华北理工材料力学实验课件

材料力学实验河北理工大学建工学院宋晓胜5/5/20261材料力学实验是材料力学课程的重要部分，无论是理论的产生、公式的验证、材料性能的测定等，都离不开实验。通过实验，不仅巩固了理论知识，还可以熟悉和训练实验技能，培养严肃认真的精神和良好的科学习惯。因此材料实验是材料力学教学的重要环节。绪论5/5/20262第1节材料力学实验与材料力学材料力学实验

材料力学理论应力，应变分析理论实验验证零件疲劳设计校核构件动态强度设计校核构件零件静动态应变（含变形）应力实测构件静强度，刚度、稳定性设计、校核构件塑性设计强度校核05-May-26

09:453第2节材料力学实验的类型05-May-26

09:454第2节材料力学实验的类型材料力学性能实验这种实验是依据国家规范，测定材料在各种承载情况下的力学性能的实验，例如材料的拉压实验、扭转实验。a，为构件设计提供材料的力学性能指标和参数。b，材料材质复验；c，评定材料的热处理工艺、焊接工艺；d，构件失效分析；e，研究新型合金材料。合成材料。05-May-26

09:455理论验证实验第2节材料力学实验的类型这是验证材料力学理论中各种假设是否符合实际，及校核某些近似解答的精确性的实验。例如梁的纯弯曲实验用于验证梁弯曲理论中的平面假设和由此导出的弯曲正应力的计算公式。验证理论有三层意义验证现有理论验证新建立的理论修正、发展理论05-May-26

09:456应力分析实验第2节材料力学实验的类型这是用物理模型或实物对构件应力进行实测和分析的实验，它可以测取构件在工作过程中的实际应力或变形，对一些无法用理论计算解决的问题具有实用的意义。如圆周扭转实验。05-May-26

09:457第3节材料力学实验过程实验准备实验操作和数据的获取数据整理和试验报告编写05-May-26

09:458实验准备第3节材料力学实验过程这是保证实验顺利进行的重要条件，它包括明确实验目的、原理、步骤，实验机和测量仪器的准备，操作规程的熟悉等内容。05-May-26

09:459实验操作和数据获取第3节材料力学实验过程实验操作需要按规程有步骤的进行，一般应预先调试，观察实验机和测量仪器的各部分是否正常运转，然后进行正式测定并作记录。05-May-26

09:4510数据整理和实验报告编写第3节材料力学实验过程实验报告中的数据应当完整，有关的图表应齐全，计算应无误，并对结论作出必要的分析。实验报告的内容一般应包括下列各项：（i）实验名称、日期。（ii）实验目的。（iii）实验装置和测量仪器的名称、规格。05-May-26

09:4511数据整理和实验报告编写第3节材料力学实验过程（iv）实验原始数据。记录实验过程中原始数据和实验结果。（v）计算。包括列出计算公式，有效数字的取舍（在材料实验中一般取三位有效数字）。（vi）结果表达。（vii）结果的分析和讨论。05-May-26

09:4512实验一拉伸实验实验目的1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象（屈服、强化、颈缩等）；2、测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ；3、测定铸铁的强度极限σb

；4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）的力学性能特点和破坏形式。05-May-26

09:4513实验一拉伸实验仪器设备与用具1.液压式万能材料试验机2.打点机3.游标卡尺05-May-26

09:4514实验一拉伸实验万能试验机其工作原理是通过液体压力将台座提升，从而产生荷载。根据试件放置方式不同可以分别进行拉伸、压缩、剪切和弯曲试验。05-May-26

09:4515实验一拉伸实验万能试验机05-May-26

09:4516实验一拉伸实验实验试样1、实验表明，试样的形状和尺寸对实验结果有影响，为了比较不同材料的结构性能，国标《金属拉伸试验试样》（GB6397-86）有统一规定。本实验按照国标，做成标准试件。05-May-26

09:4517实验一拉伸实验实验试样圆截面试件实验段直径为d=10mm，标距l0=10d。05-May-26

09:4518实验一拉伸实验实验试样1、实验表明，试样的形状和尺寸对实验结果有影响，为了比较不同材料的结构性能，国标《金属拉伸试验试样》（GB6397-86）有统一规定，按照国标，做成标准试件。05-May-26

09:4519实验一拉伸实验实验原理1、夹头形式夹板表面制成凸纹，以夹牢试件。

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09:4520低碳钢试件的拉伸曲线实验一拉伸实验实验原理2、拉伸曲线-低碳钢屈服极限强度极限05-May-26

