材料力学试验参考要点

1、实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能一、实验目的1测定低碳钢的屈服极限 Cs ,强度极限二b，延伸率：和面积收缩率口 。2、测定铸铁的强度极限 二b。3、 观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（F -厶1曲线）。二、仪器设备1液压式万能试验机。2、游标卡尺。三、实验原理简要材料的力学性质、匚b、：和t是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷 Fs，继续加载，测得最大载荷Fb。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大

2、载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉 伸所需的载荷也变小了，直至断裂。铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象， 其强度极限远低于碳钢的强度极限。四、实验过程和步骤1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。3、按要求选择“试验方案”7“新建实验”7“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操 作要求见万能试验机使用说明。4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的F -厶1曲线显示在微机显示屏上。从低碳

3、钢的F -韶曲线上读取Fs、Fb值，从铸铁的F -厶1曲线上读取Fb值。5、测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度h。7、比较低碳钢和铸铁的断口特征。8、试验机复原。五、数据记录与处理低碳钢试件试样尺寸实验数据实验前：标距1 = 100 mm直径d =10.14 mm2横截面面积A = 80.71 mm实验后：标距li=133.24 mm最小直径 di= 5.70 mm 横截面面积Ai=25.50 mm屈服载荷Fs=22.1kN最大载荷Fb=33.2kN屈服应力crs Fs MPaA抗拉强度crb=F =MPa

4、AL 一|伸长率 6 - 1"00% =lA A断面收缩率屮X100%-A试样草图拉伸图实验前：1Ftd 14*实验后：LJL|OAl灰铸铁试件试样尺寸实验数据实验前：标距1 = 100 mm直径d =10.16 mm 2横截面面积A =81.03 mm实验后：标距100 mm最小、卓箪,1=10.15 mm横截面面积A=80.91 mm2最大载荷 Fb = 14.4kN、Fb抗拉强度 crb -一 -MPab A实验前草图实验后草图六、实验结论分析与讨论分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征。14实验二、测定金属材料压缩时的力学性能一、实验目的1测定低碳钢的屈服应力二s。F

5、- I曲线）。2、测定铸铁的抗压强度二be。3、观察压缩过程中的各种现象，并绘制压缩图（二、实验设备1液压式万能试验机。2、游标卡尺。三、实验原理简要当试样承受压缩时，其上下端面与试验机垫板之间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻 碍试样上部和下部的横向变形，使其抗压能力有所提高，故试验时试样两端面应涂以润滑 剂以减小摩擦力的影响。施加载荷时，要求其合力作用线与试样轴线一致，为此试样两端 面必须平行且与轴线垂直，同时在试验机下垫板底部有球形承垫，当试样两端面稍有不平 行时，会自动调整下垫板平面的方位，使接触面载荷均匀分布。低碳钢压缩试验中，屈服 现象不及拉伸时那样明显，从F -人1曲线读下屈服载荷F

6、s ,由此可求得屈服极限二，此后由于材料良好的塑性，使其压成饼状而不致破坏，故低碳钢不存在压缩强Ao度极限。铸铁压缩试验则在出现较大（相对于拉伸而言）的塑性变形后发生破坏，其裂纹 方向与轴线约成45°角，此时的载荷即为最大载荷Fbe，由此可算得压缩强度极限beFbeAo四、实验过程和步骤1测量试样的原始尺寸。2、安装试样并保持上下对中。3、根据试样的负荷和变形水平，按照试验机操作软件设定试验的详细步骤，加载试验。4、观察试样变形和破坏特征。五、数据记录与处理材料低碳钢灰铸铁试样 尺寸2d =15mm， 1=20 mm， A=176.63mm2d=15mm, 1=20 mm， A =

7、176.63mm试样 草图实验前实验后实验前实验后一1 丄©LnUL dj0实验 数据屈服载荷 Fs = 49kN屈服应力“a=MPa最大载荷 Fbc =153kN抗压强度吧严MPa压缩图F 1F JOAlOAl六、实验结论分析与讨论分析铸铁试件压缩破坏的原因。实验三、拉压弹性模量 E测定一、实验目的1测定材料的弹性模量 E。2、在比例极限内，验证胡克定律。二、实验设备1万能试验机。2、数字式电阻应变仪。3、游标卡尺，标准试样等。三、实验原理简要一般采用在比例极限内的拉伸试验来测定材料的弹性模量E。测量标距内微小变形的方法较多，可以用各种引伸仪来测定，也可以用电测方法来测得。试件一般

8、采用圆形截面 的标准试样。为了验证载荷F与变形：1之间的正比关系，在比例极限内采用增量法，逐级加载，每次增加同样大小的载荷 UF ,测出相应的伸长变形， 若每次伸长变形增量 厶；也 大致相等，说明载荷 F与变形l成正比，即验证了胡克定律。设试样的横截面为A,标距为I，则弹性范围内的胡克定律为-F /EA，由此可知，试样材料的弹性模量为：FE.。为了夹牢试件和消除试验机机构之间的间隙，必须施加一定数量的初载荷。A当确认仪表工作正常之后，正式自初载开始，逐级加载，测量其伸长。四、实验过程和步骤1试件准备在标距长度范围内，测量试件两端及中间三处的截面尺寸，取三处尺寸的平均值作为 试件的计算直径。2、

