材料力学实验

1、目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc351832404 拉 伸 实 验 你对本次实验有什么感想和体会？对实验内容要求有什么建议和意见？九实验说明及要求1.每组人数2人，自由选择实验台。2.共有三种叠梁类型：钢钢自由叠梁，钢铝自由叠梁，钢钢约束叠梁。对于钢铝自由叠梁，根据钢和铝谁上谁下又分为二种：钢铝自由叠梁、铝钢自由叠梁。3.实验内容必须涵盖三种类型叠梁的数据，在实验报告中，必须含有自由叠梁类型和约束叠梁类型的分析与结论。4.实验报告内容详尽，阐述明确，论证充分。套 装 弹 簧 变 形 实 验一实验目的：1. 了解弹簧变形特征，分析弹簧受力状态，掌握套装弹簧的

2、应力、刚度、剪切模量以及稳定性的计算方法。2. 确定铁路车辆用弹簧的应力、刚度、和剪切弹性模量，以及压力与变形经验关系公式。3.确定套装弹簧的刚度，以及套装弹簧的承载力，并与单只弹簧进行比较。二实验设备： 电子万能试验机、静态电阻应变仪。三试验原理：1弹簧应力： 沿弹簧轴线作用压力，图a所示，在簧丝横截面上有一个通过截面形心的剪力和一个扭矩，根据平衡条件，。对于簧丝横截面来说，与剪力对应的剪应力均匀地分布在横截面上，而与扭矩对应的剪应力则沿簧丝半径方向成三角形分布，其边缘剪应力最大，如图b、c所示。因此，对于弹簧簧丝横截面上任意一点的总应力应该是剪力和扭矩两种剪应力的矢量和，即 。 在上述分析

3、中，应考虑弹簧簧丝实际上是一个曲杆，用直杆的公式计算簧丝应力将会引起误差，特别是在较小时，即簧丝曲率较大时，误差的影响尤为显著。因此，在计算弹簧簧丝横截面上剪应力时，要考虑曲率等因素对簧丝边缘最大剪应力的影响，必须对弹簧簧丝横截面上剪应力公式加以修正。即，其中，曲率系数 ，C为弹簧指数 ，为弹簧中径，为簧丝直径。）2.弹簧变形：弹簧在轴向压力作用下，沿轴线方向总缩短量就是弹簧的变形。为了测的弹簧变形量，在弹簧上下表面安装垫板，在弹簧两侧安装百分表（或大变形位移计），使百分表的顶杆垂直于垫板，触头与垫板紧密接触，当弹簧受力变形后，直接从百分表上（或应变仪上）测得弹簧的变形。而弹簧的刚度就是压力与

4、变形之比。根据实验数据确定出压力与弹簧变形的经验公式（用线性回归法）。3.剪切弹性模量： 分析簧丝受力情况，在弹簧的内、外侧对称贴一对鱼尾应变化。由于在组合变形实验中，我们已经掌握应变仪全桥测量的原理，那么，通过恰当的接桥方式，我们可以得到扭转剪应变扭 ，根据应力状态分析、计算，得出扭与剪应变的关系，从而得到剪切弹性模量。4.稳定性检验： 根据国家标准的要求，弹簧在受到压缩时，它的细长比必须满足一定的要求，弹簧细长比由公式计算 ，为弹簧自由高，为弹簧中径。压缩弹簧的细长比：（两端固定），（一端固定，一端回转），（两端回转），如果不能满足这个条件时，还需对弹簧进行稳定性检验。 临界荷载的计算公式

5、为 其中为弹簧的临界荷载，为不稳定系数，为弹簧的刚度。四实验步骤1.弹簧实验（1）量直径：用钢直尺测量大弹簧中径，小弹簧中径；用游标卡尺量取大弹簧簧丝的直径，小弹簧簧丝的直径。（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置能满足弹簧高度的要求，把弹簧放在两压板的正中间位置上。（3）安装百分表（或大变形位移计）。（4）将应变片组桥，接在应变仪上。（5）调零： 调整电子万能试验机负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；调整百分表零点；按下应变仪“自动平衡”键，使应变仪清零。（6）按下显示屏中的“开始”键，给弹簧施加载荷；载荷

6、每增加一定值时，记录百分表读数（或位移计读数），应变仪读数。（7）实验结束时，按下“停止”键。手动立柱上的“上升”键，使活动横梁上升，直到试验力显示0以后，取下百分表（或位移计），拆下应变片连线，取出弹簧。2.套装弹簧实验（1）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置能满足弹簧高度的要求，把套装弹簧放在两压板的正中间位置上。（2）安装百分表；如果使用大变形位移计，将位移计导线连接到应变仪上。（3）调零： 调整电子万能试验机负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；调整百分表零点；或按下应变仪“自动平衡”键，使应变仪清零。（