09:4521铸铁试件的拉伸曲线实验一拉伸实验实验原理2、拉伸曲线-铸铁强度极限05-May-26

09:4522实验一拉伸实验实验步骤1、试件准备用打点机在试件拉伸长度内每隔10mm打一标点，在拉伸区段内，选取10段长度即为原始标距l0，将两端做上标记，并用游标卡尺测量实际长度。用游标卡尺在标距端部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一次直径取平均值，取这三处截面直径的最小值d0作为计算试件横截面面积A0的依据。05-May-26

09:4523实验一拉伸实验实验步骤2、试验机准备首先了解电子万能试验机的基本构造原理，学习试验机的操作规程。（1）根据估算的最大载荷，选择合适的示力度盘（量程）和相应的摆锤。（2）打开电源开关，摁下“启动”按钮，缓缓打开送油阀，使试验台座上升大约10mm。（3）摁下“停止”按钮。05-May-26

09:4524实验一拉伸实验实验步骤3、安装试件根据试件形状和尺寸选择合适的夹头，先将试件安装在下夹头上，移动横梁调整夹头间距，将试件另一端装入上夹头夹紧。检查试件是否已夹牢，如有打滑则需重新安装。05-May-26

09:4525实验一拉伸实验实验步骤4、加载对低碳钢试件，首先按照速度恒定缓慢加载。测出屈服载荷Ps后，可稍加实验速率，最后直到将试件拉断，记录最大载荷Pb。对铸铁试件，应缓慢匀速加载，直至试件被拉断，记录最大载荷Pb。05-May-26

09:4526实验一拉伸实验实验步骤5、取下试件，将试验机恢复原状。关闭电源，清理现场。观察试件并测量有关数据。检查实验记录是否齐全，并请指导教师签字。05-May-26

09:4527实验一拉伸实验实验结果处理1.根据测得的屈服载荷和最大载荷,计算屈服极限和强度极限,铸铁不存在屈服阶段只计算强度极限。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和截面收缩率。3.画出试件的破坏形状图，并分析其破坏原因。4.按规定格式写出实验报告。报告中各类表格、曲线、简图和原始数据应齐全。05-May-26

09:4528实验二压缩实验实验目的1.测定压缩时低碳钢的屈服极限σs和铸铁的强度极限σb

。2.观察两种材料压缩时的变形和破坏现象，比较和分析原因。05-May-26

09:4529实验二压缩实验仪器设备液压式万能试验机；游标卡尺

。05-May-26

09:4530实验二压缩实验试样试件受压时，两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试件的横向变形，影响试件的强度,随着比值h0/d0的增加，上述摩擦力对试件中部的影响减弱。但比值h0/d0也不能过大，否则将引起失稳。一般要求1<h0/d0<3

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09:4531实验二压缩实验实验原理1.低碳钢压缩屈服以前的基本情况与拉伸时相同；载荷到达屈服点时，力值不变或下降；当载荷超过屈服点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐增大，试件最后被压成鼓形而不断裂，只能测出产生屈服时的载荷。05-May-26

09:4532铸铁试件受压时在很小的变形下即发生破坏，只能测出,由,实验二压缩实验实验原理1.铸铁压缩得出材料的强度极限。05-May-26

09:4533实验二压缩实验实验步骤1.试件的准备：用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d0，取其平均值。2.试验机的准备：与拉伸实验相同。3.放置试件：将试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，使试件承受轴向压力。然后移动横梁向下运动，在试件与上压头将要接触时要特别注意减慢横梁移动速度，使之慢慢接触，以免发生撞击，损坏机器。4.加载，实验过程中注意观察曲线的变化情况与试件的物理现象。05-May-26

09:4534实验二压缩实验实验步骤5.实验结束：当试件被压裂，结束实验。6.实验完毕，取出试件，退出实验程序，仪器设备恢复原状，关闭电源，清理现场。检查实验记录是否齐全，并请指导教师签字。

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09:4535实验二压缩实验结果处理1.根据测得的屈服载荷和最大载荷,分别计算低碳钢试件的屈服极限和铸铁试件的强度极限。2.画出试件的破坏形状图，并分析其破坏原因。3.按规定格式写出实验报告。报告中各类表格、曲线、简图和原始数据应齐全。05-May-26

