材料力学实验指导书武汉科技大学城市学院
目录
一、学生实验守则
二、实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验
三、实验二低碳钢和铸铁的压缩实验
四、实验三低碳钢和铸铁的扭转实验
五、实验四纯弯曲梁正应力分布电测实验
六、实验五弯扭组合变形实验
学生实验守则
1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。2．按照排定的时间进行实验，不得迟到。
3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，应遵守实验室规则，保持室内安静、整洁。不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。
4．未听实验指导教师讲解设备使用之前，不得操作仪器设备。若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。
5．实验时应注意安全，爱护仪器、设备按照指定的方法、步骤进行实验，如有故障要及时报告老师处理，排除故障后，方能继续实验。
6．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据。
7．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
8．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。
9．认真独立做好实验报告，数据要独立整理、计算，图表要清晰、整齐，并认真回答问题讨论，实验报告要按时上交。
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验
一、实验目的要求
１．测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极
限b σ。
２．低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（L F ?-曲
线）。
３．较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器
CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等
安装试样及引伸计传感器
三、拉伸试件
金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。
l d 图1-1
为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即d l 5=或
d l 10=。
对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=，A 为标距段内的截面积。
低碳钢拉伸
铸铁拉伸
四、实验方法与步骤
一）、拉伸实验：
１、低碳钢的试件的准备：在试件中段取标距d l 10 既100mm 在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d （在每处的两个互相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。铸铁拉伸试件的准备用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d 取最小值作为计算试件横截面面积用。
２、操作步骤：
1）、开电脑显示器电源，开控制器电源，开主机电源；
2）、鼠标点击CMT5504/5105电子万能试验机SANS 图标，进入联机参数界面，进入控制操作界面；
3）、点击右侧上下按键使横梁上下移动至和适位置； 4）、根据试样形式装上相应夹头； 5）、设定试验方案和试验参数； 6）、传感器初值置零； 7）、安装试样及引伸计传感器；
8）、点击(运行)按钮，开始试验，强化阶段取下引伸计传感器，试验结束自动停止，点击生成试验报告；
9）、安装下一根试样，重复步骤8），直到所有试样全部试验结束； 10）、打印试验报告；
11）、关主机，关电脑显示器电源，关控制器电源，取下拉断的试件，将断裂的试件紧
对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度1l ，按下式可计算出低碳钢的延伸率
%1001?-=
l
l
l δ。 将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径1d ，计算出
面积1A ；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率ψ，
%1001
?-=
A
A A ψ 12）、清理试验现场。 二）、注意事项：
1、更换试样夹持装置时，注意装置重心，防止装置倾倒砸伤人员或砸坏试验机；
2、安装试样时注意尽可能对中；
3、试验时在试样周围设置护栏，以防试样断裂瞬间飞出伤人；
4、试验过程中发现意外情况，立即按下试验机机座上的红色急停按钮，请试验机管理人员检查。
5、试验完毕清理并恢复试验现场，请试验机管理人员检查试验机状况，做好试验记录。
五、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） 实验时如何观察低碳钢的屈服极限？
（3） 材料相同而标距分别为5 d 0和10 d 0的两种试件，其b s σσψδ、、、是否相同？为
什么？
实验二 低碳钢和铸铁的压缩实验
一、实验目的
（1）比较低碳钢和铸铁压缩变形和破坏现象。
（2）测定低碳钢的屈服极限σs 和铸铁的强度极限σb 。
（3）比较铸铁在拉伸和压缩两种受力形式下的机械性能、分析其破坏原因。 （4）熟悉压力试验机和万能试验机的使用方法。
一、实验仪器和设备
（1）CMT5504/5105电子万能试验机。 （2）游标卡尺。
三、 试件介绍
根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形试件。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3：2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2：1。试件均为圆柱体。
四、实验原理及方法
压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。
低碳钢压缩时也会发生屈服，但并不象拉伸那样有明显的屈服阶段。因此，在测定Ps 时要特别注意观察。在缓慢均匀加载下，当材料发生屈服时，读数增加缓慢甚至减小，这时
对应的载荷即为屈服载荷Ps 。屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷P b ,因此也得不到强度极限b σ，所以在实验中是以变形来控制加载的。
铸铁试件压缩时，在达到最大载荷P b 前出现较明显的变形然后破裂，此时试验机读数
迅速减小，读取最大载荷P b 值，铸铁试件最后略呈变形，断裂面与试件轴线大约呈450
。
五、实验步骤
1）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中最小一处的平均直径计算横截面面积。
2）将试件放在试验机活动台球形支撑板中心处。
3）、设定试验方案和试验参数；对于低碳钢，要及时记录其屈服载荷，超过屈服载荷后，继续加载，将试件压成鼓形即可停止加载。铸铁试件加压至试件破坏为止。 4）、初值置零；
5）、点击开始试验按钮，开始试验，试验结束自动停止，生成试验报告； 6）、安装下一根试样，重复步骤8），直到所有试样全部试验结束； 7）、打印试验报告；
六、实验结果
（1）读取记录低碳钢的屈服极限s σ
A P s
s =
σ （2.1） （2）读取记录铸铁的强度极限b σ
A P b
b =
σ （2.2） 其中2004
1
d A π=
，0d 为试件实验前最小直径。 七、思考题
