材料力学实验教材

1、内容简介为适应实验技术的发展和实验设备的更新，本书把材料力学实验分为材料的力学性能实验、电测实验、综合性和设计性实验和光弹性实验四个部分。材料的力学性能实验主要是破坏性实验，其中包括材料拉伸弹性模量测定的机测实验；电测实验部分主要为电测实验方法和配合更新的实验设备所做的常用的电测实验，其中包括用电测方法测定拉伸弹性模量和泊松比的实验；综合性和设计性实验主要介绍复合材料的基本实验方法、电测实验的应用和残余应力的测试技术；光弹性实验主要介绍光学实验的基础知识。本书可作为高等学校工科本科材料力学课程的配套教材，作为不单独开设实验课学校 使用，也可用于开放实验室，作为独立开课的学校选用。刖言为提高本科

2、大学生的实验技能和工作实践能力，适应教育部关于工科高等学校基础课力学实验教学，也为力学实验课独立开课作准备，编写了这本教材。全书共分五章和附录。第一章为绪论，阐述材料力学实验的任务和地位以及今后的发展 方向。第二章主要讲述材料力学实验所需的材料试验机的结构和原理，尤其把最新的电子万 能材料试验机的操作纳入本教材， 把传统的由人操作材料试验机的操作方式改为由人和计算 机共同控制材料试验机的方式， 真正能够达到严格按国家标准进行实验。 另外详细介绍了材 料力学性能测试的实验方法和几种破坏性实验。 第三章主要介绍电测实验方法， 也主要根据 学校自己研制的多功能电测实验装置的性能， 编写所能做的实验及

3、操作方法。 如果力学实验 单独开课， 这些实验也可增加由学生从自己粘贴应变计到设计电测桥路， 到最后实现实验的 目的。第四章为综合性和设计性实验， 这些实验主要把学生在前一阶段所学的知识应用到实 际测试中， 真正做到提高学生的动手能力。 第五章简单地描述光弹性实验， 让学生了解更多 的实验方法，拓宽实验知识。本书承宋显辉副教授和刘禹钦高级实验师审阅和指导，在此表示衷心的感谢。 武汉理工大学力学实验中心的李守信、朱京扬、吴向春、周丽、张红旗、谢建雄等教师 参加了本书部分内容的编写工作。限于编者的水平，教材可能有欠妥之处，恳请广大师生和读者批评指正。编者2004年5月目录第一章绪论1-1材料力学实

4、验的任务和地位1-2材料力学实验的发展第二章材料的力学性能实验2-1液压式万能材料试验机2-2机械式万能材料试验机2-3电子万能材料试验机2-4扭转试验机2-5引伸计2-6金属的拉伸实验2-7 金属的压缩实验 2-8 拉伸弹性模量 （E） 的测定 2-9 扭转实验 2-10 冲击实验 2-11 疲劳实验第三章 电阻应变测量技术3-1 概述3-2 电阻应变计3-3 电阻应变仪3-4 测量电桥的接法3-5 弯曲正应力实验3-6 拉伸弹性模量 （E） 及泊松比 （） 的测定3-7 剪切模量 （G） 的测定3-8 弯扭组合变形主应力的测定 第四章综合性和设计性实验 4-1 复合材料的拉伸实验 4-2

5、电阻应变计的粘贴实验4-3 电阻应变计灵敏系数 K 的测定 4-4 弯扭组合变形下的空心管的内力测定 4-5 力传感器的制作 4-6 压杆临界压力的测定 4-7 偏心拉伸实验4-8 规定非比例延伸强度（ Rp0.2 ）的测定（方法一）4-9 规定非比例延伸强度（ Rp0.2 ）的测定（方法二） 4-10 钻盲孔法测量残余应力 4-11 动态应变测量（方法一） 4-12 动态应变测量实验（方法二） 第五章光弹性实验 5-1 光测弹性仪 5-2 光弹性实验（演示） 5-3 等色线、等倾线图的描绘 5-4 材料条纹值的测定参考资料附录附录 I 误差理论和数据处理附录H 材料力学实验性能试验的国家标准

