《工程力学》实验教案
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《工程力学》实验教案
李 颖
2005年3月
一、拉伸试验
一、实验目的
1、了解万能机的主要结构及其工作原理，熟悉操作规程和正确使用方法，并注意安全事项。
２、通过实验观察低碳钢、铸铁在拉伸和压缩过程中表现的各种变形规律和破坏现象。
分析和比较不同材料的力学性能。
３、测定低碳钢拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率和截面的收缩率。
二 、试件
按GB228-76规定，本实验试件采用圆棒长试件。
取d0=10,L=100,如图所示：
三、实验设备及仪器
1、液压式万能材料实验机；
2、游标卡尺；
3、划线机(铸铁试件不能使用)。
一、低碳钢的拉伸实验
实验原理及方法
1.屈服极限的测定
实验时，在向试件连续均匀地加载过程中。
当测力的指针出现摆动，自动绘图仪绘出的P-ΔL曲线有锯齿台阶时，说明材料屈服。
记录指针摆动时的最小值为屈服载荷Ps,屈服极
限σs计算公式为
P-ΔL曲线
2、屈服极限的测定
实验时，试件承受的最大拉力所对应的应力即为强度极限。
试件断裂后指针所指示的载荷读数就是最大载荷，强度极限计算公式为：
3、延伸率δ和断面收缩率Ψ的测定
计算公式分别为：
δ=(L1-L)/L x 100%
Ψ=(A0-A1)/A0 x 100%
L:标距（本实验L=100）
L1:拉断后的试件标距。
将断口密合在一起，用卡尺直接量出。
A0:试件原横截面积。
A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
（三）实验步骤
1.试件准备：量出试件直径 d0,用划线机划出标距L和量出L;
2.按液压万能实验机操作规程1--8条进行；
3.加载实验，加载至试件断裂，记录 Ps 和Pb ，并观察屈服现象和颈缩现象；
4.按操作规程10--14进行；
5.将断裂的试件对接在一起，用卡尺测量d1和L1 ，并记录。
二、扭转实验
一、试验目的
１、观察低碳钢和铸铁受扭过程中的变形现象；比较它们的破坏特征。
２、验证扭转虎克定律，测定剪切强度极限。
二、设备
１、扭转试验机。
２、游标卡尺。
３、试件。
三、实验原理及方法
1、验证扭转时的虎克定律. 最大剪应力不超过材料的比例极限时,相对扭转角φ与扭矩T有如下关系. φ=TL0/GIp 式中L0、G、Ip皆为常值,T、Φ为变量;若有一扭矩T则对应一φ值,每增加同样大小的扭矩ΔT,扭转角的增量ΔΦ大致相等,这就验证了虎克定律.
2、扭转破坏Tn-Φ曲线.
低碳钢铸铁
低碳钢和铸铁试件受扭直至破坏,它们的T-Φ曲线如图所示.低碳钢有直线段,有明显的屈服阶段,测力指针暂时不动或摆动,而扭转角Φ很快增加.最终破坏时,可看到低碳钢试件的
扭转角非常大,沿横截面扭断,而铸铁试件的扭转角很小,沿45°~55°螺旋面扭断。
四、实验步骤
1、用特殊铅笔在低碳钢试件表面划出平行杆轴线的纵向线和左标距内两个截面的圆周线，使成为小矩形格子（已由实验室准备好）。
2、用游标卡尺在试件标距长度内量取直径（方法如拉伸实验）。
3、选择合适的度盘（施加扭矩后，禁止转动量程选择手钮）。
4、把试件先装于固定夹头内，并夹紧。
然后移动加载机构，使试件插入主动夹头至适当位置夹紧。
此时，主动指针应在零点上。
5、选定主动夹头的转速（一般试件屈服前用/分，屈后0-/分），将被动针转至与主动针重合。
旋转主动夹头上的刻度环使零点与指针重合。
选好扭转方向，打开记录器开关。