（1）为何低碳钢压缩测不出破坏载荷，而铸铁压缩测不出屈服载荷？ （2）根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸作比较？ （3）通过拉伸与压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别？ （4）通过拉伸与压缩实验，比较铸铁的强度极限在拉伸和压缩时的差别？
实验三低碳钢和铸铁的扭转实验
一、实验目的
1．观察低碳钢的扭转破坏现象，并测定其剪切屈服极限τs和剪切强度极限τb；2．观察铸铁的扭转破坏现象，并测定其剪切强度极限τb。
二、实验设备
1．RNJ-500微机扭转实验机。
2．游标卡尺。
三、试件
采用圆形截面试件，直径d =10mm，标距l=100mm。
四、实验原理
金属材料的剪切机械性能，常用扭转破坏实验测定。由于试件受到扭矩作用后，材料完全处于纯剪切应力状态，因此，无论是塑性还是脆性材料，均可通过扭转破坏实验进行强度和塑性的测定。材料不同，其抗剪强度及破坏形式也就不同。对于低碳钢试件，当扭矩超过比例极限后，其横截面上的材料屈服区域逐渐由外向内扩展，直到占据大部分截面，这时，指示扭矩的测力几乎停止不动，但变形却在继续增加。
1.低碳钢扭转下屈服点sl τ（也可用屈服点s τ）、抗扭强度b τ的计算
n s
s W T 43=
τ
式中16
3
d W n π=为抗扭将截面模量。与求s τ相似，低碳钢的抗扭强度b τ可近似按下计算
n b b W T 43=
τ
2 .铸铁抗扭强度b τ的计算：铸铁的扭转曲线虽不是一直线，但是可以近似为一直线，其抗扭强度
b τ任可近似的与用圆轴受扭时候的剪应力公式计算，即
n b b W T =
τ
由于低碳钢材料在纯剪切应力状态下，其抗正断能力高于抗剪断能力，故低碳钢试件将沿最大剪应力所在的横截面剪断，断口平齐。呈现了切断的特征。而铸铁材料在纯剪切应力状态下，其抗正断能力低于抗剪断能力，所以，铸铁试件将从其表面某一最弱处，沿与轴
45螺旋状曲面被拉断，呈现正断断口的特征。
线呈的
五、实验方法与步骤
一）、低碳钢和铸铁的扭转实验：
１、试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d（在每处的两个互相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。
２、操作步骤：
1）、开电脑显示器电源，开控制器电源，开主机电源；
2）、鼠标点击电子扭转实验机图标，进入参数界面，单击主屏单菜通讯项点击联机按钮，
进入控制操作界面；系统显示窗口显示PC字样。
3）、根据试样形式，点击转动按键至使夹头转至和适位置；安装试样拧紧内螺栓；
4）、设定试验方案和试验参数；
5）、各数据初值置零；
6）、点击开始试验按钮，开始试验，试验结束自动停止，保存试验结果；
7）、提取试验结果，结果显示，读取各参数并记录；
8）、安装下一根试样，重复步骤8），直到所有试样全部试验结束；
9）、打印试验报告；
10）、关主机，关电脑显示器电源，关控制器电源，取下扭断的试件。
思考题
（1）低碳钢和铸铁在扭转破坏有什么不同想象？断口有何不同？试分析其原因。
（2）结合已经做过的拉伸、压缩和扭转试验，你能根据断口来判断试样的材料和受什么力而断裂破坏的吗？
实验四 纯弯曲梁正应力分布电测实验
一、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。
二、实验设备
（1）纯弯曲梁实验装置。
（2）YE2538A 程控静态电阻应变仪。 （3）温度补偿块。
三、实验原理和方法
纯弯曲梁实验装置如图4.1所示，简支于A 、B 两点，在对称的C 、D 两点通过杠杆加载使梁产生弯曲变形，CD 梁受纯弯曲作用。在梁承发生纯弯曲变形梁段的侧面上，沿与轴线平行的不同高度的线段上粘贴有五个应变片作为工作片，另外在梁的右支点以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片。
L
a
a
C
D
F/2F/2
b
h
y
z
10
101234
5
图4-1 矩形截面梁的纯弯曲
将五个工作片和温度补偿片的引线以1/4桥公共补偿法形式分别接入电阻应变仪后面板上的五个通道中，组成五个电桥（其中工作片的引线接在每个电桥的A 和B 端，温度补偿片接在电桥的补偿1端上）。
当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，工作片的电阻值将随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变值。根据胡克定律，可计算出相应的应力值。
由材料力学可知，矩形截面梁受纯弯时正应力公式为
z
y
I M ?＝
理σ 式中：M 为弯距；
y 为中性轴至欲求应力点的距离；
3z bh 12
1
＝
I 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P ?,测定各点相应的应变增量一次，即：初载荷为零，最大载荷为500N ，等量增加的载荷P ?为1 00N 。分别取应变增量的平均值（修正后的值）－
实ε?，求出各点应力增量的平均值－
实σ?。 －
实－
实＝εσ???E （4.1）
z
y
I M ???＝
－
理σ （4.2） 把测量得到的应力增量－
实σ?与理论计算出的应力增量－
理σ?加以比较，从而可以验证公式的正确性，把上述理论公式中的M ?按下式求出：
a 2
1
??=
?P M （4.3） 五、试验步骤
1．打开YE2538程控静态电阻应变仪电源，预热。 2．接线
将应变片1-8按多点1/4桥公共补偿法对各测量片接线，即将试样上的应变片分别接在应变仪所选1-8通道的A 、B 端。所选通道B 、B ˊ间的连接片均应连上。将补偿片接在补偿1的接线端子上。
3．设置参数
（1）测力通道（0通道）应设置二个参数。 按[
]、
键，0通道和全桥形式指示灯亮。（注：i ．[
]键的作用是保存数据，并
回到待用状态；ii ．若0通道指示灯未亮，而10通道指示灯亮，则再按一下[0/10]键，就能切换至0通道，因为0、10两通道共用[0/10]键）。
按[
]、[K]键，再按数字键设置校正系数2.04。（注：应在闪烁的数字设置）
按[]、[R]键，再按数字键设置载荷限值30000。（达30000就鸣叫报警，避免过载太多损坏试样。）
（2）对测应变的各通道分别设置参数，每个通道均应设置三个参数。
按[]、（选择通道对应的）数字键、所选通道指示灯亮。
按[]、[BRID]、[2]（或[3]）键，1/4桥和补偿1（或补偿2）指示灯亮。（注：按[BR1D]是设置桥路形式，“2”是使用补偿1的代号，“3”是使用补偿2的代号。设置的桥路形式应与接线一致）。
按[]、[K]键，再按数字键设置灵敏系数2.04。（注：按[K]键有二个含意：对测力通道是设置校正系数；对测应变通道是设置应变片的灵敏系数）。
按[]、[R]键，再按数字键设置电阻（120）。（注：按[R]键有二个含意：对测力通道是设置载荷限值；对测应变通道是设置应变片的电阻值）。
5．平衡各通道电桥。
使试样处于完全不受载状态，按[]、[BAL]键，BAL指示灯亮。再依次按各通道对应的数字键。仪器依次显示各通道的初始不平衡量，既1-8点有数字，并将该值存贮在仪器内。
6．测量
按[MEAS]键，MEAS指示灯亮。按1-8点数字为0时，再缓慢加载，力显示屏（左屏）数字从0开始不断增加。每增加100N加载，依次按各（应变通道对应的）数字键，右屏上就依次显示各点应变值，记录之。共加载五级计500N，然后卸载。重复5，6两步骤，共测量三次。数据应以表格形式记录。
注意：测量状态屏幕显示的力值是按[BAL]键以后增加的力。如果加载以后不卸载就按[BAL]键，则再按[MEAS]键以后，试样实际受的力将是按[BAL]以前的力值与屏幕显示值之和，使实际受力远远超过屏幕显示值，很可能导致试样甚至力传感器因过载而损坏。所以一定要卸载以后再平衡。
五、实验结果的整理
（1）求出各测量点在等量载荷作用下，应变增量的平均值－
测ε?。
（2）考虑到应变仪与应变片灵敏系数不同，按下式对应变增量的平均值－
测
ε?进行修正得
到实际的应变增量平均值－
实
ε?