7、4）按下显示屏中的“开始”键，给套装弹簧施加载荷；载荷每增加一定值时，记录百分表读数（或位移计读数）。（5）实验结束时，按下“停止”键。手动立柱上的“上升”键，使活动横梁上升，直到试验力显示0以后，取下百分表（或拆下位移计的连线），取出套装弹簧。五实验记录 自己设计实验记录表格六数据处理七实验结论八思考题你对本次实验有什么感想和体会？对本次实验有什么建议和意见？偏 心 拉 伸 实 验一实验目的：1.学习曲杆受到拉伸的原理，掌握其横截面上的应力分布原理。2.确定低碳钢试样（直杆、大曲率杆、小曲率杆）横截面上应力，并与理论值进行比较，画出应力分布曲线图。3.通过比较确定在同一载荷下，不同杆件中性层

8、位置的变化。说明原因。二实验设备及工具： 电子万能试验机、程控静态电阻应变仪。三试验原理： 参考材料力学、工程力学课本关于偏心拉伸（拉弯组合变形）的叠加原理，同时参考曲杆拉伸时横截面应力分布原理（写出应力计算公式以及中性层公式）。以及相关的书籍介绍，自己编写。试样尺寸及形状：四实验步骤1. 安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。2.调整试验机并对试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；选择加载速度3.将应变片分别接在应变仪的通道上。（

9、注意，应变片编号与通道号的关系）4.打开应变仪电源开关，当程序结束后，按下“自动平衡”键使应变仪各通道清零。5.按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷。每增加一定载荷，记录一次应变读数。6.实验结束后，按下“停止”键。7.卸载。按下“上升”键，看到载荷显示为0时，按下“停止”键。8.取下试样。五实验记录 自己设计实验记录表格六数据处理七实验结论八思考题你对本次实验有什么感想和体会？对本次实验有什么建议和意见？金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）本试验方法是以国家标准GB/8653-88金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）为蓝本编写的，内容部分进行了

10、删选，基本保持了国家标准原有形式。本试验方法仅限学习力学试验的学生教学使用。如果要进行科学研究试验或鉴定性试验等，请详细参阅国家标准GB/8653-88金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）。一适用范围：此试验方法适用于室温下用静态法测定金属材料弹性状态的杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比。二试验原理： 1、参阅材料力学、工程力学课程的教材及其他相关材料，有关“材料的力学性质”章节。 2、本试验使用电子万能试验机对试样施加轴向力，在其弹性范围内测定相应的轴向变形和横向变形，以便测定定义中的一项或几项力学性能。 注：轴向力：沿试样纵轴方向施加的拉伸力或压缩力。 轴向变形：在

11、平面内平行于试样纵轴方向长度的伸长或缩短。 横向变形：在平面内垂直于试样纵轴方向长度的伸长或缩短。 电子万能试验机的介绍及操作方法，参见“实验设备”网页。三定义：1、平行长度（）：试样两头部或夹持部分（不带头试样）之间的平行长度。 2、试样原始标距（）：在试样上用以测量试样长度变化的两标记间原始长度。 3、引伸计标距：用引伸计测量试样变形时所使用试样部分的长度（此长度与引伸计的原始标距长度相同，一般不应大于试样原始标距（），但不小于试样直径或宽度）。 1）轴向引伸计标距（）：测量试样轴向变形的引伸计标距。2）横向引伸计标距（）：测量试样横向变形的引伸计标距。 4、应力（标称应力）（）：试验时轴

12、向力除以试样原始横截面积的商。 5、应变（标称线应变）：试样在轴向力作用下其原始线性尺寸单位长度的变化。 1）轴向应变（）：在平面内平行于试样纵轴方向的线应变。2）横向应变（）：在平面内垂直于试样纵轴方向的线应变。 6、杨氏模量（）：轴向应力与轴向应变成线性比例关系范围内的轴向应力与轴向应变之比。 有许多金属材料，其拉伸杨氏模量与压缩杨氏模量有差别，应注意区分。 1）拉伸杨氏模量（）：轴向拉伸应力与轴向拉伸应变成线性比例关系范围内的轴向拉伸应力与轴向拉伸应变之比。2）压缩杨氏模量（）：轴向压缩应力与轴向压缩应变成线性比例关系范围内的轴向压缩应力与轴向压缩应变之比。7、弦线模量（）：在弹性范围内

