材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)

学生实验报告《工程力学》实验指导书学年第学期组长：年级/专业：学号：指导教师：同组成员姓名/学号：实验日期：实验总评成绩：三明学院建筑工程学院制试验一：拉伸试验一、内容和目的1、测定低碳钢的屈服极限s σ、强度极限b σ、延伸率δ和截面收缩率ψ；测定铸铁的强度极限b σ。

2、观察低碳钢、铸铁在拉伸过程中的各种现象，绘制拉伸图（P-△L 图），由此了解试件变形过程中变形随荷载的变化规律，以及有关的破坏现象。

3、观察断口，比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能。

二、试验设备和量具1、试验设备万能试验机、游标卡尺、小直尺、低碳钢和铸铁标准试件2、标准试件尺寸：1）圆形截面试件长度L 0与截面积A 0的关系：长试件：L 0/d 0=10，以10δ表示； 短试件：L 0/d 0=5，以5δ表示；2）矩形截面试件长度L 0与截面积A 0的关系： 000065.53.11A L A L ==或 其中， L0—初始长度， d0—初始直径， A0—初始截面面积。

试件形状如图5：三、实验原理材料的机械性能指标s σ、b σ、δ、ψ是由拉伸破坏实验来确定的，实验时万能材料试验机自动给出载荷与变形关系的拉伸图（P-△L 图）如图2所示，观察试样和拉伸图可以看到下列变形过程。

1、弹性阶段—OA2、屈服分阶段—BC3、强化阶段—CD4、颈缩阶段—DE图2 载荷与变形关系的拉伸图（P-△L 图）由实验可知弹性阶段卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。

当负荷增加到一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台，即荷载不增加的情况下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。

此吁可记录下屈服点Ps 。

当屈服到一定程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。

此阶段：强化后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。

但是断裂后的残余变形比原来降低了。

这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象知名人士为冷作硬化。

实验1 拉伸实验一、实验目的1、观察拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化、颈缩及断裂)。

2、测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率Ψ。

3、测定铸铁的强度极限σb。

4、比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)机械性质的特点。

二、实验设备1、万能材料试验机2、游标卡尺三、试件为了避免试件尺寸和形状对实验结果的影响，且便于各种材料的机械性质间的互相比较，应采用国家标准GB 6228一76所规定的试件，通常采用的是低碳钢和铸铁圆棒试件，其直径d和试验段长度(标距)l满足l／d=10或5，例如：可采用d=10mm的圆棒试件。

四、实验原理材料的力学性能指标屈服极限、强度极限、延伸率、断面收缩率是由拉伸破坏实验来确定的。

实验时，利用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢和铸铁的拉伸图。

由自动绘图器绘出的拉伸图中、拉伸变形是整个试件的伸长（不只是标距部分的伸长)，并且包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹板中的滑动等。

试件开始受力时，头部在夹头内的滑动很大，故绘出的拉伸图最初—般是曲线。

对于低碳钢材料，屈服阶段(B-C)常成锯齿形，上屈服点B受到变形和试件形状等的影响较大，下屈服点B则比较稳定，故工程上均以B点对应的载荷作为材料屈服时的载荷P。

确定屈服载荷Ps时，必须注意观察指针的转动情况，一般规定测力指示首次回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷。

试件拉伸达到最大载荷Pb以前，在标距范围内的变形是均匀的．从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩．细颈出现后，横截面面积迅速减少，继续拉伸所需的载荷也变得小了，直至E点断裂为止．最初在对试件加载时，主动针即随载荷的增加向前转动，同时它还推动另外—个指针(副针)前进。

当达到最大载荷P时，主动指针开始后退，而副针则停留在载荷最大值的刻度上，副针给出的读数即为最大载荷。

铸铁试件在承受拉力变形极小时，就达到最大载荷而突然发生断裂．它没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。

材料力学实验指导书实验一 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．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、实验设备和仪器材料试验机、游标卡尺、两脚标规等三、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。

四、实验方法与步骤1、低碳钢的拉伸实验：１）试件的准备：在试件中段取标距d l 10=或d l 5=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。

