工程力学实验报告标准答案.pdf

力力 学学 实实 验验 报报 告告 标标标标 准准准准 答答答答 案案案案 长安大学力学实验教学中心 1 目目录录 一、一、拉伸实验2 二、二、压缩实验4 三、三、拉压弹性模量 E 测定实验6 四、低碳钢剪切弹性模量 G 测定实验8 五、扭转破坏实验10 六、纯弯曲梁正应力实验12 七、弯扭组合变形时的主应力测定实验15 八、压杆稳定实验18 2 一一、拉伸实验报告标准答案拉伸实验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器实验仪器 见教材。 实验结果及数据处理实验结果及数据处理： 例例: :(一)低碳钢试件 试验前试验后 最小平均直径 d=10.1410.14mm最小直径 d=5.705.70mm 截面面积 A=80.7180.71mm 2 截面面积 A1=25.5025.50mm 2 计算长度 L=100100mm计算长度 L1=133.24133.24mm 试验前草图试验后草图 强度指标: Ps=_22.122.1_KN屈服应力s= Ps/A _273.8273.8_MPa P b=_33.2 33.2_ _KN强度极限b= Pb/A _411.3411.3_MPa 塑性指标: 1L -L 100% L =伸长率33.24 % 1 100% AA A =面积收缩率68.40 % 低碳钢拉伸图: 3 （二）铸铁试件 试验前试验后 最小平均直径 d=10.1610.16mm最小直径 d=10.1510.15mm 截面面积 A=81.0381.03mm 2 截面面积 A1=80.9180.91mm 2 计算长度 L=100100mm计算长度 L1100100mm 试验前草图试验后草图 强度指标: 最大载荷 Pb=_14.414.4_ KN 强度极限b= Pb/ A = _177.7177.7_ M Pa 问题讨论：问题讨论： 1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的 试件延伸率是否相同? 答答: :拉伸实验中延伸率的大小与材料有关拉伸实验中延伸率的大小与材料有关, ,同时与试件的标距长度有关同时与试件的标距长度有关. .试件试件 局部变形较大的断口部分局部变形较大的断口部分, ,在不同长度的标距中所占比例也不同在不同长度的标距中所占比例也不同. .因此拉伸因此拉伸 试验中必须采用标准试件或比例试件试验中必须采用标准试件或比例试件, ,这样其有关性质才具可比性这样其有关性质才具可比性. . 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的( (横截面面积与长横截面面积与长 度存在某种特殊比例关系除外度存在某种特殊比例关系除外).). 2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答答: :试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性, ,低碳钢延伸率大表现为塑性低碳钢延伸率大表现为塑性; ;低低 碳钢具有屈服现象碳钢具有屈服现象, ,铸铁无铸铁无. .低碳钢断口为直径缩小的杯锥状低碳钢断口为直径缩小的杯锥状, ,且有且有 4545 0 0的 的剪切剪切 唇唇， 断口组织为暗灰色纤维状组织断口组织为暗灰色纤维状组织。 铸铁断口为横断面铸铁断口为横断面， 为闪光的结晶状组织为闪光的结晶状组织。 . . 教师签字:_ _ 日期:_ _ 4 二二、压缩实验报告标准答案压缩实验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验原理：实验原理： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： 例：例：(一)试验记录及计算结果 材料低碳钢铸铁 试件尺寸 直径 d =_1515_mm 长度 L =_2020_mm 面积 A =_176.63176.63_mm 2 直径 d =_1515_ _mm 长度 L =_2020_mm 面积 A =_176.63176.63_mm 2 试件形 状草图 试验前 试验后 屈服载荷 屈服应力 Ps= _4949_KN s= _277.4277.4_MPa 最大载荷 抗压强度 Pb= _ _153153_ _KN b= _ _866.2866.2_MPa 问题讨论：问题讨论： 1、分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成 4545 5050 夹角，在夹角，在断口断口位置剪应位置剪应 力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪 切破坏。切破坏。 5 2、 低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这 两类不同性质的材料? 答答：低碳钢为塑性材料低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件此时试件 不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远 大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切 破坏。破坏。 通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与 抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于 抗压抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态脆性材料最好处于受压状态， ， 比如车床机座。比如车床机座。 教师签字:_ 日期:_ 6 三三、拉压弹性模量拉压弹性模量 E E 测定试验报告测定试验报告 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器：实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： （一）碳钢试件尺寸 计算长度 L =_100100_ _mm 直径 d =_1010_mm 截面面积 A =_78.578.5_mm 2 （二）引伸仪测量记录: 读数 载荷 P (KN) 左表右表 读数 A1(格) 读数差A1 (格) 读数 A2 (格) 读数差A2 (格) 12 24 36 48 510 612 714 （三）数据处理结果 平均(A1)=平均(A2)= 12()() :() 2 A A + =左右两表读数差平均值 平均伸长增量(L)=_mm MPa () P L E L A = 碳钢弹性模量 7 问题讨论：问题讨论： 1、 试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答答: : 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 2、 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是 否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答答: : 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模 量不相同量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材同时可以验证材 料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。 教师签字:_ 日期:_ 8 四四、低碳钢剪切弹性模量低碳钢剪切弹性模量 G G 测定实验报告标准答案测定实验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器：实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： (一)试验数据及计算结果 试件尺寸 材料直径 mm标距长度 L0力臂长度 L测臂长度 R 碳钢1010190mm190mm150mm150mm150mm150mm 123456 扭矩nM 相对扭转角 00 4 32nn P M LM L G Id = (二)结果比较(=0.3) 理论计算实验值误差% GPa 2(1) E G = + 理 G实=GPa 9 问题讨论：问题讨论： 1、 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么 措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。 