6、简介附录山实验报告第一章 绪 论1-1 材料力学实验的任务和地位 材料力学实验是力学实验的一个分支，是材料力学的重要组成部分。 力学实验一般分为以下三种类型：1、前瞻性实验 ： 引导力学学科的发展。2、础性实验 ：支持和建立新的力学理论，检验和修正已有的力学理论。3、应用性实验 ： 为工程设计规范制定提供依据。一、材料力学实验的任务1、面向生产为生产服务。 根据正规生产过程， 科学设计的程序应该是： 首先了解工况、 外载荷、设计范围等；其次是选料、设计尺寸、强度核算和应力分析；然后试生产、现场实 测、事故分析，经过长期观察，最后才能投产。材料力学试验在这儿扮演了主要角色。2、面对新技术新方法的

7、引入，研究新的测试手段。近二十年来由于光学的大发展， 光电子学，光纤的发展，产生了很多新的光测法，概括可称为“光力学”。还有疲劳、断裂、 细微尺度力学实验等。3、面向材料力学， 为材料力学的理论建设服务。 材料力学的一些理论是以某些假设为 基础的， 例如杆件的弯曲理论就以平面假设为基础。 用实验验证这些理论的正确性和适用范 围，有助于加深对理论的认识和理解。 至于对新建立的理论和公式， 用实验来验证更是必不 可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。二、材料力学实验的地位1、是材料力学中新的理论及计算方法提出的必要前提，用新的理论， 计算方法所得的结果要经过实验验证。2、能解决许多理论工作

8、无法解决的工程实际问题。某些情况下， 例如因构件几何形状不规则或受力复杂等，应力计算并无适用理论。这时，用诸如电测、光弹性等实验应力分析 方法直接测定构件的应力， 便成为有效的方法。 对经过较大简化后得出的理论计算或数值计 算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。3、是材料力学发展的三大支柱(新的理论，计算方法，力学实验)之一。1-2 材料力学实验的发展一、历史回顾 从发展史来看，力学实验的发展与理论发展不同。理论往往是有一个体系，并不断发 展和完善的。而力学实验就不同了，它的方法都借助于物理基础、新概念和新技术，经过 再创造使之为力学服务，它不断更新，形成许多种相对独立的方法，如光弹性

9、、电阻应变 测量、云纹、声发射等。因此，由于力学实验的多体系、相对独立性、困难性、交叉性、 渗透性和无界性，所以要讲材料力学实验的发展史是很困难的。大家一般只知道力学实验 近几十年的情况，对它的过去往往不甚了解。其实，力学实验历史是很悠久的，可以说与 理论平行。实验与实践是一样的，不过一个在实验室，一个在现场。在材料力学方面又何 尝不是如此，如果没有现场实验作为基础，我们的祖先怎可能在没有理论体系的情况下， 造出那么多出色的建筑，如塔、宫殿、赵州石桥等，至今犹存。材料力学实验的发展在西方有记载的首先要算达 .芬奇( Da Vinci )，他既是艺术家、 科学家，又是工程师，实验工作者，他做了梁

10、的弯曲试验。以后就是伽利略( Galileo )， 在他 25 岁时受聘比萨大学当教授，他做过悬臂梁试验和拉伸强度试验。他是数学家、天 文学家，又是实验力学工作者。再以后就是虎克( Hooke),他在1678年发表弹簧论文， 从而产生了虎克定律，给弹性力学奠定了理论基础。以后马里沃特(Mariotte )的简支梁试验，伯努里 (Bernoulli) 的悬臂梁试验，欧拉( Euler )的稳定试验，库仑( Coulumb) 的剪切试验， 还有泊松 ( Poisson )，圣维南 ( St.Venant )，柯西( Cauchy) ，纳维( Navier )我国是一个文明古国，有记载的是墨子经下篇

