材料力学试验指导书

1、材料力学实验指导书实验一拉伸实验拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果， 可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、 塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。一、实验目的要求1 测定低碳钢的流动极限 二s、强度极限匚b、延伸率：、截面收缩率t和铸铁的强度极限匚b。2 .碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F - L曲线）。3 .较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。二、实验设备和仪器材料试验机、游标卡尺、两脚标规等三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的

2、试件形状如图所示。图中工作段长度丨称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。图1-1为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即丨=5d或l =10d 。对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为I =11.3一 A或I =5.65、.A , A为标距段内的截面积。四、实验方法与步骤1低碳钢的拉伸实验：1）试件的准备：在试件中段取标距I =10d或I =5d在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d （在每处的两个互相垂 直的方向各测

3、一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。2）机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限 Cb及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。3）进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F和变形 L的关系曲线（F - L曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到A点时，拉伸图上 OA段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定 律的弹性变形范围。当载荷增加到B 点

4、时，测力计指针停留不动或突然下降到B点，然后在小的范围内摆动， 这时变形增加很快， 载荷增加很慢；这说明材料产生了流动（或者叫屈 服）与B 点相应的应力叫上流动极限，与B相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以B点相对应的载荷值 FS除以试一FS件的原始截面积A即得到低碳钢的流动极限；飞，二s =流动阶段后，试件要承受更大的A外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C点至D点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值Fb （ D点）时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载

5、荷值Fb，用Fb除以试件的原始截面积 A，就得到低碳钢的强度极限 二b；b =Fb/A。在试件发生“颈缩”后，由 于截面积的减小，载荷迅速下降，到E点试件断裂。关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度li，按下式可计算出低碳钢的延伸率：l -11 100%。1将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径a，计算出面积Ai ；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率-,即=A A 100%从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得ll的数值与断口的部位有关。 为了统一

6、 :值的计算， 规定以断口在标距长度中央的 13区段内为准，来测量丨的值，若断口不在1 3区段内时，需 要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：设两标点C到C 之间共刻有n格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂 试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d起，向右取n/2格，标记为a，这就相当于把断口摆在标距中央，再看 a点至Ci点有多少格，就由a点向左取相同的格数，标以记号 b， 令L 表示C到b的长度，则 L 2L的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n ,故li = L 2L。当断口非常接近试件两端， 而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验结果无效，需要重作实验。断

7、口图1-42、铸铁的拉伸实验：1）试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限二b，估计拉伸试件的最大载荷。2）试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同1）进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷Fb，观察自动绘图装置上的曲线，如图1-3所示。将最大载荷值 Fb除以试件的原始截面积 A，就得到铸铁的强度极限=Fb/A。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂,以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。实验二压缩实验在工程实际中，有些构件承受压力，而材料由于载荷形式的不同其表现的机械性能也不 同，因此除了通过拉伸实验了

8、解金属材料的拉伸性能外，有时还要作压缩实验来了解金属材料的压缩性能，一般对于铸铁、水泥、砖、石头等主要承受压力的脆性材料才进行压缩实验， 而对于塑性金属或合金进行压缩实验是主要目的是为了材料研究。例如灰铸铁在拉伸和压缩时的强度极限不相同，因此工程上就利用铸铁压缩强度较高这一特点用来制造机床底座、床身、汽缸、泵体等。、实验目的和要求1）测定在压缩时低碳钢的流动极限二s ,及灰铸铁的强度极限 匚b。2）观察它们的破坏现象，并比较这两种材料受压时的特性。011斗3、实验准备：材料试验机、游标卡尺三、试件金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如图所示，并制定四、实验方法与步骤1 低碳钢的压缩实验1）试件准

