材料力学实验报告

1、材料力学实验指导书 大连民族学院土木建筑工程学院目 录实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 1实验二 铸铁的压缩实验 10实验三 低碳钢和铸铁的扭转实验 14实验四 测定材料的剪切弹性模量g值20实验五 纯弯曲梁横截面上正应力分布规律实验 24实验六 弯扭组合变形主应力测试实验 30实验七 测定材料的弹性模量e 值36实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验实验日期 年 月 日 室温 实验目的了解试验机的工作原理，并初步掌握试验机的操作规程。 测定低碳钢的两个强度指标：屈服极限，强度极限。两个塑性指标：延伸率和断面收缩率。 测定铸铁的强度极限。 比较两种典型材料的机械性能和断口形式。 实验设备及量具we100

2、微机控制电液伺服液压式万能试验机、标距打印机、游标卡尺。 实验原理利用试验机再现不同材料拉伸的力学性质，验证不同材料在拉伸过程中的变化理论。（1）低碳钢拉伸实验低碳钢是指含碳量在以下的碳素钢，是典型的塑性材料。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸中表现出的力学性能也最为典型，如下屈服点、抗拉强度、断后延伸率等一些力学性能参数均可在拉伸试验中求得。试件在受到拉力作用下，对应每一个拉力f，试件标距l0便产生一个伸长量l与之对应，这种关系称为拉伸图或fl曲线(图1)。fl曲线与试件的截面尺寸及长度有关。为了消除试件尺寸的影响，把拉力f除以试件的原始横截面积a0，得出正应力；把伸长量l除以试件原始标距l0

3、，得到应变。从而建立应力与应变的关系图， 图1 拉力f伸长量l关系图 图2 应力应变关系图或称为曲线（图2）。整个拉伸变形分四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。 弹性阶段在拉伸的初始阶段，载荷与伸长量呈直线关系，表明在这一阶段内，应力与应变成正比，即：。式中是与材料有关的比例常数，称为弹性模量。此时若卸去外力，则试件变形消失，恢复原态。直线部分的最高点所对应的应力称为比例极限，只有应力低于比例极限时，材料才服从胡克定律，这时称材料是线弹性的。超过比例极限后，从点到点，与之间的关系不再是直线，但卸除拉力后变形仍可完全消失，这种变形称为弹性变形。点所对应的应力是卸载后材料不产生塑形

4、变形的最大应力，用表示，称为弹性极限。而点与点的确定须借助于高精度的电子引伸计，且操作很麻烦，尤其b点。在关系图中，由于、两点非常接近，所以工程上对弹性极限和比例极限并不严格区分。 屈服阶段当应力超过点到某一数值时，应变有非常明显的增加，而应力先是下降，然后作小波动，在曲线上出现接近水平的小锯齿形线段，这种现象称为屈服或流动。在屈服阶段内应力第一次下降的最低点是初始瞬时效应的结果，该值在屈服阶段可能是最低的应力，但不能取其为下屈服值。在屈服阶段内，除初始瞬时效应产生的值外，下屈服值应取波动中的最低值；而上屈服值为屈服阶段的最高值。由于上屈服值与试件形状、加载速度等因素有关，一般是不稳定的。下屈

5、服极限则是比较稳定的数值，能够反映材料的力学性能。通常把下屈服值作为材料的屈服极限或屈服点，用来表示。在屈服阶段，若卸除拉力则试件变形不能完全消失，材料将产生显著的塑形变形。强化阶段过屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力，这种现象称为材料的强化。这种强化直至达到曲线上最高应力点，该阶段称为强化阶段，最高点的应力是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度。在强化阶段，应力与应变呈现出非线性的关系。 部变形阶段过点，在试件的某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象。由于在颈缩部位横截面积迅速减小，导致试件所能承受的拉力迅速降低。在图中，应力随之下降，一直

6、降到f点时，试样被拉断。（2）铸铁拉伸实验铸铁拉伸时应力应变关系是一段微弯曲线，没有明显的直线段（图3）。 图3 铸铁的应力应变曲线图它在较小的拉应力下就被断裂，没有屈服和颈缩，拉断前的应变很小，延伸率也很小，是典型的脆性材料。由于铸铁的曲线没有明显的直线部分，弹性模量e的数值随应力的大小而变。但在拉应力较小时，可近似认为材料服从胡克定律。通常在应力较小时，取曲线的割线近似地表示铸铁拉伸时的曲线开始部分，并以割线的斜率近似地确定弹性模量e，称为割线弹性模量。铸铁拉断时的最大应力为强度极限，因为没有屈服现象，强度极限是反映材料强度的唯一力学性能指标。 实验步骤（1）测标样直径为了避免试件加工的锥

