材料力学实资料

试验一拉伸试验拉伸试验、是争论材料力学性能的最根本试验，方法简洁，数据牢靠。工矿企业，争论所一般都用此σs、σb(σ0.2)、δ和Ψ等指标来评定材质和进展强度、刚度计算。因此，对材料进展轴向拉伸试验和压缩试验具有工程实际意义。不同材料在拉伸过程中表现出不同的力学性能和现象。低碳钢和铸铁分别是典型的塑性材料和脆性材料。低碳钢材料具有良好的塑性，在拉伸试验中弹性、屈服、强化、和颈缩四个阶段尤为明显和清楚。一、 试验目的1、观看分析低碳钢的拉伸过程和铸铁的拉伸、压缩过程，比较其力学性能。2σs、σb、δ、Ψσb。3、了解材料试验机的构造原理，把握操作方法。二、 试验设备1、电子万能试验机。2、液压式万能试验机。3、游标卡尺。三、 拉伸试样试样的制备应依据相关的产品标准或GB/T2975的要求切取样坯和制备试样。试验说明，所用试样的外形和尺寸，对其性能测试结果有确定影响。为了使金属材料拉伸试验的结果具有可比性与符合性，国家也便于尺寸的测量和夹具的设计。本试验所用的拉伸试样是经机加工制成的圆形横截面的长比例试样,即L=10d1所示。图1 拉伸试件四、 试验原理1.低碳钢拉伸试验屈服极限σs及强度极限σb的测定试样加载到达屈服阶段时，低碳钢的Pl〔图2。与最高载荷对应的应力称为上屈服极限，它受变形速度和试样外形的影响，一般不作为强度指标。同样，载荷首次下降的最低点〔初始瞬时效应〕也不作为强度指标。一般把初始瞬时效应之后的最低载荷Ps对应的应力作为屈服极限σs，以试样的初始横截面面积A0除Ps，即得屈服极限。P sPs A0b屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载力气〔图2。载荷到达最大值P部的截面明显缩小，消灭“颈缩”现象。以试样的初始横截面面积A0除Pb，即得强度极限。bP bPb A0图2 低碳钢拉伸时的P－Δl曲线延长率δ及断面收缩率ψ的测定试样的标距原长为l，拉断后将两端试样严密地对接在一起，量出拉断后的标距长为l1，延长率为l1lll

100%试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A，由于断口不是规章的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A，然后按下式计算断面收缩率:A 0A100%AA02、铸铁的拉伸试验即p五、 试验步骤与方法试件预备和尺寸测量

bb A0用游标卡尺量取试件的标距l和直径d如图1，测量三次取平均值〔下同10份，用笔画线〔11条线〕以作记号。开机、预备试验先启动电源，电源指示灯亮后，再启动油泵，预热30分钟。此步骤可以提前到步骤1之前。调整试验机横梁位置，设置有关参数等。安放试件。按规定选择参数，进展加载试验。试件断裂后，卸去荷载，取下试件。数据处理量取断裂面的直径和标距，依据仪器自动记录的曲线，填写试验报告。六、 问题争论钢筋和铸铁在承受拉力作用时，力学性能有何不同？依据低碳钢和铸铁拉伸试件的断口特征，分析其破坏的缘由。试验二压缩试验压缩试验是为了测定工程材料在受压时的力学性能有的材料如混凝土岩石铸铁等抗拉力气差，但它的抗压力气很好。这些材料，除了抗压强 与抗拉强度 不同之外，还有E值及破坏形式上也存bc b在着压缩与拉伸的差异。因此，压缩试验同样是工程材料力学试验的重要内容之一。一、 试验目的测定铸铁压缩时的强度极限 和低碳钢的屈服极限 。bc sc观看铸铁和低碳钢压缩时的变形和破坏形式，找出它们的不同之处。二、 仪器设备与工具电子万能试验机或压力试验机等。游标卡尺等。三、 试样制备与安装金属压缩试件有圆柱体、正方形柱体、矩形板、带凸耳板状等几种外形。铸铁和低碳钢的压缩试件一般做成圆柱体。高度与直径的比l/d的大小会影响到试验的结果。试件过于瘦长则易压弯，过于粗短则受0两端摩擦力的影响大。为了确保试件处于单向压缩状态，以及试验结果具有可比性，国家标准《金属压缩试验方法》GB7314－87对侧向无约束试件做出了以下有关规定：试件仅适应于测定 。0 bcl(2.5~3.5)d试件适应于测定 、 、 〔规定非比例压缩应力〕和 〔规定总压缩P0 sc bc pc tcP应力。〔3〕l(5~8)d0