9、备：用游标卡尺测量试件的直径d。2）试验机的准备：首先了解试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。选择合适的测力刻度盘，配置相应的摆锤，开动机器，将刻度盘指针调到零点，然后将 试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，使试件承受轴向压力。3）进行实验：开动机器，使试件缓慢均匀加载，低碳钢在压缩过程中产生流动以前基本情况与拉伸时相同，载荷到达B时，测力盘指针停止不动或倒退，这说明材料产生了流动，当载荷超过 B点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐明显地增大，试件最后被 压成鼓形而不断裂，故只能测出产生流动时的载荷Fs ,由二s = FS/ A得出材料受压时的流动极限而得不出受压时的强

10、度极限。2、铸铁的压缩实验铸铁压缩与低碳钢的压缩实验方法相同，但铸铁受压时在很小的变形下即发生破坏，能测出Fb，由匚b=Fb/A得出材料强度极限。铸铁破坏时的裂缝约与轴线成 45角左右。五、注意事项1）试件一定要放在压头中心以免偏心影响损坏2）在试件与上压头接触时要特别注意减小油门，使之慢慢接触，以免发生撞击,机器。3）铸铁压缩时，应注意安全，以防试件破坏时跳出打伤。六、讨论题1）低碳钢压缩图与拉伸图有何区别？说明什么问题？2）铸铁的破坏形式说明什么问题？3）碳钢压缩后为什么成鼓形？、实验目的要求:实验三弹性模量E的测定实验1）在比例极限内测定低碳钢的弹性模量E2）验证虎克定律、原理拉杆拉伸时

11、伸长变形lL与拉伸载荷F之间的关系，在比例极限范围内应符合虎克定律：由l可得出：e 电EAALA式中：F 拉伸载荷，L 引伸计标距E 材料弹性模量A试件的横截面积=L 标距长度内的伸长量F量表右标杆左标杆 右标杆定位螺钉活动下刀口 T . 1试样底板F上刀口三、实验设备材料试验机、蝶式引伸计、游标卡尺四、蝶式引伸计简介仪器结构如图1）整上刀口位置，使上下刀口间 的距离等于标距值。2）松开紧固螺钉调整量表位置，使下刀口底面与底板上定位螺钉接触，顶尖与量表测量平面接触。测拉伸变形时，量表起始位置应在指针正向行程0.1mm以上,然后固定好量表罩圈在需要的位置上。3）握住蝶式引伸计，压缩弹簧使两刀口分

12、开夹持在试件上，如夹紧力不够可调整连接板簧帽。4）如需要增强上刀口夹紧力时， 在标杆上使用夹紧架， 其位置应以尽量靠近上刀口处， 夹紧力也可通过簧帽调正。当试件受力后，原标距伸长，上刀口不动，下刀口绕中点转动，由于杠杆比为1 : 1 ,从千分表上可读出变形值，伸长量取两表数值的平均值进行计算。六、实验方法与步骤1）测量试件尺寸（直径）2）试件装于试验机上，加预载 2kN，然后将蝶式引伸计装于试件上。3）转动引伸计的调节螺钉，使千分表的小针在0.6左右，而千分表的大指针为零。2kN4）开动机器，缓慢加载，并记录千分表的读数， 在3kN时记初读数，以后每增加 记一次读数，至13kN为上，停机。七、

13、实验数据整理GPa匚 F丄AF LE 二二c 丄 A) ：C ：L)pA上式中厶（丄）p的单位应该用mm，而表中 C L） P为千分表格数，千分表1格为11000mm。实验四扭转实验在实际工程机械中，有很多传动轴是在扭转情况下工作， 设计扭转轴所用的许用剪应力， 是根据材料在扭转破坏实验时，所测出的剪切流动极限S，或剪切强度极限.b而求得的。一、实验目的要求1）低碳钢的剪切流动极限 CS、剪切强度极限；b、及铸铁的剪切强度极限-b。2）观察断口情况，进行比较和分析。二、实验设备和仪器扭转试验机、划线仪、游标卡尺等三、扭转试件根据国家标准，一般采用圆截面试件，标距L =100mm，标距部分直径d