－
测
片
仪
－
实
＝ε
ε?
?
K
K
（4.4）
式中片仪、K K 分别为电阻应变仪和电阻应变片的灵敏系数。
（3）以各测点位置为纵坐标，以修正后的应变增量平均值－
实ε?为横坐标，画出应变随试件高度变化曲线。
（4）根据各测点应变增量平均值－实ε?，计算测量的应力值－
实实＝εσ??E 。
（5）根据实验装置的受力图和截面尺寸，先计算横截面对z 轴的惯性距z I ，再应用弯曲应力的理论公式，计算在等增量荷载作用下，各测点的理论应力增量值z
y
I M ???＝－
理σ。 （6）比较各测点应力的理论值和实验值，并按下式计算相对误差
％－－
理
－
实
－理100????=
σσσe （4.5）
（7）在量的中性层内，因00＝，＝－
理理σσ?，故只需计算绝对误差。
（8）比较梁中性层的应力。由于电阻应变片是测量一个区域内的平均应变，粘贴时又不可
能正好贴在中性层上，所以只要实测的应变值是一个很小的数值，就可以认为测试是可靠的。 三、计算结果 1.实测各点正应力： σ1实
=E Δε1平均= （MPa ） σ2实
=E Δε2平均= （MPa ） σ3实
=E Δε3平均= （MPa ） σ4实
=E Δε4平均= （MPa ） σ
5实
=E Δε5平均= （MPa ）
2.理论各点正应力：
弯矩增量平均值 ΔM =1/2ΔF 平均a = （N ·mm ）
轴惯性矩 I z = 1/12 bh 3
= （mm 4
）
σ1理 = z ΙΜy 1
?= （MPa ）
σ2理 = z ΙΜy 2
? = （MPa ）
σ3理 = z
ΙΜy 3
?
= （MPa ）
σ4理 = z
ΙΜy 4
?
= （MPa ）
σ5理 =z
ΙΜy 5
?
= （MPa ）
3.相对误差：
测点编号 1 2
3
4
5
相对误差
实
实
理σσ-σ×
100%
六、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00≠实理，而有时实际测量＝εε，这是为什么？
实验五、弯扭组合变形实验
一、实验目的
1．测量薄壁圆管在弯曲和扭转组合变形下，其表面一点的主应力大小及方位。 2．掌握用电阻应变花测量某一点主应力大小及方位的方法。 3．将测点主应力值与该点主应力的理论值进行分析比较。 二、实验装置及仪器 1．弯扭组合变形实验装置
如图所示，装置上的薄壁圆管一端固定，另一端自由。在自由端装有与圆管轴线垂直的加力杆，该杆呈水平状态。载荷F 作用于加力杆的自由端。此时，薄壁圆管发生弯曲和扭转的组合变形。在距圆管自由端为L 1的横截面的A 上顶面和B 下底面处各贴有一个45°应变花如图。设圆管的外径为D ，内径为d ，载荷作用点至圆管轴线的距离为L 2。
簿壁圆管主应力测量装置
2．静态电阻应变仪。 3．游标卡尺、钢尺等。
三、试验步骤
1．打开应变仪电源，预热。 2．接线
将应变片1-6按上方A 点?-45ε、?0ε、?45ε下方B 点?0ε、?45ε、?-45ε的多点1/4桥公共补偿法对各测量片接线，即将试样上的应变片分别接在应变仪所选1-6通道的A 、B 端。所选通道B 、B ˊ间的连接片均应连上。将补偿片接在补偿1的接线端子上。
3．设置参数
（1）测力通道（0通道）应设置二个参数。
按[]、键，0通道和全桥形式指示灯亮。（注：i．[]键的作用是保存数据，并回到待用状态；ii．若0通道指示灯未亮，而10通道指示灯亮，则再按一下[0/10]键，就能切换至0通道，因为0、10两通道共用[0/10]键）。
按[]、[K]键，再按数字键设置校正系数2.08。（注：应在闪烁的数字设置）
按[]、[R]键，再按数字键设置限值30000。（达30000就鸣叫报警，避免过载太多损坏试样。）
（2）对测应变的各通道分别设置参数，每个通道均应设置三个参数。
按[]、（选择通道对应的）数字键、所选通道指示灯亮。
按[]、[BRID]、[2]（或[3]）键，1/4桥和补偿1（或补偿2）指示灯亮。（注：按[BR1D]是设置桥路形式，“2”是使用补偿1的代号，“3”是使用补偿2的代号。设置的桥路形式应与接线一致）。
按[]、[K]键，再按数字键设置灵敏系数2.08。（注：按[K]键有二个含意：对测力通道是设置校正系数；对测应变通道是设置应变片的灵敏系数）。
按[]、[R]键，再按数字键设置电阻（120）。（注：按[R]键有二个含意：对测力通道是设置载荷限值；对测应变通道是设置应变片的电阻值）。
5．平衡各通道电桥。
使试样处于完全不受载状态，按[]、[BAL]键，BAL指示灯亮。再依次按各通道对应的数字键。仪器依次显示各通道的初始不平衡量，既1-6点有数字，并将该值存贮在仪器内。
6．测量
按[MEAS]键，MEAS指示灯亮。按1-6点数字为0时，再缓慢加载，力显示屏（左屏）数字从0开始不断增加。每增加10N加载，依次按各（应变通道对应的）数字键，右屏上就依次显示各点应变值，记录之。共加载五级计50N，然后卸载。重复5，6两步骤，共测量三次。数据应以表格形式记录。
注意：测量状态屏幕显示的力值是按[BAL]键以后增加的力。如果加载以后不卸载就按[BAL]键，则再按[MEAS]键以后，试样实际受的力将是按[BAL]以前的力值与屏幕显示值之和，使实际受力远远超过屏幕显示值，很可能导致试样甚至力传感器因过载而损坏。所以一定要卸载以后再平衡。
7．对于应变增量线性程度有明显差异的测点或测量片，分析产生原因，重复以上实验步骤，取其几次实测值的算术平均值作为实验值。
四、实验数据处理
1、计算A点实测时的主应力和主方向
C 61`材料的拉伸压缩实验 一、实验目的 1.观察试件受力和变形之间的相互关系； 2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理 现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3.测定拉伸时低碳钢的强度指标（s 、b ）和塑性指标（、）；测定压 缩时铸铁的强度极限b。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。 二、实验设备 1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 三、实验材料 拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示： d l l 图1 拉伸试件图2 压缩试件 四、实验原理 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。 对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；
B 点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs 时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s =F s / A 0（A 0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。 图3 低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式b =F b /A 0计算强度极限（A 0为试件变形前的横截面积）。 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端面收缩率 ，即 %100001?-= l l l δ，%1000 1 0?-=A A A ψ 式中，l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度，A 1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换和处理， 并输入计算机，得到F-l 曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。 图4 铸铁压缩曲 线
材料力学实验指导书 §5 梁弯曲正应力电测实验指导书 1、概述 梁是工程中常用的受弯构件。梁受弯时，产生弯曲变形，在结构设计和强度计算中经常要涉及到梁的弯曲正应力的计算，在工程检验中，也经常通过测量梁的主应力大小来判断构件是否安全，也可采用通过测量梁截面不同高度的应力来寻找梁的中性层。 2、实验目的 1、用应变电测法测定矩形截面简支梁纯弯曲时，横截面上的应力分布规律。 2、验证纯弯梁的弯曲正应力公式。 3、观察纯弯梁在双向交变加载下的应力变化特点。 3、实验原理 梁纯弯曲时，根据平面假设和纵向纤维之间无挤压的假设，得到纯弯曲正应力计算公式为： Z I My =σ 式中：M —弯矩 Z I —横截面对中性层的惯性矩 y —所求应力点的纵坐标（中性轴为坐标零点）。 由上式可知梁在纯弯曲时，沿横截面高度各点处的正应力按线性规律变化，根据纵向纤维之间无挤压的假设，纯弯梁中的单元体处于单纯受拉或受压状态，由单向应力状态的胡克定律E *εσ=可知，只要测得不同梁高处的ε，就可计算出该点的应力σ，然后与相应点的理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式。 4、实验方案 4.1实验设备、测量工具及试件： YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm 游标卡尺、四点弯曲梁试件（图5.1）。 YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、分析等。 图5.1实验中用到的纯弯梁，矩形截面，在梁的两端有支撑圆孔，梁的中间段有四个对称半圆形分配梁加载槽，加载测试时，两半圆型槽中间部分为纯弯段，在纯弯段中间不同梁高部位、在离开纯弯段中间一定距离的梁顶及梁底、在加工有长槽孔部位的梁顶及梁底均粘贴电阻应变片。 4.2 装夹、加载方案 安装好的试件如图5.2所示。试验时，四点弯曲梁通过销轴安装在支座的长槽孔内，形成滚动铰支座。梁向下弯曲时，荷载通过分配梁等量地分配到梁上部两半圆形加载槽，梁向上弯曲时，荷载通 过分配梁等量地分配到梁下部两半圆形加载槽，分配梁的两个加载支滚，一个为滚动铰支座，一个为 图5.1 四点弯曲梁试件