11、记有：“发均悬轻而发绝，不均也，均 其绝也莫绝。”又说“衡木加重焉而不挠极胜重也。若校交绳无加焉而挠极不胜重也。” 墨子这个拉伸与弯曲试验比伽利略要早 2000 年。二、材料力学实验的现状我国材料力学方面的论文多偏重于经典理论和方法， 缺乏有根据的计算和实验验证， 虽 然理论做的很细很巧， 但不能说是一个完美的科学成果。 突破实验和计算这两个薄弱环节应 该是我国材料力学工作更上一层楼的急迫任务。 材料力学方面的科研成果如果缺乏实验验证 就是个不完整的成果，不仅是做零星的、个别的实验，而要做大量的、系统的实验。三、材料力学实验的发展特点1. 速度快。光弹用了 100 年才完善，电测用了 20多年

12、就完善了，全息、散斑、云纹干 涉用了不到 10 年左右就很成熟了。2. 相互渗透。 1960 年全息干涉发展以后被引用到光弹性中来称为全息光弹性，用于云 纹法称为全息云纹等。3. 材料力学实验中的新方法与其他学科交叉。 比如断裂力学实验， 生物力学实验， 复合 材料力学实验等。四、材料力学实验的发展趋势1. 实验技术向广度和深度发展。 广度： 例如日益广泛地应用电阻应变测量技术， 使得从 真空到高压，从深冷到高温，从静态到高频条件下的应变，都可获得有效的测量数据。 又如 把经典方法和新兴科学技术结合起来 （全息干涉法，全息光弹性法，散斑干涉法， 声发射技 术等），不断增加测试手段，扩大了测量和

13、应用范围，或提高了测试精度。深度：开展宏观 和微观相结合的实验研究，深入探索失效机理和各种影响材料强度因素的规律性。2. 实验装备的自动化。在实验数据的采集、处理、 分析和控制方面实现计算机化。 如大 型动载实验， 已能做到实时的数据处理， 大大缩短试验周期， 及时提供准确的试验分析数据 和图表。 即使是多年来难以实现自动化的光弹性仪， 也已出现多种光弹性自动测试装置的方 案。3. 随着计算机及有限元分析和其他数值分析方法的应用，材料力学实验正朝着实验与 计算相结合，物理模型与数学模型相结合的方向发展。第二章 材料的力学性能实验2-1 液压式万能材料试验机测定材料的力学性能的主要设备是材料试验

14、机。常用的材料试验机有拉力试验机、压力试验机、扭转试验机、冲击试验机、疲劳试验机等。能兼作拉伸、压缩、剪切、弯曲等多种 实验的试验机称为万能材料试验机。力实验用的万能材料试验机有液压式、根据加力的性质可分为静荷试验机和动荷试验机。供静机械式、电子式等类型。下面将着重介绍这三种类型3F图2-1液压式万能材料试验机结构简图3 ftM,.IaffftSttfIIiiO 虹AWr的万能材料试验机。为介绍液压式万能材料试验机，现以国产WE系列为例。图2-1为这一系列中最常见的WE-IooA 300、600试验机的结构简图。现分别介绍其加载系统和测力系统。一、加载系统在底座1上由两根固定立柱 5和固定横梁

15、12组成承载框架。工作油缸13固定于框架上。 在工作油缸的工作活塞 14上，支承着由上横梁 15、活动立柱10和活动平台8组成的活动 框架。当油泵35启动时，油液通过送油阀 16,经送油管17进入工作油缸，把工作活塞连 同活动平台一同顶起。这样，如把试样安装于上夹头7和下夹头6之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试样将受到拉伸。若把试样置放于两个承压垫板11之间，或将受弯试样置放于两个弯曲支座9上，则因固定横梁不动而活动平台上升，试样将分别受到压缩或弯曲。此外，实验开始前如欲调整上、下夹头之间的距离，则可开动调位电机3,驱动螺杆4,便可使下夹头上升或下降。但调位电机不能用来给试样施加拉

16、力。二、测力系统加载时，开动油泵电机，打开送油阀16,油泵把油液送入工作油缸 13顶起工作活塞14 给试样加载；同时，油液经回油管 18及测力油管33 （这时回油阀19是关闭的，油液不能 流回油箱34），进入测力油缸 32,压迫测力活塞31、使它带动拉杆27向下移动，从而 迫使摆杆28和摆锤29连同推杆25绕支点偏转。推杆偏转时，推动齿杆24作水平移动，于 是驱动示力盘的指针齿轮，使示力指针23绕示力度盘22的中心旋转。示力指针旋转的角度与测力油缸活塞上的总压力（即拉杆27所受拉力）成正比。因为测力油缸和工作油缸中油压压强相同，两个油缸活塞上的总压力成正比（活塞面积之比）。这样，示力指针的转角

