材料力学实验小专题

《材料力学实验》考试题库及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料力学实验中，下列哪项不是材料力学的基本性质？A. 强度B. 塑性C. 硬度D. 热导率答案：D2. 在拉伸实验中，下列哪个因素对实验结果影响较大？A. 试样尺寸B. 试样形状C. 拉伸速度D. 环境温度答案：C3. 下列哪个实验是用来测定材料的屈服强度？A. 拉伸实验B. 压缩实验C. 弯曲实验D. 扭转实验答案：A4. 下列哪个实验是用来测定材料的弹性模量？A. 拉伸实验B. 压缩实验C. 弯曲实验D. 扭转实验答案：A5. 在压缩实验中，下列哪个因素对实验结果影响较大？A. 试样尺寸B. 试样形状C. 压缩速度D. 环境温度答案：C6. 下列哪个实验是用来测定材料的抗剪强度？A. 拉伸实验B. 压缩实验C. 弯曲实验D. 扭转实验7. 在扭转实验中，下列哪个因素对实验结果影响较大？A. 试样尺寸B. 试样形状C. 扭转速度D. 环境温度答案：C8. 下列哪个实验是用来测定材料的泊松比？A. 拉伸实验B. 压缩实验C. 弯曲实验D. 扭转实验答案：A9. 在材料力学实验中，下列哪个参数是用来表示材料的韧性？A. 强度B. 塑性C. 硬度D. 韧性10. 下列哪个实验是用来测定材料的疲劳极限？A. 拉伸实验B. 压缩实验C. 弯曲实验D. 疲劳实验答案：D二、填空题（每题2分，共20分）11. 在拉伸实验中，试样断裂前所承受的最大载荷称为______。

答案：最大载荷12. 材料的屈服强度是指材料在受到______作用时，开始发生塑性变形的应力。

答案：外力13. 材料的弹性模量是描述材料在______范围内，应力与应变之间关系的物理量。

答案：弹性14. 在压缩实验中，试样受到的压力与______之比称为抗压强度。

答案：试样截面积15. 在扭转实验中，单位长度上的扭矩与______之比称为扭转应力。

答案：试样截面积16. 材料的泊松比是描述材料在拉伸或压缩过程中，______与______之间关系的物理量。

一、 填空题1. 对于铸铁试样，拉伸破坏发生在横截面上，是由最大拉应力造成的。

压缩破坏发生在约50-55度斜截面上，是由最大切应力造成的。

扭转破坏发生在45度螺旋面上，是由最大拉应力造成的。

2. 下屈服点sl 是屈服阶段中，不计初始瞬时效应时的最小应力。

3. 灰口铸铁在拉伸时，从很低的应力开始就不是直线，且没有屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，因此，在工程计算中，通常取总应变为0.1% 时应力—应变曲线的割线斜率来确定其弹性模量，称为割线弹性模量。

4. 在对试样施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载至零，再加载时，试样在线弹性范围内所能承受的最大载荷将增大。

这一现象称为材料的冷作硬化。

5. 在长期高温条件下，受恒定载荷作用时材料发生蠕变和松驰现象。

6.低碳钢抗拉能力大于抗剪能力。

7.铸铁钢抗拉能力小于_抗剪能力。

8.铸铁压缩受最大切应力破坏。

9. 压缩实验时，试件两端面涂油的目的是减少摩擦；低碳钢压缩后成鼓形的原因：两端面有摩擦。

10. 颈缩阶段中应力应变曲线下降的原因 此应力为名义应力，真实应力是增加的。

11.已知某低碳钢材料的屈服极限为s σ，单向受拉，在力F 作用下，横截面上的轴向线应变为1ε，正应力为σ，且s σσ>；当拉力F 卸去后，横截面上轴向线应变为2ε。

问此低碳钢的弹性模量E 是多少？( 21εεσ- )12.在材料的拉伸试验中，对于没有明显的屈服阶段的材料，以 产生0.2%塑性变形时对应的应力作为屈服极限。

13.试列举出三种应力或应变测试方法：机测法、电测法、光测法。

14.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈 环状，首先 中间部分 拉断 破坏，然后四周部分 剪切 破坏。