6、启动按扭。
拧动多圈电位器，使主动夹头至所需转速。
这时，可以看到扭转变形随扭矩而不断增加。
按加载，并同时测出相应的扭转角。
7、当变形继续增加时，而扭矩不再成正比增加时，标志材料已开始屈服，这时，塑性变形仅在外层发生，扭矩还可以增加。
塑性变形将从圆周向中心逐渐扩展，直至截面上各点处的剪应力都一样，这时扭矩称极限扭矩用表示，继续扭转试件已毋需增加外力偶矩，直至试件扭断。
其剪切流动极限
8、铸铁试件
先测出试件计算直径，然后把试件装于扭转机上，将主动夹头转速按纽放在0-/分，加载直至破坏，记下破坏时的扭矩。
其剪切强度极限。
实验三 弯曲实验
一、实验目的
1、测定纯弯梁一个截面的应力大小及分布规律，以验证直梁弯曲时的正应力公式。
2、了解电测法，初步学会电阻应变仪的使用。
二、实验设备及仪器
1.液压万能实验机；
2.电阻应变仪，预调平衡箱；
三、实验用试件机装置
矩形截面梁试件，材料为A3钢，试件尺寸及实验装置简图简下图：
载荷通过副梁及两个磙子施加到试件上，应变片接线采用多点半桥式接法。
R6为温度补偿片，五个工作片的粘贴位置为顶面1。
底面5、中性层3及距中性层h/4处的2、4。
四、实验原理：
1.纯弯曲梁衡截面上应力的测试及应力的分布规律
实验采用等载荷增量法。
当载荷P作用时利用应变仪可测出相应的应变度εds,根据胡克定律σ实=Eεds，平均可求得个点正应力分布图，可看出纯弯曲梁正应力分规律。
利用理论公式计算正应力σ理=M/l *Y. 其中M=Pa/2,如果σ理和σ实的结果基本吻合。
即
说明理论公式是正确的。
2．直梁弯曲时中点挠度测定
实验采用等载荷增量法，在载荷P的作用下从百分表上可直接读出梁中点C处的挠度Yc实，与理论公式Yc=Pa(3L*L-4a*a)/48Ei的计算结果比较，如果基本吻合则说明理论公式式正确的。
五、实验步骤
四、试验步骤
1、调节应变仪
（1）将后面板,,三点联接起来（已接好），旋紧接线柱。
把标准电阻接到后面板A、B、C接线柱上，旋紧，半桥测量法，再将后面板上的平衡开关打在平衡位置，即可进行仪器的校准。
注意：仪器校准时，后面板的接线板上不能联接任何电阻，否则会影响精度。
（2）开启电源开关。
把前面板选择开关旋到"1"，这时指示表显示的数据是电桥不平衡的分量，调节前面板平衡电位器"1"，使指针表显示全为"0"，如果显示数是正的，平衡电位器逆时针方向旋转，显示数是负的，平衡电位器顺时针方向旋转。
（3）仪器的灵敏度调整：仪器平衡到"0"后，将标定开关按入，用幅调电位器调到5000，如果小于5000时，顺时针方向旋转幅调电位器，反之，逆时针旋转，调整好灵敏度，把标定开关按出。
（4）仪器的 K值调整：仪器时按K＝2设计的。
当使用的应变片K值不为2时，必须在测试前标定。
本室使用应变片K＝2.2，即用幅调电位器调节为4545。
调好后，在实测中，所显示的数据不必再进行K值修正。
2、半桥测量接线。
把标准电阻从仪器的A、B、C接线柱拆下来，把主梁各点的应变片依次接到应变仪后面板10点接线板上去，AB接一片测量片，BC接一片温度补偿片。
调整应变片所接点的对应平衡电位器，使其平衡。
3、在原始记录上记下所测主梁的截面尺寸（数据已经在梁上标好）。
调动实验台蝶形螺母，使杠杆尾端稍翘起。
4、分四次加载。
每次加一只砝码（加砝码时要求一手扶砝码托，一手缓慢放砝码，使其不致摆动）。
5、记录荷载=200N。
记下应变仪显示器的应变量读数。
以后每增加200N，记一次应变值，并算出读数差，直到800N为止。
6、一片测量完毕之后，按同样方法测量另一片直到五片全部测完为止。