２）机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。

根据低碳钢的强度极限b σ及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。

３）进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F 和变形L ∆的关系曲线（L F ∆-曲线）如图所示。

材料力学试验指导书一、引言材料力学试验是评估材料力学性能的重要手段，通过对材料进行不同的试验，可以获取材料的力学性能参数，为工程设计和材料选择提供依据。

本指导书旨在提供材料力学试验的详细步骤和操作要点，以确保试验结果的准确性和可靠性。

二、试验设备1. 材料力学试验机：型号XYZ-1000，最大载荷1000kN，精度等级为0.5级。

2. 试样制备设备：包括切割机、砂轮机、磨床等。

3. 试验测量设备：包括应变计、位移计、力传感器等。

三、试验准备1. 材料选择：选择符合试验要求的材料，例如钢材、铝合金等。

2. 样品制备：根据试验要求，制备符合标准尺寸的试样，并进行必要的表面处理。

3. 试验环境：确保试验室环境温度恒定，并消除外部干扰因素。

四、试验步骤1. 弹性模量试验a. 安装试样：将试样放置在试验机上，确保试样与试验机夹具接触良好。

b. 施加载荷：以恒定速度施加载荷，记录载荷和相应的应变。

c. 计算弹性模量：根据施加的载荷和应变数据，计算试样的弹性模量。

2. 屈服强度试验a. 安装试样：将试样放置在试验机上，确保试样与试验机夹具接触良好。

b. 施加载荷：以恒定速度施加载荷，记录载荷和相应的应变。

c. 确定屈服点：根据载荷-应变曲线，确定试样的屈服点。

3. 拉伸强度试验a. 安装试样：将试样放置在试验机上，确保试样与试验机夹具接触良好。

b. 施加载荷：以恒定速度施加载荷，记录载荷和相应的应变。

c. 计算拉伸强度：根据最大载荷和试样的原始横截面积，计算试样的拉伸强度。

4. 断裂韧性试验a. 安装试样：将试样放置在试验机上，确保试样与试验机夹具接触良好。

b. 施加载荷：以恒定速度施加载荷，记录载荷和相应的位移。

c. 计算断裂韧性：根据载荷-位移曲线，计算试样的断裂韧性。

五、数据处理与分析1. 数据记录：将试验过程中的载荷、应变、位移等数据记录下来。

2. 数据处理：对试验数据进行处理，包括计算平均值、标准差等统计参数。

实验一材料在轴向拉伸、压缩时的力学性能一、实验目的1．测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率 。

2．测定铸铁在拉伸以及压缩时的强度极限σb。

3．观察拉压过程中的各种现象，并绘制拉伸图。

4．比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。

二、设备及仪器1．电子万能材料试验机。

2．游标卡尺。

图1-1 CTM－5000电子万能材料试验机电子万能材料试验机是一种把电子技术和机械传动很好结合的新型加力设备。

它具有准确的加载速度和测力范围，能实现恒载荷、恒应变和恒位移自动控制。

由计算机控制，使得试验机的操作自动化、试验程序化，试验结果和试验曲线由计算机屏幕直接显示。

图示国产CTM －5000系列的试验机为门式框架结构，拉伸试验和压缩试验在两个空间进行。

图1-2 试验机的机械原理图试验机主要由机械加载（主机）、基于DSP的数字闭环控制与测量系统和微机操作系统等部分组成。

（1）机械加载部分试验机机械加载部分的工作原理如图1-2所示。

由试验机底座（底座中装有直流伺服电动机和齿轮箱）、滚珠丝杠、移动横梁和上横梁组成。

上横梁、丝杠、底座组成一框架，移动横梁用螺母和丝杠连接。

当电机转动时经齿轮箱的传递使两丝杠同步旋转，移动横梁便可水平向上或相下移动。

移动横梁向下移动时，在它的上部空间由上夹头和下夹头夹持试样进行拉伸试验；在它的下部空间可进行压缩试验。

（2）基于DSP的数字闭环控制与测量系统是由DSP平台；基于神经元自适应PID算法的全数字、三闭环（力、变形、位移）控制系统；8路高精准24Bit 数据采集系统；USB1.1通讯；专用的多版本应用软件系统等。