第五章材料力学实验 5.1 拉伸 拉伸是材料力学最基本的实验，通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性能参数，如弹性模量、强度、塑性等。 一．实验目的 1．测定塑性材料的上下屈服强度R eH 、R eL 、抗拉强度R m 、断后延伸率Ａ和截面收缩率Z；测定脆性材料的抗拉强度R m； 2．掌握用引伸计测定塑性材料的弹性模量的方法； 3．绘制材料的载荷-位移曲线； 4．观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并比较它们力学性质的差异； 5．了解电子万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 二．仪器、设备及试件 电子万能材料试验机，引伸计，游标卡尺等。 最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图5.1-1（a）、（b）所示。 l）是待测部分的主体，其截面积为S0。按标试件分为夹持部分、过渡段和待测部分。标距（ l）与其截面积（S0）之间的关系，拉伸试件可分为比例试件和非比例试件。按国家标准GB228-2002距（ 的规定，比例试件的有关尺寸如下表5.1-1。 表5.1-1 三．实验原理
1．塑性材料弹性模量的测试 在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E ，也叫杨氏模量。因此金属材料拉伸时弹性模量E 的测定是材料力学最主要最基本的一个实验。 测定材料弹性模量E 一般采用比例极限内的拉伸实验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为： ES Fl l = ? （5.1-1） 若已知载荷F 及试件尺寸，只要测得试件标距内的伸长量Δl 或纵向应变即可得出弹性模量E 。 000 Fl F E lS S = =? （5.1-2） 本实验采用引伸计在试件预拉后，夹持在试件的标距范围内，并在弹性阶段测试；当进入过弹性阶段或屈服阶段，取下引伸计。其中塑性材料的拉伸实验不间断。 2．塑性材料的拉伸（低碳钢） 实验原理如图5.1-2（a ）所示，首先，实验各参数的设置由PC 传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接到测控中心，经相关程序计算后，再在PC 机上显示出各相关实验结果。 图5.1-2（b ）所示是典型的低碳钢拉伸图。 当试件开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率 低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B ′-C 段），与最高载荷B ′对应的应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。除此之外屈服过程中的最小值（B 点）作为屈服强度R e L ： el el F R S = （5.1-3） 当屈服阶段结束后（C 点），继续加载，载荷—变形曲线开始上升，材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点（如D 点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载，则加载曲线沿原卸载曲线上升到D 点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。可见
《材料力学》实验指导书（土木工程） 铜陵学院土木建筑系实验中心 王明芳编 2012-2-22
力学实验规则及要求 一、作好实验前的准备工作 （1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。 （2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。 （3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。 二、严格遵守实验室的规章制度 （1）课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。 （2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。 （3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。 （4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。 三、认真做好实验 （1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。 （2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。 （3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。 四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。
目录 实验一纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验 (4) 实验二材料弹性模量E、泊松比μ的测定 (7) 实验三偏心拉伸实验 (12) 实验四等强度梁实验 (16) 实验五悬臂梁实验 (18) 实验六压杆稳定实验 (21) 实验七纯扭转实验 (25) 实验八电阻应变片灵敏系数测定实验实验 (28)
课程教案 课程名称： 任课教师： 所属院部：建筑工程与艺术学院 教学班级： 教学时间：2015—2016 学年第 1 学期湖南工学院
1 实验一 拉伸实验 一、本实验主要内容 低碳钢和铸铁的拉伸实验。 二、实验目的与要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据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（F L -?曲线）。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 三、实验重点难点 1、拉伸时难以建立均匀的应力状态。 2、采集数据时，对数据的读取。 四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、启发、演示、辩论等；实验前对学生进行实验的理论指导和提醒学生实验过程的注意事项。 五、作业与习题布置 1、低碳钢拉伸图分为几阶段？每一阶段，力与变形有何关系？有什么现象？ 2、低碳钢和铸铁在拉伸时可测得哪些力学性能指标？用什么方法测得？
1 实验一 拉伸实验 拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。 一、实验目的要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据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（F L -?曲线）。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 二、实验设备和仪器 万能材料试验机、游标卡尺、分规等。 三、拉伸试件 金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。 为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即 5l d =或10l d =。 对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积 和试件标距关系为l = l =A 为标距段内的截面积。 四、实验方法与步骤
材料力学实验 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
实验一实验绪论 一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器： 100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C微机屏显式液压万能试验机；WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器： 弯曲测试系统；静态数字应变仪 二、应变电桥的工作原理 三、材料力学实验与材料力学的关系 四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位
