材料力学实验

1. 低碳钢和铸铁拉伸试验实验目的：(1) 测定低碳钢的弹性模量E、屈服极限bs、强度极限bb、延伸率6和断面收缩率屮。(2) 测定铸铁的强度极限bb。(3) 观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。(4) 熟悉材料实验机和其它仪器的使用。基本原理：常温下的拉伸实验可以测定材料的屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率等力学性能指标，这些 参数都是工程设计的重要依据。屈服极限、强度极限的测定测定弹性模量后继续加载使材料达到屈服阶段，进入屈服阶段时，载荷常2有上下波动，其中较大的载荷 称上屈服点，较小的称下屈服点。一般用第一个波峰的下屈服点表示材料的屈服载荷，它所对应的应力即 为屈服极限。屈服阶段过后，材料进入强化阶段，试件又恢复了承载能力。载荷达到最大值时，试件某一局部的截面明 显缩小，出现“颈缩”现象。这时示力盘的从动针停留在位置，主动针迅速倒退，表明荷载迅速下降，试件 即将被拉断。这时从动针所示的载荷即为破坏载荷，所对应的应力叫强度极限。(3) 延伸率和断面收缩率的测定试件的原始标距为(本实验取50 mm)，拉断后将两段试件紧密对接在一起，量出拉断后的标距长，延伸 率应为式中一试件原始标距，为50 mm，试件拉断后标距长度。对于塑性材料，断裂前变形集中在紧缩处，该部分变形最大，距离断口位置越远，变形越小，即断裂位置 对延伸率是有影响的。为了便于比较，规定断口在标距中央三分之一范围内测出的延伸率为测量标准。如 断口不在此范围内，则需进行折算，也称断口移中。具体方法如下：以断口O为起点，在长度上取基本等 于短段格数得到B点，当长段所剩格数为偶数时，则由所剩格数的一半得到C点，取BC段长度将其移至 短段边，则得断口移中得标距长，其计算式为如果长段取B点后所剩格数为奇数，则取所剩格数加一格之半得C1点和减一格之半得C点，移中后标距 长为将计算所得的代入式中，可求得折算后的延伸率。为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿互相垂直的方向各测一次直径，取平均值 计算断口处横截面面积，再按下式计算面积收缩率式中A0-试件原始横截面面积A1-试件拉断后断口处最小面积仪器设备：（1）WE-30型万能材料试验机。（2）游标卡尺。（3）球铰式引伸仪。实验步骤：（1）试验机准备。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，并按相应的操作规 程进行操作。（2）测量试件的直径。在标距两端及中部三个位置上，沿互相垂直的方向，测量试件直径，以其平均值计 算弹性模量，以其最小值计算强度和断面收缩率。（3）安装试件。（4）安装引伸仪（只用于低碳钢拉伸试验）（5）进行预拉（只用于低碳钢拉伸试验）。为了检查机器和仪表是否处于正常状态，先把荷载预加到略小 于Pn （测定弹性模量E时最大荷载），然后卸载到0P0之间。（6）加载。在测定低碳钢的弹性模量时，先加载至P0,调整引伸仪读数为零或记录初始读数。加载按等 增量法进行，记录每级荷载下的引伸仪读数，载荷最大加至Pn，然后取下引伸仪。加载应保持匀速、缓慢。 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。（7）取下试件，将试验机恢复原状。观察试件并测量有关数据。注意事项：1、用锥子在试件上打印记时，注意别敲自己手上。2、拉伸速度不宜过快，以免影响屈服现象的体现。3、测量时注意要求，以免人为增加误差。4、注意遵守实验室安全规则。思考题：（1）由实验现象和结果比较低碳钢和铸铁的机械性能有何不同？（2）试件的形状和尺寸对测定弹性模量有无影响？（3）测定E时为何要加初载荷P0并限制最高载荷Pn？使用分级加载的目的是什么？（4）实验时如何观察低碳钢的屈服极限？（5）材料相同而标距分别为5 d0和10 d0的两种试件，其是否相同？为什么？实验附件：1.低碳钢拉伸破坏.MPG第三章1. 扭转试验实验目的：1、测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）TS或下屈服点TSI、抗扭强度（剪切强度极限）Tb。2、测定铸铁的抗扭强度Tb。3、观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏等现象。仪器设备：1、扭转试验机。2、游标卡尺。实验步骤：1、分别测量两种材料试样的直径（测量直径的方法与拉伸试验一样）。2、根据两种材料的抗扭强度Tb估计最大扭矩Tb,选择合适的扭矩度盘。3、装好绘图纸，调整扭矩度盘上指针对准零点。4、安装试样，用粉笔沿试样轴线画一条直线，以便观察试样受扭时的变形。5、启动试验机上的电机，对试样进行破坏试验。在试验中，应注意选择扭转速度。低碳钢试样在屈服前，扭转速度在（60-300） /min范围内，屈服后的扭转速度不大于3600/min,且速度的改变应无冲击产生。6、记下试验中试样屈服时的扭矩Ts或Tsl和破坏时的最大扭矩Tb.7、试样扭断后，立即关机，取下试样，试验结束。思考题：1、低碳钢拉伸和扭转的断口形状是否一样？分析其破坏原因。2、铸铁在受压和受扭时，其断口都在与试样轴线约成450方向。