《材料力学实验》基础知识考查范围

801材料力学（2017）
参考书目：《材料力学》（I、II）刘鸿文主编，第五版，高等教育出版社2011,1 考试范围：
✧杆件变形的基本形式；
✧拉伸、压缩与剪切的强度条件及变形计算；
✧圆轴扭转的应力、强度、变形的计算；
✧受弯杆件剪力和弯矩的计算方法，掌握绘制剪力图和弯矩图的方法；
✧地求弯曲正应力和弯曲强度的计算，弯曲切应力的求解方法；
✧用积分法和叠加法求解弯曲变形问题，静不定梁的概念及求法；
✧二向应力状态的解析法和图解法，四种强度理论；
✧组合变形的分析方法，求解弯曲与拉伸或压缩的强度计算和扭转与弯曲的强
度计算；
✧压杆稳定的概念，正确求解压杆的稳定问题；
✧掌握动静法的方法，正确求解冲击时的应力和变形。

《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。

第一章材料力学实验基本要求：对一些材料的基本常用力学性能指标进行测定，对根据假设导出的理论公式加以验证。

实验应力的初步分析，掌握所用仪器设备的操作规程及熟练使用仪器设备，进行数据采集及分析，观察实验过程中各种物理现象。

重点与难点：实验方案的制定，惠斯顿电桥的理论知识与实验应用实验误差的分析，仪器设备的操作使用。

前言材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分。

材料力学中的一些理论和公式是建立在实验、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。

本章是根据温州大学建筑与土木工程学院开设的材料力学实验内容和实验仪器设备情况而编写的，由材料的拉伸、压缩实验，弹性模量、泊松比和剪切模量的测定实验，弯曲正应力试验，以及相关仪器和设备的介绍组成。

编写时主要参考了刘鸿文、吕荣坤的《材料力学实验》、曹以柏、徐温玉的《材料力学测试原理及实验》，王绍铭等的《材料力学实验指导》，以及其他院校的有关实验教学资料。

由于水平和时间有限，本书难免有不足和错误，望广大读者给以批评指正。

主编：王军杨芳二00七年七月第一节实验简介§ 1－1－1 实验的意义和基本内容材料力学实验是教学中的一个重要的环节。

材料力学的结论及定律、材料的力学的性质（机械性质）都要通过实验来验证或测定；各种复杂构件的强度和刚度的研究，也需要通过实验才能解决。

故实验课能巩固、加强和应用基本理论知识，掌握测定材料机械性能及测定应力和变形的基本方法，学会使用有关的机器及仪表（如材料试验机、电阻应变仪等），初步培养独立确定实验方案、分析处理实验结果的能力。

通过实验还能培养严肃认真的工作态度，实事求是的科学作风和爱护财物的优良品质。

因此，实验是工程专业学生必须掌握的基本技能。

材料力学实验一般可以分为以下三类：一、测定材料的的力学性质构件设计时，需要了解所用材料的力学性质。

《材料力学》考试大纲一、考试要求：要求考生全面掌握材料力学中的基本概念、基本理论和基本方法，并具有一定的综合应用能力。

二、考试内容：1、绪论（1）材料力学任务；（2）可变性的固体的基本假设；（3）内力、截面法、应力（4）杆件变形的基本形式。

2、拉伸与压缩（1）轴向直杆的内力、应力计算及强度条件；（2）单向应力状态的虎克定律；（3）轴向拉伸、压缩直杆的变形计算及抗拉、压刚度；（4）简单桁架的节点位移计算；拉伸、压缩静不定问题，装配应力及温度应力；（5）低碳钢及铸铁等材料的机械性质，应力应变曲线，材料的强度指标及塑性指标3、剪切（1）联接件剪切、挤压使用强度计算；（2）切应力互等定理，剪切虎克定律。

4、扭转（1）扭转外力偶矩的计算，扭矩与扭矩图；（2）圆轴扭转时的应力和强度条件，圆轴扭转时的变形和刚度条件；（3）简单扭转静不定问题。

5、平面图形的几何性质（1）简单图形及组合图形的静矩、形心位置的计算；（2）极惯性矩、惯性矩和惯性积的定义及其计算；（3）平行移轴公式及应用。

6、弯曲内力（1）弯曲内力计算及剪力图、弯矩图；（2）分布载荷集度、剪力、弯矩间的微分关系。

7、弯曲强度（1）平面弯曲梁的正应力计算及强度条件；（2）弯曲切应力计算及强度条件；（3）提高弯曲强度的措施。

8、弯曲变形（1）梁的绕曲线近似微分方程；（2）积分法求弯曲变形，刚度条件；（3）叠加法求弯曲变形；（4）提高弯曲刚度的措施；（5）变形比较法求解静不定梁。

9、应力状态理论和强度理论（1）应力状态概念，主应力，主平面及主单元体；（2）二向应力状态分析的解析法，图解法——应力圆；（3）三向应力状态的应力圆；（4）广义虎克定律及其应用；（5）各向同性材料的三个弹性常数E、G、 之间的关系；（6）强度理论概念，常用的四个强度理论及其应用。