2、 测 G 时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答答：所测材料的所测材料的 G G 必须是材料处于弹性状态下所测取得必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩故必须控制外加扭矩 大小。大小。 教师签字:_ 日期:_ 10 五五、扭转破坏实验报告标准答案扭转破坏实验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器：实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： (一)试验数据记录 尺寸 试件材料 碳钢铸铁 直径 d(mm)10101010 计算长度 L(mm)100100100100 抗扭截面模量 mm 3 3 3 0.2 16 d Wpd = 200200200200 屈服扭矩 Ms35.535.5Nm 破坏扭矩 Mb80.580.5Nm46.546.5Nm (二)性能计算 1、碳钢:扭转屈服极限: 177.3 s s p M MPa W = 扭转强度极限 402.4 n b p M MPa W = 2、铸铁:扭转强度极限: 232.5 MPa b b p M W = 11 问题讨论：问题讨论： 1、 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因. 答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。 铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约 4545的螺旋形曲面的螺旋形曲面， 为拉应力破坏。为拉应力破坏。 2、 铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?为什么? 答：有关系。答：有关系。 扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏， 所以铸铁断口和扭转方向有关。所以铸铁断口和扭转方向有关。 教师签字:_ 日期:_ 12 六六、纯弯曲梁正应力试验报告标准答案纯弯曲梁正应力试验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器：实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： 例：例： 1、原始数据记录: 试件材料弹性模量 E载荷 P距中性层试件尺寸 低碳钢213GPa4000N Y1=10mm Y2=15mm b= 20mmL= 620mm h= 40mm a=150mm 灵敏系数；2.27 2、梁布片图: y2y2 1 2 3 4 5 6 7 h 1y1 a ba FF 13 % 实理 理 3、记录及计算结果 载荷4000 应变() 测点 123平均值 1 2 3 4 5 6 7 4、结果比较: 应力(MPa)实验值理论值误差 10 0 2-28.13-28.13 328.1328.13 4-42.40-42.40 542.4042.40 6-56.25-56.25 756.2556.25 5、作出截面应力分布图:（理论分布）（理论分布） 14 -56.25MPa 56.25MPa 问题讨论：问题讨论： 实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差?为什么? 答答：施加的荷载和测试应变成线性关系施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时实验时，在加外载荷前在加外载荷前，首先进行首先进行 了测量电路的平衡（或记录初读数了测量电路的平衡（或记录初读数） ，然后加载进行测量，所测的数（或差，然后加载进行测量，所测的数（或差 值）是外载荷引起的，与梁自重无关。值）是外载荷引起的，与梁自重无关。 15 L1 P L L2 A B C D D d 教师签字:_ 日期:_ 七七、弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器：实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： (一)原始数据记录 材料 E 值 泊松比 试件计算长度 L1 力臂长度 L2 载荷 (N) 试件内径 d 试件外径 D 70 GPa0.33300mm200mm36mm40mm (二)弯扭组合试验台装置图 16 (三)实验数据记录表格 测点 A 或(C)-45045 次数 载荷P 一二三平均一二三平均一二三平均 初始值0 00 00 0 150N114114-1-1-111-111 250N190190-2-2-184-184 350N265265-2-2-257-257 450N342342-3-3-331-331 测点 B 或(D)-45045 次数 载荷P 一二三平均一二三平均一二三平均 初始值0 00 00 0 150N165165201201-31-31 250N274274336336-52-52 350N383383469469-74-74 450N493493604604-95-95 (四)数据处理 求出 A、B(或 C、D)点主应力大小及方向. 利用公式: A 点或(C 点) 载荷 计算结果 150N250N350N450N备注 122 34545450045 2 4545 04545 11 ()()() 122 2 2 E tg + + =+ = 17 3 1 6.08/-5.776.08/-5.7710.08/-9.5610.08/-9.5614.16/-13.3214.16/-13.3218.29/-17.1418.29/-17.14MPa tg235.5235.5238.6138.6139.1539.1539.5839.58 B 点或(D 点) 载荷 计算结果 150N250N350N450N备注 3 1 15.78/-1.7815.78/-1.7826.22/-3.0326.22/-3.0336.64/-4.3636.64/-4.3647.17/-5.5947.17/-5.59MPa tg2-0.73-0.73-0.72-0.72-0.72-0.72-0.72-0.72 问题讨论：问题讨论： 1、 画出指定 A、B 点的应力状态图. 答：答： 2、 要测取弯曲正应力及扭转剪应力,应如何连接电桥电路? 测取弯曲正应力测取扭转剪应力 A 点 B 点 xx 45 C 45 A E UDB A B C D 45 A 45 C 0 D E UDB A B C D 0 B RR 18 教师签字:_ 日期:_ 19 八八、压杆稳定实验报告标准答案压杆稳定实验报告标准答案 实验目的：实验目的： 见教材。 实验仪器：实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： (一)原始数据记录 试件宽度 b试件厚度 t试件长度 L弹性模量 EK0 20mm20mm2mm2mm396mm396mm213213 GPGPa a2.352.35 /N/N-4-4 (二)实验数据记录表格: 无支撑 Pcr （最大） 1/2 支撑 （最大） -400-400-1750-1750 应变 竖向位移(mm) (第 1 次) (第 2 次) (第3次)平均备注 0.01-24-24 0.02-78-78 0.04-170-170 0.06-273-273 0.08-354-354 0.10-384-384 0.12-393-393 0.14-400-400 20 (三)数据结果处理 (1) 绘制 p-曲线,由此曲线及公式 max o P K =确定 Pcr=168.5N1