14、 =10mm。如图4-1所示。图4-1四、实验方法与步骤1、低碳钢试件的扭转:1）试件的准备：在试件标距内的中间和两端三处测量直径，取最小值作为直径尺寸 d ,计算抗扭截面系数。 WP = 1二d3P 162）试验机的准备；首先了解扭转机的基本构造原理和操作方法，学习掌握扭转机的操作规程。根据材料性质，初步估所需最大扭矩，选择合适的测力表盘，配置相应的摆锤，测 力指针调到“零点”。b图4-2图4-33）进行实验：将低碳钢试件装夹到试验机上，用“手动”对试件缓慢均匀地加扭矩，加在试件上的扭矩 Mn和扭转角的关系曲线，如图 4-2所示。当扭矩增加到A点，（即Mn二Mp ）时，图4-2中OA段为直线

15、，表明此阶段内载荷与试件变形之间成比例关系，扭矩超过Mp后。试件截面的外缘外处，材料发生流动形成环形塑性区，同时M n - ：图曲线稍微上上升，达到 B点趋于平坦，这时测力指针几乎不动，这说明塑性区已扩展为整个 截面，材料发生流动，记录下此时的扭矩M b。在达到Ms时，假定截面上各点的剪应力同时达到流动极限s （理想塑性），断面上s均匀分布，从而推导计算流动极限的近似公式如下：式中-S是常数,所以RR 2)- 2=2s ?2d：?S故屈服极限3MS4Wp式中：Wp计3若试件继续变形，材料进一步强化，当达到M n - ：上的C点时，试件破坏，扭矩表盘上的指针可读出最大扭矩 Mb，与屈服时的塑性变

16、形过程相似，可得 试件断裂后，立即关闭机器，取下试件。3Mb4Wp2、铸铁试件的扭转:铸铁的扭转实验方法与步骤与低碳钢相同，因铸铁扭转在变形很小的情况下就被扭断， 铸铁的Mn -曲线如图4-4所示由图可知，铸铁扭转由开始直到破坏近似一直线，其剪切强度极限因铸铁试件在断裂前呈脆性破坏，故可近似应用弹性公式计算Wp五、注意事项:1）用手动变电器加扭矩时，一般将手摇柄取下，以免发生事故。2）在变速进，一定先停车，后调矩。3）试件在夹紧时，用手搬套筒搬手，而不要产生冲力。4）铸铁扭转时，要加防护罩，以免破碎试件飞出打伤人。六、讨论题总结低碳钢和铸铁两种材料在拉伸、压缩和扭转时的强度以及破坏断口的情况进

17、行比较分析，说明原因。实验五梁的弯曲正应力实验、实验目的和要求1）用电测法测定纯弯曲梁受弯曲时A-A （或B-B ）截面各点的正应力值，与理论 计算值进行比较。2）了解电阻应变仪的基本原理和操作方法、实验设备CM-1C型静态电阻应变仪，纯弯曲梁实验装置三、弯曲梁简图：,I 丨丨 I_L I v,图5-1已知：L = 630mm、a = 160mm、b = 20mm、h = 40mm、c = h/6、E = 200GPa在梁的纯弯曲段内 A-A （或B-B ）截面处粘贴七片电阻片，即R1、R2、R3、R4、Rs、Rs、R7。R4贴在中性层处，实验时依次测出1、2、3、4、5、6、7点的应变，计算

18、出应力。四、测量电桥原理构件的应变值一般均很小，所以，应变片电阻变化率也很小，需用专门仪器进行测量, 测量应变片的电阻变化率的仪器称为电阻变仪，其测量电路为惠斯顿电桥， 如图所示。 如图所示，电桥四个桥臂的电阻分别为 R,、应端图5-2R2、R3和Rt，在A、C端接电源，B、D 为输出端。设A、C间的电压降为U则经流电阻R1、R4的电流分别为I 1 =UR1R2I, U，所以Ri、R4两端的电压降分别为R3 + R4U AB 二 1 1R1 -苓 U , UadR4U所以B、D端的输出电压为R1R2R3 R4u-Uab - U adR1 UR4UR1 R3 - R2 R4URiR2R3 14(