7、度和椭圆度影响，选取3个卡点测量试件直径，3个卡点的位置分别选在标样中间和距平行长度两端的约a2处（alcl0，lc为标样的平行长度，l0为标距的总长度）。对每个卡点，用游标卡尺在两个相互垂直方向上卡其直径（两个卡值，精度0.02mm），取其算术平均值（精度0.1mm，计算的修约口决见5.）。选择3个卡点中最小值的直径（d0）进行横截面积（a0）的计算（3.1416，面积精度0.01mm2）。将各卡值及计算值填入实验报告的表中。（2）打印试件标距（仅对低碳钢试件）注意lc与l0的关系，从平行长度某一端点的约a2处开始打印。对10的低碳钢试件打印出8个1cm标距，即9个点，并涂黑色。再用游标卡尺

8、测量9个点的总长度，即为总标距l0（精度0.1mm），将l0值填入实验报告的表中。（3）设备操作打开电源，开启微机，双击桌面“微机自动测量控制系统”，进入微机操作系统。在“试验方法”中选金属室温拉伸试验（gb/t2282002）。单击“新建试样”进入填单界面，根据界面内容填单。顺序为：在“试样形状”中选圆材；在直径d中填10（仅做10圆材试验）；在“试样编号”中填写编号，可备查找；在“钳口间距”中填25；其它内容可根据需要填写。填完后点击“计算面积”（指单“”号），最后点击“开始试验”，使之又回到原始界面。（4）低碳钢试件拉伸试验试验前，先将工作活塞上升、下降约50mm，活动23次。夹好试件（

9、必须先夹上后夹下）选应力施加速度，对10试件一般选0.5kn/s，约6.4mpa/s，但为了观察颈缩现象，取0.2 kn/s，取完后点击“负荷控制”键便被确认了。打开“急停”阀（在操作台上，顺时针扭转便自动打开），再打开油泵（在操作台上，按下绿钮即可）。在微机界面上，先点击“总清零”，再点击“加载”键，最后点“开始”键，便开始进行拉伸试验了。在拉伸试验过程中可以调节载荷速度。点右键出现任选的六种曲线，在这里我们选“力位移”曲线。拉断试件后，点击“停止”键，出现“试验结果保存成功”，点击“确定”，又出现“组试验结束”，再点击“确定”。取下试件，点击“非试验状态”键，再点击“卸载”键。卸载后，关闭

10、“油泵”，关闭“急停”键（按下即可）。在界面上读取下屈服荷载值与极限荷载值。注意：）观察试件在进入屈服过程 “力位移”曲线的变化特点。）进入颈缩阶段时观察试件的颈缩现象。）若在“力位移”曲线上读取下屈服值，则在抛弃第一次回摆值（初始瞬时效应）后，挑取剩余回摆幅度的最大值来作为屈服载荷值。 （5）低碳钢试件断后处理断口直径的求取取下断裂后的试件，测断口直径d1：用游标卡尺在断口上的两个相互垂直方向上各卡一次直径（精度0.02mm），取其算术平均值 （精度0.1mm）作为断口直径，来计算断口面积a1（3.1416，精度0.01mm2）断后标距的求取将试件断裂后的两个半段合拢，对严、对齐、并使轴线在

11、一条直线上，用游标卡尺量出断后的总标距长度l1（精度0.1mm）。其测量规则如下：a当断口与总标距的两个端点距离均l1/3时，则可直接用游标卡尺量出断后总标距的长度。b当断口与总标距某个端点距离l1/3时，则l1的长度确定的方法为：以断口o为起点，在长段上取基本等于短段的格数得b点（图4a），若长段所余格数为偶数时，取长段所余格数的一半得出c点，则l1 =ab+2bc；若长段所余格数为奇数时（图4b），可在长段上取所余格数减1之半的c点及取所余格数加1之半的c1点，则l1 =ab+bc+bc1。（a） （b）图4c当断口非常靠近试件两端，或断口与头部的距离直径d0的两倍时，实验结果无效，必须重

12、作。（6）铸铁试件拉伸试验设备操作过程完全同于低碳钢试件的拉伸试验。因为属脆性材料，拉伸时无屈服和颈缩现象，也无需测断前和断后的标距长度。试件断裂后，只从界面上读取抗拉的极限载荷值fb。（7）结束操作实验完成后，退出系统、关机，关闭电源，清扫杂物。 计算结果要求强度单位：mpa。计算结果按0.5单位法则修约到十位数，即个位数只能为5或为0。其修约原则是：当尾数< 2.5时，个位数为0；当2.5尾数< 7.5时，个位数为5；当尾数7.5时，个位数为0，但进1。延伸率和断面收缩率的计算结果按0.5单位法则修约到个位数，即一位小数只能为0.5或为0.0（低碳钢）。其修约原则是：当尾数&l

