工程力学1实验课预习报告材料.docx

第五周周五18:00-20:00在综实D101 做工程力学实验四第八周周五18:00-20:00在综实D202 做工程力学实验五实验四 金属材料的拉伸实验（二）一实验目的1测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服极限s，强度极限b，延伸率和断面收缩率。2测定铸铁材料在常温静载下的强度极限b。3观察低碳钢铸铁在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-L图的特征。4比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况分析其破坏原因。5了解微机控制电子万能材料试验机的构造原理，学习其使用方法。二仪器设备1微机控制电子万能材料试验机2数显游标卡尺三试件 在测试某一力学性能参数时，为了避免试件的尺寸和形状对实验结果的影响，便于各种材料力学性能的测试结果的互相比较，采用国家标准规定的比例试件。国家标准规定比例试件应符合以下关系：L0=K。对于圆形截面试件，K值通常取5.65或11.3。即直径为d0的圆形截面试件标距长度分别为5d0和10d0。本试验采用L0=10d0的比例试件。图3-4-1四测试原理实验时，实验软件能够实时的绘出实验时力与变形的关系曲线，如图3-4-2所示。图3-4-21低碳钢拉伸弹性阶段弹性阶段为拉伸曲线中的OB段。在此阶段，试件上的变形为弹性变形。OA段直线为线弹性阶段，表明载荷与变形之间满足正比例关系。接下来的AB段是一非线弹性阶段，但仍满足弹性变形的性质。屈服阶段 过弹性阶段后，试件进入屈服阶段，其力与曲线为锯齿状曲线BC段。此时，材料丧失了抵抗变形的能力。从图形可看出此阶段载荷虽没明显的增加，但变形继续增加；如果试件足够光亮，在试件表面可看到与试件轴线成45方向的条纹，即滑移线。在此阶段试件上的最小载荷即为屈服载荷Ps.强化阶段材料经过屈服后，要使试件继续变形，必须增加拉力，这是因为晶体滑移后增加了抗剪能力，同时散乱的晶体开始变得细长，并以长轴向试件纵向转动，趋于纤维状呈现方向性，从而增加了变形的抵抗力，使材料处于强化状态，我们称此阶段为材料的强化阶段（曲线CD部分）。强化阶段在拉伸图上为一缓慢上升的曲线，若在强化阶段中停止加载并逐步卸载，可以发现一种现象卸载规律，卸载时载荷与伸长量之间仍遵循直线关系，如果卸载后立即加载，则载荷与变形之间基本上还是遵循卸载时的直线规律沿卸载直线上升至开始卸载时的M点。我们称此现象为冷作硬化现象。从图可知，卸载时试件的伸长不能完全恢复，还残留了OQ一段塑性伸长。颈缩阶段当试件上的载荷达到最大值后，试件的变形沿长度方向不再是均匀的了，在试件某一薄弱处的直径将显著的缩小，试件出现颈缩现象，由于试件截面积急剧减小，试件所能承受的载荷也随之下降，最后，试件在颈缩处断裂。试件上的最大载荷即为强度极限载荷。2铸铁拉伸铸铁在拉伸时没有屈服阶段，拉伸图为一接近直线的曲线，在变形极小时就达到最大载荷而突然发生破坏，因此，只测最大载荷Pb并计算b=Pb/A0.图3-4-3五、实验步骤（1）低碳钢的拉伸1、 试件准备；2、尺寸测量a.用游标卡尺测量试件标距部分的原始直径d0。在试件标距范围内，取中间和两端处三个截面作为测试试件直径的位置，每个截面在两个相互垂直的方向上各测量一次，取其平均值作为该截面的平均直径，然后取三个平均值中的最小值作为d0的大小来计算试件的原始横截面面积A0；b.测量试件的原始标距L0。用游标卡尺测量试件标距部分两标距点之间的距离一次，以此作为原始标距L0的大小。3、试验准备a.依次打开试验机主机，计算机，打印机；b.设置限位保护。将限位杆上的挡圈调整到合适位置。c. 打开计算机内试验软件，进入试验软件主窗口界面；d.