材料力学实验参考

实验

一、测定金属材料拉伸时的力学性能

一、实验目的、测定低碳钢的屈服极限，强度极限延伸率和面积收缩率〃1q s,

5、测定铸铁的强度极限外

2、观测拉伸过程中的多种现象，并绘制拉伸图（产-△/曲线）3

二、仪器设备、液压式万能实验机

1、游标卡尺2

三、实验原理简要材料日勺力学性质、八和〃是由拉伸破坏实验来拟定时实验时，q5运用实验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图对于低碳材料，拟定屈服载荷工时,必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同步还需要注意观测测力回转后所批示的最小载荷即为屈服载荷％继续加载，测得最大载荷瑞试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范畴内均匀分布从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩颈缩浮现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而忽然发生断裂没有扭矩则其抗扭强度为心中人为抗扭截面模量,对实心圆截面有伏Tb,b=Tb/nT3铸铁为脆性材料，无屈服现象，故当其扭d/16o0转试样破断时，测得最大扭矩几,则其抗扭强度为:几/b=kT实验过程和环节、测量试样原始尺寸1分别在标距两端及中部三个位置上测量的直径，用最小直径计算抗扭截面模量、安装试样并保持试样轴线与扭转实验机转动中心一致

2、低碳钢扭转破坏实验3观测线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记录最大扭矩值，观测断口特性、铸铁扭转破坏实验4试样扭断后，记录最大扭矩值，观测断口特性

五、数据记录与解决材料低碳钢灰铸铁试样d=10mm,/—100mm d=10mm,/=100mm尺寸抗扭W/I“欣33截面vv=------=mmn Vv=-----=mmn模量p16p16屈服扭矩”=

35.5N・m最大扭矩T=

80.5N-mb实最大扭矩”=

46.5N-m验屈服切应力T-=MPa抗切强度q二二Wp数%MPa据抗切强度/==MPa

六、实验结论分析与讨论碳钢与铸铁试件扭转破坏状况有什么不同，分析其因素实验

五、纯弯曲梁正应力实验

一、实验目的、学习静态多点应变测量的措施

1、测定梁纯弯曲时日勺正应力分布规律，并与理论计算成果进行比较,以验2证弯曲正应力公式

二、实验设备、纯弯曲梁及其加载装置

1、静态电阻应变仪与预调平衡箱

2、游标卡尽、钢尺3

三、实验原理简要已知梁受纯弯曲的正应力公式为:b=S式中为作用在截MIz面上的弯矩/为梁横截面对中性轴日勺惯矩，％为由中性轴到欲测点的距Z离本实验采用碳钢制成的矩形截面梁，在梁承受纯弯曲的某一横截面上,沿轴向贴上五个电阻应变片（如图）,凡和此分别贴在梁的顶部和底部,1《、贴广+时位置，在中性层上，当梁受弯曲时,一644即可测出各点处的轴向应变线（、、、、）由于梁的各层纤维之间无=12345,挤压，根据单向应力状态的胡克定律，求出各点的实验应力为噂=七《实（、、、、）式中汇是所测梁材料的弹性模量i=12345,图1加载后，测得各点相应时应变/，依次求出各点的应力？实为:%实实把巴.实与理论公式算出时应力（理=）加以比较，从而验证理53=Ey论公式日勺对的性

四、实验过程和环节、测量试样日勺原始尺寸

1、拟定加载方案

2、安装试样

3、将各工作片、补偿片接入预调平衡箱、各点预调平衡

4、进行实验加载，逐点进行测量，记下读数；测量完毕后,卸载5上述过程反复次，以获得具有反复性日勺可靠实验成果3

五、数据记录与解决原始数据记录

1.距中性层试件材料弹性模量E载荷P试件尺寸/zYi=l0mm a=l50mm;L=620mmb=20mm;h=3低碳钢213GPa4000N0mm记录及计算成果

2.载荷400ON闾测点平均值£i£2£

3111.

402125.

443142.

024188.

875207.

28.成果比较3理％巴实一巧误差应力MPa实验值理论值5理

62.43002-

26.72-

28.

13630.

2528.13-

40.234-

42.

400544.

1542.40

六、实验结论分析与讨论试分析影响测试精确性日勺重要因素流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢日勺强度极限

四、实验过程和环节、用游标卡尺在试件日勺标距范畴内测量三个截面的直径，取其平均值，填1入登记表内取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径、按规定装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中

2、按规定选择“实验方案”f“新建实验”f“金属圆棒拉伸实验”进行3实验，具体操作规定见万能实验机使用阐明、试样拉断后拆下试样，根据实验机使用阐明把试样的尸曲线显示在微机显4示屏上从低碳钢日勺尸-曲线上读取、、乙值，从铸铁的）尸-曲4F4线上读取心值、测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积

5、根据低碳钢（铸铁）断口日勺位置选择直接测量或移位措施测量标距段长6度O、比较低碳钢和铸铁的断口特性

7、实验机复原

五、数据记录与解决8低碳钢试件试样尺寸实验数据屈服载荷最大E=

22.1kN实验前标载荷6=

33.2距/=100mm kN直径d=

10.14mm屈服应力cr=—=MPa横截面面积A=

80.71mm2As实验后:抗拉强度cr=区=MPabA标距h=l

33.24mm b伸长率3=乙二^xl00%=小直径d=5,70mm1I横截面面积Ai=25,50mm断面收缩率w~~―3~xioo%=A试样草图FI实验前:实验后:OM灰铸铁试件试样尺寸实验数据实验前:标距/=100mm直径d=