13、t; 0.25时，小数为0.0；当0.25尾数< 0.75时，小数为0.5；当尾数0.75时，小数为0，但往个位数上进1。平均长度及面积计算的修约口决如下：四舍六入五考虑，五后非零应进一，五后是零看前位，前为奇数应进一，前为偶数应舍去。 试验数据记录实 验 前 记 录材 料标距l0（mm）直径d0（mm）最小横截面积a0 (mm2）横截面横截面横截面（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均低碳钢铸 铁实 验 记 录材 料屈 服 载 荷 fs（kn）最 大 载 荷 fb（kn）低碳钢铸 铁试 件 断 后 记 录材料断 裂 后标 距l1（mm）断口（颈缩）处直径d1（mm）断口处最小

14、横截 面 面 积a1（mm2）（1）（2）平均低 碳 钢 实验结果（1）低碳钢屈服极限 mpa 强度极限 mpa 延伸率 ( l1l0) l0100%= % 断面收缩率 ( a0 a1 )a0 100%= % （2）铸铁强度极限 = mpa 讨论题（1）试用米格纸绘制低碳钢的拉伸曲线图。（2）比较低碳钢和铸铁拉伸时的机械性能。（3）和是不是试件在屈服和破坏时的真实应力，为什么？（4）低碳钢试件的拉伸变形在加力至破坏的过程中分哪几个阶段？在各个阶段中你看到了哪些现象？（5）在试验前，为什么要测三个横截面的直径？为什么每个横截面又要测两个相互垂直的直径？实验二 铸铁的压缩实验实验日期 年 月 日

15、室温 实验目的测定压缩时铸铁的强度极限。观察铸铁压缩时的变形和破坏现象。 实验设备及量具we300微机控制电液伺服液压式万能试验机、游标卡尺。 实验原理当施加适当的匀速压力时，试件的形态发生变化。由压力（f）压缩量（l）的关系图（图1）或应力（）应变（）的关系图（图2）看到：初期压缩量增加小，但压缩载荷增加快，近似于直线，此时试件形态变化不明显；当累积到一定的载荷压力时，压缩量增加变快，呈曲线关系，试件变形明显，呈鼓状；当达到最大的抗压载荷时发生鼓形破裂（图3）。铸铁属脆性材料，在整个压缩变形过程中，没有屈服阶段，断面与轴线约成45°- 50°夹角，表明它的破坏主要是由最大

16、剪应力所致。 图1 fl关系曲线图 图2 关系曲线图 图3 发生破裂示意图铸铁的曲线始终是非线性的。铸铁的抗压强度极限比它的抗拉强度极限高45倍。 实验步骤（1）测标样直径取试件中部一个卡点，在相互垂直两个方向上，用游标卡尺测量其直径 （两个卡值，精度0.02mm），再计算出平均直径d0（精度0.1mm）参加计算截面面积a0计算（精度0.01mm2， 3.1416）。再用游标卡尺测量试件的高度h0（精度0.1mm），使之满足。（2）涂抹机油试验前将试件两端面涂上机油，以减小横向摩擦力的影响。（3）设备操作打开电源，开启微机，双击桌面“微机自动测量控制系统”，进入微机操作系统。在“试验方法”中选

17、金属室温压缩试验（gb/t2282002）。单击“新建试样”进入填单界面，根据界面内容填单。顺序为：在“试样形状”中选圆材；在直径d中填15（仅做15圆材试验）；在“试样编号”中填写编号，可备查找；在“钳口间距”中填25；其它内容可根据需要填写。填完后点击“计算面积”（指单“”号），最后点击“开始试验”，使之又回到原始界面。（4）铸铁试件压缩试验试验前，先将工作活塞上升、下降约100mm，活动23次。根据实验的特点，选球面压座。将试件准确地放在球面压座的中心上。开启移动横梁升降电机，调整上压座到试件顶面将要接触的位置。选应力施加速度，对15试件一般选1.0kn/s，约6mpa/s，取完后点击“

18、负荷控制”键便被确认。打开“急停”阀（在操作台上，顺时针扭转自动打开），再打开油泵（在操作台上，按下绿钮即可）。在微机界面上，先点击“总清零”，再点击“加载”键，最后点“开始”键，便开始进行压缩试验了。在压缩试验过程中可以调节载荷速度。点右键出现任选的六种曲线，在这里我们选“力位移”曲线。压断试件后，点击“停止”键，出现“试验结果保存成功”，点击“确定”，又出现“组试验结束”，再点击“确定”。点击“非试验状态”键，再点击“卸载”键。卸载后，取下试件，关闭“油泵”，关闭“急停”键（按下即可）。在界面上读取极限荷载值。（5）结束操作实验完成后，退出系统、关机，关闭电源，清扫杂物。 计算结果要求强度

19、单位：mpa。计算结果按0.5单位法则修约到十位数，即个位数只能为5或为0。其修约法则见实验一。 试验数据记录实 验 记 录材 料高度h（mm）直径d0（mm）横截面面积a0（mm2）最大载荷fb (kn)铸 铁d1d2平均 实验结果强度极限 mpa 讨论题（1）试用米格纸绘制铸铁的应力-应变压缩曲线图。（2）在铸铁压缩实验中，从加载到破坏你看到那些现象。（3）为什么铸铁试件在压缩时沿着与轴线大致成的斜截面破坏？（4）铸铁的拉、压实验力学性能有何不同。实验三 低碳钢和铸铁的扭转实验实验日期 年 月 日 室温 1 实验目的观察并比较低碳钢及铸铁材料扭转破坏现象及破坏形式。测定低碳钢的剪切屈服极限