17、便 与工作油缸活塞上的总压力，亦即试样所受载荷成正比。经过标定便可使指针在示力度盘上 直接指示载荷的大小。试验机一般配有重量不同的摆锤， 可供选择。 对重量不同的摆锤， 使示力指针转同样的 转角，所需油压并不相同，即载荷并不相同。 所以， 示力度盘上由刻度表示的测力范围应与 摆锤的重量相匹配。以 Wm 300试验机为例，它配有 A B C三种摆锤。摆锤 A对应的测力 范围为060kN, A+ B对应0150kN, A+ B+ C对应0300kN开动油泵电机， 送油阀开启的大小可以调节油液进入工作油缸的快慢，因而可用以控制增加载荷的速度。 开启回油阀 19，可使工作油缸中的油液经回油管 1 8泄

18、回油箱 34，从而卸 减试样所受载荷。实验开始前，为消除活动框架等的自重影响，应开动油泵送油，将活动平台升高10mm左右。然后调节测力部分的平衡铊 26，使摆杆 28 保持垂直位置，并使示力指针指在零点。试验机上一般还有自动绘图装置。 它的工作原理是， 活动平台上升时， 由绕过滑轮的拉 绳带动滚筒 20 绕轴线转动， 在滚筒圆柱面上构成沿周线表示位移的坐标； 同时齿杆 24 的移 动构成沿滚筒轴线表示载荷的坐标。这样，实验时绘图笔21在滚筒上就可自动绘出载荷-位移曲线。当然，这只是一条定性曲线，不是很准确的。三、操作规程和注意事项1、根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选定相应的示力度盘和摆锤重

19、量。需要自动 绘图时，事先应将滚筒上的纸和笔装妥。2、先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机。待油泵工作正常后，开启送油阀将活动 平台升高约10mm以消除其自重。然后关闭送油阀，安装好试样，调整示力度盘指针使它 指在零点。3、 安装拉伸试样时，可开动调位电机3 以调整下夹头位置，试样安装好后就不能再启 动调位电机。4、缓慢开启送油阀，给试样平稳加载。应避免油阀开启过大进油太快。实验进行中， 注意不要触动摆杆或摆锤。5、实验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。破坏性实验先取下试样，再缓缓打开回油 阀将油液放回油箱。非破坏性实验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。2-2 机械式万能材料试验机机械式万能

20、材料试验机是一种靠机械传动加力和测力的专用设备，这种试验机也可作拉伸、压缩、弯曲、剪切等试验。现以 ZDM型号的试验机为例介绍机械式万能试验机。其结构 简图如图 2-2 所示。一、加载系统由底座 4、两个固定立柱 6 和上横头 16 组成承力固定框架。框架中间装有活动台12，在活动台的上空间可分别进行拉伸、 压缩、弯曲、剪切等实验。 这种试验机可分别用电动和 手摇装置加载。用电动加载时要先将离合器手柄10置于“慢速”位置，再开启电动机1、通过无级变速器 2 带动底座中的涡轮蜗杆 3 转动。通过螺杆 5 带动活动台 12 和下夹头 15 沿导轨 14向下或向上移动，试件装夹在上夹头和下夹头中间，

21、活动台向下移动使试样受拉 伸，向上移动使试样受压缩。 可通过转动手轮 8 来调节加载速度， 手轮上的标刻值是指下夹 头的移动速度，其速度范围为 530mmmi n。注意只有在电动机运转的情况下，才能通过手 轮调节加载速度。为了防止随便转动手轮 8，平时应该用锁紧手柄 9 将手轮卡紧，以免损坏 机件。需要手动! P、A。其它章节的符号仍引用原有的标准的 符号。(a)圆形试样(b)矩形试样图210拉伸试样五、实验原理依据国标GB/T 228 2002金属室温拉伸实验方法分别叙述如下：1. 低碳钢试样。在拉伸试验时，利用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢的拉伸曲线，见图2-11所示的FAL曲线。图中最初