19、R1+ R2 )( R3 * R4 )当电桥输出电压 U =0时，称为电桥平衡。故电桥平衡条件为 R1R3 = r2r4或旦二企 设R2 R3电桥在接上电阻 R、R2、R3和R4时处于平衡状态，即满足平衡条件。当上述电阻分别改变.世、厶R2、 R3和AR4时（Rl：Ri）（R3 R） - （R2 R）（R4只4）U U（Ri 二尺 R2=R2）（R3 lR3 R4 lR略去咼阶微量后可得（当 Rr = R2 = R3 = R4时）U =UR1 R2(R R2)2_ U卞JR2氓R44 R R R R上式代表电桥的输出电压与各臂电阻改变量的一般关系。在进行电测实验时， 有时将粘贴在构件上的四个相

20、同规格的应变片同时接入测量电桥,当构件受力后，设上述应变片感受到的应变分别为M、 ；2、 ；3、；4相应的电阻改变量分别为R1、厶R2、厶Rj和 R4，应变仪的读数为4 UKU二；1 一 ；2；3 一 ；4以上为全桥测量的读数，如果是半桥测量，则读数为4 UKU所谓半桥测量是将应变片 Rj和R4放入仪器内部，Ri和R2测量片接入电桥，接入A、B和B、C组成半桥测量。五、理论和实验计算理论计算MM c21 7 =、.-2,6 -WZIzbh2bh3其中：WZ、Iz -612实验值计算:- E ；M -c3 5 3,5 Iz4=0Ri图5-3实验六弯扭组合应力测定实验、实验目的要求1）用电测法测定

21、圆杆 M M （或N 一 N ）截面危险点的主应力大小和方向；和理 论值比较。2）用电测法测定 M M （或N N ）截面处于纯剪状态下的一点的最大剪应力、实验装置：已知材料，弹性模量E =200GPa泊松比: - 0.28空心圆杆连接器图6-111_ _|_ -L1_JrNh 1rrtn丁立柱底坐hg丄 P 一丄4! ;r17.380RMFL R6M2040简图弯矩图扭矩图（一弯曲正应力分布MT扭去-T(1111f川hT扭兰 1二/M扭转剪力分布M横向剪切应力分布三、应力状态分析1）由应力状态分析可知 A A 主应力最大，A点的应力有匚弯和.扭，在测量时可以分别测量，其 A点的应力状态可以分

22、解成如图所示图6-32）在A点，弯曲应力匚弯最大，而切应力剪=0,而.扭对轴向应变无关，所以测匚弯时只要在A点（A 点）轴向布片就可以测出 匚弯3）.扭而且还有弯曲剪应力引起的.剪。根据图，B、B的应力状态分析，为了测出.扭和.max，在B点和B 点处与轴线成45，各贴两片电阻片，电阻片布片如图所示-扭*；弯图6-4四、测试方法根据应力状态，可分别把弯曲的应变、扭转的应变、扭转和剪切的组合应变、剪切应变测出来，再分别求出各种变形下的应力，最后根据公式求出主应力的大小、方向和最大切应力。1测弯曲正应力匚弯1）接线：半桥互补，将R为工作片，R2为补偿片接入电桥中进行温度补偿，：因R、&的增量等值同

23、向接相邻桥臂，故抵消，应变读数；d = -（- ；2）= 2 ；,读数应变值扩大2倍，扭转剪切变形下不改变轴的长度，所以测出的是弯曲变形下的应变值，2）计算；弯=E - = E 22、测扭转切应力扭】）接线：半桥互补将 R5作为工作片，R4作为补偿片接入电桥中如图，R4、Rs皆与轴向成45，应变读数 = ；5 -（；4）= 2 ;，由剪力产生的应变量等值同向，R4、Rs接相邻桥臂故抵消了，所以测得的应变数为扭转时产生的应变值。2）计算3、测横向力引起的剪切应力剪1）接线：半桥互补，将Rs作为工作片（在Bl点），R3为补偿片（在B点）接入电桥。同上，R3、Rs皆与轴线成45，由于R3、Rs受扭后