13、轴向应力-轴向应变曲线上任两规定点之间弦线的斜率。 8、切线模量（）：在弹性范围内轴向应力-轴向应变曲线上任一规定应力或应变值处的斜率。 注：弦线模量、切线模量适用于呈非线性弹性状态的金属材料。 9、泊松比（）：轴向应力与轴向应变成线性比例关系范围内横向应变与轴向应变之比的绝对值。四符号和说明符号单位说明a0mm矩形试样原始厚度b0mm矩形试样平行长度部分的原始宽度d0mm圆形试样平行长度部分的原始直径Lcmm试样平行长度L0mm试样原始标距Lelmm轴向引伸计标距Letmm横向引伸计标距Lelmm试样轴向变形Letmm试样横向变形lmm轴向变形增量tmm横向变形增量S0mm2试样平行长度部分

14、的原始横截面积FN轴向力FN轴向力增量N/mm2轴向应力N/mm2轴向应力的平均值EN/mm2杨氏模量EtN/mm2拉伸杨氏模量EcN/mm2压缩杨氏模量EchN/mm2弦线模量EtanN/mm2切线模量l%轴向应变t%横向应变%轴向应变的平均值%横向应变的平均值%斜率变度系数-泊松比-相关系数-数据对数目-从1累加符号五试样 1、试样形状和尺寸：1）圆形和矩形拉伸试样：见拉伸试验方法（一三）。2）圆形和矩形压缩试样：见压缩试验方法。3）通过协商可以采用其他类型的试样。2、头部带承载销孔的矩形拉伸试样，销孔中心与标距部分的宽度的中心线偏离应不大于标距部分宽度的0.005倍。 3、两面和四面机加

15、工的矩形试样，其机加工面表面粗糙度应不大于Ra1.6m。六试样尺寸的测量 1、圆形试样应在标距两端及中间处互相垂直的方向上测量直径，各取其算术平均值，按公式计算横截面积，将三处测得横截面积的算术平均值作为试样原始横截面积。 2、矩形试样应在标距两端及中间处测量厚度和宽度，按公式计算横截面积，将三处测得横截面积的算术平均值作为试样原始横截面积。七试验条件 1、试验速度：为了避免发生绝热膨胀或绝热收缩的影响，并能够准确测量轴向力和相应的变形，试验速度不应过高，但为了避免蠕变影响，速度不应太低，一般对于拉伸试验，弹性应力增加速率应在120N/mm2s-1范围内，对于压缩试验，弹性应力增加速率应在11

16、0N/mm2s-1范围内，速度应尽可能保持恒定。 2、力的同轴度：试验机与夹持装置应能使试样承受轴向力，在初轴向力与终轴向力之间，试样相对两侧测定的应变增量与其平均值之差不应大于3%。3、两头部带承载销孔的薄板矩形拉伸试样，销孔中心与标距部分宽度中心线的偏离应不大于标距部分宽度的0.005倍的要求时，才可满足力的同轴度要求。4、压缩试验，符合压缩试验试验中规定的调平台和力的导向装置以及约束装置，才可满足力的同轴度要求。其他条件应符合压缩试验试验中规定。5、试验应在式温（1035 oC）下进行。八性能测定1、杨氏模量的测定：1）图解法：试验时，用自动记录方式绘制轴向力-轴向变形曲线，见图1。绘制

17、曲线时，力轴比例的选择应使轴向力-轴向变形曲线的弹性支线的高度超过力轴量程的3/5以上。变形放大倍数的选择应使轴向力-轴向变形曲线的弹性直线段与力轴的夹角不小于400为宜。在记录的轴向力-轴向变形曲线上，确定弹性直线段，在该直线段上读取相距尽量远的A、B两点之间的轴向力增量和相应的轴向变形增量，按公式计算杨氏模量。注：可以借助于直尺将弹性直线段延长，在相距较远的两点之间读取轴向力增量和相应的轴向变形的增量。图12）拟合法：试验时，在弹性范围内记录轴向力和与其相应的轴向变形的一组数字数据对。数据对的数目一般不少于8对。用最小二乘法将数据对拟合轴向应力-轴向应变直线，拟合直线的斜率即为杨氏模量，按

18、公式计算。式中： 拟合法有效性判定：按公式计算拟合直线的斜率变度系数，其值在2%以内，所得杨氏模量值为有效。式中：3）有关标准或协议在规定杨氏模量时，应说明拉伸杨氏模量或压缩杨氏模量，分别用Ei和Et表示。无说明时，一般采用拉伸方法测定，报告中采用E表示。2、线模量的测定：（略）3、切线模量的测定：（略）4、泊松比的测定：1）图解法1：试验时，用自动记录方法绘制横向变形-轴向变形曲线，见图2。在记录的横向变形-轴向变形曲线上，确定弹性直线段，在直线段上读取相距尽量远的C、D两点之间的横向变形增量和轴向变形的增量。按公式计算泊松比。图2当在同一试验中，泊松比和杨氏模量一道进行测定时，推荐同时绘制

