材料力学实验指导书20140903.doc

PAGE   PAGE 23 目 录 实验一 金属材料的拉伸试验…………………………………（2） 实验二 金属材料的压缩试验…………………………………（5） 实验三 纯弯梁的正应力试验…………………………………（7） 实验四 等强度梁试验 ……………………………………… （11） 实验五 同心拉杆试验…………………………………………（16） 实验六 弯扭组合变形试验…………………………………… (18) 实验一 金属材料的拉伸试验 一、实验目的 1．测定低碳钢的拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率。 2．测定铸铁的拉伸强度极限。 3．观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中所出现的各种变形现象，并根据断口情况分析材料的破坏原因。 二、实验设备和仪表 1. 电子万能试验机或液压万能试验机 2. 游标卡尺 三、试件 标准拉伸试件???般由工作部分、过渡部分和夹持部分三部分组成，如图1-1所示。图中工作部分的长度称为标距，称为平行长度。为得到合理的实验结果，试样各部分有一定的加工要求，一般地，工作部分必须有一定的光滑度，以使之受均匀分布的轴向应力作用；过渡部分必须有适当的倒角以降低由于截面的变化而导致的应力集中；两端较粗的夹持部分应有适当的粗造度以便夹紧试件。 图 1-1 圆截面试件 考虑到试件尺寸和形状对材料塑性性质的影响，国标GB6397-86对试件的尺寸和形状分别作了标准化规定：对于圆形截面的试件，加工成或 ；对于矩形截面试件，加工成或的标准试件或比例试件。此外，对于圆截面试件其平行长度加工尺寸还应不小于；矩形截面试件的不小于。 四、实验原理及方法 低碳钢属塑性材料，在拉伸实验过程中，其曲线如图1-2所示，大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。 实验刚开始，由于试件和卡头之间存在空隙，因而曲线的开始阶段为一曲线（图1-2段），这一阶段的曲线形状只与试件的装载情况有关，在数据处理时一般将其剔除。 （1）弹性阶段 随载荷缓慢增加，测力指针匀速移动，曲线呈现一段斜直线，直线的斜率反映了材料单位长度的抗拉性能（）该阶段的变形与载荷呈线性关系。 （2）屈服阶段 弹性阶段过后，进入屈服阶段，以初始瞬时效应之后测力指针无规则波动时所指向的最小载荷作为材料的屈服极限。此阶段曲线呈接近水平线的小锯齿形线段，表明载荷有小的波动但变形加快，材料进入塑性阶段。此时，如果试件表面光洁度较高，还可看见45°方向的滑移线。 图1-2低碳钢拉伸曲线 （3）强化阶段 屈服阶段过后，进入强化阶段。此阶段材料因塑性变形使其内部的晶粒结构，恢复了对变形的抵抗能力，载荷又会有所上升，变形量也随之加大。 （4）颈缩阶段 在载荷达到最大载荷以前，变形在试件标距范围内基本上是沿长度均匀变化的。当载荷达到材料的极限载荷时，试件的某一局部会发生显著变形，出现“颈缩”现象，主动针迅速倒退，试件被拉断。材料的极限载荷可由从动针位置读出。 铸铁属脆性材料，拉伸时P-Δl曲线（图1-3）没有直线部分，变形小，无屈服和颈缩现象，试件很快达到最大载荷而突出断裂，其拉伸强度极限远小于低碳钢的强度极限。断口平直、粗糙、且垂直于轴线。 图1-3铸铁拉伸曲线 五、实验步骤 1．打标距l0:（1）低碳钢：在试件中段取l0=5d0或10d0（d0为名义直径），用冲子打两个标记。 （2）铸铁：不打标距。 2．用游标卡尺在试件中和两端三个地方互相垂直的两个方向各测量一次，以其各点平均走私的最小值计算初始横截面面积A0。 3．根据试件横截面面积和材料的大致强度极限，估算出实验所需的最大载荷，选择相应的液压式试验机测力度盘和摆铊。 4．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，如打滑应重新安装。 5．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。对于低碳钢试件，当测力指针不动或倒退时，说明材料开始屈服，记录初始瞬时效应之后指针各次摆动时的最低值，作为材料的屈服载荷。再继续加载，直至试件断裂后停机，由被动针读出最大载荷。对铸铁试件，拉断后记下最大载荷。 6．试件拉断后，取下试件，观察断口。将断裂试件的两端靠紧、对齐，用游标卡尺测出低碳钢试件断裂后的标距长度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）。 7．实验完毕，仪器设备恢复原状，清理现场，并检查实验记录是否齐全，请指导教师签字后离开。 六、实验结果处理 1．低碳钢拉伸： （1）根据测得的屈服载荷和极限载荷计算材料相应的屈服极限和强度极限： 式中为试件的初始横载面面积。 （2）根据拉伸前后试件的标距长度、和横截面面积、，计算出