（3） 微机操作系统试验机由微机控制全试验过程，采用POWERTEST 软件实时动态显示负荷值、位移值、变形值、试验速度和试验曲线；进行数据处理分析，试验结果可自动保存；试验结束后可重新调出试验曲线，进行曲线比较和放大。

可即时打印出完整的试验报告和试验曲线。

材料力学实验指导书学院班级学号姓名安徽工程科技学院机械系材料力学教研室二○○七年五月实验一 拉伸试验一、实验目的1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服极限s σ和强度极限b σ。

2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：延伸率δ和截面收缩率ψ。

3.观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等）并绘制拉伸图。

4.测定铸铁拉伸时的强度性能指标：强度极限b σ。

5.绘制铸铁的拉伸图。

6.比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。

二、实验设备和仪器1.万能试验机。

2.游标卡尺及划线器。

三、实验试样按照国家标准GB6397—86《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。

如图1-1所示，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。

对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。

（a ）（b ） 图1-1 拉伸试样（a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样四、实验原理与方法1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标实验时，先把试样安装在万能试验机上，将测力指针调整到零，并调整好试验机的自动绘图装置，缓慢加载直至试样拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性能。

第一部分 材料的力学性能测试任何一种材料受力后都有变形产生，变形到一定程度材料就会降低或失去承载能力，即发生破坏，各种材料的受力——变形——破坏是有一定规律的。

材料的力学性能（也称机械性能），是指材料在外力作用下表现出的变形和破坏等方面的性能，如强度、塑性、弹性和韧性等。

为保证工程构件在各种负荷条件下正常工作，必须通过试验测定材料在不同负荷下的力学性能，并规定具体的力学性能指标，以便为构件的强度设计提供可靠的依据。

材料的主要力学性能指标有屈服强度、抗拉强度、材料刚度、延伸率、截面收缩率、冲击韧性、疲劳极限、断裂韧性和裂纹扩展特性等。

金属材料的力学性能取决于材料的化学成分、金相结构、表面和内部缺陷等，此外，测试的方法、环境温度、周围介质及试样形状、尺寸、加工精度等因素对测试结果也有一定的影响。

材料的力学性能测试必修实验为4学时，包括：轴向拉伸实验、轴向压缩实验、扭转实验。

§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（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、 液压式万能材料试验机。

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0S 无关。

江西应用科技学院《材料力学》实验指导书编制人：审核人：江西应用科技学院城市建设学院2015 年 5 月实验项目一 低碳钢的拉伸实验一、实验目的1.了解微机控制万能材料试验机的工作原理，演示试验机的基本操作方法；2.测定低碳钢的抗拉强度σb 、屈服强度σS 、伸长率δ及截面收缩率ψ；3.观察低碳钢在拉伸过程中的现象和试样的破坏特征，分析断口破坏原因，绘制拉伸曲线图及断口示意图。

二、实验设备万能材料试验机、游标卡尺、直尺。

三、实验原理根据国标GB228-99的试件形状如图1-1所示，图中L 0所说试件的变形就是指这一段的变形。

L c 两端是试验机夹持的部分。

试件在拉伸时，其尺寸、较，必须按国家标准GB6397-99分为比例和定标距两种试样，表1-1L=11.3A （长试件）或5.65A （短试件）。

A 点以前，杆件仅有弹性变形，且P 和L 成线性关系，即遵守虎克定律：ΔL=EAPL（1-1） A 点以后，曲线不再保持直线，至B ´点开始屈服，以后成锯齿形，B 点为载荷下降的最低点。