10.16mm横截面面积最大载荷kN

14.44=A=

81.03mm2实验后:==抗拉强度M标距产A1100mm最小直径Padi=

10.15mm横截面面积mm£2A=

80.9实验前草图实验后草图分析比较两种材料在拉伸时日勺力学性能及断口特性实验

二、测定金属材料压缩时的力学性能

一、实验目的、测定低碳钢的屈服应力

1、测定铸铁日勺抗压强度以

2、观测压缩过程中的多种现象，并绘制压缩图（/-△/曲线）3

二、实验设备、液压式万能实验机

1、游标卡尺2

三、实验原理简要当试样承受压缩时,其上下端面与实验机垫板之间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻碍试样上部和下部的横向变形，使其抗压能力有所提高，故实验时试样两端面应涂以润滑剂以减小摩擦力的影响施加载荷时，规定其合力作用线与试样轴线一致，为此试样两端面必须平行且与轴线垂直，同步在实验机下垫板底部有球形承垫,当试样两端面稍有不平行时，会自动调节下垫板平面日勺方位，使接触面载荷均匀分布低碳钢压缩实验中，屈服现象不及拉伸时那样明显，从尸曲线读下屈服载荷氏,由此可求得屈服极限=与，此-A/4）A后由于材料良好的塑性，使其压成饼状而不致破坏，故低碳钢不存在压缩强度极限铸铁压缩实验则在浮现较大（相对于拉伸而言）的塑性变形后发生破坏，其裂纹方向与轴线约成角，此时的载荷即为最大载荷几，由此可45°算得压缩强度极限”工实验过程和环节、测量试样日勺原始尺寸

1、安装试样并保持上下对中

2、根据试样的负荷和变形水平，按照实验机操作软件设定实验的具3体环节，加载实验、观测试样变形和破坏特性4

五、数据记录与解决材料低碳钢灰铸铁试样尺d=15mm,/=20mm,A=

176.63mm2寸d=15mm,1=20mm,A=

176.63mm2实验前实验后实验前实验后7草图oLU Uu—山山最大载荷=153kN实验屈服载荷臬=49kN数据抗压强度氏=区=MPa8AF屈服应力cr=—=MPaAs0M OM

六、实验结论分析与讨论分析铸铁试件压缩破坏的因素实验

三、拉压弹性模量测定E

一、实验目的、测定材料的弹性模量1E、在比例极限内，验证胡克定律2

二、实验设备、万能实验机

1、数字式电阻应变仪

2、游标卡尺，原则试样等.3

三、实验原理简要一般采用在比例极限内的拉伸实验来测定材料日勺弹性模量E o测量标距内微小变形的措施较多,可以用多种引伸仪来测定，也可以用电测措施来测得试件一般采用圆形截面的原则试样为了验证载荷尸与变形△/之间的正比关系，在比例极限内采用增量法，逐级加载，每次增长同样大小的载荷，测出相应的伸长变形，若每次伸长变形增量如也大体相等，阐明载荷尸与变形加成正比，即验证了胡克定律设试样的横截面为标距为/,则弹性范4畴内的胡克定律为△£=〃/瓦!,由此可知，试样材料的弹性模量为石=与为了夹牢试件和消除实验机机构之间的间隙，必须施加一定数量的初载荷当确认仪表工作正常之后，正式自初载开始，逐级加载，测量其伸长、实验过程和环节、试件准备I1在标距长度范畴内，测量试件两端及中间三处的截面尺寸，取三处尺寸的平均值作为试件的计算直径、拟定加载方案

2、实验机准备3按实验机操作软件设定实验的具体环节加载实验、安装试件并施加初载荷

4、检查及试件5实验机开动前，必须请指引教师检查以上环节完毕状况然后启动实验机，预加载荷至两倍初载荷，以检查实验机与否正常工作、进行实验7自初载荷起，缓慢地逐级加载至最后载荷,并将读数记入登记表中加载至最大值后、再卸载至初载荷以上实验过程，应反复进行2〜3次直至几次测量成果基本一致为止

五、数据记录与解决试样尺寸:计算长度/=100mm,直径d=10mm,横截囿面积A=

78.5mm载荷（kN）应变读数（U£）第一次第二次尸读数增量AF读数增量读数增量

00000022115.

2115.

2114.

6114.

642231.

3116.

1229.

9115.

362348.

5117.

2346.

7116.

882465.

3116.

8461.

3114.6增量均值赤=N增量均值△£=

115.83NF弹性模量E=—==218GPa A-Ac逐级加载措施所求出的弹性模量与一次加载到最后值所求出的弹性模量与否相似？为什么必须用逐级加载的措施测弹性模量实验

四、金属材料扭转破坏实验

一、实验目的、测定低碳钢日勺剪切屈服点忆及剪切强度极限为

1、测定铸铁的剪切强度极限〃

2、观测低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）时扭转破坏特点,并比较其3断口形状

二、实验设备、扭转实验机

1、游标卡尺，原则试样等2

三、实验原理简要塑性材料试样安装在扭转实验机上，对试样施加扭力矩，在计算机时显示屏上即可得到扭转曲线试样变形先是弹性性时,在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系弹性变形到一定限度试样会浮现屈服扭转曲线扭矩初次下降前日勺最大扭矩为上屈服扭矩；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsu一般把下屈服扭矩相应的应力值作为材料日勺屈服极限，即Tsi,T ST s=T当试样扭断时，得到最大sl=T/H/osl。