试件适应于测定

pc0.01

E。c试件为了削减摩擦力的影响，试件两端面应尽量光滑，相互平行，且与轴线垂直。试件安装在试验机上下压座之间，见图1。下承压座是一个球形承垫，假设试件两端面稍有不平行，则球形承垫可以产生调整作用，使压力通过试件的轴线。图1 压缩试件安装四、 试验原理低碳钢压缩试验Pl曲线见图2。在屈服之前，曲线与拉伸时一样。在屈服之后的曲线，就与拉伸的不同了。在弹性范围内，加载速率应把握在1~10MPa/s。在明显塑性变形范围内，加载的应变速率应把握在(100~500)106/s2所示。按图示的方法，读取各种情形下的压缩屈服载荷Psc

，然后计算压缩屈服点。P sc 〔1〕Psc A0前面已指出，与试件轴线成45oC斜截面上的剪应力是使材料发生滑移，即屈服的缘由。由材料力学知道，无论试件横截面上的正应力是拉应力还是压应力，只要大小一样，则在45oC斜截面上产生的剪应力的大小都是一样的，因此 与 应是相等或相近的。sc sPl曲线连续上升，直至试件被压成饼状。因此低碳钢压缩试验不能测出其强度极限。PscOPscPscOPscOPO铸铁压缩试验

图2 低碳钢压缩曲线PbcOl铸铁压缩时的Pl曲线呈非线性，见图PbcOl点与铸铁拉伸时的曲线是一样的。所不同的是铸铁压缩到达Pbc鼓形或斜圆柱。

前消灭较大变形，由原来的圆柱体变为腰脆性材料受压试件的破坏是个简洁的外部施力、内部损不加任何垫片时，铸铁试件沿着与轴线成45o~55o方向破坏，不加任何垫片时，铸铁试件沿着与轴线成45o~55o方向破坏，3铸铁压缩试验曲线破坏时斜面上的剪应力与同样的材料在剪切试验中所测得的剪切破坏极限b垫薄片〔三合板〕时，其受压破坏形式如图4〔b〕所示。〔a〕两端不加任何垫板〔b〕两端加垫三合板〔2mm〕图4 铸铁试件压缩破坏形式P抗压强度按下式计算： bc五、 试验步骤测量试件尺寸。

bc 〔2〕A0用游标卡尺测量压缩试件上、中、下3处截面的平均值径，取它们中的最小值计算截面面积A0

，同时测量试件的高度l。调整试验机横梁位置，设置有关参数等。安放试件。按规定选择加载速度，然后加载试验。对低碳钢试件，留意观看，登记屈服载荷Psc

，或在计算机屏幕上读取Psc

值；对铸铁试件，加载至破坏为止，登记最大载荷P 。bc六、 争论问题压缩试验问题争论：〔1〕 比较低碳钢、铸铁的拉伸、压缩力学性能和断口外形，分析破坏缘由。剪切试验问题争论：比较低碳钢Q235号钢b和b之间的比值。观看低碳钢试件剪切断口，分析破坏缘由。比较低碳钢拉伸破坏断口与剪切破坏断口。试验三剪切试验 工程中使用的构件或零部件，除了受到拉伸和压缩的应力作用之外，还受到剪切应力的作用。特别是那些由铆钉、销钉、螺栓联接的构件，见图 度。剪切试验就是为了测定材料的而进展的一种试验。PP1PPP1PP23一、 试验目的