B ´点的数值与试件加载速度、试件形式等有关，而B 点的数值比较稳定，工程上常取B 点的载荷作为屈服载荷。

因此屈服应力σs =P s /A 。

到C 点，材料强化，曲线继续上升，至D 点试件开始出现颈缩，载荷达到最大值P b ，抗拉强度为：σb =0b P A （1-2）试件断裂后，用游标卡尺量得标距间长度L 1和试件收缩处面积A 1,则可得试件的塑性性能：δ＝10L L L -×100% （1-3） ψ＝10A A A -×100% （1-4） 四、实验步骤1、试件准备1）在试件中段取标距L=10d(100mm)（低碳钢试件），用试样划线机将其划分为１０等份。

2）在试件标距范围内用游标卡尺测量中间和两端三处直径，每处在互相垂直的两个方向 上个测量直径一次，选取平均直径最小的一组作为计算截面面积用。

材料力学实验指导书黑龙江工程学院2007年3月实验一低碳钢和铸铁的拉伸拉伸实验是检查金属材料力学性能普遍采用的一种极为重要的基本实验。

一低碳钢的拉伸实验一、实验目的1、观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象，了解试件变形随荷载的变化规律。

2、测试低碳钢在拉伸过程中的几个力学性能指标：屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率。

3、了解拉伸实验的原理和方法，掌握万能试验机的操作要领。

二、实验设备、量具及试件实验设备1、液压式万能试验机1.主动针2.从动针3.摆杆架4.描绘筒5.缓冲阀6.测力活塞7.测力油缸8.摆砣9.高压油蹦10.油箱11.丝杆12.放大器13.测力油管14.高压油管15.控制阀16.上横梁17.上夹具18.试件19.下夹具20.动横梁21.试抬22.机座23.工作活塞24.工作油缸25.光杆加力部分（试验机主机）开动电机带动高压油泵工作，通过控制阀将油压入工作油缸，推动活塞带动上横梁及工作台上升，此时如果试件安装在上下夹头中，则试件受拉伸；如果试件安放在工作台及横梁中，则由于工作台上升而使试件受压缩或弯曲。

其工作台及上横梁的上升速度有控制阀掌握，动横梁的位置可由控制台上的按纽来调节。

实验完毕，将控制阀开至卸载位置。

测力部分（即荷载测量机构）工作油通过高压油管与测力油缸相通。

测件受力后，工作油缸的压力传到测力油缸，是测力活塞连杆上移，从而带动摆杆摆砣转动，其转动角度与测力活塞受压成一定比例，并通过机械运动，转换成指针转动，使表盘中指示出试件所受载荷F的数值。

同时，由于工作台的上升，通过放大器带动自动绘图装置而与表盘内齿杆相连的记录笔，也向右移动，从而在记录纸上画出试验过程的“荷载——变形”曲线。

2、电子式万能试验机1.立柱；2.拉伸夹具；3.拉伸试件；4.移动横梁；5.测力传感器；6.压缩夹具；7.弯曲夹具；8.下横梁；9.同步齿形传动带；10.带轮；11.光电编码器；12.伺服电机；13.上横梁；14.滚珠丝杠；15.引伸计；16.手控键盘；17.减速机电子万能试验机是双空间式的，其移动横梁与上横梁之间的空间为拉伸实验空间，移动横梁与下横梁之间的空间为压缩实验空间。

低碳钢的拉伸实验一、实验名称低碳钢的拉伸实验。

二、实验目的1．测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率Ψ；2．观察低碳钢拉伸过程中的弹性变形、屈服、强化和缩颈等物理现象；3. 熟悉材料试验机和游标卡尺的使用。

三、实验设备1．手动数显材料试验机2．MaxTC220试验机测试仪3．游标卡尺四、试样制备低碳钢试样如图所示，直径d=10mm，测量并记录试样的原始标距L0。

五、实验原理1. 材料达到屈服时，应力基本不变而应变增加，材料暂时失去了抵抗变形的能力，此时的应力即为屈服极限σs。

2. 材料在拉断前所能承受的最大应力，即为强度极限σb。

3. 试样的原始标距为L0，拉断后将两段试样紧密对接在一起。

量出拉断后的长度L1，伸长率为拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比，即%100001⨯-=L L L δ 4. 拉断后，断面处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比为断面收缩率，即%100010⨯-=A A A ψ 式中A0—试样原始横截面积；A1—试样拉断后断口处最小横截面积。

