工程力学学时讲义

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。 1-1金属材料 的拉伸实验一、 试验目的1测定低碳钢 ( Q235 钢) 的强度性能指标: 上屈服强度ReH, 下屈服强度ReL 和抗拉强度Rm 。2测定低碳钢 ( Q235 钢) 的塑性性能指标: 断后伸长率A 和断面收缩率Z。3测定铸铁的抗拉强度Rm。4观察、比较低碳钢 ( Q235 钢) 和铸铁的拉伸过程及破坏现象 , 并比较其机械性能。5学习试验机的使用方法。二、 设备和仪器1试验机 ( 见附录 ) 。2电子引伸计。3游标卡尺。三、 试样资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(a)bhll(b)图1

2、-1 试拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果能够相互比较, 必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。中国国标GB/T228 ”金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样一般采用圆形和板状两种试样, 如图 ( 1-1)所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接, 以保证试样破坏时断口在平行部分。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距, 记作 l0, 一般在其两端划细线标志。国标 GB/T228- 中 , 对试样形状、 尺寸、 公差和表面粗糙度均有明确规定。四、 实验原理低碳钢

3、 ( Q235 钢 ) 拉伸实验 ( 图解方法 )将试样安装在试验机的上下夹头中, 引伸计装卡在试样上, 启动试验机对试样加载, 试验机将自动绘制出载荷位移曲线( F-L 曲资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。线 ) , 如图 ( 1-2) 。观察试样的受力、 变形直至破坏的全过程 , 能够看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段 ( 弹性阶段、 屈服阶段、 强化阶段和局部变形阶段 ) 。屈服阶段反映在 F- L 曲线图上为一水平波动线。上屈服力 FeH 是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。下屈服力 FeL 是试样在屈服期间去除初始瞬时效应 ( 载荷第一次急剧下降 ) 后

4、波动最低点所对应的载荷。最大力Rm是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。相应的强度指标由以下公式计算:FeH( 1-1)上屈服强度 ReH : ReHS0FeL(1-2 )下屈服强度 ReL: ReLS0抗拉强度 Rm:Fm( 1-3)RmS0在强化阶段任一时刻卸载、再加载 , 能够观察加载、御载规律和冷作硬化现象。在 Fm 以前 , 变形是均匀的。从 Fm 开始 , 产生局部伸长和颈缩 , 由于颈缩 , 使颈缩处截面减小 , 致使载荷随之下降 , 最后断裂。断口呈杯锥形。测量断后的标距部分长度L u和颈缩处最小直径du, 按以下两式计资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者

5、删除。算其主要塑性指标:断后伸长率 A :LuL0100%( 1-4)AL0式中 L 0为试样原始标距长度( 名义尺寸 50mm) 。由于试样的塑性变形集中在缩颈处并向两边逐渐减小, 因此断口位置不同 , 标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样中部, 发生严重塑性变形的缩颈段全部在标距长度内, 标距长度就有较大的塑性伸长量 ; 若断口距标距端很近, 则发生严重塑性变形的缩颈段只有一部分在标距长度内, 另一部分在标距长度外, 因此 , 标距长度的塑性伸长量就小。这说明断口位置对测得的伸长率有影响, 为此应用所谓移位法测定断后标距长度l 1 。试验前将试样标距分成十等分。若断口到邻近标距端距离大于

6、l 0 3, 则可直接测量标距两端点间的距离。若断口到邻近标距端距离资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。小于或等于l 03 ,则应用所谓移位法(亦称为补偿法)测定 :在长段上从断口O 点起取长度基本上等于短段格数的一段得B 点,再由B点起取等于长段所余格数(偶数)之半得C 点 (见图1-8( a) ) ;或取所余格数 ( 奇数 ) 减 1 与加 1 之半得 C 与 C1 点( 见图 1-8( b) ) ; 移位后的 L 1 分别为 : AO+OB+2BC 或者 AO+OB+BC+BC 1 。测量时 , 两段在断口处应紧密对接, 尽量使两段轴线在一直线上。若断口处形成缝

7、隙, 此缝隙应计入L 1 内。断面收缩率 Z:S0 Su100%( 1-5)ZS0式中 S0 和 Su 分别是原始横截面积和断后最小横截面积。铸铁拉伸铸铁拉伸时没有屈服阶段, 拉伸曲线微微弯曲, 在变形很小的情况下即断裂 ( 见图 1-3) , 断口为平端口。 因此对铸铁只能测得其抗拉F强度 Rm,FFm( 1-6)即 : Rm0S0铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度。图 1-3 铸铁五、 实验结果处理1原始记录参考表1-2 和表 1-3 填写。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。表 1-2原始尺寸原始标距原始横截面直径do(mm)原始最小材料IIIIII横截面积L

8、0( mm)212平均12平均12平均0S ( mm )低碳钢50铸 铁表 1-3断后尺寸断后标距断后缩颈处最小直径du( mm)断后最小横截面积u(mm)12平均u2)LS (mm2数据处理低碳钢据 Fm 值和F- L图计算力轴每毫米代表的力值m,从F-L图上找出 FeH 和 FeL 点的位置 , 量出它们至 L 轴的垂直距离 heH 和 heL , 从而计算出 FeH 和 FeL 值( 即 mheH 和 mheL) , 然后按公式 ( 1-1) ( 1-3) 计算上屈服强度 ReH、 下屈服强度 ReL 和抗拉强度 Rm, 按公式 ( 1-4) 和 ( 1-5) 计算断后伸长率 A 和断面

9、收缩率 Z 。铸铁据记录的最大拉力Fm, 按公式 ( 1-6) 计算抗拉强度Rm。六、 思考题资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大力Fm 小, 如按公式R F 计算断裂时的应力 , 则计算得到的应力会比抗拉强度Rm 小。S0为什么”应力减小后”试样反而断裂?4铸铁试样拉伸, 断口为何是平截面?为何断口位置大多在根部?5做低碳钢拉伸实验时为什么要用引伸计 , 又为什么在试样拉断前要取下引伸计 , 为什么此时能够取下引伸计 ?七、 实验报告要求包括实验目的 , 设备名称、 型号 , 实验记录 ( 列表表示 ) 与实验数据处理 , 分析讨论。 画出试样断裂后形状示意图 ( 可画在数据记录和处理栏内 ) , 试验机自动绘制的 F- L 图附于实验报告内。附注 : 实验步骤试样材质辩识 : 铸铁试样颜色较深 , 表面可见凸起的小颗粒 , 竖直落地时声音沉闷 ; 而低碳钢颜色较亮 , 表面可见