实验一低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定资料

1、实验一低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定一、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-AL,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：、生、3、屮；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1. SHT5305拉伸试验机。2. XY记录仪。3. 游标卡尺。三、拉伸试样头部四、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0A段，没有任何残留变形。在弹性阶

2、段，存在一比例极 限点A,对应的应力为比例极限b“，此部分载荷与变形是成比例，b = Ew 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，当载荷增加到一左 数值时岀现了锯齿现象。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bs = FsJ 他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点是拉伸曲线的最髙点，载荷为F” 对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限，记为6,6 =你4. 颈缩阶段对应于拉伸图的DE

3、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鸭来表示，讣算公式为J = （/ -/o）/（）xlOO%肖=（4）一）/观 xlOO%式中，1。、A。分别表示试样的原始标距和原始而积：I、儿分别表示试样标距的断后长 度和断口而积。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do；2. 疑取试样标记范围的长度（量三次取平均值），记为1。；3. 将试样架在万能

4、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岀拉伸曲线: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 di li六、数据记录及处理1. 拉伸试样拉伸前后的直径和长度表11拉伸试件尺寸表材料 名称标距S/mm试验前试聆后宜径最小截面断后 标长缩颈直径缩颈 面积|A0/mm2/j/mmA|/mm2平均平均平均2.实验数据及处理结果表1-2实验数据和处理结果受力形式材料强度塑性屈服載荷几/kN最大截荷Fb/kN屈服.点 tr/MPa抗拉(压)强厦九/MPa伸长率S (%)断面收缩率0 (%)七、思考题1. 低碳钢和灰铸铁在常

5、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、破坏等方而的特性，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。实验二材料切变模量G的测定一、实验目的测泄碳钢的剪切弹性模

6、屋G。二、设备和仪器1. 游标卡尺，百分表，钢板尺2. XH180型G值测左实验台三、试验原理试样直径d二10mm，标距L二230mm,表臂130mm,力臂200mm。誌码四个，每个重AF=1. 96N（200 克）。在弹性范围内进行圆截而试样扭转实验时，扭矩T与扭转转角中之间的关系符合扭转变 形的胡克左律 = TLIGlp,式中：Ip=加/4 /32为截而的极惯性矩。当试样长度L和极惯性矩Ip均为已知时，只要测得扭矩增虽AT和相应的扭转角增量，可由式G = AT x LI IP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

7、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（）二B/bAP,式中b为百分表触头到式样端而圆心的距离，加力杆的 转角即为圆截而试样两端而的相对扭转角（单位为孤度）。四、试验步骤1. 试验前用手指轻轻敲击祛码盘，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，每级增加一个祛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，每个確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1琏码要轻拿轻放，不要冲击加载。不要在加力臂或狂码盘上用手施加过大力气。2. 不要拆卸或转

8、动百分表，保证表杆与刚性臂间稳左、良好的接触。六、实验结果处理衰2-1数据处理載荷F./kg扭矩T./kRcm百分表读数r；/nun扭矩境啟AT,/kg*cm百分表增量4/mm扭转角七、思考题1. 实验过程中，有时会出现加了磁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、加载祛码时百分表指针不动的原因：百分表可能岀现故障，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屋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

9、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，对测左剪切弹性模量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 纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的1测定梁在纯弯曲时横截而上正应力大小和分布规律；2. 验证纯弯曲梁的正应力讣算公式。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&应变综合参数测试仪：3. 游标卡尺、钢板尺三、实验原理及方法梁横截而上任一点的正应力，计算公式为式中：M为弯矩，I：为横截而

10、中性轴的惯性矩：y为所求应力点到中性轴的距离。为了测量梁在纯弯曲时横截而上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧而不同高 度，平行于轴线贴有应变片。实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载 荷AP,测岀各点的应变增量,然后分别取各点应变增量的平均值加，一次求岀各点 的应变增量b如=E禺将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。四、实验步骤1. 设计好本实验所需的各类数据表格。2测量矩形截而梁的宽度b和髙度h、载荷作用电到梁支点距离&及各应变片到中性层 的距离,见附表13. 拟左加载方案。先选取适当的初载荷P。（一般取PF10%Pg左右），估算P