22、阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等原因造成 的。分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原点。拉伸曲线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由该图形的状态来判断材料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变形下的承载能力。但同一种材料的拉伸曲线会因试样尺寸不同而各异。为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比 较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉图2 11低碳钢拉伸曲线Fa比例伸长力；Fc弹性伸长力；FSU -上屈服力；Fsl-下屈服力;Fb 最大力;Ff 断裂力;L 弹性伸长;伸曲线图的纵坐标（力 F）除以试样原始横

23、截面面积并将横坐标（伸长 L）除以试样的原始标距Lo得到的曲线便与试样尺寸无关， 此曲线称为应力一应变曲线或 RF曲线，如图 212所示。从曲线上可以看出，它与拉伸图曲线相似，也同样表征了材料力学性能。拉伸试验过程分为四个阶段，如图211和图2-12所示。（1）弹性阶段OC 在此阶段中的OA段拉力和伸长成正比关系，表明钢材的应力与应变为线性关系，完全遵循虎克定律，如图2-12所示。若当应力继续增加到C点时，应力和应变的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形完全消失。用精密仪 器测定其塑性应变约为规定的引伸计标距的0.2 %所对应的强度值定义为规定非比例延伸强度上,它是控制材料

24、在弹性变形范围内工作的有效指标。在工程上有实用价值。图2 12低碳钢应力应变图-：比例极限；-I-弹性极限；-.一上屈服点；二一下屈服点；二抗拉强度；I-断裂应力；：断裂后的塑性应变；弹性应变（2）屈服阶段SK 当应力超过弹性极限到达锯齿状曲线时，示力盘上的主针暂停转动 或开始回转并往复运动，这时若试样表面经过磨光， 可看到表征晶体滑移的迹线，大约与试样轴线成450方向。这种现象表征试样在承受的拉力不继续增加或稍微减少的情况下变形却 继续伸长，称为材料的屈服，其应力称为屈服点（屈服应力）。示力盘的指针首次回转前的 最大力（FSU上屈服力）或不计初始瞬时效应（不计载荷首次下降的最低点）时的最小力

25、（FSL下屈服力），分别所对应的应力为上、 下屈服点。示力盘的主针回转后所指示的最小载荷（第一次下降后的最小载荷）即为屈服载荷FS。由于上屈服点受变形速度及试样形状等因素的影 响，而下屈服点则比较稳定，故工程中一般只定下屈服点。屈服应力是衡量材料强度的一个 重要指标。（3）强化阶段KE过了屈服阶段以后，试样材料因塑性变形其内部晶体组织结构重新得到了调整，其抵抗变形的能力有所增强，随着拉力的增加，伸长变形也随之增加，拉伸曲线继续上升。KE曲线段称为强化阶段，随着塑性变形量的增大，材料的力学性能发生变化， 即材料的变形抵抗力提高，塑性降低。在强化阶段卸载，弹性变形会随之消失，塑性变形将会永久保留下

26、来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行，卸载后重新加载时，加载线与弹性阶段平行，重新加载后，材料的比例极限明显提高，而塑性性能会相应下降。这种现象叫做 形变硬化或冷作硬化。当拉力增加，拉伸曲线到达顶点 E时，示力盘上的主针开始返回，而副针所指的最大拉力为 Fm,由此可求得材料的抗拉强度。它也是材料强度性能的重要指标。（4） 局部变形阶段 EG（颈缩和断裂阶段）。对于塑性材料来说，在承受拉力Fm以前，试样发生的变形各处基本上是均匀的。在达到Fm以后，变形主要集中于试样的某一局部区域，该处横截面面积急剧减小，这种现象即是“颈缩”现象，此时拉力随着下降，直至试样被拉 断，其断口形状呈碗状，如图2 13