24、应变量等值同向，接在相邻桥臂故抵消，而由横力引起的剪切，在 R3、R5受剪后，应变量等值反向，布在桥相邻边，应变读数d =；3（ _；5）= 2 ；图6-5剪B 点2）计算：剪-E - E d扭R5剪剪RR5R5扭剪%dMa弯D扭WPB点R3 Mn耳(I)32WpH(1，)16图6-74、测扭剪组合（即最大切应力）max二扭剪五、实验步骤1）测口弯时将R、R2接入电桥中调节电桥平衡（按操作规程）分级加载四次，记下每次加载相应的应变值。六、附理论计算公式1、计算弯曲正应力二弯2、计算扭转切应力扭B 点1）接线：半桥互补，将R5为工作片,Re为补偿片接入电桥中（同上），R5、Re皆与轴向成45，应

25、变读数；d = ；5 一（一 ；6）= 2 ；2）按上述方法依次接线测出剪应力扭、剪、Fax的应变值，因剪很小，所以测的应变值可能很小，不必怀疑。3）关闭电源，卸载，整理仪器。2 -扭:-弯2-.扭3、求A点的主应力大小和方向；、匚2、:-tg2：4、求最大切应力.maxmax式中:QSzmaxIzbSz max-dIz4):二 D -d实验七切变模量G的测定、实验目的要求在比例极限内验证扭转虎克定律，测定切变模量G二、实验设备和仪器扭转试验机、游标卡尺、扭角仪等三、实验原理在低碳钢试件上安装扭角仪（图7-1）以测量扭转角，按选的标距L0，将扭角仪的A、B两个环分别固定在标距的两端截面上，若这

26、两截在发生相对转动，千分表就表示出标距，试件中心轴线为b分别在A （或B ）截面上点的相位移 ：故A、B横截面的相对扭转角为（在材料的剪切比例极限内）：、d图7-1 _ M oLo式中Mo为扭矩，Ip为圆截面的极惯性矩。同样采取增量法，逐级加载，如每增同样大小的扭矩 Mo，扭转角的增量：基本相等，这就验证了虎克定律，根据测得的各级扭转角增量厶，可用下式算出相应的切变模量：GM丄=Ip式中下标i为加载级数（i=1,2n ）。四、实验步骤1）用划线机在试件两端划标距为Lo的圆周线，用游标卡尺在标距两端及中间三处互垂方向各测量试件直径，并记在试件尺寸表中。2）据材料的剪切比例极限.p和扭角仪量程拟定

27、加载方案，确定最终扭矩值，加载次数和扭矩增量.：M n。3）据拟定的加载方案，选择测扭矩度盘的量程。4）安装试件和扭角仪将试件装入试验机夹头，然后把A、B环固定在标距两端的圆周线上，将千分表固定在 A环上，最后用游标卡尺测量试件轴线到千分表顶杆的实际距离b。5）预加一定的载荷（略小于最终载荷），卸载检查试验机和扭角仪是否处于正常状态。6）用手摇逐级加载，每增加一级.：M n ,读一次扭角仪读数，并记录直至最终载荷。实验八冲击实验在实际工程机械中，有许多构件常受到冲击载荷的作用，机器设计中应力求避免冲击波负荷，但由于结构或运行的特点，冲击负荷难以完全避免，例如内燃机膨胀冲程中气体爆炸推 动活塞和