装夹试件。先将试件的一端夹入试验机下夹具的钳口内；然后在试验软件中将力传感器清零，利用手动控制盒调整移动横梁到合适位置，使上钳口夹牢试件的另一端；e.点击试验软件主窗口界面上方工具栏内的“实验方案”按扭，设置好实验方案和实验参数。4、进行实验a.点击试验软件主界面上方工具栏内的“试验”按钮，在弹出的对话框内选择正确的试验方案名，按“确认”键进入试验操作界面。b. 在弹出的实验操作界面上，点击“运行”键，开始实验。c. 试件破坏后，关闭试验窗口，进行数据处理，编写打印实验报告。d. 结束实验，退出试验软件，依次关闭打印机、计算机、试验机。清理实验现场。e. 测量拉断后试件的标距L1和最小截面直径d1。【标距L1的测量】将拉断的试件紧密对接好，尽量使其轴线位于一条直线，拉断以后试件的标距L1大小的测量采用下述方法之一来测定。首先在实验前用刻线机在试件标距范围内内的表面上刻出十格等分线。直测法：若断口到最近的标距点的距离大于，则以直接测得的两标距点间的距离为L1；移位法：若断口到最近的标距点的距离小于，则可按下法确定L1：在长段上从拉断处O取基本等于短段格数得到B点，当较长段所余格数为偶数时（如图3-4-4（a）所示）取长段所余格数的一半得出C点，相当于将BC段长度移到试件的左端，则移位后的L1为L1=当较长段所余格数为奇数时（如图3-4-4（b）所示）取长段所余格数减1的一半得出C点，再取长段所余格数加1的一半得出C1点，则移位后的L1为L1=(a)(b) 图3-4-4【截面直径d1的测量】将拉断的试件紧密对接好，尽量使其轴线位于一条直线，在试件颈缩处选择一最小截面，在此截面的两个互相垂直的方向各测量一次直径，取其平均值作为拉断以后截面直径d1的值；（2）铸铁的拉伸铸铁的拉伸实验可参照低碳钢拉伸实验进行。铸铁的尺寸测量还可进一步简化，只需测量试件中截面两个互相垂直方向的直径各一次，取其平均值作为试件原始直径d0的值；铸铁无需测量标距L0、L1和拉断后的直径d1。六、实验注意事项1、任何时候都不能带电插拔电源线和信号线；2、试验开始前，一定要调整好限位挡圈；3、试验过程中，不能远离试验机；4、试验过程中，除停止键和急停开关外，不要按控制盒上的其他按键；5、试验结束后，一定要关闭所有电源；6、计算及要严格按照系统要求一步一步退出，正常关机。7、不要使用来历不明或与本机无关的存储介质在试验机控制用计算机上写盘或读盘。 实验五 纯弯曲梁正应力实验一、实验目的1、测定矩形截面梁在纯弯曲时的正应力分布规律，并验证弯曲正应力公式的正确性；2、学习多点静态应变测量方法。二、仪器设备1、纯弯曲梁实验装置；2、YD-88型数字式电阻应变仪；3、游标卡尺。三、试件制备与实验装置1、试件制备本实验采用金属材料矩形截面梁为实验对象。为了测量梁横截面上正应力的大小和它沿梁高度的分布规律，在梁的纯弯段某一截面处，中性轴和以其为对称轴的上下1/4点、梁顶、梁底等5个测点沿高度方向均匀粘贴了五片轴向的应变计（如图4-4-1），梁弯曲后，其纵向应变可通过应变仪测定。 图4-4-12、实验装置如图4-4-2和图4-4-3所示，将矩形截面梁安装在纯弯曲梁实验装置上，逆时针转动实验装置前端的加载手轮，梁即产生弯曲变形。从梁的内力图可以发现：梁的CD段承受的剪力为0，弯矩为一常数，处于“纯弯曲”状态，且弯矩值M=Pa，弯曲正应力公式=88可变换为=图4-4-2 图4-4-3四、实验原理实验时，通过转动手轮给梁施加载荷，各测点的应变值可由数字式电阻应变仪测量。根据单向胡克定律即可求得i实=Ei实(i=1,2,3,6,7)为了验证弯曲正应力公式=或=的正确性，首先要验证两个线性关系，即y和P是否成立:1、检查每级载荷下实测的应力分布曲线，如果正应力沿梁截面高度的分布是呈直线的，则说明y成立；2、由于实验采用增量法加载，且载荷按等量逐级增加。