《材料力学实验指导书》..

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？

2 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

3 1、低碳钢的拉伸实验

（1）试件的准备：在试件中段取标距10l d =或5l d =在标距两端用分规打上冲

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）试验机的准备；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（F L -∆曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到A 点时，拉伸图上B '段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定律的弹性变形范围。当载荷增加到B '点时，测力计指针停留不动或突然下降到B 点，然后在很小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动（或者叫屈服）,与B '点相应的应力叫上流动极限，与B 相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以B 点相对应的载荷值S F 除以试件的原始截面积A 即得到低碳钢的

流动极限S σ，S S F A

σ=流动阶段后，试件要承受更大的外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C 点至D 点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值b F （D 点）时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值b F ，用b F 除以试件的原始截面积A ，就得到低碳钢的强度极限b σb b /F A σ=。在试件发生“颈缩”后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，到E 点试件断裂。

关闭机器，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δ %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

4

图1-2 图1-3

从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈

近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得1l 的数值与断口的部位有关。为了统一δ值的计算，规定以断口在标距长度中央的31区段内为准，来测量l 的值，若断口不在31区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：

设两标点C 到C '之间共刻有n 格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在

断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d 起，向右取2/n 格，标记为a ，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a 点至1C 点有多少格，就由a 点向左取相同的格数，标以记号b ，令L '表示C 到b 的长度，则L L ''+'2的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n ，故L L l ''+'=21。

当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认

为实验结果无效，需要重作实验。

2、铸铁的拉伸实验 （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 取

最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限b σ，估计拉伸试件的最大载荷。

（2）试验机的准备：与低碳钢拉伸实验相同。

进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷b F ，观察自动绘