问铸铁在分别承受上述两种载荷时的破坏原因是否相同？3、根据拉伸、压缩、扭转三种试验结果，综合分析低碳钢和铸铁这两种典型材料的力学性能。实验要求：根据已测出的低碳钢和铸铁的扭矩，按下面的弹性公式算切应力。 低碳钢的扭转屈服点和抗扭强度按下列公式计算：扭转屈服点：抗扭强度：铸铁的抗扭强度：第五章1.纯弯曲梁正应力分布电测实验实验目的：(1) 学习使用电阻应变仪，初步掌握电测方法。(2) 测量纯弯曲梁上应变随高度的分布规律，验证平面假设的正确性。基本原理：WQ5纯弯曲梁实验装置如图3.1所示，试样简支于A、B两点，在对称的C、D两点通过拉杆和横杆螺 旋加载使梁产生弯曲变形，CD梁受纯弯曲作用。采用转动手轮使螺旋下移加载，总荷载的大小由压力传 感器来测量。试样的受力如图3.2所示。梁的材料为合金钢，弹性模量为E = 210Gpa,其它参数列于表3表3 1原始参数表 材料弹模（Gpa）几何参数应变片参数应变仪灵敏度系数K仪 b（cm） h（cm） a（cm）灵敏度系数K片 电阻值（）合金钢为了测量应变随试样截面高度的分布规律，应变片的粘贴位置如图3.3所示。这样可以测量试件上下边缘、 中性层及其他中间点的应变，便于了解应变沿截面高度的变化规律。由材料力学可知，矩形截面梁受纯弯时正应力公式为式中：M为弯距；y为中性轴至欲求应力点的距离；为横截面对z轴的惯性距。本实验采用逐级等量加载的方法加载，每次增加等量的载荷，测定各点相应的应变增量一次，即：初载荷 为零，最大载荷为5kN,等量增加的载荷为1 kN。分别取应变增量的平均值（修正后的值），求出各点 应力增量的平均值。（3.1）（3.2）把测量得到的应力增量与理论计算出的应力增量加以比较，从而可以验证公式的正确性。仪器设备：（1）WQ5纯弯曲梁实验装置。（2）DH3818静态电阻应变仪。（3）温度补偿块。实验步骤：（1）开电源，使应变仪预热约20分钟。（2）载荷为零时，调节应变仪初始读数为零或记录初始应变值（重复三次）。（3）加载。按箭头指示方向旋转加载手轮缓慢加载。本实验中第一级载荷P0=0.0kN，最大载荷Pmax= 5.0 kN，载荷增量=1.0 kN。记录每级载荷下各测点的应变值（包括正负号，负号表示压应变，正号 不显示）。（4）注意：载荷最大加至5.0 kN，不能超载；在测量过程中，尽量避免连接导线的晃动。（5）实验完毕将载荷卸为零，工具复原，经指导老师检查方可关闭应变仪电源。思考题：（1）影响实验结果准确性的主要因素是什么？（2）在中性层上理论计算应变值，这是为什么？第八章1.弯扭组合实验实验目的：1）用电测法测定平面应力状态下某一点处的主应力大小和主平面的方位角；2）测定空心圆轴试件上某一截面（贴有应变片）所承受的弯矩和扭矩；3）学习电阻应变花的应用。基本原理：（1）指定点的主应力大小和方向的测定将I-I截面B、D两点的应变片R4R6, R10R12按照单臂接法接入预调平衡箱，采用公共温度补偿 片，加载后测得B、D两点的-45, 0，45,已知材料的弹性常数可用下式计算主应力大小。主应力方向式中-45, 0，45，分别表示与薄壁管轴线成-45o，0o，45o方向上的应变。主应力大小和方向的测 定，也可选择其它点测点，但要在所选测点处粘贴应变片。（2）、弯矩、剪力、扭矩所分别引起的应变的测定（a）弯矩引起的正应变的测定用上下（即B、D）两测点0o方向的应变片按图3 （b）所示组成半桥线路，测得B、D两处由于弯矩M 所引起的正应变式中i为应变仪读数，eM为由弯矩M所引起的轴线方向的应变(b)扭矩Mn引起的剪应变的测定 用A、C两测点的-45o, 45o方向的四片应变片按图3 (c)组成全桥线路，可测得由扭矩Mn引起的剪应变式中eM为应变仪的读数应变。(C)剪力Q引起的剪应变的测定用A、C两测点的-45o，45o方向的四片应变片按图3 (d)组成全桥线路，可测得由剪力Q引起的剪应 变式中为EQi应变仪的读数应变(3) 、剪切弹性模量G的测定若已知载荷，可用下式计算扭矩引起的剪应力的理论值式中Mn为根据载荷计算的扭矩值，Wp为薄壁管抗扭截面模量。然后根据测得的扭矩引起的剪应变Yn，用下式计算剪切弹性模量仪器设备：微型控制电子万能试验机静态电阻应变仪游标卡尺实验步骤:A) 将数字测力仪开关置开，预热10分钟，并检查该装置是否处于正常实验状态B）将应变片按实验要求接至应变仪；C）逆时针旋转手轮，预置50N初载；D）对每片应变片用零读法，预调平衡或记录下各应变片的初读数；E）分级加载，以每级100N，加至400N,记录各级载荷下各应变片的应变读数（也可根据实验者需求， 另定加载方案）；F）实验完毕，卸去载荷，将测力仪开关置关；G）根据实验要求进行数据处理。注意事项：（1）每次实验时，必须先打开测力仪，方可旋转手轮，以免损坏实验装置（如传感器、薄壁管等）；（2）每次实验完，必须卸载，即测力仪显示为零或出现“一”号，再将测力仪开关置关；（3）该装置可加载450N，可超载150 N，超载会损坏实验装置。思考题：本次实验的误差是由哪些因素造成的？在圆管上表面与母线成45度和135度方向各黏贴一片应变片，当圆管受弯扭组合作用，其感受的应变值 是否不同？若不同哪个大？实验要求：1）画出单元体的各应力分量，找出各点的主单元，表示在薄壁圆筒的展开图中；2）根据实验数据，计算出主应力大小和方向，并与理论值进行比较。