9、拟定加载方案。3、试验机准备。按试验机操作软件设定试验的详细步骤加载试验。4、安装试件并施加初载荷。5、检查及试件试验机开动前，必须请指导教师检查以上步骤完成情况。然后开启试验机，预加载荷 至两倍初载荷，以检查试验机是否正常工作。7、进行试验自初载荷起，缓慢地逐级加载至最终载荷， 并将读数记入记录表中。 加载至最大值后、 再卸载至初载荷。以上试验过程，应重复进行23次。直至几次测量结果基本一致为止。五、数据记录与处理试样 尺寸：计算长度1 =100 mm ,直径d = 10 mm，横截面面积 A = 78.5 mm2载荷(k N)应变读数（卩£ ）F读数增量AF第一次第二次读数增量读

10、数增量00000022115.2115.2114.6114.642231.3116.1229.9115.362348.5117.2346.7116.882465.3116.8461.3114.6增量均值SF = N增量均值也E =115.83弹性模量218 GPaA公六、实验结论分析与讨论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是否相同？为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量 ？实验四、金属材料扭转破坏实验一、实验目的1、 测定低碳钢的剪切屈服点.s，及剪切强度极限.b。2、 测定铸铁的剪切强度极限，b。3、观察低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）的扭转破坏特点，并比较其断

11、口形状。二、实验设备1、扭转试验机。2、游标卡尺，标准试样等。三、实验原理简要塑性材料试样安装在扭转试验机上，对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得 到扭转曲线。试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。弹性变形 到一定程度试样会出现屈服。扭转曲线扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩 Tsi,通常把下屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限TS,即：T s=T si= Tsi/W。当试样扭断时，得到最大扭矩Tb，则其抗扭强度为T b= Tb/W式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有W= n do3/16。铸铁为脆性材料，无屈服现象，故当其扭转

12、试样破断时，测得最大扭矩Tb,则其抗扭强度为：t b= Tb/W。四、实验过程和步骤1、测量试样原始尺寸。分别在标距两端及中部三个位置上测量的直径，用最小直径计算抗扭截面模量。2、安装试样并保持试样轴线与扭转试验机转动中心一致。3、低碳钢扭转破坏试验。观察线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记 录最大扭矩值，观察断口特征。4、铸铁扭转破坏试验。试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。五、数据记录与处理材料低碳钢灰铸铁试样d =10 mm，l=100mmd = 10 mm， l=100mm尺寸抗扭nd333截面Wp =p 16mmndW -一3 mm模量p 16

13、屈服扭矩Ts=35.5 N m实最大扭矩Tb=80.5 N mTs最大扭矩Tb = 46.5 N m验屈服切应力SMPa卫=MPa数Wp抗切强度ib -Wp据抗切强度%-MPaWp六、实验结论分析与讨论碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同，分析其原因。实验五、纯弯曲梁正应力试验一、实验目的1学习静态多点应变测量的方法。2、测定梁纯弯曲时的正应力分布规律，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲正应力 公式。二、实验设备1纯弯曲梁及其加载装置。2、静态电阻应变仪与预调平衡箱。3、游标卡尽、钢尺。三、实验原理简要已知梁受纯弯曲的正应力公式为：_M y。式中m为作用在截面上的弯矩，iz为-Iz梁横截面对

14、中性轴 Z的惯矩，Y为由中性轴到欲测点的距离。本试验采用碳钢制成的矩形截面梁，在梁承受纯弯曲的某一横截面上，沿轴向贴上五个电阻应变片 （如图1），R4和R5分别贴在梁的顶部和底部，Ri、R2贴yh的位置，R3在中性层上，当梁受弯曲时，即_4可测出各点处的轴向应变 £实（i = 1、2、3、4、5）,由于梁的各层纤维之间无挤压，根据 单向应力状态的胡克定律，求出各点的实验应力为：二实二e '实（i = 1、2、3、4、5）,式中E是所测梁材料的弹性模量。加载后，测得各点相应的应变.实，依次求出各点的应力二i实为： 口实=Er实。把二i实与理论公式算出的应力（门理二）加以比较，从而验证理论公式iIz的正确性。四、实验过程和步骤1、测量试样的原始尺寸。2、拟定加载方案。3、安装试样。4、将各工作片、补偿片接入预调平衡箱、各点预调平衡。3次,5、进行实验。加载，逐点进行测量，记下读数；测量完毕后，卸载。上述过程重复 以获得具有重复性的可靠试验结果。五、数据记录与处理1.原始数据记录试件材料弹性模量E载荷P距中性层试件尺寸Iz低碳钢213GPa4000NY i=10mma=150mm;