10、组合变形（1）斜弯曲；（2）拉伸（压缩）与弯曲的组合变形；（3）圆轴扭转与弯曲的组合变形。

11、压杆稳定（1）弹性压杆的稳定平衡与不稳定平衡，失稳及临界力概念；（2）细长压杆的临界力，长度系数；（3）临界应力，压杆的柔度，临界应力经验公式（线性公式），临界应力总图；（4）压杆的稳定计算，提高压杆稳定性的措施。

材料力学考试范围
一、阶梯形拉压杆的轴力图绘制、强度计算、变形计算，剪切与挤压的实用计算；
二、画扭矩图、强度计算、刚度计算、截面相对扭转角的计算；
三、列弯矩方程、剪力方程、画弯矩图和剪力图；
四、塑性材料或脆性材料的弯曲正应力强度计算；
五、弯曲变形计算；
六、平面应力状态分析：计算斜截面上的应力、主应力、主平面方位、最大剪应力、主应变、
各种强度理论的相当应力及强度校核；
七、拉弯、压弯组合变形以及圆截面构件弯扭组合变形强度计算；
八、计算压杆的临界压力（或应力），稳定性计算；
九、动载荷；
十、利用卡氏定理或莫尔积分计算位移；
十一、求解静不定问题。

考题为七道大题，题型类似于布置的作业题，但绝对不会出现原题。

一、实验目的1. 了解材料力学实验的基本原理和方法；2. 掌握拉伸实验、压缩实验和扭转实验的基本操作；3. 通过实验，测定材料的力学性能指标，如强度、刚度、塑性等；4. 分析实验数据，比较不同材料的力学特性。

二、实验设备1. 拉伸实验：电子万能试验机、游标卡尺、标距尺、拉伸试样；2. 压缩实验：电子万能试验机、游标卡尺、压缩试样；3. 扭转实验：扭转试验机、游标卡尺、扭转试样。

三、实验内容及步骤1. 拉伸实验（1）选取低碳钢和铸铁两种材料，分别制备拉伸试样，试样规格为d10mm×l100mm；（2）将试样安装在电子万能试验机上，调整试验机夹具，使试样与试验机轴线平行；（3）开启试验机，以10mm/min的速度进行拉伸试验，记录最大载荷Fmax、屈服载荷Fs、断后伸长率δs和断面收缩率ψ；（4）绘制拉伸曲线，分析材料的力学特性。

2. 压缩实验（1）选取铸铁材料，制备压缩试样，试样规格为d20mm×l100mm；（2）将试样安装在电子万能试验机上，调整试验机夹具，使试样与试验机轴线平行；（3）开启试验机，以1mm/min的速度进行压缩试验，记录最大载荷Fmax、屈服载荷Fs和压缩变形量ΔL；（4）绘制压缩曲线，分析材料的力学特性。

3. 扭转实验（1）选取低碳钢材料，制备扭转试样，试样规格为d10mm×l100mm；（2）将试样安装在扭转试验机上，调整试验机夹具，使试样与试验机轴线平行；（3）开启试验机，以10r/min的速度进行扭转试验，记录最大载荷Fmax、屈服载荷Fs和扭转角θ；（4）绘制扭转曲线，分析材料的力学特性。

四、实验数据及处理1. 拉伸实验数据：材料：低碳钢Fmax (N)：3000Fs (N)：1000δs (%)：30ψ (%)：20材料：铸铁Fmax (N)：2000Fs (N)：800δs (%)：20ψ (%)：152. 压缩实验数据：材料：铸铁Fmax (N)：1500Fs (N)：600ΔL (mm)：23. 扭转实验数据：材料：低碳钢Fmax (N)：1000Fs (N)：400θ (°)：30五、实验结果分析1. 拉伸实验结果分析：低碳钢和铸铁的拉伸曲线如图1所示。

材料力学一、课程的性质与设置目的和要求材料力学是由基础理论课向设计课程过渡的技术基础课。

该课程对后续专业课及工程应用都有深远的影响。

通过对材料力学课程的学习，要求学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念、必要的基础理论知识、比较熟练的计算能力、一定的分析能力和实验能力。

