zhuǎn)角度，則由上式可算出剪切彈性模量：2、低碳鋼扭轉(zhuǎn)時力學(xué)性能的測定試件受扭轉(zhuǎn)時，試驗(yàn)機(jī)可自動繪出扭矩和扭轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線M-曲線。圖12所示為低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖。圖12 低碳鋼扭轉(zhuǎn)圖在試件受扭的初始階段，扭矩M與扭轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系，

15、即M-圖的直線部分。當(dāng)材料進(jìn)入屈服階段時，扭矩M突然下降，測力指針幾乎不動或擺動，指針擺動的最小值即為屈服扭矩Ms。隨后，材料進(jìn)入強(qiáng)化階段，變形增加，扭矩隨之增加，直到試件破壞。因扭轉(zhuǎn)時試件無頸縮現(xiàn)象，所以M-曲線一直上升而無下降，試件破壞時的扭矩即為最大扭矩Mb。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB10128-88規(guī)定；扭轉(zhuǎn)屈服極限s及扭轉(zhuǎn)條件強(qiáng)度極限b分別為（1）加載部分試件裝夾于活動夾頭1和固定夾頭2之間，兩夾頭間的距離可通過調(diào)距手柄3調(diào)整。手搖加載：轉(zhuǎn)動手搖柄6，帶動變速箱7中的蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，經(jīng)傳動軸8傳動箱18驅(qū)動活動夾1旋轉(zhuǎn)，使試件受扭。電動加載：取下手搖柄6，按下電動機(jī)開關(guān)9，起動電機(jī)10，經(jīng)變速箱

16、7中的齒輪、蝸輪蝸桿以及傳動主軸8傳遞，試件便獲得快速加載。（2）測力部分固定夾頭2與擺桿11安裝在同一軸上，當(dāng)試件受扭時，扭矩通過固定夾頭使擺桿11抬起，擺錘13的重力矩與試件所受的扭矩始終保持平衡，因此擺錘力矩就是試件所受之扭矩。擺桿11抬起時推動測力度盤12下面的齒條，從而使測力指針轉(zhuǎn)動，指示出試件所受扭矩的大小。更換擺錘的重量可得到測力度盤的三種量程，0100Nm、0200 Nm、0500 Nm。（3）測扭轉(zhuǎn)角傳動主軸8除帶動活動夾頭1轉(zhuǎn)動外，還帶動另一端的測角度盤15轉(zhuǎn)動，度盤上的刻度便指示出試件扭轉(zhuǎn)角的大小。度盤量小刻度為1，因此只適用于測量大變形。測量度盤上還附有一個計(jì)數(shù)器，可以

17、指示出試件扭轉(zhuǎn)的總?cè)?shù)。（4）自動繪圖自動繪圖器17的筆夾由推動測力指針的齒條帶動，而繪圖圓筒則與傳動主軸8聯(lián)動，因此能自動繪出M-曲線，縱坐標(biāo)為扭矩M，橫坐標(biāo)為扭轉(zhuǎn)角。三、試件圓軸承受扭矩時，材料處于純剪應(yīng)力狀態(tài)，因此常用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)來測定不同材料在純剪作用下的力學(xué)性能。國家標(biāo)準(zhǔn)金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法GB10128-88規(guī)定，扭轉(zhuǎn)試件可采用圓形截面，也可采用薄壁管，并且推薦，對于圓形截面試件，采用直徑d=10mm，標(biāo)距L=50mm或L=100mm，本試驗(yàn)采用圓形截面試件。四、實(shí)驗(yàn)原理1、測定低碳鋼的剪切彈性模量G低碳鋼試件的破壞斷面與軸線垂直，斷口平齊，有回旋狀塑性變形痕跡，這表征試件破壞是在剪應(yīng)

18、力作用下引起切斷的結(jié)果。2、鑄鐵扭轉(zhuǎn)時力學(xué)性能的測定鑄鐵的扭轉(zhuǎn)曲線如圖13所示，從開始受扭至破壞，變形很小，M-曲線上近似為一直線，試件破壞時扭矩為Mb，則扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限。鑄鐵試件的破壞斷面與軸線成45螺旋面，斷面呈晶料狀，這是在正應(yīng)力作用下形成的脆性斷口。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、桌面目視基本水平，把儀器放到桌上（先不要加砝碼托及砝碼）。2、調(diào)整兩懸壁桿的位置大致達(dá)到選定標(biāo)距。固定左懸臂桿，再固定右懸臂桿，調(diào)整右橫桿，使百分表觸頭距試樣軸線距離b=100mm，并使表針予先轉(zhuǎn)過10格以上。Bb值可不調(diào)，而按實(shí)際測值計(jì)算。3、用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確測量標(biāo)距，作為實(shí)際計(jì)算用。4、掛上砝碼托，記下百分表的初讀數(shù)。5、分4次加砝碼，每加一塊，記錄一次表的讀數(shù)。加砝碼時要緩慢放手。6、卸裝砝碼。測G實(shí)驗(yàn)結(jié)束。7、開始扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)。選擇合適的測力盤，并配置相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針，對準(zhǔn)零點(diǎn)。8、將試件裝入試驗(yàn)機(jī)夾頭內(nèi)。9、用手搖緩慢加載，逐級增加載荷，直到低碳鋼屈服極限，記下屈服極限值。10、根據(jù)低碳鋼的剪切強(qiáng)度極限b，估計(jì)最大扭矩Mb，選擇合適的測力度盤。調(diào)整好自動繪圖器，將測角度盤調(diào)零。手搖緩慢加載，注意觀察測力指針的轉(zhuǎn)動情況下，當(dāng)指針停頓或后退時記下主動指針擺動的最小值即為Ms。經(jīng)過屈服階段后，可用電動快速加載直到剪斷為止，停機(jī)