28、连杆，使活塞和连杆之间发生冲击，火车开车、停车时，车辆之间的挂钩也产生冲击，在一些工具机中，去卩利用冲击负荷实现静负荷难以达到的效果，例如锻锤、冲击、凿岩 机等，为了了解材料在冲击载荷下的性能，我们必须作冲击实验。一、实验目的1）了解冲击实验的意义，材料在冲击载荷作用下所表现的性能2）测定低碳钢和铸铁的冲击韧度值:-k。二、实验设备和仪器摆式冲击试验机、游标卡尺等三、基本原理1）冲击实验是研究材料对于动荷抗力的一种实验，和静载荷作用不同，由于加载速度快，使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出另一种反应。往往在静荷下具有很好塑性性能的材料，在冲击载荷下会

29、呈现出脆性的性质。2）此外在金属材料的冲击实验中，还可以揭示了静载荷时，不易发现的某结构特点和工作条件对机械性能的影响（如应力集中，材料内部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状态以及热处理情况等），因此它在工艺分析比较和科学研究中都具有一定的意义四、冲击试件工程上常用金属材料的冲击试件一般在带缺口槽的矩形试件，做成制品的目的是为了便于揭露各因素对材料在高速变形时的冲击抗力的影响。并了解试件的破坏方式是塑性滑移还是脆性断裂。但缺口形状和试件尺寸对材料的冲击韧度k值的影响极大，要保证实验结果能进行比较，试件必须严格按照冶金工业部的部颁布标准制作。故测定一：值的冲击实验实质上是一种比较性实验，其冲击试

30、件形状如图所示。1 101 0400.5 552图8-1五、冲击实验形式1）简梁式弯曲冲击实验2）肱梁式弯曲冲击实验3）拉伸冲击实验简梁式弯曲冲击实验工程中最常用六、实验方法与步骤1）测量试件尺寸，要测量缺口处的试件尺寸。2）首先了解摆锤冲击试验机的构造原理和操作方法，掌握冲击试验机的操作规程，定要注意安全。3）整冲击试验机指针调到“零点”根据试件材料估计所需破坏能量，先空打一次，测 定机件间的摩擦消耗功。4）将试件装入在冲击试验机上， 简梁式冲击实验应使没有缺口的面朝向摆锤冲击的一 边，缺口的位置应在两支座中间，要使缺口和摆锤冲刃对准。将摆锤举起同空打时的位置，打开锁杆。使摆锤落下，冲断试件

31、，然后刹车，读出试件冲断时消耗的功，以下式可计算出 材料的冲击韧度值:kW N m k厂A mmW 冲断试件时所消耗的功；A试件缺口横截面积图 8-2七、注意事项：人就在实验过程中要特别注意安全， 绝对禁止把摆锤举高后安放试件， 当摆锤举高后， 离开摆锤摆动的范围，在放下摆锤之前，应先检查一下有没有人还未离开，以免发生危险。八、讨论题1）低碳钢和铸铁在冲击作用下所呈现的性能是怎样的？2）材料冲击实验在工程实际中的作用如何？实验九疲劳实验在机器中有很多元件如轴、齿轮、弹簧等都是在循环载荷下工作的，在重负载荷下零件在低应力下发生脆性现象叫金属疲劳。疲劳断裂与静荷断裂不同，很多构件在多次反复应力作用

32、下，会在远低于材料的强度极限时就发生突然的脆性破坏，断前没有明显的宏观塑性变形，很难事先观察和预防，具有很大的危险性，因此研究材料的疲劳破坏规律，防止构件的 疲劳失效就尤为重要。疲劳实验就是测定材料对重复载荷的抗力，作为在交变应力下合理选择材料和设计零件的强度依据。一、实验目的1）了解疲劳实验的使用方法2）测定材料在弯曲时疲劳极限 CT-1的方法。二、实验设备和仪器弯曲疲劳试验机三、基本原理1）疲劳极限是材料在交变应力作用下，能无限次承受应力变化而不破坏的最大应力值。但因实际实验不可能使试件进行无限次循环作用，常规定循环数N作为实验基数，对黑色金属N =530 106,所以实际上求得的疲劳极限