27、( a)所示。试样拉断后，弹性变形立即消失，而塑性变形则保留在拉断的试样上。利用试样标距内的塑性变形来计算材料的断后延伸率A11.3和断面收缩率ZO4伕卜 3f I-13拉伸试样断口形状2. 铸铁试样。做拉伸试验时，利用试验机的自动绘图器绘出铸铁的拉伸曲线，如图214所示。在整个拉伸过程中变形很小，无屈服、颈缩现象，拉伸曲线无直线段，可以近 似认为经弹性阶段直接断裂，其断口是平齐粗糙的。如图2 13 ( b)所示。图2 14铸铁拉伸图六、实验步骤1. 根据试样的形状、尺寸和预计材料的抗拉强度来估算最大拉力，并以此力作为示力 盘量程的40%80%，以选择合适的示力盘和相应的摆锤。然后，选用与试样

28、相适应的夹 具。2. 在试样的原始标距长度 Lo范围内用划线机等分 10个分格点，并确定标距的端点， 以便观察标距范围内沿轴向变形的情况和试样破坏后测定断后延伸率。3. 根据国标GB/T 228 2002金属室温拉伸试验方法中的规定，测定试样原始横截 面积。本次试验采用圆形试样， 应在标距的两端及中间处的两个相互垂直的方向上各测一次 横截面直径，取其算术平均值，选用三处测得的直径最小值，并以此值计算横截面面积。4. 安装试样，快速调节万能试验机的夹头位置，将示力盘指针调零， 并将自动绘图装置调好。经指导教师检查后即可开始试验。5. 加载试验，在试验过程中，要求均匀缓慢地进行加载。对于低碳钢试样

29、的拉伸试验，要注意观察拉伸过程四个阶段中的各种现象。并记下屈服载荷Fel值，最大载荷Fm值。对于铸铁试样，只需测定其最大载荷Fm值。试样被拉断后立即停机，并取下试样。6. 对于拉断后的低碳钢试样，要分别测量断裂后的标距LU和颈缩处的最小直径 duo按照国标GB/T228 2002中的规定测定LU时，将试样断裂后的两段在断口处紧密地对接起来， 直接测量原标距两端的距离。若断口处到最邻近标距端点的距离小于1/3L0时，则需要用“移位法”来计算Luo其方法是：在长段上从拉断处 O取基本等于短段格数得B点，接着取等于长段所余格数偶数，图2 15(a)的一半，得C点；或者取所余格数奇数，图2 15( b

30、) 分别减1与加1的一半，得C和C点。移位后的Li分别为：AB+2B(或者AB+BC+BC测定断d1,取其算术平均值作为面收缩率时，在试样颈缩最小处两个相互垂直的方向上测量其直径 d1计算其断面收缩率。?!(a)余格为偶数；(b)余格为奇数 图2 15用移位法确定断后延伸率率:2.3.告中。强度指标:屈服强度：J塑性指标：LIt-L.Zn -100%J 4铸铁抗拉强度：，:断后延伸断后截面收缩率:(2-3 )强度指标：抗拉强度：:绘出拉伸过程中的 F- L曲线，对试验中的各种现象进行分析比较,(2-1 )(2-2 )(2-4 )(2-5)并写进试验报七、实验结果处理根据试验测定数据，可分别计算

31、材料的强度指标和塑性指标。低碳钢1.八、预习要求和思考题1. 预习材料力学实验和材料力学教材有关内容，明确实验目的和要求。2. 实验时如何观察低碳钢的屈服点？测定时为何要对加载速度提出要求?3. 比较低碳钢拉伸、铸铁拉伸的断口形状，分析其破坏的力学原因。 2-7金属的压缩实验一、概述实验表明，工程中常用的塑性材料，其受压与受拉时所表现出的强度、刚度和塑性等力学性能是大致相同的。但广泛使用的脆性材料，其抗压强度很高，抗拉强度却很低。为便于合理选用工程材料，以及满足金属成型工艺的需要，测定材料受压时的力学性能是十分重要的。因此，压缩实验同拉伸实验一样，也是测定材料在常温、静载、单向受力下的力学性能

