材料力学试验指导书模板

实验一材料力学万能试验机的认识

一、液压式材料万能试验机

图1为油压式万能试验机，利用油压加力，可作拉伸、压缩、剪切、弯曲等实验。

1 .构造原理：图1为万能试验机的构造原理图，分为加力、测力、自动绘图三个部分。

(1)加载系统：加载系统由油箱、油缸、工作台、机座等组成。机座14、光滑立柱7及上 横梁6固定不动，开动马达后，油泵将油经过送油阀17和油管③送至工作油缸内，推动活塞5 带动工作台11上升。若试件放在工作台11上，则受压缩。试件受力的大小与油压的大小成正 比关系。

(2)测力系统：测力为重摆平衡式。试件受力后，油缸内油压逐渐增加，高压油经油管④ ⑤进入到测力油缸(28) rt,使测力活塞(27)向下移动，通过连杆(26),使摆锤摆起, 推动齿杆(21)带动齿轮(15),即可使指针转动，从而由示力盘上得到相应的载荷。更 换摆锤重量，即可得到不同的测力范围。

(3)绘图系统：记录仪。

图1万能试验机结构原理图

L马达2.上支架3.螺杆4.工作油缸5.活塞6.上横梁7.光滑立柱S.压板9.支座10.夹头1L工作台12.夹 头1 3 .手柄1 4 .机座1 5 .齿轮1 6 .指针1 7 .送油阀1 S .油泵1 9 .马达2 0 .度盘2 1 .齿杆 22.推杆23.回油阀24.摆杆25.平衡锤26.连杆27.测力活塞28.测力油缸29.油箱30.摆锤

2.操作方法：

① 选择力盘。根据试件尺寸和实验要求，选择合适的测力范围，加上相应的摆锤。

②选择合适的夹具及其附件。

③调整零点：开启马达，将油打入工作油缸，使工作台稍微升起，以平衡掉工作台自 重，然后旋转齿杆21,使示力盘指针指零。

④ 安装试件。作压缩实验，试件放在工作台的中心：如果作拉伸实验，则将试件夹入 上、下夹头12、10中。

⑤调整好自动绘图装置。

⑥加载实验。加载前检查各油阀是否关闭，然后开动马达，微开送油阀，缓慢加载。

⑦卸载。实验完毕后，打开回油阀退油，关闭电门。

3.注意事项

①开马达前，应将送油阀，回油阀都关闭。

②为保证均匀缓慢加载，特别是试件将要受力时，送油阀不应开得过大，以防过载。

③试件受力后及加载，卸载过程中，不准开动上支架马达，以免损坏机器。

④送油阀不要关得过紧，以免损坏阀针。

二、电子万能材料试验机

微机控制电子式万能试验机是配备全数字化测量控制系统的新型试验机，它主 要用于橡胶、塑料、纸张、皮革、金属丝、金属箔、织物、线绳、胶带、粘结剂等 材料拉伸、剥离等力学性能试验。适用于工矿企业的质量检测、大专院校的教学，

科研单位的材料研究。

特点：

1、它具有准确的加载速度和测力范围，能实现恒荷载、恒应变和恒位移自动控制， 也有低周循环荷载、循环变形和循环位移的功能；

2、试验机配有计算机测控系统，可通过键盘设置试验条件并进行操作；实验后可直 接由计算机显示和打印试验曲线和试验结果

3、试验机一般为门式框架结构，紧凑，体积小，重量轻。

三、材料力学实验开放式教学平台

YDD-1型多功能材料力学试验机是针对《材料力学》实验教学开发的新型试验设备，能够完 成《材料力学》教学大纲规定的基本试验。包括典型材料的拉压试验、测定材料弹性模量和

泊松比的试验、扭转试验、剪切实验、梁弯曲正应力电测试验、弯扭组合正应力电测实验、 等强度梁实验及压杆稳定实验等。

可完成的试验

在YDD-1型多功能材料力学试验机上可进行如下的实验

1、金属材料拉伸、压缩试验

2、金属材料压缩试验

3、金属材料正、反向反复扭转试验

4、拉、压交变加载弹性模量E及泊松比口电测试验

5、正、反向扭转测G试验

6、不同支座形式的梁交变弯曲电测试验

7、交变加载带内压弯扭管弯扭组合电测试验

8、带侧向干扰压杆稳定电测试验

9、交变加载等强度梁电测试验

10、压力容器电测试验

11、偏心拉伸、偏心压缩电测试验

与传统试验机与组合实验台相比主要有以下特点：

1、最为基本的拉压、扭转、弯扭试验组合在同一设备上完成；

2、国标试件最小夹头设计，有利于试件的快速装夹。

3、加载采用单实验空间的拉、压反复加载方式，方便实现拉压交变加载：

4、可进行油缸类压力容器应力状态电测实验，可演示不同方向应力变化对应变的 影响综合性、设计性实验等。

5、扭转加载采用双向扭转方式，可进行反爱双向扭转的综合性实验。

6、带侧向干扰的压杆稳定实验装置可准确按压杆失稳定义演示压杆失稳现象。

7、所有被测参量均采用电测的方式，数据采集系统采样通道多、采样频率高、采 样种类多。设置8个并行通道（可扩展至128通道），可进行应变、电压、脉冲计数等测量, 采样频率可达200Hzo 8、在测试过程中以窗口的形式显示各种测试数据的实时曲线、X-Y曲线、棒图等, 每个窗II 4条曲线，最多可开设16个窗口。在实验过程中可随时增加、减少观测窗口的数 量及排列方式，随意调整窗M的测量通道及坐标、曲线颜色等窗【I参数。

