实验一--低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定

实验一实验一 低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定 一 实验目的一 实验目的 1 观察分析低碳钢的拉伸过程 了解其力学性能 绘制拉伸曲线 F L 由此了解试 样在拉伸过程中变形随载荷的变化规律以及有关物理现象 2 测定低碳钢材料在拉伸过程中的几个力学性能指标 s b 3 了解万能材料试验机的结构原理 能正确独立操作使用 二 实验设备二 实验设备 1 SHT5305 拉伸试验机 2 x Y 记录仪 3 游标卡尺 三 拉伸试样三 拉伸试样 4 4 实验原理和方法实验原理和方法 首先将试件安装于试验机的夹头内 之后匀速缓慢加载 试样依次经过弹性 屈服 强化和颈缩四个阶段 其中前三个阶段是均匀变形的 1 弹性阶段 是指拉伸图上的 OA 段 没有任何残留变形 在弹性阶段 存在一比例极 限点 A 对应的应力为比例极限 此部分载荷与变形是成比例 p E 2 屈服阶段 对应拉伸图上的 BC 段 金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志 是位错增值和运动的结果 是由切应力引起的 在低碳钢的拉伸曲线上 当载荷增加到一 定数值时出现了锯齿现象 屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点 对应的屈服应力 为 0 AFSL S 3 强化阶段 对应于拉伸图中的 CD 段 变形强化标志着材料抵抗继续变形的能力在增 强 这也表明材料要继续变形 就要不断增加载荷 D 点是拉伸曲线的最高点 载荷为 Fb 对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限 记为 b 0 AFb b 4 颈缩阶段 对应于拉伸图的 DE 段 载荷达到最大值后 塑性变形开始局部进行 这 是因为在最大载荷点以后 形变强化跟不上变形的发展 由于材料本身缺陷的存在 于是 均匀变形转化为集中变形 导致形成颈缩 材料的塑性性能通常用试样断后残留的变形来 衡量 轴向拉伸的塑性性能通常用伸长率和断面收缩率来表示 计算公式为 100 001 lll 100 010 AAA 式中 l0 A0分别表示试样的原始标距和原始面积 l1 A1分别表示试样标距的断后 长度和断口面积 五 实验步骤五 实验步骤 1 取实验材料 并用游标卡尺量取其直径 量三次取平均值 记为 d0 2 量取试样标记范围的长度 量三次取平均值 记为 l0 3 将试样架在万能试验机上夹紧 4 通过电脑控制给试样加载 并观察材料的变形过程 同时电脑将自动绘制出拉伸曲 线 5 待材料拉断为止 取下试样测量拉伸后试验的直径和长度 均测量三次 分别记 作 d1 l1 六 数据记录及处理六 数据记录及处理 1 拉伸试样拉伸前后的直径和长度 2 实验数据及处理结果 七 思考题七 思考题 1 低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同 答 低碳钢是塑性材料 在拉伸破坏时会有明显的屈服 强化和颈缩阶段 断裂后有 较大的塑性变形 灰铸铁是脆性材料 没有屈服 颈缩阶段 断裂变形很小 2 测定材料的力学性能有何实用价值 答 材料的力学性能反映了材料在外力作用下表现出的变形 破坏等方面的特性 是 构件进行强度和刚度设计的依据 3 你认为产生试验结果误差的因素有哪些 应如何避免或减小其影响 答 产生试验结果误差的因素 加载速率 夹头的滑动 试样尺寸测量误差 减小影响的方法 缓慢加载 夹头夹紧 加预载荷 多测量几次试样的尺寸 取平均 值 实验二实验二 材料切变模量材料切变模量 G G 的测定的测定 一 实验目的一 实验目的 测定碳钢的剪切弹性模量 G 二 设备和仪器二 设备和仪器 1 游标卡尺 百分表 钢板尺 2 XH180 型 G 值测定实验台 三 试验原理三 试验原理 试样直径 d 10mm 标距 L 230mm 表臂 130mm 力臂 200mm 砝码四个 每个重 F 1 96N 200 克 在弹性范围内进行圆截面试样扭转实验时 扭矩 T 与扭转转角中之间的关系符合扭转 变形的胡克定律 P GITL 式中 为截面的极惯性矩 32 4 dIP 当试样长度 L 和极惯性矩 IP均为已知时 只要测得扭矩增量 T 和相应的扭转角增量 可由式 P ILTG 计算得到材料的切变模量 试样受扭后 加力杆绕试样轴线转动 使右端产生铅垂位移 B 单位为 mm 该位移由 安装在 B 端的百分表测量 当铅垂位移很小时 加力杆的转动角 亦即试样扭转角 也很小 应有 tan B b 式中 b 为百分表触头到式样端面圆心的距离 加力 杆的转角 即为圆截面试样两端面的相对扭转角 单位为弧度 四 试验步骤四 试验步骤 1 试验前用手指轻轻敲击砝码盘 观察百分表是否灵活摆动 以检查装卡是否正确 2 记录百分表初末读数或将百分表调零 3 逐级加载 每级增加一个砝码后记录百分表初末读数 共加载四次 由于顶丝有微 小滑动 每个砝码多次加卸记录其引起的位移不一样 然后卸载 重复上述步骤 共测量 三次 五 注意事项五 注意事项 