15.等直杆受轴向拉伸，材料为低碳钢，弹性模量E=200GPa，杆的横截面面积为A=5cm2，杆长l =1m。

加拉力F=150kN后，测得 l = 4mm，则卸载后杆的残余应变为 0.0025。

16.如图所示为低碳钢的σ-ε曲线。

材料力学实验思考题（基础实验部分）拉、压1.画出低碳钢和铸铁的拉伸曲线图（P-△L），比较它们拉伸时的力学性质。

提示：可从断口的几何特征比较，如断裂面与轴线的关系等；拉伸图的曲线线形、最大荷载和最大轴向变形、弹性阶段的曲线斜率等，可显示各自不同之处。

2.绘出低碳钢和铸铁的压缩曲线3.在低碳钢拉伸实验中，材料屈服后，试样的表面会产生与轴线成450角的滑移线，为什么？提示：试样在拉伸时，各点处于单向拉伸应力状态，沿与轴线成±450方向的斜截面上的切应力最大，材料内部沿此方向相对滑移形成滑移线。

4.低碳钢拉伸实验中，试件为什么不是在σ-ε曲线图的最高点处被拉断？提示：σ-ε曲线图中的应力和应变是用名义应力、应变表示的，并不是试件的实际应力。

5.低碳钢拉伸试件断口不在标距长度13的中间区段内时，如果不采用断口移中办法，测得的延伸率较实际值是偏大还是偏小？提示：偏小6.试说明铸铁试件单轴拉伸、单轴压缩、扭转破坏的断口形状及破坏原因提示：单轴拉伸时，沿横截面破坏，是拉坏的；单轴压缩时，沿︒45斜截面破坏，是剪坏的；扭转时，沿︒45螺旋面破坏，是拉坏的。

7.比较低碳钢和铸铁两种试样拉伸断口的区别，并大致判断其塑性。

提示：低碳钢断口有明显的塑性破坏产生的光亮倾斜面，倾斜面倾角与试样轴线近似成45 （称杯状断口），这部分材料的断裂是由于切应力造成的，中心部分为粗糙平面，塑性越大对应杯状断口越大、中心粗糙平面的面积越小。

而铸铁没有任何的倾斜侧面，断口平齐，并垂直于拉应力，属典型的脆性断口。

8.根据铸铁破坏断口特征，分析导致相应破坏的应力的原因。

提示：铸铁压缩时沿斜截面断裂，其主要原因是由剪应力引起的。

假使测量铸铁受压试样斜断口倾角α，则可发现它略大于45o而不是最大剪应力所在截面，这是因为试样两端存在摩擦力造成的。

9.低碳钢材料冷作硬化后，哪些力学性能发生变化？提示：屈服应力提高，韧性降低，弹性模量不变。

实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的（1）掌握测定低碳钢的弹性模量E、上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、抗拉强度Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z等力学性能指标的试验方法。

（2）掌握测定铸铁的抗拉强度Rm的试验方法。

（3）观察并比较塑性材料与脆性材料在拉伸过程中所表现出来的不同物理现象。

（4）熟悉材料试验机和其他有关仪器的使用。

二、实验设备（1）INSTRON电子拉伸机。

（2）游标卡尺。

三、试件介绍为便于比较不同材料的试验结果，对试样的形状、加工精度、加载速度、试验环境等，国家标准（GB228-2002）都有统一规定。

根据规定，拉伸试件可分为比例试件和非比例试件两种，它们的区别在于原始标距的选取。

在试件中部，用来测量试件断后延伸率的起始长度，称为原始标距（简称标距）。

对于非圆形横截面比例试件，标距L0与原始横截面面积S0的关系规定为（1.1）式中系数k的取值是：短试件时为5.65，长试件时为11.3。

对于直径为d0的圆形横截面试件，短试件和长试件的标距L0分别为5d0和10d0。

非比例试件的L0和S0不受上述关系限制。

本实验采用圆形横截面的短试件，即L0 =5d0。

四、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，在拉伸试验中表现出的力学性能也最为典型。

本次试验主要测定它的弹性模量、上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、抗拉强度、伸长率A和断面收缩率Z等力学性能指标（1）弹性模量E的测定由材料力学知识可知，材料在屈服前力与变形是成线性关系的，其拉伸图基本为一条直线，如图1所示。

弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即：(1.2)因为，，所以弹性模量E又可表示为：(1.3)式中：E—材料的弹性模量，R—应力，—应变，F—载荷，S0—试样横截面面积（取三处中最小一处的平均直径计算），Le—引伸仪标距，ΔL—试件在载荷F作用下，标距L0段内试件的变形，ΔF—载荷的增量、—变形增量的平均值。

《材料力学性能》实验教学指导书实验总学时：4实验项目：1.准静态拉伸2. 不同材料的冲击韧性材料科学与工程学院实验中心工程材料及机制基础实验室实验一 准静态拉伸一、实验目的1．观察低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）在准静态拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象），并绘制拉伸图。

2．测定低碳钢的屈服极限σs ，强度极限σb ，断后延伸率δ和断面收缩率ψ。

3．测定铸铁的强度极限σb 。

4．比较低碳钢和铸铁的力学性能的特点及断口形貌。

二、概述静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验。

一方面，由静载拉伸试验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据，具有重要的工程实际意义。

另一方面，静载拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律，也是研究材料力学性能的基本试验方法。

静载拉伸试验，通常是在室温和轴向加载条件下进行的，其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合，载荷缓慢施加。

在材料试验机上进行静拉伸试验，试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂，可得出一系列的强度指标（屈服强度s σ和抗拉强度b σ）和塑性指标（伸长率δ和断面收缩率ψ）。

通过试验机自动绘出试样在拉伸过程中的伸长和负荷之间的关系曲线，即P —Δl 曲线，习惯上称此曲线为试样的拉伸图。

图1即为低碳钢的拉伸图。

试样拉伸过程中，开始试样伸长随载荷成比例地增加，保持直线关系。

当载荷增加到一定值时，拉伸图上出现平台或锯齿状。

这种在载荷不增加或减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫屈服，屈服阶段的最小载荷是屈服点载荷s P ，s P 除以试样原始横截面面积Ao 即得到屈服极限s σ：ss A P =σ 试样屈服后，要使其继续发生变形，则要克服不断增长的抗力，这是由于金属材料在塑性变形过程中不断发生的强化。

这种随着塑性变形增大，变形抗力不断增加的现象叫做形变强化或加工硬化。

由于形变强化的作用，这一阶段的变形主要是均匀塑性变形和弹性变形。

钻床工作时的的偏心距和立柱的弹性模量的测定一、实验目的1）、 测定钻床工作时的偏心距和钻床立柱的弹性模量。

2）、练习桥路连接方法。

二、实验原理钻床工作时，在外压力P 的作用下，其轴力N=P ，弯矩M=P ·e ，其中e 为偏心距，A 0为立柱横截面面积。

根据迭加原理，得立柱(材料为铸铁)横截面上的理论计算公式为拉伸应力和弯矩正应力的代数和。

即260bh MA P ±=σ应变片的布置方法：R1和R2分别为立柱两侧上的两个对称点。

则 M P εεε+=1 M P εεε-=2 式中：P ε—轴力引起的拉伸应变 M ε—弯矩引起的应变根据桥路原理，采用不同的组桥方式，即可分别测出与轴向力及弯矩有关的应变值。

从而进一步求得弹性模量E 、偏心距e 。

可直接采用半桥单臂方式测出R1和R2受力产生的应变值ε1和ε2，通过上述两式算出轴力引起的拉伸应变εP和弯矩引起的应变εM；也可采用邻臂桥路接法可直接测出弯矩引起的应变εM，（采用此接桥方式不需温度补偿片，接线如图（a））；采用对臂桥路接法可直接测出轴向力引起的应变εP，（采用此接桥方式需加温度补偿片，接线如图（b））。

B BR1R2R1 RU BD U BDA C A CR3 R4R R2D DE E(a) (b)三、实验步骤1）、测量立柱直径d。

取三个横截面进行测量，取三处横截面面积的平均值作为立柱的横截面面积A0。

2）、加载方案。

先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10% P max 左右），估算P max ，确定加载次数，每次加载△P。