因此，每增加一级载荷，测量各测点相应的应变一次，并计算其应变增量，如果各测点的应变增量也大致相等，则说明P成立。最后，将实测值与理论值相比较，进一步可验证公式的正确性。五、实验步骤1、试件准备用游标卡尺测量梁的截面尺寸（一般由实验室老师预先完成），记录其数值大小；将梁正确地放置在实验架上，保证其受力仅发生平面弯曲，注意将传感器下部的加力压杆对准加力点的缺口，然后打开实验架上测力仪背面的电源开关；2、应变仪的准备a.测量电桥连接：图4-4-4如图4-4-4，为了简化测量电桥的连接，将梁上5个测点的应变计引出导线各取出其中一根并联成一根总的引出导线，并以不同于其他引出导线的颜色区别，所以，测量导线由原来的10根缩减为6根，连接测量电桥时，将颜色相同的具有编号1、2、3、6、7的五根线分别连接在仪器后面板上五个不同通道的A号接线孔内，并将具有特殊颜色的总引出导线连接在仪器后面板上的“公共补偿片BC”位置的B号接线孔内。实验采用公共的温度补偿片，且把它接入仪器后面板上的“公共补偿片BC”位置的B、C号接线孔内。注意应将应变仪前面板的“全桥半桥”选择开关拨到半桥位置；b.灵敏系数设定：连接好测量电桥后，依照实验架上给出的灵敏系数K的值，将应变仪后面板上的“灵敏系数K-on”选择开关对应值的档拨到on一侧，设定好灵敏系数K的大小；c.测量电桥的预调平衡：接通应变仪前面板上的电源开关，将“测点选择”开关旋到连接好测量电桥所对应通道编号位置，检查应变仪显示窗上的数据是否正常，然后用专用螺丝刀旋转应变仪前面板右侧上部对应编号的调零螺丝孔，调节电位器，使读数为相对稳定的“0000”，测量电桥达到电阻平衡。改变“测点选择”开关的位置，依次调节好其他通道的电阻平衡。记录下各通道预调平衡的结果。图4-4-5 YD-88型数字式电阻应变仪面板图3、进行实验逆时针旋转实验架前端的加载手轮施加载荷。加载方案采用等量加载法，每增加一级载荷，逐点测量各点的应变值。加到最大载荷Pmax读数完毕后，实验完成了第一遍测试。将载荷全部卸掉，按“实验步骤”中“2、应变仪的准备”中的“c. 测量电桥预调平衡”的方法重新调好各通道的电阻平衡，重复实验一遍。4、结束实验实验完毕后，整理所记录的实验数据；卸掉实验载荷；关闭仪器电源；拆掉仪器接线孔内的连接导线，将实验仪器复原；清理实验现场；将实验数据交指导老师签字同意后离开实验室。六、实验注意事项1、预调平衡时，若发现调零困难、调零数据不稳定等现象应首先从接线是否有误、接线孔螺丝是否拧紧、导线裸露线头是否伸入太短或太长等方面检查接线质量，并排除故障，不要盲目使劲旋转电位器螺丝，以免损坏仪器；2、加载前应检查梁的放置位置是否偏斜，以及拉压力传感器下端的压杆位置是否对正，以保证梁的CD段是纯弯曲变形；3、实验前应将所连接的测量导线理清，以免缠死；测试过程中，勿乱动已连接好的测量导线和仪器开关；4、加载时切勿过载。七、实验数据处理与分析1、计算实测应力值各点分别取两次实测的应变平均值代入胡克定律公式i实=Ei实(i=1,2,3,6,7)计算各点的实测应力值,并将计算结果添入数据表格内；2、描绘应力分布曲线a.y曲线图在y坐标系中，以i实的值为横坐标，y的值为纵坐标，将各点的实测应力值分别绘出，然后进行曲线拟合这样就得到了纯弯梁横截面上沿高度的5条正应力分布曲线。检查y是否成立；b.P曲线图在P坐标系中，以i实的值为横坐标，P的值为纵坐标，将各点的实测应力值分别绘出，然后进行曲线拟合，这样就得到了纯弯梁横截面上各点在不同载荷下的5条正应力分布曲线。检查P是否成立；c.实测应力分布曲线与理论应力分布曲线比较取最大载荷Pmax=5kN时两次应变平均值分别来计算实测应力与理论应力的值，实测值计算i实=Ei实(i=1,2,3,6,7)理论值计算i=yi(i=1,2,3,6,7)并将计算结果在