20、和剪切强度极限。测定铸铁的剪切强度极限。 实验设备及量具jnsg144型扭转试验机、游标卡尺。 实验原理圆轴承受扭转时，材料完全处于纯剪切应力状态。故常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切作用下的力学性质。图1为低碳钢试件的扭矩t和扭转角的关系曲线。当扭矩t小于tp时，材料完全处于弹性状态，oa段为直线，它遵守胡克定律。图1 低碳钢：扭矩t扭角关系曲线图扭矩超过tp后，试件横载面上的切应力分布不再是线性的。在试件外缘材料发生流动形成环形塑性区域，故tp是外缘切应力等于剪切比例极限时的扭矩。此后，随着扭矩t的增长，试件继续扭转变形，塑性区域不断向中心扩展，t曲线缓慢上升，直至b点趋于平坦，截面上各点

21、材料完全达到屈服，这时的扭矩即为屈服扭矩ts，剪切屈服极限可按下列公式计算， （1）式中：是实心试件的抗扭截面模量。继续给试件加载，试件又继续变形，材料进一步强化，直至c点，试件被剪断，此时的扭矩为最大扭矩tb，抗扭强度极限（或剪切强度极限）为， （2）铸铁试件从开始受扭直到破坏，t曲线近似为一直线（图2），故近似地按弹性应力公式计算抗扭强度极限。破坏后记录最大扭矩tb，则抗扭强度极限为： （3）图2 铸铁： t的关系曲线 图3 试件受力分析图试件受扭，材料处于纯剪切应力状态（图3）。由于纯剪切应力状态是属于二向应力状态，两个主应力的绝对值相等，与轴线成45°角。圆杆扭转时横截面上有

22、最大剪应力，而45°斜截面上有最大拉应力，由此可以分析低碳钢和铸铁扭转时的破坏原因。由于低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故沿横截面被剪断；而铸铁的抗拉能力较抗剪能力弱，故沿着与方向成正交方向被拉断，即试件沿着于杆轴线成45°角的斜截面被拉断破坏。 实验步骤（1）测标样直径为了避免试件加工的锥度和椭圆度影响，选取3个卡点，3个卡点的位置分别选在标样中间和近两端处。对每个卡点，用游标卡尺在两个相互垂直方向上卡其直径（两个卡值，精度0.02mm），取其算术平均值（精度0.1mm）。选择3个卡点中最小值的直径（d0）进行抗扭截面模量wp的计算（3.1416，模量精度0.001mm3）

23、。将各卡值及计算值填入实验报告表中。（2）试验机调试所用试验机为教学用扭转试验机，采用涡轮减速器手动加载，弹簧测距装置测扭距，自动绘图装置绘图，最大扭距为144n·m。力臂调整：a将平衡锤旋到锤杆外端的适当位置，使力臂抬起，以消除力臂及相关件重量的影响，并将测距弹簧拉紧；b调整弹簧吊环螺栓和活塞杆螺栓，使力臂轴线下倾到与水平位置大约成3°的夹角，此时带线杆的端头大约从水平位置下降30mm，而缓冲器的活塞底面要离液压缸底大约23 mm，可通过压和松的力臂感觉出来；c座叉上销轴的轴线要与力臂的轴线垂直，以保证活塞升降灵活；d调整夹线杆螺钉，使夹线杆上的竖线垂直。夹线杆一定要固定

24、在带线杆的方槽内。线轮绕线：线轮绕线按设备使用说明要求进行。转角线轮取与直径为1：1的沟槽绕线。加油：a涡轮箱内需加约20mm深的机油（只要使最下轮齿浸入油即可），以润滑轮齿；b往缓冲器的液压缸里加机油，油面离缸口10mm左右为宜。调零：松开笔架螺钉，稍提线坠松线，拨动指针为零。（3）安装绘图纸抬起画线笔，将裁成大小合适的坐标纸卷放到绘图圆筒上，用胶水将卷口贴牢。注意：卷口要顺着画线的方向。推动笔架，放下画线笔，使笔尖对准坐标纸零位，拧紧笔架螺钉。（4）安装试件拧开固定夹头和转动夹头上的封板固定螺钉，打开这两个夹头封板。摇转涡杆，使夹头的方孔对齐，放进试件。关上夹头封板，拧紧封板固定螺钉。（5