19、轴向力-轴向变形曲线和横向变形-轴向变形曲线，见图3。图32）图解法2：试验时，用自动记录方法同时绘制横向变形-轴向力和轴向变形-轴向力曲线，见图4。在横向变形-轴向力和轴向变形轴向力曲线的弹性直线段上，分别读取相距尽量远而且相距同轴向力增量的C、D两点之间的横向变形增量，和A、B两点之间的轴向变形增量。按公式计算泊松比。图4 注：可以借助于直尺将弹性直线段延长，分别在相距较远而且相同轴向力增量的两点之间读取横向变形增量和轴向变形增量。 如分别在不同轴向力增量上读取横向变形增量与轴向变形增量，则不能直接按公式计算。可分别计算出横向应变增量与轴向应力增量之比和轴向应变增量与轴向应力增量之比。然后

20、计算前者比值与后者比值之比。即为泊松比。3）拟合法：试验时，在弹性范围内，在同一轴力下记录横向变形和轴向变形的一组数字数据对。数据对的数目一般不小于8对。用最小二乘法将该组数据对拟合横向应变-轴向应变直线，直线的斜率即为泊松比。按公式计算。式中： 注；如果分别记录横向变形-轴向力和轴向变形轴向力的两组数字数据对，则应用最小二乘法将每组数据对拟合横向应变-轴向应力和轴向应变-轴向应力直线，并计算拟合直线斜率。前者斜率与后者斜率之比即为泊松比。 拟合法有效性判定：按公式计算拟合直线的斜率变度系数，其值在2%以内，所得杨氏模量值为有效。式中：。5、测定杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比，在弹性范围

21、内进行三次测定的平均值。如用一次施力与其他力学性能一道进行测定，应注明。6、测定性能数值的修约：杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比，一般保留3位有效数字，其余数位的数字应进行修约。梁 的 主 应 力 实 验一实验目的：1. 测定平面应力状态下一点的主应力大小和方向，并与理论计算结果相比较。2. 了解多点测量方法和应变花的应用。二实验设备： 电子万能试验机、程控电阻应变仪。三试验原理及装置： 在平面应力状态下，一点的主应力公式为 （a） 由式（a）可知，如果一点的主应力方向为已知，欲测得该点的主应力大小，则可在该点沿它的两个主应力方向各贴一个应变片，然后测出主应变和，将其代入式（a）即可算出主

22、应力和。 若一点的主应力大小及方向均为未知时，则应测出此点的三个选定方向上的应变。为了计算简便，这三个方向一般选0、45、90或0、60、120，电阻应变片贴法见下图，测得这三个方向的应变值后就可由应变公式算出主应力的大小和方向。当采用0、45、90三片直角应变花时 其主应力公式为 （b） 将式（b）代入式（a）得： （b）当采用0、60、120三片等角应变花时其主应变公式为 (c) 将式（c）其代入式（a）得：（） 式中为主应力（或主应变）方向与方向之间的夹角，逆时针为正，反之为负。 实验装置如图所示。测定工字钢腹板上A、B两点的主应力。A点位于中性层上，B点选在距支座为距中性层为处。A点的

23、应力状态如图a。由于A点是处于纯剪切应力状态，所以该点的主应力方向亦为已知，因此，欲测A点的主应力，便可过A点沿与方向分别贴一个应变片。测出其应变值、后代入式（a），就可计算出、（=0）。A点的主应力理论值为：图a B点的主应力大小及方向均属未知，其应力状态如图b。欲测该点的主应力大小和方向，则需用应变花来测定，本实验采用三片直角应变花（也可用三角形应变花）。将测得的应变值代入式（）便可计算出主应力大小和方向。图bB点的主应力大小和方向理论值为：本实验采用逐级加载法，即施加预载之后，分级加载以检验应变的线性变化，计算时以载荷增量作计算载荷，应变值取多次实验读数差的平均值。四实验步骤1. 测量工

24、字梁尺寸，计算截面的几何性质数据，并将贴好电阻应变片的工字梁放在万能试验机上，使两支座之间的距离为10.6米，加力点位于跨度中央。2. 按试验机操作规程调整好试验机。3. 将电阻应变片导线按编号接入应变仪各个桥路上（注意应变片编号与应变仪通道号的关系），4.调整试验机应变仪：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；按下应变仪“自动平衡”键，使应变仪各通道清零。5. 按下显示屏中的“开始”键，给工字梁施加载荷；加初载后测得各应变片的初始读数，其后每增加一级载荷读一次应变仪数据，直至施加到预定的最终载荷，测出各应变片的应变值为止。卸载后再重复2次。6.试验完毕卸载停机。7. 实验完毕，机器、仪器恢复实验前状态。五实验记录1. 梁的有关数据六数据处理七实验结论八预习思考题对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议冲 击 实 验一实验目的