材料力学实验报告讲解

实验1拉伸实验一、实验目的1 .测定低碳钢(Q235 )的屈服点、强度极限、伸长率、截面收缩率。2 .测量铸铁的强度极限。3、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象(屈服、强化、缩颈等)，画出拉伸曲线。4 .精通试验机和其他相关设备的使用。二、实验设备1 .液压式万能试验机2 .游标卡尺3 .样品雕刻机。三、万能试验机介绍具有拉伸、压缩、弯曲、剪切等各种静力试验功能的试验机被称为万能材料试验机，万能材料试验机一般由两个基本部分构成1 )负荷部分利用一定的动力和传动装置使试验片强制变形，使力作用于试验片，即负荷试验片。2 )测定部指示试验片承受的负荷的大小和变形状况。四、试验方法1 .低碳钢的拉伸试验(1)在低碳钢的试件上用线划出分数和10等分的分数，测定试件的直径、低碳钢的试件的分数。(2)调整试验机，使下卡盘处于适当位置，夹住试验片。(3)执行试验程序，加载，实时显示外力与变形的关系曲线。 观察投降现象。 的双曲正切值。(4)打印外力与变形的关系曲线，记录屈服载荷Fs=22.5kN、最大载荷Fb=35kN。德. def.f乙级联赛o.oPSo.o乙级联赛甲组联赛l联邦调查局l图1-4低碳钢的拉伸曲线(5)取下试验片，观察试验片的缝隙：的凹凸状，即强韧的杯状缝隙。 测定断裂后的目标距离L1，测定缩颈部的最小直径d1。 将测定结果记入表1-3。低碳钢的拉伸图如图所示2 .铸铁的伸长那个方法和低碳钢完全一样。 由于材料是脆性材料，所以没有观察到屈服现象。 只要微小的变形试料突然断裂(图1-5 )，记录最大负荷Fb=10.8kN即可。 的计算和低碳钢的计算方法相同。六、试验结果及数据处理表1-2试验前的样品尺寸材料间距L0/mm直径d0/mm截面积A0/mm2截面截面截面(1)(2)平均(1)(2)平均(1)(2)平均低碳钢10010.10.10.10.10.10.10.10.10.78.54铸铁10010.10.10.10.10.10.10.10.10.78.54表1-3试验后的样品尺寸和形状断裂后的规长L1/mm切口(缩颈部最小直径d1/mm )切口处最小截面积A1/mm2(1)(2)平均12566628.27样品断裂后的概略图低碳钢铸铁凹凸状，即强韧的杯状的切口沿着横截面，截面粗糙根据试验记录计算应力值。低碳钢的屈服极限低碳钢的强度极限低碳钢的截面收缩率低碳钢的增长率铸铁的强度极限七、思考问题1 .通过实验描绘低碳钢和铸铁的拉伸曲线。 略根据实验时发生的现象和实验结果，低碳钢和铸铁的机械性能如何不同？a :低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时发生屈服，发生大的塑性变形，断裂前发生明显的缩颈现象，拉伸后切断口成为凹凸状，但铸铁拉伸时没有屈服现象，变形也不明显，拉伸后的切断口基本沿着横截面粗糙。3 .为什么低碳钢的试样在最大负荷d点不断裂，负荷下降到e点时反而断裂呢？a :低碳钢在载荷下降到e点时反而断裂，是因为此时实际受到载荷的截面大幅度减少，实际应力达到了材料能承受的极限，在最大载荷d点实际应力比e点小。实验2压缩实验一、实验目的1 .测量低碳钢的压缩屈服极限和铸铁的压缩强度极限。2 .观察和比较两种材料压缩过程中的各种现象。二、实验设备、材料万能材料试验机，游标卡尺，低碳钢和铸铁压缩试验片。三、实验方法1 .用游标卡尺测量样品的直径d和高度h。2 .放置试验片，调整试验机，使压头处于适当位置，空隙在10mm以下。3 .执行试验程序，加载，实时显示外力和变形的关系曲线。4 .对低碳钢试件观察屈服现象，应记录屈服载荷Fs=22.5kN。 