25、）加载试验按顺时针方向摇转涡杆即可加载。加载前，用黑色笔在试件上沿轴线作一标记线，以便观察试件的扭转变形情况。加载要缓慢，以方便观察实验现象为宜。低碳钢试件：a屈服前加载时应均匀缓慢，速度控制在15o30o/min；b当进入屈服阶段时，指针前后摆动或停留不动，此时扭矩t扭转角曲线出现平台，选取指针回摆最大值或指针的最低值来作为屈服扭矩值ts；c过了屈服阶段后，改为较快速加载，速度在250o360o/min之间，直到扭断为止；d试件扭断后，读取被动针所指的最大扭矩值tb，同时读取扭转角数值并记录；e取下试件，观察断口特征。铸铁试件：采取慢匀速加载，速度应控制在10o20o/min之间；试件断后，

26、记录最大扭矩值tb和扭转角；取下试件，观察断口特征。（6）结束操作实验完成后，清扫杂物。 计算结果要求（1）扭矩读取指针读数精度为2n·m（1/2格）。强度单位为mpa，计算结果按0.5单位法则修约到十位数，即个位数只能为5或为0。其修约法则见实验一。（3）扭转角读取纵坐标表示扭矩测值，比例为1：0.995（n·m/mm），可以不读。横坐标表示扭转角测值，比例为1：1，换算为1.31o/mm或0.02285弧度/mm，读数精度为1mm（注意：读数时，要剔除刚开始出现的滑动部分）。 试验数据记录实 验 前 记 录材 料直径d0（mm）wp横截面横截面横截面（1）（2）平均（1

27、）（2）平均（1）（2）平均低碳钢铸 铁实 验 记 录材 料屈服扭矩ts（n·m）最大扭矩tb（n·m）扭角（）低碳钢铸 铁 实验结果（1）低碳钢扭转屈服强度 = mpa 抗扭强度 = mpa （2）铸铁 抗扭强度 = mpa 讨论题（1）铸铁试件扭转实验，从加载到破坏你看到哪些现象。（2）为什么铸铁试件在扭转时沿着与轴线大致成45°的斜截面上破坏？（3）低碳钢试件扭转实验，从加载到破坏你看到哪些现象。（4）分析两种材料的断口形状及产生原理。（5）铸铁在压缩和扭转破坏时，其断口方位均与轴线大致成45°角，其破坏原因是否相同？实验四 塑性材料剪切弹性模量（

28、g）的测定实验日期 年 月 日 室温 1. 实验目的（1）测定低碳钢的剪切弹性模量（g），并使学生基本掌握测试塑性材料剪切弹性模量的实验设计、实验条件、设备操作及试验结果分析。（2）验证圆轴扭转变形公式。2. 实验设备及量具ny4型扭转试验机、百分表、游标卡尺、钢板尺等。3. 试件选取及设备主要指标（1）取10低碳钢（圆钢），试件长度260 mm。经同批试件拉伸试验，测定屈服强度为235mpa（q235#钢）。（2）测g值试件要求：取标距=120mm（标距可调，60150 mm），在标距内卡算出试件的最小直径，用于计算极惯性矩。（3）设备的力臂长度=200 mm；百分表触点到试样轴线距离=10

29、0mm；放大倍数=100格/mm；砝码4块，每块重=5n，扭矩增量=1 n·m；砝码托作为初载荷，重1.3n，它产生的初始扭矩t0=0.26 n·m；设备精度：误差<5%。4. 实验原理（1）验证虎克定律选取已知屈服点的低碳钢材料。在比例极限内，利用设备通过n次等增量加载荷，由百分表可测出每次产生相近的位移增量值 (因设备误差，不可能完全相等)，即可验证虎克定律的正确性。（2）剪切弹性模量求取在剪切比例极限内，分四次加载荷，每次对试件施加相等的载荷。圆轴受扭时，横截面上只有切应力，因符合虎克定律，所以每次扭矩增量也相等，在四次相同扭矩增量的作用下，求取所产生的四个极为

30、相近的扭转角增量值。每个扭转角增量值可通过百分表读取格数后换算得到，所以每个扭角增量值对应的百分表读格数亦极为相近，故取其算术平均值=（单位：格）作为扭转角增量（单位：弧度rad）对应的换算值。从扭转试验机构的造原理知，当标距两端截面产生相对转动时，标距两端截面相对扭角增量很小，百分表测出的平均位移增量值（弦长）与对应的弧长几乎相等。于是有= ，即可测算。根据圆轴扭转的变形公式，扭转角增量（单位rad）的表达式为=，这里g、及均为常数，这个变形公式是否成立，即扭角增量与扭矩增量是否成线性关系，该关系在此实验中容易得到验证。试件标矩和极惯性矩均已知，只要测取扭矩增量和相应的扭转角增量，由扭转变形