09:4536电测法基本原理概述05-May-26

09:4537电测法基本原理电阻应变片工作原理1、构造直径为0.003mm~0.01mm的合金丝绕成栅状而成05-May-26

09:4538电测法基本原理电阻应变片工作原理05-May-26

09:4539电阻应变片工作原理

实验时，将应变片粘贴在试件表面需测应变的点处和方向上，当该点沿应变片方向产生应变时，应变片也随之变形，致使应变片的电阻值产生一个变化量ΔR。

电测法基本原理应变片：将力学量(应变)转换为电量(电阻)的传感器05-May-26

09:4540电测法基本原理电阻应变片工作原理应变方向实验证明，在一定范围内，应变片的电阻变化率ΔR/R与应变ε成正比，即：

K：应变片的灵敏系数。05-May-26

09:4541电测法基本原理电测法测量电路及其工作原理惠斯登测量电路05-May-26

09:4542电测法基本原理电测法测量电路及其工作原理设A、C间的电压为U，则流经电阻R1的电流为：R1两端的电压降为：05-May-26

09:4543同理，R3两端的电压降为：所以，B、D端的输出电压为：05-May-26

09:4544当输出电压UBD=0时，称为电桥平衡。

由上式可知，电桥的平衡条件为：05-May-26

09:4545电测法基本原理若R1~R4为四个阻值相同应变片，受力后，BD间电压改变为：说明电桥输出电压的变化与四个桥臂电阻变化的总和成正比或与测点应变总和成正比。根据其原理可以制成专门用于测量的电阻应变仪。05-May-26

09:4546电测法基本原理电桥接法及温度补偿1、电桥接法a，1/4桥接法（静态多点应变测量常用的接法），所有测量片均接于测量通道的AB接线柱，共用一枚补偿片。b，半桥接法AB,BC接应变片。c，全桥接法四个桥臂均接应变片，多用于传感器电路。05-May-26

09:4547电测法基本原理电桥接法及温度补偿2、温度补偿

由于温度对电阻值变化影响很大，利用电桥特性，可以采用适当的方法消除这种影响。05-May-26

09:4548电测法基本原理温度补偿05-May-26

09:4549CM-1C电阻应变义的使用概述05-May-26

09:4550实验三梁的弯曲正应力实验实验目的1、测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2、验证纯弯曲梁的正应力计算公式05-May-26

09:4551实验三梁的弯曲正应力实验实验仪器

1、纯弯梁实验器

2、CM-1C型静态数字应变仪

3、直尺05-May-26

09:4552实验三梁的弯曲正应力实验实验原理

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09:4553实验三梁的弯曲正应力实验实验原理

由梁的内力分析知，BC段的剪力为零，弯矩为一常量，因此梁的BC段为纯弯曲段。05-May-26

09:4554实验三梁的弯曲正应力实验实验原理梁受纯弯曲时，其正应力理论计算公式为

M——横截面上的弯矩

Iz

——横截面对中性轴z的惯性矩

y

——所求应力处至中性轴的距离05-May-26

09:4555实验三梁的弯曲正应力实验实验原理为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片，如图所示。05-May-26

09:4556实验三梁的弯曲正应力实验实验原理实验采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷△F，测出各点的应变增量，分别取各点应变增量的平均值，依次求出各点的应变增量，将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。05-May-26

09:4557实验三梁的弯曲正应力实验实验步骤1.将各测量应变片接到应变仪所选通道上；温度补偿片分别接到A0、B0接线柱上。2.计算“灵敏系数K”校准值。校准值=10000/K。3.将“功能选择”开关拨至“校准”方向，用螺丝刀调整“K值调节”钮，使显示屏显示数值为“校准值”4.将“功能选择”开关拨至“测量”方向，转动“通道选择”开关，逐一调节各通道的电桥平衡，使显示值为“零”。05-May-26

09:4558实验三梁的弯曲正应力实验实验步骤

5.采用等量逐级加载（可取），每增加一级载荷，转动“通道选择”开关，分别读出各电阻应变片的应变值，并记录。

4.做完实验后，卸掉载荷，拆除接线，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，实验资料交指导教师检查签字。05-May-26

09:4559实验四弯扭组合变形时主应力的测定实验目的1．用电测法测定平面应力状态下一点主应力的大小及方向；2．测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力。实验仪器1、弯扭组合试验装置；2、CM-1C静态数字电阻应变仪05-May-26

09:4560II