3)、根据加载方案，调整好实验加载装置。

4）、按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。

5)、按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。

6）、加载。

均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录应变值ε1和ε2，直到最终载荷。

第三章基本实验部分§3－1 拉伸实验一、目的1、测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ；2、测定铸铁的强度极限σb；3、观察拉伸过程中的各种现象（屈服、强化、颈缩、断裂特征等），并绘制拉伸图（P－ΔL 曲线）；4、比较塑性材料和脆性材料力学性质特点。

二、原理将划好刻度线的标准试件，安装于万能试验机的上下夹头内。

开启试验机，由于油压作用，便带动活动平台上升。

因下夹头和蜗杆相连，一般固定不动。

上夹头在活动平台里，当活动平台上升时，试件便受到拉力作用，产生拉伸变形。

变形的大小可由滚筒或引伸仪测得，力的大小通过指针直接从测力度盘读出，P-ΔL曲线可以从自动绘图器上得到。

低碳钢是典型的塑性材料，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。

用试验机的自动绘图器绘出低碳钢和铸铁的拉伸图（如图3-1）。

对于低碳钢试件，在比例极限内，力与变形成线性关系，拉伸图上是一段斜直线（试件开始受力时，头部在夹头内有一点点滑动，故拉伸图最初一段是曲线）。

低碳钢的屈服阶段在试验机上表现为测力指针来回摆动，而拉伸图上则绘出一段锯齿形线，出现上下两个屈服荷载。

对应于B′点的为上屈服荷载。

上屈服荷载受试件变形速度和表面加工的影响，而下屈服荷载则比较稳定，所以工程上均以下屈服荷载作为计算材料的屈服极限。

屈服极限是材料力学性能的一个重要指标，确定Ps时，须缓慢而均匀地使试件变形，仔细观察。

(a)低碳钢拉伸图图3-1 (b)铸铁拉伸图试件拉伸达到最大荷载P b以前，在标距范围内的变形是均匀分布的。

从最大载荷开始便产生局部伸长的颈缩现象；这时截面急剧减小，继续拉伸所需的载荷也减小了。

试验时应把测力指针的副针（从动针）与主动针重合，一旦达到最大荷载时，主动针后退，而副针则停留在载荷最大的刻度上，副针指示的读数为最大载荷P b。

铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷P b，而突然发生断裂。

实验项目一：低碳钢的拉伸实验一、实验目的1、了解微机控制电子万能实验机的工作原理，演示实验机的基本操作方法；2、测定低碳钢的抗拉强度ζb、屈服强度ζS、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、实验设备万能材料实验机、游标卡尺、计算机、画图仪。

三、实验原理根据国标GB228-99《金属拉伸实验方法》中的规定，进行试件的加工和测量。

金属材料拉伸实验常用的试件形状如图1所示，图中L0段称为标距，一般所说试件的变形就是指这一段的变形。

L c是平行长度，两端是实验机夹持的部分。

图1 低碳钢拉伸试件图试件在拉伸时，其尺寸、形状对实验结果有较大的影响，为了使实验测得的结果可以互相比较，必须按国家标准GB6397-99《金属拉伸实验试样》的规定，按标准制作试样。

拉伸试样一般分为比例和定标距两种试样，表1给出圆形截面和矩形截面比例试样的国标规定，供读者参考。

对于一般板材仍按国家标准制成矩形截面试样时，截面面积A和试件标距L的关系为L=11.3A （长试件）或5.65A（短试件）。

表1 比例及非比例试件将低碳钢试件置于实验机中拉伸，其拉伸图如图2所示。

图2 低碳钢拉伸ζ-ε图 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=EA PL （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ζs =P s /A 。

到C 点，材料强化，曲线继续平滑上升，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：ζb =0A P b （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＝010L L L -×100% （1-3） ψ＝010A 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。

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σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率Ψ。

（2）测定铸铁的强度极限σb。

（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㎜），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—试件原始标距，为50㎜，—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。