六、实验步骤1．调零。

打开力仪开关，待示力仪自检停后，按清零按钮，使显示屏上的按钮显示为零。

2．加载。

用手握住手柄，顺时针转动施力使动轴通过传动装置带动千斤顶的丝杠上升，使试样受力，直至断裂。

3．示力。

在试样受力的同时，装在螺旋千斤顶和顶梁之间的压力传感器受压产生压力信号，通过回蕊电缆传给电子示力仪，电子示力仪的显示屏上即用数字显示出力值。

4．关机。

实验完毕，卸下试样，操作定载升降装置使移动挂梁降到最低时关闭力仪开关，断开电源。

七、数据处理1. 记录相关数据 参数原始直径 断口直径 原始标距 拉断后标距 长度（mm ） do=10mm d1= Lo= L1=2. 计算伸长率δ和断面收缩率Ψ%100001⨯-=L L L δ %100010⨯-=A A A ψ3. 在应力应变图中标出屈服极限σs和强度极限σb八、应力应变图分析低碳钢的拉伸过程分为四个阶段，分别为弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段。

材料力学实验指导书1000字一、实验目的1、了解力学性质的测试与测量2、掌握基本的测力与测长仪器的使用方法3、掌握单轴拉伸实验的操作方法与数据处理二、实验仪器与设备1、材料试验机2、应变计与测长仪3、称量设备4、电子计算器三、实验步骤1、准备工作A、计算标称断面积S0B、提取试样C、安装应变计与测长仪2、测量伸长量与负载A、启动材料试验机B、设定实验参数C、调整实验仪器D、按压测试按钮3、实验数据处理A、绘制应力—应变曲线B、获取张应力—伸长率数据四、实验操作规范1、实验师必须熟悉操作手册与工作规程2、操作人员必须了解实验步骤与流程3、操作时必须戴上手套与护目镜4、操作人员对试样的获取、切割及其尺寸要求必须熟悉5、实验计算时必须准确获得数据6、操作人员对于材料题材知识必须有一定了解7、试验操作结束之后必须将设备归位。

五、安全事项1、实验时要始终戴上护目镜2、机器启动前要动手检查是否安装好所有设备3、试样必须安全固定4、试验中不能随意调整测试参数5、实验结束后要关闭所有设备六、注意事项1、测试数据必须准确、详尽、真实2、试验过程必须认真、仔细、谨慎3、要了解材料性质与特性4、应邀请专业人士协助5、对试质不能过度使用七、结果1、应研究数据并得出结果2、结果表明了材料的性质与特征3、结果应反映材料的本质属性本实验实验中心客户向其技术支持人员提供了材料性能测试的详细信息以及试样。

本试验旨在帮助学生了解材料性质和特性，并掌握现代测力测量工具的基本使用。

实验计算的要求是准确和实际的，并反映材料的属性，而不是表面现象。

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51000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。

如果在强化阶段卸载，F ―l ∆曲线会从卸载点开始向下绘出平行于初始加载线弹性阶段直线的一条斜直线，表明它服从弹性规律。

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．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CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机三、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。

低碳钢拉伸铸铁拉伸四、实验原理和方法1．低碳钢拉伸实验低碳钢试件在静拉伸试验中，通常可直接得到拉伸曲线，如图1—3所示。

用准确的拉伸曲线可直接换算出应力应变εσ-曲线。

首先将试件安装于试验机的夹头内，之后匀速缓图1-2 拉伸试件慢加载(加载速度对力学性能是有影响的，速度越快，所测的强度值就越高)，试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段，其中前三个阶段是均匀变形的。

