材料力学指导书

材料力学指导书齐鲁理工学院事项。按预约试验时间准时进入试验室，不得无故迟到、早退、缺席。进入试验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。吐痰。马上向教师报告，准时检查，排解故障后，方能连续试验。进展处理。试验过程中，同组同学要相互协作，认真测取和记录试验数据。品携带出试验室。试验完毕，试验数据经教师认可前方能离开试验室。试验报告要求字迹端正、绘图清楚、表格简明、试验结果正确。名目试验一低碳钢和铸铁拉伸试验 0\l“_TOC_250000“试验二低碳钢和铸铁压缩试验 7

低碳钢和铸铁扭转试验 9纯弯曲梁正应力测定试验 13选用材料和进展强度计算的重要依据。一、试验目的要求测定低碳钢的屈服极限

、强度极限S

、延长率、截面收缩率和铸铁的强度极限。b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〔FL曲线。低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口状况。二、试验设备和仪器万能材料试验机游标卡尺低碳钢、铸铁拉伸试样，l 5d,将l 十等分0 0 0三、拉伸试件金属材料拉伸试验常用的试件外形如下图。图中工作段长度l称为标距，验机的夹头内。ddl图1-11-1拉伸试件即l5d或l10d。AAA积和试件标距关系为l11.3A

或l5.65

，A为标距段内的截面积。四、试验方法与步骤低碳钢的拉伸试验：试件的预备：在试件中段取标距l10d或l5d在标距两端用脚标规打d〔在每处的两个相互垂直的方向各测一次取其平均值取最小值作为计算试件横截面面积用。机器的预备：首先了解材料试验机的根本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。依据低碳钢的强度极限及试件的横截面积，初步估量拉伸b进展试验：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〔FL曲线〕如下图。从图中可以看出，当荷载增加到A点时，拉伸图上OA段是直线，说明此阶段内荷载与试件的B点时，测B快，荷载增加很慢；这说明材料产生了流淌〔或者叫屈服〕B点相应的应力BBFS

除以试件A即得到低碳钢的流淌极限，S S

F SACDFb

〔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，即消灭“颈缩”现象。此Fb

Fb

除以试件的原始截面积A，就得到低碳钢的强度极限 b b

F/A。在试件发生“颈缩”后，由于截面积的减小，荷载快速下降，bE点试件断裂。断裂后试件标距间的长度l1

，按下式可计算出低碳钢的延长率。ll1l

100。〔细颈处的直径d，1A1

；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率，AA A1100%FFDFBABEFFbSFbOLO图1-2低碳钢的拉伸图 图1-3铸铁拉伸图l1

的数值与断口的部位有关。为了统一值的计算规定以断口在标距长度中心的13区段内为准来测量l的算，其方法如下：设两标点C到C之间共刻有n1-4在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线dn/2a，这就相当于把断口摆在标距中心，再看a点至C点有多少格，就由a点向左取相1同的格数，标以记号bL表示C到bL2L的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n，故l1

L2L。般认为试验结果无效，需要重作试验。LLLcdb a c1断口图1-41-4试件断口铸铁的拉伸试验：d取最小值计算试件截面面积，依据铸铁的强度极限，估量拉伸试件的最大荷载。b试验机的预备，与低碳钢拉伸试验一样F，观b1-3Fb

除以试件的原始截面积A，就得到铸铁的强度极限 b b

F/A。由于铸铁为脆性材料在变形很b小的状况下就会断裂，所以铸铁的延长率和截面收缩率很小，很难测出。附表一〔试件相关数据〕原尺寸最小截面标距L原尺寸最小截面标距L0d(mm)0(mm)截面Ⅰ截面Ⅱ截面Ⅲ面积A0(mm2)12平均12平均12平均低碳钢铸铁附表二FFskNFbkN低碳钢铸铁附表三d1〔mm〕断裂截面面积L〔mm〕A〔mm〕1低碳钢附表四低碳钢铸铁低碳钢铸铁FFF—ΔL曲线图0ΔL0ΔL五、试验结果低碳钢：Fs和最大荷载Fbσsσb。Fσs=σb=

s= (MPa)A0Fb= (Mpa)A0δψ。LLδ= 1L0

0×100%= %A Aψ= 0A0

1×100%= %铸铁：依据最大荷载Fb计算强度极限σb。σb=

Fb= (MPa)A0拉伸弹性模量：PlE=

0 = (GPa)lA0一、试验目的和要求测定在压缩时低碳钢的流淌极限

，及灰铸铁的强度极限 。S b观看它们的破坏现象，并比较这两种材料受压时的特性。二、试验预备：材料试验机、游标卡尺三、试件 图2-1试件h金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如下图，并制定1d3四、试验方法与步骤低碳钢的压缩试验试件预备：用游标卡尺测量试件的直径d。试验机的预备：首先了解试验机的根本构造原理和操作方法，学习试验向压力。进展试验：开动机器，使试件缓慢均匀加载，低碳钢在压缩过程中产生B时，测力盘指针停顿不动或倒退，BF ，由S S