实验二轴向压缩实验 一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法 金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。 低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样 越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不 到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样，记录数据 二、轴向压缩实验原始数据 指导老师签名：徐
三、轴向压缩数据处理 测试的压缩力学性能汇总 强度确定的计算过程： 实验三轴向拉伸实验 一、实验预习 1、实验目的 （1）、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E； （2）、测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。断后伸长率δ和断面收缩率； （3）、测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I．弹性模量E及强度指标的测定。（见图） 低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线 （1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1 =8，F 2 =11，F 3 =14，F 4 =17 ，F 5 =20 （单位：kN） 数据处理方法： 平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ（1） 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( （2）
试验一岩石单轴抗压试验 一、试验的目的： 测定岩石的单轴抗压强度R c。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。 二、基本原理 岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力: （MPa） 一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同，又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。 岩石的单轴抗压强度，常采用在压力机上直接压坏标准试样测得，也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行，或用其它方法间接求得。 三、主要仪器设备 1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。 2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。 3、压力机，应满足下列要求： (1)压力机应能连续加载且没有冲击，并具有足够的吨位，使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。 (2)压力机的承压板，必须具有足够的刚度，其中之一须具有球形座，板面须平整光滑。 (3)承压板的直径应不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时，需在试样上下两端加辅助承压板。辅助承压板的
刚度和平整度应满足压力机承压板的要求。 (4)压力机的校正与检验，应符合国家计量标准的规定。 三、操作步骤 1、试样制备 （1）样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块，在取样和试样制备过程中，不允许发生认为裂隙。 (2)试件规格：采用直径5厘米，高为10厘米的方柱体，各尺寸允许变化范围为：直径及边长为±0.2厘米，高为±0.5厘米。 （3）对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径之比宜为2.0～2.5。 （4）试样制备的精度应満足如下要求： a沿试样高度，直径的误差不超过0.03cm； b试样两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm； c端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°； d 方柱体试样的相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0.25°。 （4）试样含水状态处理 在进行试验前应按要求的含水状；制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。 （5）对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样 2、试样描述 描述内容包括：岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题； 3、试样尺寸测量
实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能 一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ψ。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l F ?-曲线）。 二、仪器设备 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。 三、实验原理简要 材料的力学性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷s F 时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷s F ，继续加载，测得最大载荷b F 。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂。 铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。 四、实验过程和步骤 1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。 2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。 3、 按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操 作要求见万能试验机使用说明。 4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的l F ?-曲线显示在微机显示屏 上。从低碳钢的l F ?-曲线上读取s F 、b F 值，从铸铁的l F ?-曲线上读取b F 值。 5、 测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。 6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l 。 7、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。
1,为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同? 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外). 2, 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状, 且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。. 3,分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏. 4,低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料? 答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。 通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。 5,试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 6, 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。 7, 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。 8,测G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。 9, 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.