图1-3 低碳钢拉伸曲线(1) 弹性阶段 是指拉伸图上的'OA 段，没有任何残留变形。

在弹性阶段，载荷与变形是同时存在的，当载荷卸去后变形也就恢复。

在弹性阶段，存在一比例极限点A ，对应的应力为比例极限p σ，此部分载荷与变形是成比例的。

(2) 屈服阶段 对应拉伸图上的BC 段。

金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志，是由切应力引起的。

在低碳钢的拉伸曲线上，当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。

这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。

屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。

低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点，不加说明，一般都是指下屈服点。

上屈服点对应拉伸图中的B 点，记为SU F ，即试件发生屈服而力首次下降前的最大力值。

下屈服点记为SL F ，是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值，注意这里的初始瞬时效应对于液压摆式万能试验机由于摆的回摆惯性尤其明显，而对于电子万能试验机或液压伺服试验机不明显。

实验一 拉伸试验一、目的1、测定低碳钢的流动极限（屈服极限）s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ϕ。

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 P ∆-曲线）。

4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。

二、设备1、液压式万能试验机。

2、游标卡尺。

三、试样试件可制成圆形或矩形截面。

常用试样为圆形截面的。

如图1－7所示。

试件中段用于测量拉伸变形，此段的长度o l 称为“标矩”，两端较粗部分是装入试验夹头中的，便于承受拉力，端部的形状视试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形（1－7），螺纹形（图1－8）或阶梯形（图1－9）。

试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果会有所影响，为了避免此各种影响，使各种材料的力学性质的数值能互相比较，所以对试件的尺寸和形状都有统一规定。

目前我国规定的试样有标准试件和比例试件两种，具体尺寸见表1－1，0.A 是圆形或矩形截面面积。

四、原理材料的力学性质s σ、b σ、δ和ϕ是由拉伸破坏试验来确定的，试验时，利用试验机的自动绘图器绘出低碳钢拉伸图（图－10）和铸铁拉伸图（图1－11）。

对于低碳材料，图1－10上的B －C 为流动阶段，B 点所对应的应力值称为流动极限。

确定流动载荷s p 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。

测力盘主针回转后所指示的最小载荷（第一次下降的最小载荷）即为流动载荷s p ，继续加载，测得最大载荷b P 。

试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布的。

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E 点断裂。

铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。

没有流动和颈缩现象，如图1－11所示。

其强度极限远低于碳钢的强度极限。

五、试验步骤（一）低碳钢试验（1）用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，每个截面测量互相垂直两个方向，取其平均值，填入记录表内。

材料力学实验指导书目录序言0 实验一金属材料拉伸实验 2 实验二金属材料扭转实验9 实验三纯弯曲梁正应力电测实验16 附件：1、实验报告册封面2、材料力学实验要求3、实验报告要求序言材料力学实验是材料力学的重要支柱之一。

材料力学从理论上研究工程结构构件的应力分析和计算，并对构件的强度、刚度和稳定性进行设计或校核其可靠性。

材料力学实验从实验角度为材料力学理论和应用提供实验支持。

一、材料力学实验由三部分组成：1、材料的力学性能测定。

材料的力学性能是指在力的作用下，材料的变形、强度等方面表现出的一些特征，如弹性模量、弹性极限、屈服极限、强度极限、疲劳极限、冲击韧度等。

这些强度指标或参数是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而他们一般通过实验来测定。

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，各种新型材料不断涌现，力学性能测定是研究新型材料的重要手段。

材料的力学性能测定一般是通过对标准试样加载至破坏，记录其应力-应变关系曲线（扭转破坏时记录其扭矩-扭转角或剪应力-剪应变曲线），测定材料的一些力学性能特征指标，如弹性模量、弹性极限、屈服极限、强度极限、冲击韧度等；因此，学会记录材料的应力-应变关系曲线成为材料力学性能实验的一项重要任务。

2、验证已建立的理论。

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是以平面假设为基础。

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。

实验是验证、修正、发展理论的必要手段，是揭示材料受力、变形过程本质的重要方法。

3、应力分析实验。

某些情况下，如因构件形状不规则、受力复杂或精确地边界条件难以确定等，应力分析计算难以获得准确结果。

这时，采用如电测实验应力分析方法可以直接测定构件的应力。

应力分析实验主要是对构件形状不规则、受力复杂或边界条件很难确定、计算法难以得到准确结果的情况，用实验方法测定构件的应力。

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（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）；测定压缩时铸铁的强度极限σb。