11、运（该实验 载荷范围P适W2000X）,分46级加载。4. 按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。5. 加载。均匀缓慢加载至初载荷P。，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。实验至少重读两 次。应变片至中性层距离（mm）梁的尺寸和有关参数Yi20宽度b =20mmy2-10高度h =40mm丫3()跨度 L = 450mm丫410载荷距离a = 150 mmy520弹性模址E = 206GPa泊松比p =0.28惯性矩 Iz = bh5/12 = 1.067X IO 7 m4五、实验结果处理1.数

12、据记录测点 叭 (N) 12345测点应变（P）增量读数增量读数增量读数读数增量500100015002000平均增量AP=5002.实验值计算根据测得的各点应变值6求出应变增量平均值勺，代入胡克立律讣算各点的实验应力 值，因1皿=10厂所以各点实验应力计算：q ；： = Esri = Ex勺 x 1063-理论值计算载荷增SAP=500N弯矩增SAM=AP -a/2各点理论计算：AAf yt 6理=一厂a4. 绘出实验应力值和理论应力值的分布图六、思考题1. 实验中为什么要进行温度补偿这？如何实现温度补偿？答、温度的变化会引起材料的体积与长度的变化，进而影响应变片的长度变化，导致测 量值有误

13、，温度补偿片就是要消除这个误差，那么得用同样的材料，它的线变系数和体变系 数就相同，在同样温度变化下，变化值就相同，接上桥式电路就可以抵消掉温度的影响。2. 影响实验结果准确性的主要因素是什么？答、应变片、拉力传感器、试样尺寸的测量准确性。3. 梁的自重对测试结果有无影响？答、施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时，任加外载荷前，首先进行了测量电路 的平衡（或记录初读数），然后加载进行测疑，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁 自重无关。实验六等强度梁弯曲试验实验内容：一般情况下，梁内不同横截而的弯矩不同。因而在按最大弯矩所设讣的等截面梁中，除 最大弯矩所在截而，其余截而的材料强度均未得到充

14、分利用。因此，在工程中，常根据弯矩 沿梁轴的变化情况，将梁也相应设il成变截面的。从弯曲角度考虑，理想的变截而梁，是使 所有横截而上的最大弯曲正应力均等于许用应力，即要求M (x)叫)由此得抗弯截而系数:W(x)=M(x)TF根据W(x)设计梁的截而各个横截而具有同样强度，这种梁称为等强度梁。实验目的与要求：(1) 测定梁上下表而的应力，验证梁的弯曲理论。(2) 设讣宽度不变、髙度变化的等强度悬臂梁。设计思路：将试件固定在实验台架上，梁弯曲时，同一截而上表而产生压应变，下表而产生拉应变, 上下表而产生的拉压应变绝对值相等。计算公式6Fx 7EbH式中：F梁上所加的载荷；x载荷作用点到测试点的距

15、离;E弹性模量;b：梁的 宽度；h梁的厚度在梁的上下表而分别粘贴上应变片R；、R=：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6-1等强度梁外形图及布片图关键技术分析:梁任意截而上的弯矩：M(x) = Fx根据梁弯曲正应力的计算公式：“晋器根据胡克怎律得梁表而0点的应变：6=EExlOO%理论值与实验值比较：5二如果截面宽度b沿梁轴保持不变，得截而高度为：h(x)= 实验过程1拟定加载方案。选取适当的初载荷P。(一般取PF10%Pmax左右)，估算最大载荷 Pmax(该实验载荷范羽W100N), 一般分46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

16、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P。记下各点应变 片的初读数或应变与加载力同时淸零；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b*=mm载荷作用点到固定点距离x=285nim弹性模量E=206Gpa泊松比u 二0 28附表2实验数据载荷(N)PAP应变仪读数 1 1平均值Rs1 - :平均值