工程力学实验指导书 主讲：林植慧 机械与汽车工程学院 SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING
实验一, 二 低碳钢(Q235钢)、铸铁的轴向拉伸试验 一、实验目的与要求 1．观察低碳钢(Q235钢)和铸铁在拉伸试验中的各种现象。 2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F ―Δl 曲线)及应力―应变曲线(σ―ε曲线)。 3．测定低碳钢拉伸时的比例极限P σ，屈服极限s σ、强度极限b σ、伸长率δ、断面收缩率ψ和铸铁拉伸时的强度极限b σ。 4．测定低碳钢的弹性模量E 。 5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。 6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。 二、实验设备、仪器和试件 1．微机控制电子万能试验机。 2．电子式引伸计。 3．游标卡尺。 4．低碳钢、铸铁拉伸试件。 三、实验原理与方法 材料的力学性能主要是指材料在外力作用下，在强度和变形方面表现出来的性质，它是通过实验进行研究的。低碳钢和铸铁是工程中广泛使用的两种材料，而且它们的力学性质也较典型。 试验采用的圆截面短比例试样按国家标准（GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》） 制成，标距0l 与直径0d 之比为5100 0或=d l ，如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。图中：0d 为试样直径，0l 为试样的标距。国家标准中还规定了其他形状截面的试样。 图 1-1 金属拉伸试验在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与电子万能试验机联机的计算机显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―l ?曲线)，如图1-2所示。低碳钢试样的拉伸曲线(图1-2a)分为弹性阶段，屈服阶段，强化阶段及局部变形阶段。如果在强化阶段
测量材料弹性模量E实验 一、实验名称 测定材料的弹性模量。 二、实验目的 1．掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法； 2．熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。 三、实验设备及仪器 1．CEG-4K型测E试验台 2．球铰式引伸仪 四、试样制备 1. 试样：Q235钢，如图所示，直径d=10mm，标距L=100mm。 2、载荷增重ΔF=1000N（砝码四级加载，每个砝码重25N，初载砝码一个，重16N，采用1：40杠杆比放大） 五、实验原理 实验时，从F0到F4逐级加载，载荷的每级增量为1000N。每次加载时，记录相应的长度变化量，即为ΔF引起的变形量。在逐级加载中，如果变形量ΔL 基本相等，则表明ΔF与ΔL为线性关系，符合胡克定律。完成一次加载过程，将得到ΔL的一组数据，实验结束后，求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平，代入胡克定律计算弹性模量。即
EA l F l ? ? = ? ?001 .0 备注：引伸仪每格代表0.001mm。 六、实验步骤及注意事项 1．调节吊杆螺母，使杠杆尾部上翘一些，使之与满载时关于水平位置大致对称。 2．把引伸仪装夹到试样上，必须使引伸仪不打滑。 注意：对于容易打滑的引伸仪，要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。引伸仪为精密仪器，装夹时要特别小心，以免使其受损。采用球铰式引伸仪时，引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°左右的角度。 3．挂上砝码托。 4．加上初载砝码，记下引伸仪的初读数。 5．分四次加等重砝码，每加一次记录一次引伸仪的读数。注意：加砝码时要缓慢放手，以使之为静载，防止砝码失落而砸伤人、物。 6．实验完毕，先卸下砝码，再卸下引伸仪。 七、数据处理 1. 记录相关数据 分级加载初载一次加载二次加载三次加载四次加载引伸仪读数L0= L1= L2= L3= L4= 2.计算 （1）各级形变量的计算 分级加载一次加载二次加载三次加载四次加载平均值形变量ΔL1= ΔL2= ΔL3= ΔL4= ΔL平=
材料力学实验指导书 (2007版) 中国海洋大学工程学院土木工程实验中心 编者：郭卫国
学生实验守则 一、实验前要认真预习，明确实验内容、原理、目的、步骤和注意事项；课外 实验研究项目，实验前应拟定实验方案，并经实验室管理人员审查同意方 可实施； 二、学生在教师的指导下自主进行实验，要严格遵守仪器设备操作规程，节约 使用实验材料和水、电、气，如实记录实验现象、数据和结果，认真分析，独立完成实验报告； 三、爱护仪器设备及其他设施、物品，不得擅自动用与实验无关的仪器设备和 物品；不准擅自将实验室的物品带出室外；损坏或遗失仪器设备及其他设施、物品，应按学校有关规定进行赔偿； 四、实验完毕后，要及时关闭电源、水源、气源，清理卫生，将仪器设备和实 验物品复位，经指导老师检查合格后方可离开； 五、注意安全，熟悉安全设施和事故处理措施，实验过程中发现异常情况要及 时报告；发生危险时，应立即关闭电源、水源、气源，并迅速撤离；规范处理实验废液、废气和固体废弃物； 六、遵守纪律，必须按规定或预约时间参加实验，不得迟到、早退、旷课；保 持实验室安静，不准大声喧哗、嬉闹，不准从事与实验无关的活动；保持 实验室清洁，不准吸烟，不准随地吐痰、乱扔杂物。 前言 实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力－应变的线性关系就是胡克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面，因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计中的强度、刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数，
专业： 学号： 姓名： 西南交通大学峨眉校区力学实验中心 一、学生实验须知 1．学生进入实验室，要严格遵守实验室的各项规章制度，服从指导教师的安排； 2．严禁在实验室大声喧哗和嬉戏； 3．保持实验室周围的整洁，不乱扔纸屑、果皮，不随地吐痰，严禁吸烟；4．实验前应预习实验内容，弄清实验目的、原理和方法； 5．实验过程中应严肃认真，严格按照规定步骤操作，自己动手完成，及时记录和整理实验数据，不得转抄他人数据，要培养自己严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力； 6．使用仪器设备时，应严格遵守操作规程，若发现异常现象应立即停止使用，并及时向指导教师报告。如果因违反操作规程（或未经许可使用）而造成设备损坏，应按学校有关规定赔偿损失。 7．实验结束后，应将仪器设备和桌凳整理好并归还原位，协助打扫实验室卫生，经指导老师检查合格后方能离开实验室； 8．学生应按时（最迟不超过一周时间）上交实验报告，以供老师批改统计成绩。 - 1 - 二、实验仪器设备介绍
（一）材料力学多功能组合实验台 材料力学多功能组合实验台（以下简称实验台）是方便学生自己动手做材料力学电测实验的设备，配套使用的仪器设备还有：拉压型力传感器、力&应变综合参数测试仪、电阻应变片、连接导线与梅花改刀等，并配有计算机接口，可实现数据的计算机自动采集与计算。一个实验台可做多个电测实验，功能全面，操作简单，实验台结构如图2-1所示。 图2-1 材料力学多功能组合实验台 实验台为框架式整体结构，配置有拉压型力传感器及标准测点应变计(在试件待测点表面粘贴的电阻应变片)，通过力&应变综合参数测试仪（以下简称测试仪）实现力与应变的实时测量。实验台分前后两半部分，前半部分可做弯扭组合变形实验、材料弹性模量与泊松比测定实验、偏心拉伸实验、压杆稳定实验、悬臂梁实验、等强度梁实验；后半部分可做纯弯曲梁正应力测试实验、电阻应变片灵敏系数标定实验、组合叠梁实验等。 操作规程如下： (1) 将所作实验的试件通过有关附件连接到架体相应位置，连接拉压型力传感器和加载件到加载机构上。 (2) 连接拉压型力传感器电缆线到测试仪后面传感器输入插座，连接电阻应变片导线到测试仪的各个测量通道接线柱上。 (3) 打开测试仪电源，预热约20分钟左右，输入力传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般首次使用时已调好，如实验项目及力传感器没有改变，可不必重新设置），在不加载（加力点上下未接触）的情况下将测力初值和应变初值调至零。 (4) 在初始值以上对各试件进行分级加载，转动手轮速度要均匀，记下各级力值和待测点各通道的应变值，若已与微机连接，则全部数据可由计算机进行分析处理。