1－铆钉；2－螺栓；3－销钉图1 承受剪切的铆钉、销钉、螺栓测定低碳钢的抗剪强度。观看破坏断口，分析破坏缘由。二、 仪器设备与工具电子万能试验机WD－200B或其他万能试验机、压力试验机。剪切试验座及压头。游标卡尺等。三、 试验原理2~54种剪切试验原理图。11PPP2P高分子层压P2P高分子层压材料试件P Pbb b bbbA A0 01－胶接材料；2－金属板图2 胶接材料拉伸剪切试验原理 图3 高分子材料压缩剪切试验原理PPPP岩石材料试件Pb bb2A0

Psinb bbA0图4 金属剪切试验原理 图5 岩石材料剪切试验原理4的装置，受试材料为低碳钢。四、 试验步骤测量试件受剪处直径，取平均值，计算A0。安装试件，把试件插入剪切块孔里，调整左右对称。调整试验机横梁位置，选择适当量程。加载试验，登记剪断时的最大荷载P。b五、 结果分析依据试验所测得的Pb

及试件受剪处的平均直径d0

，计算。b六、 争论问题比较低碳钢Q235号钢b和b之间的比值。观看低碳钢试件剪切断口，分析破坏缘由。比较低碳钢拉伸破坏断口与剪切破坏断口。试验三扭转试验一、 试验目的测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s

和抗扭强度。b测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度。b绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。二、 试验设备和仪器扭转试验机游标卡尺三、 试验试样按冶金部标准承受圆形截面试件，两端成六角形。如图1所示。rrdll11扭转试件图圆形截面试样的直径d10mm，标距l5d或l10d，平行局部的长度为l20mm。假设承受其它直径的试样，其平行局部的长度应为标距加上两倍直径。试样头部的外形和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。由于扭转试验时，试样外表的切应力最大，试样外表的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的外表粗糙度的要求要比拉伸试样的高。对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。四、 试验原理与方法测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会消灭停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩Mes

，低碳钢的扭转屈服应力为 3 ess 4W

〔１〕式中：Wp

pd3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。在测出屈服扭矩Ts数值即为最大力偶矩M

后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩，低碳钢的抗扭强度为eb 3M

eb 〔２〕对上述两公式的来源说明如下：

b 4Wp低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的Me

图如图3所示。当AMe

与成正比的关系开头破坏，这时，试样外表处的切应力到达了材料的扭转屈服应力 ，如能测得此时相应的外力偶矩Ms

3a所示，则扭转屈服应力为epM ep

〔３〕s WpA点后，横截面上消灭了一个环状的塑性区，如图3b所示。假设材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图3c所示的状况，对应的扭矩T为sMMeBCAMMesMebepO图2 低碳钢的扭转图TTTT〔a〕 〔b〕 〔c〕3低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布〔a〕TT

〔〕

TT〔〕TTp p s sTd/2s 0

d/2 32d2d

4W3 ps3M由于Ts

M ，因此，由上式可以得到es

s4W

es 〔４〕pA点的位置不易准确判定，B点的位置则较为明显。因此，一般均依据由B点测定的Mes

来求扭转切应力s

。固然这种计算方法也有缺陷，只有当实际的应力分布与图2c完全相符合时才是正确的，对塑性较小的材料差异是比较大的。1可以看出，当外力偶矩超过Mes

后，扭转角增加很快，而外力偶矩Me

BC近似于一条直线。因此，可认为横截面上的切应力分布如图1-7c所示，只是切应力值比s

大。依据测定的试样在断裂时的外力偶矩Meb

，可求得抗扭强度为

3M

eb 〔５〕b 4Wp测定灰铸铁扭转时的强度性能指标对于灰铸铁试样，只需测出其承受的最大外力偶矩MebM

〔方法同，抗扭强度为 eb 〔６〕b Wp由上述扭转破坏的试样可以看出：低碳钢试样的断口与轴线垂直，说