17、3 3平均值4 1平均值实验总结1、理论计算应力_ M(x) _ 6Fxa, W(x)b2、实验应力b、= Es3、理论值与实验值比较4、设汁宽度b二20mm等强度悬臂梁，画岀梁的图形。实验八 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定实验内容：构件在弯扭组合作用下，根据强度理论，其强度条件是a.计算当疑应力首先要确定主应力，而主应力的方向是未知的，所以不能宜接测量主应力。通过测左三个不 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。本实验测左应变的三个方向 分别是-45、0和45。实验目的与要求：1、用电法测泄平而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

18、桥法测应变的实验方法设计思路：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 ”、片、s 。拉力P实验装置示意图应变花的粘贴示意图关键技术分析：由材料力学公式：爲=竺也+兰二遇虫-色心a“ 2 2 2得从以上三式解得主应变大小:6; 二（4円+的 顾T=根据广义胡克左律1、实验得主应力大小窘护2土毎卮斗+心刃方向2、理论计算主应力仗叫实=（% +乙5 ）/（2% - -乙5）T：:二弓纸不花）=討砧F）二金化E）tan2of0 = -=2PaD2 2L4FID 一 13、误差相对误差:xlOO%仝二空兰次1

19、0吆。曲实验过程1测量试件尺寸、力臂长度和测点距力臂的距离，确左试件有关参数。附表12拟左加载方案。先选取适当的初载荷P。（一般取Po=lO%P左右）。估算P=（该实验载荷范P400N）,分46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P”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，宜到最终载荷。实验至少重复两次。5作完试验后，卸掉载荷.关闭电源，整理好所用仪器设备，淸理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。6实验装置中.圆筒的管壁很薄，为避免损坏装宜，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由

20、端和力臂。附表1 （试件相关数据）圆筒的尺寸和有关参数计算长度L =300 mm弹性模量E =70 GPa外经D=巾 39.9mm泊松比 P =0.33内径d =34.4 mm1扇臂长度a=250 mm实验结果处理载荷BD-45(R.)(T(Rz)45，(RJ-45，(RJ0，(RQ45，(RJp(N)AP(N)Epe)Ae（H）e(m)Ae（肖）(M)AC(M)e(m)(M)(g)(M)(M)A3)100200300400 均 3)实验总结实验得主应力5实I 一吃+匚）J 2（1-“）“ 土 Jj宀厂）2EQ + Jr 十Q*)相对误差:xlOO工吆xlOO%浙江大学材料力学实验报告（实验项

21、Lh压杆稳定）一、实验目的：1、观祭斥杆的失稳现象：2. 测定两端鮫支斥杆的临界FK力：3、規祭改哎支座约束对爪杆临界爪力的妙响。二. 设备及装迂：1. 帶有力传感和显示器的簡易加栽装崔或万能电子试验机：2. 数子应变仪：3. 人就程百分表及支架：4. 游际R尺及左尺：5. 试样，爪杆试样为由弭賢钢制成的细长杆，截面为矩形，两端加T成帝有小圆弧 的刀刃.在试样巾点的左右两瞅冬贴仪枚应变片6. 支坠，女座为浅VtOR杆变形时两端可纟克Z轼转幼，故可作为坟支架。三、实验原理和方法：1. 理论计算：理想压杆，半用力P小于 临界JIUJPC，时，压杆的直线平衡是稳定的。 这时压力P与中点挠度6的关系相

22、为干右图 中的直线OA。紙力到达临界压力P“时，压 杆的直线平衡变为不稳定，它可能转为曲线平 觥按照小挠度理论，卩耳的关系相”1于图 中水平线AB。两端饺支细长杆的临界乐力由 rr2 EI欧拉公式计算P.H厂，其中I为横截而 对Z轴的惯性矩。2、实测时：实际压杆难免有初弯曲，材料不均匀和斥力偏心等缺陷，由于这些缺陷，在P 远小于J时，压杆已经出现弯曲。开妣很不明显，且增长缓慢，如图中的OCD段。随若P 逐步接近P，将急剧増人。只有弥性很好的细长杆才可以承受人挠度，氏力才可能略微超过Pr,实测时，在压杆两侧各贴一应变比 测定Pp曲线，对前后应变*取增虽肖X大 于上一个的的2倍时即认为此时的斥力为临界斥力。3、加载分两个阶段，在理论值P”的70%80%之前，可采取人等级加规 载荷超过人的 80%以