按得越平，按一定程度(F=40KN )就停止试验。 对于铸铁的试样，按压到破坏为止，记录最大负荷Fb=35kN。 打印压缩曲线。5 .取下样品，观察到低碳钢样品形状：鼓状的铸铁样品，将FS向方向破坏f.fL图2-1低碳钢和铸铁的压缩曲线的双曲馀弦值。四、试验结果及数据处理表2-1压缩实验结果材料直径毫米屈服载荷PS最大负荷PS投降极限PS强度极限PS碳钢10毫米22KN-280.11毫帕-铸铁10毫米-60KN-763.94毫帕低碳钢压缩屈服点铸铁的压缩强度极限五、思考问题1、分析铸铁破坏的原因，并与拉伸进行比较。a :铸铁压缩时的缺口与轴线大致成角，最大的剪切应力作用于的斜截面上，因此其破坏方式为剪切。 铸铁伸长时，沿着横截面被破坏，拉伸应力过大。2 .为什么放置压缩样品的支撑板的底部为球形？a :支撑板的底部为球形的自动对，容易对试验片施加均匀的力。3 .为什么铸铁样品被压缩时，破坏面发生在与轴线大致相同的方向上？a :在内摩擦的作用下。4 .试着比较塑性材料和脆性材料压缩时的变形和破坏形式的差异吧a :塑性材料在压缩时截面增大，负荷能力增强，但塑性变形过大时不能正常发挥作用，即故障的脆性材料在压缩时、破坏前没有明显变化，破坏大致沿轴线的方向发生，是剪切破坏。5 .低碳钢和铸铁的拉伸和压缩时的力学性质有什么不同？a :低碳钢的拉伸力相同，铸铁的压缩力比拉伸力高得多。实验六纯弯曲梁正应力测定一、实验目的1 .测量梁纯弯曲时横截面上的正应力分布，验证平面假设理论和弯曲正应力公式。2 .学习电压力测量的实验方法。二、实验设备1 .简单支撑梁和加载装置。 2 .电阻应变计。 3 .尺子，游标卡尺。三、实验原理基于弯曲梁的平面，假设沿梁截面高度的正应力分布规律必须是直线。 为了验证这一假设，我们参照在梁的纯弯曲部贴了7张电阻应变片：1#、2#、3#、4#、5#、6#、指导书的图，应变片测得的测量值知道了沿梁横向高度的正应力分布规律。四、实验程序1 .用游标卡尺测量梁的尺寸b和h，用钢尺测量梁的支点到力的作用点的距离d。2 .将各点的应变计和温度补偿计以半桥的形式连接到应变计上。 被测应变片与AB连接，补偿片与BC连接。机器操作步骤：1 )测量半桥时，用连接片连接D1DD2端子并紧固。2 )将标准电阻分别连接到a、b、c端子上。3 )接通电源开关。4 )按下“基本零”键仪表，显示“0000”或“-0000”(仪表内部已调整)。5 )按下“测量”键显示测量值，将测量值设为“0000”或“-0000”。6 )按下“标定”键表，显示-10000附近的值，使用的应变片灵敏度K=2.17调整灵敏度后显示-9221。7 )将“本机切换”开关设为“切换”状态。卸下主机的a、b、c端子的标准电阻，将各被测量应变片的一端分别连接到左上对应的A (A1A7 )端子上，将公共输出端连接到b端子上，将温度补偿片连接到b、c之间。被测定点(应变计编号) 6 4 2 1 3 5 7连接端子(通道编号) 1 2 3 4 5 6 78 )切换开关，将所有点的平衡依次调整为0000或-0000的值。9 )转动方向盘对梁施加载荷，对每个点测量记录应变值。用增量法加载，每次0.5kN。 注意不要过载。读取0.5 kN、初始载荷0.0 kn、1.5 kN、2.0 kN、2.5 kN、应变值10 )实验结束。 卸载，将设备复原。