31、公式可得到剪切弹性模量： 故材料的剪切弹性模量g值完全可以从测试中求取。5. 实验步骤（1）卡取试件直径：为了避免试件加工的锥度和椭圆度影响，在标距内选取3个卡点，3个卡点的位置分别选在标距中间和接近标距的两端；对每个卡点，用游标卡尺在两个相互垂直方向上卡其直径，两个卡值的精度0.02mm，取其算术平均值，精度0.1mm；选择3个卡点中最小值的平均直径（d0）参加极惯性矩的计算（3.1416）。修约口决见7。（2）将已卡取直径为、长为260mm的试件安装在ny4型测g扭转试验机上，并固紧。由于扭转试验机带有=10 mm的标准试件，所以实验步骤的前两步可免。（3）桌面目视基本水平，把仪器放到桌子

32、上（先不加砝码托及砝码）。（4）调整两悬臂杆的位置，先固定左悬臂杆，在固定右悬臂杆前，用游标卡尺控制使左、右悬臂杆的距离达到=120mm，然后再固定右悬臂杆。调整右横杆，使百分表触头距试件轴线距离=100mm，并使表针预先转过十格以上（值也可不调，按实际测值计算）。（5）挂上砝码托，记下百分表的初读数。（6）分4次加砝码（加砝码时一定要平稳缓慢，不可使砝码摆动、倾斜、避免滑落），每加一次砝码，记录一次百分表的读数，后一次减前一次的读数即为增加5n砝码产生的值，取四次的算数平均值。（7）要求：至少重复做3次试验，取最稳定的一组数据计算值。（8）实验完毕，卸下砝码，卸下百分表，规整试验机。6. 注

33、意事项（1）加载过程中，要注意检查传力机构的零件是否受到干扰，若受干扰，需卸载调整。（2）加、减砝码时要缓慢放手，以使之为静载，并防止失落而砸伤人、物等。（3）加载荷前，要先加有一定重量的初载荷（一般指砝码托），它的意义不仅在于其上可加载荷，主要是避免实验开始时试件会因夹头不牢或设备机构间隙的存在而产生松动，导致试件夹持表面上产生微小的滑动，这些均影响数据的准确性，故必须加一定的初载荷。7. 计算单位及精度根据国家标准gb/t2282010，剪切弹性模量(g)单位为mpa，精度取三位有效数字；标距精度0.1mm；极惯性矩（）精度0.0001mm4；百分表读数精度1格，平均（）精度为1格；扭转角

34、增量值（）精度1×10-5弧度。修约口决如下：四舍六入五考虑，五后非零应进一，五后是零看前位，前为偶数应舍去，前为奇数应进一。8. 试验数据记录试件原始尺寸及几何参数试件力臂 (mm)百分表法码托产生的扭矩t0 (n·m)扭矩增量(n·m)极惯性矩(mm4)直径(mm)标距 (mm) (mm)放大倍数(格/mm)实 验 记 录载荷(n)(n)百分表读数(格)cici1.3n5n6.3n5n11.3n5n16.3n5n21.3n算术平均值(格)=9. 实验结果扭转角增量：=剪切弹性模量：=10. 讨论题（1）试讨论影响测量误差的主要因素是什么？（2）用实验结果验证圆

35、轴扭转的剪应力公式。实验五 纯弯曲梁横截面上正应力分布规律实验实验日期 年 月 日 室温 实验目的 用实验方法测定梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律。 验证梁在纯弯曲下的正应力公式。 掌握电测法的原理、方法及电阻应变仪的使用。 实验设备及量具wsg80型纯弯曲正应力试验台、电阻应变仪、电源插座、螺刀。 标准试件试验台已备标准试件（图）。试件材料为20#钢，e=208×103mpa，跨度l=600mm，a=200mm，副梁跨度（纯弯曲段）cd=200mm，横截面高h=28mm，宽b=10mm。载荷增量f=200n（砝码分4次加载，每个砝码重10n，采用1：20杠杆比例放大），横截面在

36、荷载的作用下，弯矩m=f×a/2，所以m=20nm。砝码托作为初载荷，f0=30n，m0=3.0nm。横截面对中性轴z的惯性矩iz=bh3/12=10×283/1218293.3333mm4。图 标准试件受力状况 实验原理（1）试件受力图在实验过程中，标准试件受力状况见图。（2）实验前，在试件矩形截面梁的纯弯曲区域内，离中性轴不同高度处粘贴好五个间距相等的电阻应变片： 1片、5片贴在距中性轴距离的h/2处（梁截面的上下边缘），2片、4片贴在距中性轴距离的h/4处，3片贴在中性轴的位置上。（3）理论值计算梁横截面上某点的正应力增量的理论值按公式可计算，其中yi为测点到中性轴的

37、距离。（4）实测值计算由于cd段是纯弯曲段，纵向层面各纤维间互不挤压，只产生拉伸或压缩变形，故横截面上各测点为单向受力状态。因此可按虎克定律计算正应力的增量实。根据横梁截面上各点所测出的应变增量，计算实=e·。将计算出各点的正应力增量实与理论值进行比较，计算出他们的相对误差，以验证理论公式的正确性。 实验步骤（1）粘贴应变片在cd段大致中间的位置上，沿与轴线平行的方向粘贴五片应变片，各片相距h/4，均作为工作片。另外在一块与试件相同的材料上粘贴一片应变片，作为补偿片。应变片的灵敏度系数为2.00。（2）实验操作应变仪接线：将粘贴在测点的应变片（5个通道线和一个0线）和补偿块上的应变片