材料力学实验指导书 河北科技大学建筑工程学院 2005年2月
目录 实验一拉伸实验 (2) 实验二压缩实验 (7) 实验三纯弯曲梁的正应力实验 (10) 实验四材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (14) 附录1 微控万能材料实验机 (19) 附录2 组合式材料力学多功能实验台 (20) 附录3 电测法的基本原理 (22)
实验一 拉伸试验 一、实验目的和实验要求 1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力s σ和抗拉强度b σ。 2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。 3.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度b σ。 4.绘制低碳钢和灰铸铁的应力应变图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。 5.学习和掌握材料的力学性能测试的基本实验方法。 二、实验原理 1．为了检验低碳钢拉伸时的机械性质，应使试样轴向受拉直到断裂，在拉伸过程中以及试样断裂后，测读出必要的特征数据（如；P S 、P b 、l 1、d l ）经过计算，便可得到表示材料力学性能的四大指标：σs 、σb 、δ、ψ。 2．铸铁属脆性材料，轴向拉伸时，在变形很小的情况下就断裂，故一般测定其抗拉强度极限 σb 。 三、实验方法 按照国家标准《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 实验开始后，观察实验软件绘出的拉伸过程中的σ-ε曲线，直至试件拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性质。
材料力学实验报告答案 Prepared on 22 November 2020
材料力学实验报告 评分标准 拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（P－ΔL曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度0.02 mm 三、实验数据（2分）
四、实验结果处理 （4分） 0A P s s = σ ＝300MPa 左右 0 A P b b = σ ＝420MPa 左右 ％10000 1?-= L L L δ ＝20～30％左右 ％＝ 1000 1 0?-A A A ψ ＝60～75％左右 五、回答下列问题（2分，每题分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。 略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同为什么 相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。 压缩实验报告 一、实验目的（1分）
1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb 。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备 （1分） 机器型号名称电子万能试验机 （分） 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm （分） 三、实验数据（1分） 四、实验结果处理 （2分） A P b b = σ =740MPa 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。 略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。 略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫
§1－1 轴向拉伸实验 一、实验目的 1、 测定低碳钢的屈服强度eL R （s σ）、抗拉强度m R （b σ）、断后伸长率A 11.3（δ10）和断面收缩率Z （ψ）。 2、 测定铸铁的抗拉强度m R （b σ）。 3、 比较低碳钢?5（塑性材料）和铸铁?5（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。 注：括号内为GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。 二、设备及试样 1、 电液伺服万能试验机（自行改造）。 2、 0.02mm 游标卡尺。 3、 低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段L 0十等分，并刻画出圆周等分线。 4、 铸铁圆形横截面非比例试样一根。 注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标距0L 与原始横截面积0S 的关系满足00S k L =。比例系数k 取5.65时称为短比例试样，k 取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数k 取5.65。非比例试样0L 与0S 无关。 三、实验原理及方法 低碳钢是指含碳量在0.3％以下的碳素钢。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸时表现出的力学性能也最为典型。 ΔL （标距段伸长量） 低碳钢拉伸图（F —ΔL 曲线） 以轴向力F 为纵坐标，标距段伸长量ΔL 为横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图，即F —ΔL 曲线。低碳钢的拉伸图如上图所示，F eL 为下屈服强度对应的轴向力，F eH 为上屈服强度对应的轴向力，F m 为最大轴向力。 F —ΔL 曲线与试样的尺寸有关。为了消除试样尺寸的影响，把轴向力F 除以试样横截面的原始面积S 0就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ表示。同样，试样在标距段的伸长ΔL 除以试样的原始标距ＬO 得到名义应变，也叫工程应变，用ε表示。σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状相似，但消除了儿何尺寸的影响，因此代表了材料本质属性，即材料的本构关系。
第一章绪论 §1.1 材料力学实验的内容 实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化，实际构件典型化，公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度，刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂，构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据，这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此，材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容： 1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料在变形、强 度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈服极限（屈服强度）、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。此外，材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展，各种新型合金材料、合成材料不断涌现，力学性能的测定，是研究每一中新型材料的重要任务。 2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的，例如杆件 的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。 3.实验应力分析某些情况下，例如因构件几何形状不规则，受力复杂或精确的边 界条件难以确定等，应力分析计算难于获得准确结果。这时，用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。§1.2 材料力学试验的标准、方法和要求 材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等，虽是材料的固有属性，但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境（温度、介质）等有关。为使实验结果能相互比较，国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。