五、数据记录和计算理论计算：实验计算： E=216GPa表6-1样品尺寸及数据记录梁宽乙级联赛(毫米)梁的高度h(毫米)惯性力矩(mm4 )从测量点到中心轴的距离(mm )德. d(毫米)m(纳米)642135720401.067e5201510010152015037.5负荷应变量()f.f(PS )6421357读取值增量读取值增量读取值增量读取值增量读取值增量读取值增量读取值增量0.5P2=0-330-240-16000160240331.0-33-24-160162433-32-25-1701725321.5-65-49-330334965-33-24-1601624332.0-98-73-490497398-32-25-1601625322.5-130-98-6506598130增量平均-32.5-24.5-16.25016.2524.532.5试验值-7.02-5.23-3.5103.515.237.02理论值-7.03-5.27-3.5203.525.277.03误差%0.140.820.2800.280.820.14七、思考问题1 .分析试验误差的原因。a :电阻应变计本身的精度、使用时的零调整、标定等不正确，载荷显示误差、尺寸测量误差、材料特性误差。2 .比较应变计6#和7# (或应变计4#和5# )的应变值能得出什么结论？a :应变片6#和7# (或应变片4#和5# )的应变片大小相同，符号相反。3 .在本实验中，对应变片的栅极长度有要求吗？ 为什么？a :不是，因为梁是纯弯曲的，所以轴向剖面上的弯矩没有变化，应力、应变也没有变化。4 .实验中弯曲正应力的大小是否受材料弹性模量e的影响。a :实际上弯曲正应力的大小不受材料弹性模量e的影响。 但是，实验中弯曲正应力的大小受材料弹性模量e的影响，实验中得到的弯曲正应力是根据测量的应变和材料弹性模量e计算的，因此e大于实际时计算应力也比实际大。实验7扭转组合变形时的应力测量一、实验目的1 .用电测定法测定平面应力状态下的主应力的大小和方向，并与理论值进行比较。2 .测量扭转组合变形构件的弯矩和扭矩引起的应变，确定内力分量的弯矩和扭矩的实验值。3 .进一步掌握电测法和应变片的使用。 了解半桥单臂、半桥双臂和全桥接线方法。二、实验器具1 .扭转组合实验装置。 2 .电阻应变计。三、实验原理和方法根据弯曲组合变形实验装置，请参照指导书的图。 -断面是被测定位置，其前、后、上、下的a、b、c、d为被测定的4点，其应力状态请参照下左图(断面-的展开图)。 每个点在-450、0、450的方向上贴上450个应变花，截面I-I如右图所示展开。a、b、c、d点的应力状态乙级联赛德. d甲组联赛c.crR11系列R5R0乙级联赛德. d甲组联赛c.crPSPSR0乙级联赛德. d甲组联赛c.cR9R3R1R7(d )扭矩(c )主应力(b )力矩四、实验内容和方法1 .确定主应力的大小和方向(a )截面-展开图扭曲组合变形的薄壁圆管表面上的点处于平面应力状态，在用应变花测量了3个方向的线应变后，计算出主应变的大小和方向，通过应用广义的钩定律，可以求出主应力的大小和方向。主应力主方向式中：分别表示管轴线和、方向的线应变(b )弯矩m的测量：如果知道薄壁圆管的弹性模量e及横截面尺寸，则以上测量的2 .单一内力成分或该内力成分产生的应变测量：(1)力矩m和由此引起的应变测量(a )基于力矩的正变形的测定：由b、d两个测量点的轴线方向的应变片构成半桥双臂测量线路，b、d两个测量点的弯曲力矩引起的正应变：式：应变片的读取应变力矩引起的轴线方向的应变(b )弯矩试验值的计算： W薄壁圆管截面的弯曲电阻率(2)扭矩t和由此引起的剪切变形的测定；(a )扭矩引起的变形的测定：由a、c两测量点沿着45方向的四个应变构成全桥测量线路，能够测量由扭矩引起的主应变的实验值如下所示(b )扭矩t的试验值的计算： Wp薄壁圆管的扭转截面弹性模量3、被测断面的内力成分和测点的应力成分的理论计算值：力矩理论值： M=FL扭矩理论值： T=Fb弯曲正应力理论值：扭转剪切应力理论值：主应力：主方向：五、实验程序1 .打开