38、按14桥接到静态应变仪对应通道的接线柱上； 0线接在应变仪某一接线柱的最上端；补偿块上的应变片接在指定的接线柱上。打开电源开关，应变仪进入自然扫描状态，但需要预热30分钟。设置修正系数：应变仪的灵敏度系数为2.00，故修正系数为1.0000。选择通道按设置键输入修正系数值按确认键。对每个接线通道均重复以上过程即可完成设置。测试仪试验台联合操作：调动试验台蝶形螺母，使杠杆尾端稍翘起一些。选择应变仪通道确认调平。先挂砝码托，记录应变仪显示的数值；再分四次加砝码测试，分别记录数值。完后，再按次序逐一取下砝码，观察是否回到最初状态；如果回到最初状态，则确定下一个通道，重复进行；如果没回到最初状态，则重

39、做。静态应变仪的微机监控系统由老师操作。注意事项：加砝或撤码时，要缓慢进行；加载过程中，检查各传力零件是否受卡、别等，若受卡、别等应卸载调整。（3）结束操作实验完成后，关闭开关，拔掉电源，规整设备，清扫杂物。 计算结果要求对每个测点，取四次测量结果差值的算术平均值作为该测点的测量应变值，精度为10-7mm，即0. 1个单位应变值。实验计算的实值和理论计算的值，单位为mpa，精度为0.01，修约口决见实验一。两者的相对误差应小于7.0%（工程上的要求）。横截面对中性轴z的惯性距iz，精度0.0001mm。 试验数据记录试 件 和 电 阻 应 变 片 数 据材料弹性模量e=208×103

40、 (mpa)截面尺寸轴惯性矩其它参数r()=k=b(mm)h(mm)iz (mm4)l(mm)a(mm)至中性层距离y1=y2=y3=y4=y5=实 验 记 录测点载荷n1点2点3点4点5点pp1122334455平均值 实验结果实验值与理论值比较计算值计算公式正 应 力 （mpa）1点2点3点4点 5点实验值理论值误差（%） 讨论题（1）试用米格纸画出梁横截面上正应力的分布：理论值曲线与实验值曲线。（2）弯曲正应力的大小是否会受材料弹性模量e的影响？（3）影响实验结果准确性的主要原因是什么？实验六 弯扭组合变形主应力测试实验实验日期 年 月 日 室温 实验目的 利用电阻应变仪和应变花测定平面

41、应力状态下一点的主应力大小及方向，并与理论值进行比较。 测定弯扭组合变形杆件中的弯矩和扭矩分别引起的应变，并确定内力分量弯矩和扭矩的实验值。 掌握电阻应变片花的应用。 实验设备及量具wng100型弯扭组合变形试验台、电阻应变仪、电源插座及螺刀。 标准试件试验台已备标准试件，是一个薄壁圆管。它的一端固定在支座上，另一端固定一个加力臂上。加力装置采用1：10杠杆比例放大，杠杆的一端悬挂砝码，另一端通过吊杆、吊叉与加力臂的加力端联接。圆管受弯曲和扭转组合作用，在距离加力臂的中心平面处l取一点a，a点处于平面应力状态。标准试件的圆管长l=317mm，外径d=50mm，内径d=4345mm（具体值在管壁

42、上，要抄下来）。材料为20#钢，弹性模量e=199.8gpa，泊松比=0.2685。被测点至加力臂竖直轴线平面的距离，位于圆管的上顶点。加力臂的加力点至圆管轴线的距离a=250mm。载荷增量p=100n（砝码分4次加载，每个砝码重10n），相应地t=25nm，m=15nm。砝码托做初载荷p0=13n （已放大10倍），相应地t0=3.25nm，m0=1.95nm。 实验原理利用已知参数的材料和专用设备，在标准试件同时受到弯曲和扭转两种载荷作用下，用应变仪测定已知点在不同方向上的应变值，并计算出实验的正应力，从而验证理论计算值。（1）理论值计算a点产生的弯曲正应力增量值为 式中：w圆管的抗弯截面

43、模量 l测点至加力臂的距离 l=150mm。a点的扭转剪应力增量值为 式中：wn圆管的抗扭截面模量 a加力点至圆筒中心的距离 a=250mm。理论值计算主应力公式 （1） （2）（2）实测值计算在测点a处贴一组45°的应变花，根据测得应变花的应变值、代入以下公式算出实验值的主应力的大小和方向： （3） （4）将实验得出的正应力1、2实、方向角实与理论值1、2理、方向角理进行比较，计算出他们的相对误差，以验证理论公式的正确性。5. 实验步骤（1）粘贴应变花在被测点上贴一片450的应变花，另在一块不受力的钢片上贴一片应变花的1/3部分（补偿片）。应变花的灵敏度系数为2.09。应变花的粘贴