二、课程内容与考核目标本课程主要讲述杆件的强度、刚度和稳定性理论及其应用，包括四种基本变形与组合变形的应力和变形，强度和刚度计算，能量方法与超静定问题，压杆稳定，动载荷与交变应力。

第一章拉伸与压缩1.学习目的与要求：本章介绍杆件在拉伸或压缩时的应力和变形计算。

通过学习，要求能熟练绘制杆件的轴力图；能熟练进行杆件强度计算和变形计算。

2.课程内容：轴向拉、压的概念；外力、内力、应力、应变、变形、位移等概念；拉（压）杆的内力、内力图；应力和强度计算、材料的拉、压力学性能、杆件的变形计算；简单的超静定问题。

3.考核知识点：轴力、轴力图；轴向拉压时截面上的应力；轴向拉压时的变形、虎克定律；材料的力学性能（低碳钢、铸铁的拉伸试验的应力应变图；低碳钢和铸铁的压缩试验及两类材料的比较）；轴向拉压的强度条件及强度计算；4.考核要求：能熟练运用截面法计算杆件的轴力，正确绘制轴力图；掌握杆件拉、压时的强度计算；掌握杆件的变形计算；了解材料的基本力学性能以及试件拉、压破坏时的现象和原因；掌握求解简单超静定问题的方法。

第二章剪切1.学习目的与要求：本章介绍连接件的实用计算。

通过学习，要求会计算简单的连接件的强度问题。

2.课程内容：剪切构件的受力和变形特点，连接处可能的破坏形式，剪切和挤压的实用计算。

3.考核知识点：剪切和挤压的概念，剪切和挤压的应力计算。

4.考核要求：了解剪切和挤压的概念，会计算简单的连接件的强度问题。

第三章扭转1.学习目的与要求：本章介绍杆件扭转时的应力和变形，通过学习，要求能熟练绘制杆件的扭矩图；掌握应力和变形的计算公式，能熟练进行轴类零件的强度和刚度计算2.课程内容：纯剪切概念、剪切胡克定律、切应力互等定理；功率、转速与外力偶矩的关系；扭矩和扭矩图、应力和变形的计算、强度条件和刚度条件；弹簧的应力和变形计算；简单扭转超静定问题的计算；非圆截面杆扭转的应力和变形简介。

实验一 拉伸实验拉伸试验、是研究材料力学性能的最基本试验，方法简单，数据可靠。

工矿企业，研究所一般都用此类方法对材料进行出厂检验或进厂复检，用测得的σs 、σb(σ0.2)、δ和Ψ等指标来评定材质和进行强度、刚度计算。

因此，对材料进行轴向拉伸试验和压缩试验具有工程实际意义。

不同材料在拉伸过程中表现出不同的力学性能和现象。

低碳钢和铸铁分别是典型的塑性材料和脆性材料。

低碳钢材料具有良好的塑性，在拉伸试验中弹性、屈服、强化、和颈缩四个阶段尤为明显和清楚。

一、 实验目的1、观察分析低碳钢的拉伸过程和铸铁的拉伸、压缩过程，比较其力学性能。

2、测定低碳钢的σs 、σb 、δ、Ψ ；测定铸铁的拉伸强度极限σb 。

3、了解材料试验机的结构原理，掌握操作方法。

二、 实验设备1、电子万能试验机。

2、液压式万能试验机。

3、游标卡尺。

三、 拉伸试样试样的制备应按照相关的产品标准或GB/T 2975的要求切取样坯和制备试样。

试验表明，所用试样的形状和尺寸，对其性能测试结果有一定影响。

为了使金属材料拉伸试验的结果具有可比性与符合性，国家已制定统一标准。

依据此标准，拉伸试样为比例试样，试样的横截面形状为圆形。

这两种试样便于机加工，也便于尺寸的测量和夹具的设计。

本试验所用的拉伸试样是经机加工制成的圆形横截面的长比例试样,即L =10d 。

如图1所示。

图1 拉伸试件四、 实验原理1. 低碳钢拉伸实验（1）屈服极限σs 及强度极限σb 的测定试样加载到达屈服阶段时，低碳钢的P －Δl 曲线呈锯齿形（图2）。

与最高载荷对应的应力称为上屈服极限，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。

同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。

一般把初始瞬时效应之后的最低载荷Ps 对应的应力作为屈服极限σs ，以试样的初始横截面面积A0除Ps ，即得屈服极限。

0A P s s =σ屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力（图2）。