33、是指受N次循环的重复，而试件不发生疲劳破坏的最大应力值，常称为名义持久极限。2）疲劳实验有拉压、扭转、弯曲的，有对称循环的或不对称循环的。由实验知对称循环是最危险的循环， 测得的疲劳极限最低。 本次实验是最基本的应用最广的“在对称循环下转梁式弯曲疲劳实验”，测得的疲劳极限-1 ,而其它荷重下的疲劳极限 -1用经验公式推求。3）转梁式弯曲疲劳实验常用的有简梁式和肱梁式，如图所示。简梁式的试件受纯弯曲作用，上部受压，下部受拉，因载荷静止不动，当试件旋转半周进，应力就改变，故试件旋转一周进，试件内各点应力就奖反复地做一次循环变化。最大应力幅发生在试件最小直径处。肱梁式的试件除受弯曲作用外，尚有剪力作

34、用，但通常此剪力可忽略不计。图9-24）测定疲劳极限通常是根据在610根相同试件所做一系列而得，在每一根试件下施加的载荷值不同，开始先在第一根试件上施加最大荷重约等于0.5 0.6；b的最大应力c 1，试件断裂后，由疲劳机的循环次数表可以得知此试件破坏时的循环次数N“在以后各根试件所承受的应力逐根减少 2 4kg mm2下重复进行同样实验，测得不同的破坏循环次数N2、N3”。随着荷重的降低，试件发生破坏时的循环次数将随着增加，由此可在以应力二为纵坐标，循环次数N为横坐标的平面上做出一条曲线如图11-3所示。当某一根试件的循环次数N超过基数N =107后尚未破坏，则相应的应力 即接近疲劳极限，如

35、与相近 的破坏应力的差值不大于 1kg mm2则此应力二i即认为是所求的匚。5）由于材料的疲劳抗力与材料试件形状、尺寸要求、加工精度、实验的工作条件、加载荷变形的形式等很多因素有关，进行实验需要用较多试件和时间，因此完成一个实验最少 也得用一周时间。因此本次实验只作示范表演，使同学们了解疲劳极限的测量方法。021 1604iIIP11II:丨P11td*:67b11h4iIII!41fiII:b -f- r- i十-1 t -i iiiji1apl!|W1IIIIPKIIII41Npigi|ihiiIIIl!4|iONi N2 N3N4N5N6N =10图9-36）疲劳实验对试件的要求比较严格

36、，同一组试件必须同一规格，而且是同一炉冶炼的，试件表面要求精密加工， 经过磨光和抛光，表面无刀痕损伤，试件要严格保证同心度， 以消除应力集中的影响，四、实验方法与步骤1）用千分尺测量直径三次，以最小直径来计算面积，2）了解疲劳试验机的构造原理和操作方法，掌握疲劳机制操作规程。安装试件，先不加载荷，将机器进行试转，检查运转是否正常，有无振动噪音，连接是否紧密牢固。3）高速计数器至零或记下初读数，加上预计荷重按下电钮旋转调速电阻，启动电机使 转速缓慢增加。，决不能超过额定电压。4）试件断裂后，关闭电门，记下计数器读数，卸下试件。图9-4实验十光弹性认识实验、实验目的1）一般光弹仪的结构，及偏振场的类型。2）掌握等差线、等倾线的概念3）初步了解光弹基本原理和方法、光弹仪结构及偏振场的类型图 10-1S 光源Q2 波片W -冷却水槽A -分析镜（检偏振镜）L1 -一准光镜L2 -成象透镜P 起偏振镜F滤色镜Q1 -波片R光M -模型及加载架T投影在做光弹实验时，通常需做以下调整步骤：1）调整各光学元件的上下位置及镜面方位，使各镜片中心轴位于一条直线上，为判别此点只在光源S在T上投影呈正圆即可。2）调整P、Qi、Q2、A的相对角度，分别组成平