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：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σs =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σb =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δ和端面收缩率ψ，即%100001⨯-=l l l δ，%100010⨯-=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。

材料力学实验指导书工程力学教研中心编前言材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分。

科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，材料力学中的一些理论和公式也是建立在实验、观察、推理、假设的基础上，它们的正确性还必须由实验来验证。

学生通过做实验，用理论来解释、分析实验结果，又以实验结果来证明理论，互相印证，以达到巩固理论知识和学会实验方法的双重目的。

材料力学实验包括以下三个方面的内容。

一、测定材料的力学性质。

材料的力学性质通常是通过拉伸、压缩、扭转、断裂韧性测试等试验来测定的。

通过这些试验，学会测量材料力学性能的基本方法。

在工程上，各种材料的力学性能是设计构件时不可缺少的依据。

二、验证理论公式的正确性。

在理论分析中，将实际问题抽象为理想模型，并做出某些科学假设（如弯曲中的平截面假定等），使问题简化，从而推出一般性结论和公式，这是理论研究中常用的方法。

但是这些假设和结论是否正确，理论公式能否应用于实际之中，必须通过实验来验证。

三、实验应力分析。

在工程实践中，很多构件的形状和受载情况比较复杂，单纯依靠理论计算不易得到正确的结果，必须用实验的方法来了解构件的应力分布规律，从而解决强度问题，这种办法称为实验应力分析。

目前实验应力分析的方法很多，这里只介绍应用较广的电测法。

实验须知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．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。

3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。

4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。

5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。

实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。

6．实验过程中，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。

7．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；8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。

材料力学实验指导书实验一拉伸和压缩实验（一）实验目的1、了解万能材料试验机的工作原理、构造和操作方法；2、测定低碳钢在拉伸时的，，和。

3、测定低碳钢在压缩时的。

4、测定铸铁在拉伸和压缩时的。

（二）实验仪器及设备1、万能材料试验机2、游标卡尺（三）实验步骤1、首先用游标卡尺分别量测出低碳钢拉伸试件、低碳钢压缩试件、铸铁拉伸试件、铸铁压缩试件的直径尺寸，再用游标卡尺量测出低碳钢拉伸试件拉伸前平直段的标距L 0 。

并将以上数据分别填入下列表一、表二中。

表一低碳钢拉伸试件尺寸表二铸铁拉压试件和低碳钢压缩试件的直径尺寸2、用万能材料试验机分别测试出低碳钢拉伸试件在拉伸时的屈服荷载P S 、强度荷载P b ；低碳钢压缩试件在压缩时的屈服荷载P S。

铸铁拉伸试件在拉伸时的强度荷载P b、铸铁压缩试件在压缩时的强度荷载P b。

（四）实验数据处理及计算1、低碳钢在拉伸时的屈服极限 = .2、低碳钢在拉伸时的强度极限 = .3、低碳钢在压缩时的屈服极限 = .4、低碳钢的延伸率δ =5、低碳钢的截面收缩率Ψ =6、铸铁在拉伸时的强度极限 =7、铸铁在压缩时的强度极限 =（五）、实验操作要点及注意事项1、选定适合的万能材料试验机测力度盘的量程，并配备相应的砝码；2、万能材料试验机开机前其送油阀和回油阀一定要处于关闭状态。

3、将万能材料试验机测力指针调零、开机并打开送油阀，对试件进行连续，均匀，缓慢地加载；4、注意观察实验现象并注意记录实验数据；5、实验时，如发现异常现象，马上停机检查。

（六）实验结果分析及讨论实验二 冲击韧性实验指导书（一）﹑实验目的测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。

（二）﹑实验设备1. 冲击试验机2. 游标卡尺图2-26 冲击试验机结构图（三）﹑试样的制备若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。

本次试验采用U 型缺口冲击试样。

其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图2-27。

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④⑤进入到测力油缸（28)内，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1.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8。

压板9.支座10。

夹头11.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 8 . 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。