材料力学实验2指导

实验二拉伸实验、实验目的1.2.3.4.测定低碳钢的屈服极限s,强度极限b，延伸率0和截面收缩甲测定铸铁的强度极限b1.2.3.4.观察低碳钢、铸铁在拉伸过程中所出现的各种变形现象。比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况，分析其破坏原因，二、试件低碳钢和铸铁均采用圆形截面试件，中间直径小，两端直径大，以便安装，如下图所示。为了试验数据具有可比性，国家对试件尺寸作了统一规定，即采用标准试件。金属材料拉伸试件的尺寸为：d=10mm，L=10d或L=5d。其中L是标距长度，d为试件直径。"七jL三、实验设备和仪表液压万能试验机2、游标卡尺四、实验原理和方法拉伸实验时，利用试验机自动绘图装置可绘出试件的拉伸曲线，即P-AL曲线，它能形象地反映材料的变形特点以及各阶段受力和变形的关系，由此来判断材料弹性与塑性性能及承载能力。但是P-AL曲线的定量关系不仅取决于材质，而且受试件几何尺寸的影响，为了消除这个影响，把载荷除以试件原始横截面面积A。；把变形AL除以原始标距长度L。，转换后得到一£曲线，用来表征材料的属性。对低碳钢材料，实验过程分为四个阶段，如图示。1、弹性阶段实验初，随载荷缓慢增加，测力指针匀速移动，试件变形很小，曲线呈现一段斜直线，这个阶段的变形与载荷成线性关系，在此范围内卸载，曲线与原直线重合，试件没有残余变形，只有弹性变形。

2、屈服阶段继续增加载荷，当指针无规则上下波动时，用初始瞬时效应之后的最小载荷，作为材料的屈服载荷、此阶段曲线呈锯齿形，而变形速度加快。这表明材料暂时丧失抵抗变形的能力，是材料进入塑性的标志。如果试件表面光洁度较高，可以清楚地看到表面有大约45°方向的滑移线。3、强化阶段屈服阶段结束后，随着拉力的增加，伸长变形也随之加大，拉伸曲线继续上升。这表明材料的晶粒结构又有了变化，恢复了对变形的抵抗能力。如果在这一阶段卸载到零，则在图中得到一条卸载曲线，它与弹性阶段的直线基本平行，试件存在着残余变形。当重新加载时，加载曲线与卸载曲线几乎重合，达到卸载点后继续上升，这就是冷作硬化现象。说明材料经过冷拉以后比例极限提高了。4、颈缩阶段试件拉伸达到最大载荷Pb以前，在标距范围内变形均匀变化。当载荷达到最大载荷P后，在试件的某一局部发生显著变形，形成颈缩。以后随颈缩处的横截面b面积不断减少，载荷下降，测力指针回转，但被动针停留不动，此时曲线的最高点即被动针所指的载荷为强度载荷P。最后试件在颈缩处断裂。断口中心部分为粗糙平面，是颈缩部b分在三向受拉应力状态下引起的脆断，这部分面积的大小反映了材料的塑性程度，塑性越大，则中心粗糙平面的面积越小。铸铁是典型的脆性材料，拉伸时载荷一一变形曲线没有直线部分，变形小、无屈服和颈缩现象，如图所示。试件很快达到最大载荷而突然断裂，其强度极限值远小于低碳钢的强度极限。断口平齐粗糙，并垂直于拉应力。综上所述，不同性质的材料变形过程不同，其P-AL曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质不同的两类典型材料，它们的拉伸曲线在工程材料中具有重要意义，掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理地认识和选用材料。五、实验步£五、实验步£1.试件准备沿低碳钢试件的标距长度内（Lo=100mm或50mm）用划线器每隔10mm划一圆周线，将标距10等分或5等分，用来为断口位置的补偿作准备。用游标卡尺在标距线附近及中间各取一截面，每个截面沿互相垂直的两个方向各测量一次直径取平均值，d。取这三截面的平均值作为计算横截面A的依据。试验机准备根据试件横截面面积和材料大致的强度极限值，估算出实验所需的最大载荷P。选择测力度盘，并配以相应的摆锤；活动台少许升起，调整测力指针对零，b若需绘图应调整好绘图装置。安装试件先将试件安装在上夹头上，调节下夹头使之移动到合适位置，再把试件下端夹在下夹头中夹紧。缓慢加载，观察测力指针转动的情况，以检查试件是否已夹牢，如有打滑则需重新安装。实验开动试验机使试件缓慢匀速加载，随时观察测力指针的移动情况及拉伸过程中各种物理现象。对低碳钢试件，当测力指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录屈服载荷Ps。再继续加载，直至试件断裂后停机，由被动针读出最大载荷Pb。对铸铁试件，拉断后记下最大载荷Pb。低碳钢延伸率和截面收缩率的测定试件拉断后，取下试件，观察断口。如果断口到邻近标距点的距离大于L0/3，则将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出低碳钢试件断裂后的标距长度L1及断口处的最小直径（一般从相互垂直方向测取两次，取平均值）。如果断口到邻近标距点的距离小于L0/3，可参考注意事项3加以处理。结束实验完毕，仪器设备恢复原状，清理现场，检查实验记录是否齐全，并清指导教师签字。六、实验结果处理根据测得的屈服载荷Ps和最大载荷Pb，计算屈服极限s和强度极限b铸铁不存在屈服阶段故只计算b。SSPb=—S~sA0Pb=bbA0A0一试件的横截面面积。2根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率0和截面收缩率甲。5=Li-L0x100%L0V=A0-Aix100%A0A1一颈缩处的横截面面积.画出试件的破坏形状图，并分析其破坏原因.按规定格式写出实验报告。报告中各类表格、曲线、装置简图、原始数据应齐全。七、注意事项试件安装必须正确，防止偏斜或夹入部分过短的现象。试件安装完毕后，不得再启动控制下夹头的按钮，以免使下夹头对试件加载，损坏试件或电机。由于破坏后的低碳钢试件各处的残余伸长不是均匀分布的，断口附近塑性变形最大，所以L1的量取与断口的部位有关。若断口发生在L0之外或在L0的两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，则实验无效，应重做。若断口到邻近标距点的距离小于L0/3,则必须经过折算，将断口移中，具体方法如下：以断口O为起点，在长段上取基本等于短段的格数得B点，当长段所余格数为偶数时（如下图所示），则由所余格数的一半得C点，取BC段长度将其移至短段一边，则得断口移中后的标距长度，其计算式为：L1=AB+2BC如果长段取B点后所余格数为奇效时，则取所余格数加1后的一半得C1点和减1后的一半