32、 的最常用、最基本的实验之一。二、实验目的1. 观测低碳钢压缩时的屈服荷载PS2. 测定铸铁压缩时的抗压强度 b3. 观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时的变形和破坏现象。三、实验设备1. 液压式万能材料试验机2. 游标卡尺四、试样的制备按照国标GB7314 87金属压缩试验方法，金属材料的压缩试样多采用圆柱体，如 图2 16所示。试样的长度 L 一般为直径do的2.53.5倍，do= 1020mm为了尽量使试 样受轴向压力，加工试样时，必须有合理的加工工艺，以保证两端面平行，并与轴线垂直。五、实验原理以低碳钢为代表的塑性材料，轴向压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机支承垫板间存在摩

33、擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀，如图2 17所示。塑性材料在压缩过程中的弹性模量、屈服点与拉伸时相同，但在到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显，因此要仔细观察才能确定屈服载荷Ps。当继续加载时，试样越压越扁，由于横截面面积不断增大，试样抗压能力也随之提高，曲线持续上升，如图2 18所示。除非试样过分鼓出变形，导致柱体表面开裂，否则塑性材料将不会发生压缩破坏。因此，一般不测塑性材料的抗压强度，而通常认为抗压强度等于抗拉强度。以铸铁为代表的脆性金属材料，由于塑性变形很小， 所以尽管有端面摩擦， 鼓胀效应却并不明显，而是当应力达到一定值后，试样在与轴线大约成 450550的方向上发生

34、破裂，如从而使试样被剪断。 其压缩曲图2- 19所示。这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度, 线图如图2-20所示。图2-17低碳钢压缩时的鼓胀效应图2- 18 低碳钢压缩曲线图2-20铸铁压缩曲线图2- 19铸铁压缩破坏示意图六、实验步骤1. 用游标卡尺在试样两端及中间处两个相互垂直的方向上测量直径，并取其算术平均 值，选用三处测量最小直径来计算横截面面积。2. 根据低碳钢屈服载荷和铸铁抗压强度的估计值，选择试验机的示力盘，并调整其指针对零。3. 调整好自动绘图器。4. 准确地将试样置于试验机活动平台的支承垫板中心处。5. 调整试验机夹头间距，当试样接近上支承板时，开始缓慢、均匀加载。6.

35、 对于低碳钢试样，将试样压成鼓形即可停止试验。对于铸铁试样，加载到试样破坏 时（主针回摆150左右）立即停止试验，以免试样进一步被压碎。七、实验结果处理根据试验记录，计算应力值。1、低碳钢的屈服强度:2、铸铁的抗压强度：(2 6)(2 7)450550的方向上?八、思考题1. 为什么铸铁试样压缩时，破坏面常发生在与轴线大致成2. 试比较塑性材料和脆性材料在压缩时的变形及破坏形式有什么不同？3将低碳钢压缩时的屈服强度与拉伸时的屈服强度进行比较；将铸铁压缩时的抗压强 度与拉伸时的抗拉强度进行比较。 2-8 低碳钢材料弹性模量 E的测定一、概述弹性模量E是表征材料力学性能的重要指标之一，它反映了材料

36、抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度。在工程设计中，若对构件进行刚度、稳定和振动等计算，都要用到弹性模量。 它是通过实验方法来测定的。可分为引伸计法、电测法和图解法等。二、实验目的1. 采用机械式引伸计测定低碳钢的弹性模量E。2. 在比例极限内，验证虎克定律。3. 了解机械式引伸计（球铰式引伸计或蝶式引伸计）的构造原理，学习它的使用方法。三、实验设备1. 万能材料试验机2. 球铰式引伸计或蝶式引伸计。3. 游标卡尺。四、实验原理和方法测定钢材的弹性模量 E,亦采用拉伸实验。由拉伸实验可知，低碳钢材料在比例极限内L =唾载荷F与绝对伸长变形丄符合虎克定律，TTI-.或者由此得出测量弹性模量E的基本公式： 二 EEi. J（2-8）式中So为试样的横截面面积；L 0为试样标距。丄为标距绝对伸长。按国标GB/T 228-2002金属拉伸试验试样制成圆形截面比例试样，在材料弹性范围内，只要测得相应载荷下的弹性变形丄或弹性应变F,即可计算出弹性模量 E。故弹性模量的测量，即是弹性变形的测