1 砝码要轻拿轻放 不要冲击加载 不要在加力臂或砝码盘上用手施加过大力气 2 不要拆卸或转动百分表 保证表杆与刚性臂间稳定 良好的接触 六 实验结果处理六 实验结果处理 七 思考题七 思考题 1 实验过程中 有时会出现加了砝码而百分表指针不动的现象 这是为什么 应采 取什么措施 答 加载砝码时百分表指针不动的原因 百分表可能出现故障 百分表触头没接触 转角臂 转角臂与试样联接松动 应采取的措施 检查百分表 百分表触头接触转角臂 并且预压一圈 转角臂与试 样联接牢固 不能有相对转动 2 用等增量法加载测剪切弹性模量 G 与一次直接加载到允许的最大载荷测得的 G 值 有何不同 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 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 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 3 试件的形状和尺寸 选取的标距长度 对测定剪切弹性模量 G 有无影响 答 弹性模量是材料的固有性质 与试件的尺寸和形状无关 实验四实验四 纯弯曲梁的正应力实验纯弯曲梁的正应力实验 一 实验目的一 实验目的 1 测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律 2 验证纯弯曲梁的正应力计算公式 二 实验仪器设备和工具二 实验仪器设备和工具 1 BDCL 3 材料力学多功能实验台 2 力 x 一载荷作用点到测试点的距离 E 一弹性模量 bx一梁 的宽度 h 一梁的厚度 在梁的上下表面分别粘贴上应变片 R1 R2 如图 6 1 所示 当对梁施加载荷 P 时 梁 产生弯曲变形 在梁内引起应力 图图 6 16 1 等强度梁外形图及布片图等强度梁外形图及布片图 关键技术分析 关键技术分析 梁任意截面上的弯矩 FxxM 根据梁弯曲正应力的计算公式 2 6 hb Fx xW xM x l 根据胡克定律得梁表面各点的应变 E s 理论值与实验值比较 100 理实 理 如果截面宽度 b 沿梁轴保持不变 得截面高度为 b Fx xh l 6 实验过程实验过程 1 拟定加载方案 选取适当的初载荷 P0 一般取 Po 10 Pmax 左右 估算最大载荷 Pmax 该实验载荷范围 100N 一般分 4 6 级加载 2 实验采用多点测量中半桥单臂公共补偿接线法 将悬臂梁上两点应变片按序号接到 电阻应变仪测试通道上 温度补偿片接电阻应变仪公共补偿端 3 按实验要求接好线 调整好仪器 检查整个系统是否处于正常工作状态 4 实验加载 旋转手轮向拉的方向加载 要均匀慢速加载至初载荷 P0 记下各点应 变片的初读数或应变与加载力同时清零 然后逐级加载 每增加一级载荷 依次记录各点 电阻应变仪的的读数 直到最终载荷 实验至少重复三次 附表 1 试件相关数据 梁的尺寸和有关参数 梁的高度 h 8mm 测试点的宽度 bx mm 载荷作用点到固定点距离 x 285mm 弹性模量 E 206Gpa 泊松比 0 28 附表 2 实验数据 P 载荷 N P 1 1R1 平均值 2 2R2 平均值 3 3R3 平均值 4 4 应变仪 读数 R4 平均值 实验总结实验总结 1 理论计算应力 2 6 hb Fx xW xM x l 2 实验应力 E s 3 理论值与实验值比较 100 理实 理 4 设计宽度 b 20mm 等强度悬臂梁 画出梁的图形 实验八实验八 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定 实验内容 实验内容 构件在弯扭组合作用下 根据强度理论 其强度条件是 计算当量应力 r r 首先要确定主应力 而主应力的方向是未知的 所以不能直接测量主应力 通过测定三个 不同方向的应变 计算主应变 最后计算出主应力的大小和方向 本实验测定应变的三个 方向分别是 45 0 和 45 实验目的与要求 实验目的与要求 1 用电法测定平面应力状态下一点的主应力的大小和方向 2 进一步熟悉电阻应变仪的使用 学会 1 4 桥法测应变的实验方法 设计思路 设计思路 为了测量圆管的应力大小和方向 在圆管某一截面的管顶 B 点 管底 D 点各粘贴一个 45 应变花 测得圆管顶 B 点的 45 0 和 45 三个方向的线应变 45 0 45 应变花的粘贴示意图 实验装置示意图 关键技术分析 关键技术分析 由材料力学公式 得 从以上三式解得 主应变 根据广义胡克定律 1 实验得主应力 大小 122 4545 450450 2 2 2 1 2 1 E E 实 实 方向 0 454504545 2 2 tg 实 2 理论计算主应力 3 误差 实验过程实验过程 1 测量试件尺寸 力臂长度和测点距力臂的距离 确定试件有关参数 附表 1 2 拟定加载方案 先选取适当的初载荷 P0 一般取 Po lO Pmax左右 估算 Pmax 该实验 载荷范围 Pmax 400N 分 4 6 级加载 3 根据加载方案 调整好实验加载装置 4 加载 均匀缓慢加载至初载荷 Po 记下各点应变的初始读数 然后分级等增量加 载 每增加一级载荷 依次记录各点电阻应变片的应变值 直到最终载荷 实验至