9、实验过程可通过设置报警参数达到自动控制反向加载的功能，且可在实验过程 中不停止数据采集的情况下修改报警参数，有利于实验的循序渐进确保证试件的安全。

10、配备摄像头、屏幕实时拷贝软件等可将试验操作过程、实验现象、实验数据 同步保存。同时非常方便教师制作实验教学多媒体课件。

11、加载方式可连续加载也可分级加载，实验过程中不需记录数据，实验完成后 可对实验数据进行二次非线性修正分析，进行不同通道数据的四则运算，并可将数据转化为 Excell. Mat

lab.位图文件等数据格式，方便数据的调用与二次分析。

12、配有双主机的同步网络教学系统，教师讲解时可将带有试验机的1号教师机 上的内容同步地传输到每一台学生机上。

13、开发了 “《材料力学》实验开放式实验教学平台”，该平台将实验指导书、 实验预习报告、实验报告、实验数据库、实验过程视频讲解、实验过程动画演示、数据采集 分析环境、相关文献等与实验教学有关的内容以网站的形式链接在一起，学生在实验前可分 析以往的实验数据，实验过程中根据自身的情况观看不同的教学课件，自行掌握实验进度, 学生可在无教师讲解的情况下独立完成实验设备操作，达到开放式实验教学的目的。

14、在教师机的桌面上设有学生机主机电源控制按钮，实验前教师根据学生对实 验的了解程度决定是否可以开机实验，实验过程中教师如发现学生有安全隐患可直接关闭任 意一台学生机的主机，以确保实验安全。实验二拉伸实验

1、概述

常温、静载作用下（应变速率W10-】）的轴向拉伸实验是测量材料力学性能中最基本、 应用最广泛的实验。通过拉伸实验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、 断裂等力学性能指标。这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料 开发都有极其重要的作用。

2、实验目的

2.1 测定低碳钢的下列性能指标：两个强度指标流动极限q、强度极限/，两个塑性指标

断后伸长率5、断面收缩率°；测定铸铁的强度极限6,。

2.2 观察上述两种材料在拉伸过程的各种实验现象，并绘制拉伸实验的F- A1曲线。

2.3 分析比较低碳钢（典型塑性材料）和铸铁（典型脆性材料）的力学性能特点与试样破坏 特征。

2.4 了解实验设备的构造和工作原理，掌握其使用方法。

3、实验原理

对一确定形状试件两端施加轴向拉力，使有效部分为单轴拉伸状态，直至试件拉断， 在实验过程中通过测量试件所受荷载及变形的关系曲线并观察试件的破坏特征，依据一定的 计算及判定准则，可以得到反映材料拉伸试验的力学指标，并以此指标来判定材料的性质O 为便于比较，选用直径为10mm的典型的塑性材料低碳钢Q235及典型的脆性材料灰铸铁 HT200标准试件进行对比实验。常用的试件形状如图1.1所示，实验前在试件标距范闱内有 均匀的十等分线。典型的低碳钢（Q235）的F-AL曲线和灰II铸铁（HT200）的F-AL曲线

图1.1常用拉伸试件形状

如图1.2、图L3所示。

图1.2 低碳钢拉伸F—AL曲线

F「比例伸长荷载；艮一弹性伸长荷载；上屈服荷载;

F」一下屈服荷载；F「极限荷载：断裂荷载 图1.3铸铁拉伸F—AL曲线

Fb-极限荷载 低碳钢Q235试件的断口形状如图1. 4所示, 铸铁HT200试件的断口形状如图1. 5所示，

图1.4低碳钢Q235试件拉伸实验断I I形式

观察低碳钢的F-4L曲线，并结合受力过程中试件的变形，可明显地将其分为四个阶 段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段。

图1.5铸铁HT200试件拉伸实验断I I形式

这样通过对低碳钢拉伸实验过程中F -AL曲线的分析就可以得到反映低碳钢抵抗拉 伸荷载的力学性能指标：屈服强度：抗拉强度：crb,延伸率：55/J10,断面收缩率: (P，断裂应力：crk o

同样通过对铸铁试件F-AL曲线的分析就可以得到反映铸铁抵抗拉伸荷载的相应力 学性能指标，对于典型的脆性材料铸铁，观察其F-AL曲线可发现在整个拉伸过程中变形 很小，无明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段，在达到最大拉力时，试样 断裂。观察实验现象可发现无屈服、颈缩现象，其断II是平齐粗糙的，属脆性破坏但由于铸 铁在拉伸实验过程中没有表现出塑性指标，所以，在拉伸实验过程中我们只能测得其抗拉强 度：/。

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、标准低碳钢、铸铁拉伸试件（图

图1.8 YDD-1型多功能材料力学实验机

1. l)o

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。

试件采用标准圆柱体短试件，为方便观测试件的变形及判定延伸率，试验前需用游标卡 尺测量出试件的最小直径，并根据试件的最小 直径（d0 ）确定标距的长度（L。，需进行必 要的修约），并在标距长度内均匀制作标记，为 方便数据处理，通常将标距长度10等份刻痕。 4.2装夹、加载方案

安装好的试件如图L 9所示。实验时，装 有夹头的试件通过夹头与试验机的上、下夹头 套相联接，上夹头套通过皎拉杆与试验机的上 横梁呈校接状态，实验时，当油缸下行带动下 夹头套向下移动并与夹头相接触时，试件便受 到轴向拉力。加载过程中通过控制进油手轮的 旋转来控制加载速度。

4.3 数据测试方案

图1.9拉伸实验试件的装夹