44、是电测法的重要工序，贴片的质量对测量的可靠性影响极大，粘贴技术要求也高，其粘贴过程及要求详见有关教程。（2）实验操作应变仪接线：将粘贴在测点的应变花（3个通道线和一个0线）和补偿片上的应变花按14桥接到静态应变仪对应通道的接线柱上，即：0°线（x轴方向）接1通道；45°线接2通道；90°线接3通道；0线接在应变仪某一接线柱的最上端；补偿片上的应变花接在指定的接线柱上。打开电源开关，应变仪进入自然扫描状态，但需要预热30分钟。设置修正系数：应变仪的灵敏度系数为2.00，故修正系数为0.9569。选择通道按设置键输入修正系数值按确认键。对每个接线通道均重复以上过程即可

45、完成设置。试验台加码操作：调动蝶形螺母，使杠杆尾端稍翘起一些。选择应变仪通道确认调平。先挂砝码托，记录应变仪显示的数值；再分四次加砝码测试，分别记录数值。完后，再按次序逐一取下砝码，观察是否回到最初状态；如果回到最初状态，则确定下一个通道，重复进行；如果没回到最初状态，则重做。每个通道取4次测量结果差值的平均值作为该点通道的应变值，即可算出该点的主应力的大小和方向。（3）注意事项加码或撤码时，要缓慢进行。应变花的面积一定要小，一般是2×3，最好是1×2，这样测量的值才更接近于一点的应变。因为圆管比较细，曲率大，如果应变花面积大就会有较大误差。（4）结束操作实验完成后，关闭开

46、关，拔掉电源，规整设备，清扫杂物。 计算结果要求（1）=3.1416。圆管的抗弯截面模量，精度0.001mm3。圆管的抗扭截面模量，精度0.001mm3。（2）弯曲正应力增量值，精度为0.001mpa。扭转剪应力增量值，精度为0.001mpa。（3）对实测点某个方向的通道，取四次测量的算术平均值作为该方向通道的测量应变值，精度为0.1个的应变值。（4）实验计算的1、2实值和理论计算的1、2理值，单位mpa，精度0.01（修约口决见实验一），两者的相对误差<10.00%（试验台使用说明要求）。方向角实与方向角理的单位为度，精度0.01°，相对误差<10.00%。 试验数据记

47、录 仪器编号： 试 件 参 数 表管长l（mm）外径d（mm）内径d（mm）弹性模量e（gpa）泊松比µ抗弯截面模量w（mm3）抗扭截面模量wn（mm3）其 它 参 数 表测点至加力臂距离l（mm）加力点至圆筒中心距离a（mm）弯曲正应力增量值x（mpa）扭转剪应力增量值xy（mpa）测 试 记 录 表（）载荷 （n）1片2片3片pp0°0°45°45°90°90°平均值 实验结果（1）理论值计算主应力公式 = mpa = （2）实测值计算 = 将实验得出的正应力1、2实、方向角实与理论值1、2理、方向角理进行比较，计算出他

48、们的相对误差，验证理论公式的正确性。实验值与理论值比较项 目实 验 值理 论 值相对误差（%）（mpa）（mpa）方向角 讨论题（1）试分析本次实验的误差是由哪些主要原因造成的？（2）在粘贴应变花时，是否一定要有一片的方位与杆的轴线平行？在选应变花及选择测点的位置时要注意些什么？实验七 塑性材料弹性模量（e）的测定实验日期 年 月 日 室温 1. 实验目的（1）在比例极限内验证胡克定律。（2）测定低碳钢的弹性模量（e），使学生基本掌握测试塑性材料拉伸弹性模量的实验设计、实验条件、设备操作及试验结果分析。2. 实验设备及量具ceg4k型测e试验机、qy1球铰式引伸仪、千分表、游标卡尺。3. 试件

49、选取及设备主要指标（1）取10低碳钢（圆钢），试件长度380 mm。经同批试件拉伸试验，屈服强度为235mpa（q235#钢）。（2）测e值试件要求：取标距=100mm（由球铰式引伸仪控制），在标距内卡算出最小直径，参加计算截面积。（3）设备采用1：40杠杆比放大；初载砝码托16n，初载荷f0=16×40=640n；分四次加载，每个砝码重25n，载荷增量=1000n。设备精度：误差5%。4. 实验原理（1）验证虎克定律选取已知屈服点的低碳钢材料。在比例极限内，利用设备通过n次等增量加载荷，由千分表可测出每次产生相近的位移增量值 (因设备误差，不可能完全相等)，即验证虎克定律的正确性。（2）拉伸弹性模量求取分四次加荷，每加一次载荷则在标距内产生一个伸长增量，对每个伸长增量值可由千分表读出。由于符合虎克定律，所以在四次增加相同载荷的作用下，相应产生4个相近的伸长增量放大值（单位：格 ），求取4个拉伸