得C点，移中后的标距长度为L]=AB+BC]+BC<•)原读禅八、思考题由实验现象和结果比较低碳钢和铸铁的力学性能有何不同？2材料相同而标距分别为5d0和10d0的两种试件其0、甲、。s、。b值是否相同？为什么？S低碳钢试件处于屈服阶段时，为什么载荷不可能增大？通过拉伸实验，说明在杆件强度计算时，低碳钢为什么选取屈服极限，而铸铁为什么选取强度极限作为危险应力？试从不同的断口特征说明金属的两类基本破坏形式？附：实验原始数据记录表材料名称实验前试件尺寸七(mm)最小横截实验后试件尺寸屈服载荷巴(KN)破坏载荷也(KN)标距(mm)位置I位置I位骨I面廨(mm2)标距(mm)断口处直径d1(mm)12平均12平均12平均12平均低碳钢铸铁实验二压缩实验一、实验目的1、测定压缩时低碳钢的屈服极限s和铸铁的强度极限b2、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。二、试件压缩试件采用短圆柱体，高度与直径之比规定为2.5〜3.5。压缩试件的两个端面应尽量平行，以避免加载时产生偏心，确保试件的变形形式为轴向压缩。三、实验设备和仪表1、2、液压式万能试验机游标卡尺四、实验原理和方法1、2、对低碳钢材料，在承受压缩载荷时，起初变形较小，测力指针等速转动，超过比例载荷Pp后，变形开始增快，此时测力指针的转动减慢或短暂的停留或有微小回转现象，表明材料已达到屈服，此时的载荷即为Ps。若屈服阶段出现多次指针回摆，取第一次回摆之后的最低载荷为屈服载荷。需要指出的是，指针的速度变化远不及拉伸时明显，所以在确定屈服载荷Ps时要仔细观察，有时需借用自动绘图器描绘出的曲线来帮助判断Ps值。屈服阶段结束后，塑性变形迅速增加，试件截面面积也随之增大，而使试件承受的载荷也随之增加，p-△L曲线继续上升，如图所示。试件被压成鼓形，最后压成饼形而不破裂，其强度极限无法测定。铸铁试件达到最大载荷Pb时，突然发生破裂，此时测力主动针迅速倒退，由被动针读出Pb值。铸铁试件破坏后表面出现与试件横截面大约成45°〜55。的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断，如图所示。材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。一般地，低碳钢材料其弹性阶段、屈服阶段与拉伸大致相同，弹性模量E和屈服极限s与拉伸时大致相等。铸铁受压时却与拉伸时有明显的差别，压缩时曲线上虽然没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形，且压缩强度极限远远大于拉伸时的强度极限b。o出0o出0低碳钢压缩图铸铁压缩图由于试件承受压缩时，上下两端面与压板之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形，且导致测得的抗压强度比实际的偏高，试件越短，这种影响越突出。如果试件过长，虽然摩擦力对试件中部的影响有所减少，但又容易产生失稳现象，因此抗压能力与试件长度L0和直径d。的比值L0/d0有关。实验时，在试件两端面涂以润滑剂，以减少摩擦力的影响。当试件两端面稍有不平行时，利用试验机上球形垫板自动调节，保证压力通过试件的轴线。五、实验步塑1、用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d。，取其算术平均值，并测量试件高度L0。2、根据估计的最大载荷选择量程。3、将试件放在试验机活动台垫块的中心上。4、开动试验机，当试件与上立承垫接近时，应减慢活动台上升的速度，以免突然加载。试件受力后，要控制加载速度，使载荷缓慢均匀增加。对低碳钢试件要及时正确地读出屈服载荷Ps，过了屈服阶段后，继续加载，但载荷不得超过选用的测力度盘范围的80%。对铸铁试件，加载至试件破坏为止，读出破坏载荷Pb。5、实验完毕，仪器设备恢复原状，清理现场，并请指导教师签字。六、实验结果处理根据实验记录，