材料力学实验指导书(工科类专业)
材料力学实验指导书(工科类专业)
实验一 拉伸实验 一、 实验目的 1.测定低碳钢的屈服强度eL R （s σ）、抗拉强度m R （b σ）、断后伸长率A 11.3（δ10）和断面收缩率Z （ψ）。 2.测定铸铁的抗拉强度m R （b σ）。 3.比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。 注：括号内为GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。 二、 设备及试样 1.电液伺服万能试验机。 2.0.02mm 游标卡尺。 3.低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段L 0十等分，并刻画出圆周等分线。 4.铸铁圆形横截面非比例试样一根。 注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标距0L 与原始横截面积0S 的关系满足00S k L =。比例系数k 取5.65时称为短比例试样，k 取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数k 取5.65。非比例试样0L 与0 S 无关。
三、实验原理及方法 低碳钢是指含碳量在0.3％以下的碳素钢。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸时表现出的力学性能也最为典型。 ΔL （标距段伸长量） 低碳钢拉伸图（F —ΔL 曲线） 以轴向力F 为纵坐标，标距段伸长量ΔL 为 横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图，即F —ΔL 曲线。低碳钢的拉伸图如上图所示，F eL 为下屈服强度对应的轴向力，F eH 为上屈服强度对应 的轴向力，F m 为最大轴向力。 F —ΔL 曲线与试样的尺寸有关。为了消除 试样尺寸的影响，把轴向力F 除以试样横截面的原始面积S 0就得到了名义应力，也叫工程应力， 用σ表示。同样，试样在标距段的伸长ΔL 除以试样的原始标距ＬO 得到名义应变，也叫工程应
材料力学实验报告 院系 班级 学号 姓名
实验一金属材料拉伸实验 实验日期： 同组成员： 一．实验目的 1．测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和断面收缩率。 2．测定铸铁的强度极限。 二．实验设备 1．万能材料试验机 2．游标卡尺 三．实验步骤 1．用游标卡尺在试件标距长度内取三处，测每一处截面两个相互垂直方向的直径，取其平均值。最后以三处平均值中最小值作为试件的直径。 2．选择试验机的量程 根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。 3．打开电源开关，打开油泵开关，关上回油阀，打开送油阀，将工作台抬高1-2厘米，消除自重，关上送油阀。 4．装夹试件，调读盘零点。 5．打开送油阀，缓慢加载，测试并观察，记录相关数据。 6．试件拉断后，关上送油阀，将试件取出，记录相关数据，测试件断后标距及断后直径。 7．实验整理 四、实验记录及实验结果： 1、试件尺寸记录 - 1 -
2、载荷及计算结果 3、绘出低碳钢和铸铁的P-ΔL图 五、实验结论与分析： 1、分析比较两种典型金属材料的抗拉机械性能。 2、国家标准《金属拉伸实验方法》（GB228-87）中规定拉伸试样分为短试样和长试样，对同一材质、 同一直径的圆形试样，短试样和长试样的断后延伸率是否相同？若不一样哪个大？ - 2 -
实验二铸铁材料压缩实验 实验日期： 同组成员： 一．实验目的 1．测定铸铁抗压强度极限σb。 2．观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象。 二．实验设备 1．万能材料试验机 2．游标卡尺 三．实验步骤 1．测量试件直径 用游标卡尺在试件相互垂直方向的直径各测一次，取其平均值。 2．选择试验机的量程 根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。 3．打开电源开关，打开油泵开关，关上回油阀，打开送油阀，将工作台抬高1-2厘米，消除自重，关上送油阀。 ４．安装试件，注意载荷对中。调读盘零点。 ５．打开送油阀，缓慢加载，测试并观察，试件压断后，关上送油阀，将试件取出，记录相关数据。 四、实验记录及实验结果： 1、试件几何尺寸记录 2、实验数据记录及处理 五. 实验结论与分析： 1、铸铁的破坏形式说明什么问题？ 2、铸铁压缩与拉伸破坏端面形状有什么不同？ - 3 -
材料力学实验报告答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
材料力学实验报告 评分标准 拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、 ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（P－ ΔL曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度0.02 mm 三、实验数据（2分）
四、实验结果处理 （4分） 0A P s s = σ ＝300MPa 左右 0 A P b b = σ ＝420MPa 左右 ％10000 1?-= L L L δ ＝20～30％左右 ％＝ 1000 1 0?-A A A ψ ＝60～75％左右 五、回答下列问题（2分，每题分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。 略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同为什么 相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。 压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb 。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。
机器型号名称电子万能试验机 （分） 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm （分） 三、实验数据（1分） 四、实验结果处理 （2分） A P b b = σ =740MPa 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。 略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。 略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫 当试件的两端稍有不平行时，利用试验机上的球形承垫自动调节，可保证压力通过试件的轴线。 4. 对压缩试件的尺寸有何要求为什么 试件承受压缩时，上下两端与试验机承垫之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受阻，导致测得的抗压强度比实际偏高。试件越短，影响越明显。 若试件过长，容易产生失稳现象。 5. 铸铁的压缩破坏形式说明了什么 铸铁的抗剪能力低于抗压能力。 测定弹性模量E 实验报告 一、实验目的 （1分） 1. 测定常用金属材料的弹性模量Ｅ 二、实验设备 （1分） 机器型号名称 电子万能试验机 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm 引伸计标距 50 mm