F/A得出材料受压时的流淌极限而得不出受压时的强度极限。SFFFFBFFbFSFOLOL图2-2 低碳钢压缩图 图2-3铸铁压缩图铸铁的压缩试验Fb

，由b

F/A得出材料强度极限。b铸铁破坏时的裂缝约与轴线成45角左右。附表一〔试件相关数据〕材料材料试件尺寸试验前图形试验后图形机械性能d0=低碳钢h=0A=(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)F=sσ=s(N)(MPa)铸铁0d0=h0=A=Fb= (N)σb=(MPa)0五、留意事项试件肯定要放在压头中心以免偏心影响。击，损坏机器。铸铁压缩时，应留意安全，以防试件破坏时跳出打伤。一、试验目的〔剪切屈服极限〔切强度极限〕τb。τb。观看、比较和分析上述两种典型材料受扭转时的变形和破坏等现象。二、试验设备扭转试验机游标卡尺三、试样制备0l=50mm100mml70mm120mm。其它直径的试样，其平行长03-13-1扭转试样四、试验原理的。T和扭ø3-2所示。由该图知，在弹性变形OA为零，如图3-3〔a〕所示，在这个阶段材料听从切变虎克定律，并可测定切变模量G。AB段为曲线局部。它说明这阶段扭矩和扭转角不再成正比关系，横截面示。随着试样连续扭转变形，塑性区不断向圆心扩展，T-ø曲线略微上升，直至B点趋于平坦，这时塑性区几乎占据了全部截面，剪应力趋于均匀分布如图3-3〔c〕所示。扭矩度盘上的指针几乎不动，此时与之对应的扭矩为屈服扭矩s3-〔；另一种状况，屈服阶段为锯齿状曲线。度盘指针首次下降前的suSWT为抗扭截面模量。T-øC由扭矩度盘上的随动指针读出试样扭断前所承受的最大扭矩Tb，按弹性扭转公=Tb/WT。假设要测定真实规定非比例扭转应力τtp与真实抗扭强度τtb按刘德维克-卡曼公式计算。具体方法见GB10128-88标准中的规定。3-2T-ø〔a〕T<T〔b〕T>T>T〔c〕T=Tn p s n p n s3-3低碳钢圆轴在不同扭矩下剪应力分布图bTø3-345°角的螺旋面上。其最大τb=Tb/WT。b上述扭转试验要求在室温10－35℃条件下进展。3-445°角σ1=τσ2=－τ的作用，由于低碳钢的抗扭强度小于抗故沿其45°方向被拉断，断口成一螺旋面。如图3-5所示。3-3T-ø图3-4纯剪应力状态 图3-5受扭试样断口五、试验步骤测量试样直径。在标距两端及其中间处两个相互垂直方向上各测一次直WT。估量试样的最终扭矩Tp，选择适宜的扭矩度盘，调整扭矩度盘指针对零点，装好绘图纸并选择扭转速度：屈服前应在〔6°－30°〕/min范围内，屈服后360°/min，速度的转变应无冲击。扭时的变形。TsTb，直至试样断裂。取下试样。观看比较断口，分析破坏缘由。将试验机复原，完毕试验。六、试验结果整理果填入表。碳钢切变强度指标：τb=Tb/WT铸铁切变强度指标：τb=Tb/WT附表1 〔试件相关数据〕材料材料直径d0/mm 抗扭截面模量屈服扭矩截面I 截面II 截面III WT/mm3 Ts/kN·m屈服点τs/MPa最大扭矩抗扭强度Tb/kN·mτb/MPa低碳钢铸铁对测得的性能数值τsτSL、τb1N/mm2。试验四纯弯曲梁正应力测定试验一、试验目的测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律验证纯弯曲梁的正应力计算公式二、试验仪器设备和工具组合试验台中纯弯曲梁试验装置力&应变综合参数测试仪游标卡尺、钢板尺三、试验原理及方法面上任一点的正应力，计算公式为：σ=My/IzM为弯矩，Iz为横截面中性轴的惯性矩；y为所求应力点至中性轴的距离。面不同高度，平行于轴线贴有应变片〔4-。p4-1应变片在梁中的位置△ε i，一次求出各点的应变增量：实σ i＝E△ε i实 实将实测应力值与理论应力值进展比较，以验证弯曲正应力公式。四、试验步骤设计好本试验所需的各类数据表格。a及各应变yi1。P0〔P0＝10％max左右，Pma〔该试验荷载范围PmaxN4~6级加载。4.依据加载方案，调整好试验加载装置。态。P0εi，直到最终2。将所用仪器设备复员，试验资料交指导教师检查签字。1〔试件相关数据〕应变片至中性层距离〔应变片至中性层距离〔mm〕梁的尺寸和有关参数YYYYY12345-20-1001020宽度b＝ 20高度h＝ 40跨度L＝450mmmmmm荷载距离a＝150mm弹性模量E＝210GPa泊松比μ＝0.28惯性矩I ＝bh3/12＝1.067×10-7m4Zp阻p阻应变仪读数με△εp平均值3εp△εp平均值4εp△εp平均值5εp△εp平均值荷载P50