材料力学实验参考要点

材料力学实验参考要点

0 / 11 实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能

一、实验目的

1、测定低碳钢的屈服极限s，强度极限b，延伸率和面积收缩率。

2、测定铸铁的强度极限b。

3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（lF曲线）。

二、仪器设备

1、液压式万能试验机。

2、游标卡尺。

三、实验原理简要

材料的力学性质s、b、和是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷sF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。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷sF，继续加载，测得最大载荷bF。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。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，直至断裂。

铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。

四、实验过程和步骤

1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。

2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。

3、 按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操作要求见万能试验机使用说明。

4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的lF曲线显示在微机显示屏上。从低碳钢的lF曲线上读取sF、bF值，从铸铁的lF曲线上读取bF值。

5、 测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。

6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l。

7、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。

8、 试验机复原。材料力学实验参考要点

1 / 11 五、数据记录与处理

低碳钢试件

试 样 尺 寸 实 验 数 据

实验前：

标 距 l 100 mm

直 径 d10.14 mm

横截面面积 A80.71 2mm

实验后：

标 距 l1=133.24 mm

最 小 直 径 d1= 5.70 mm

横截面面积 A1=25.50 mm

屈服载荷 sF 22.1 kN

最大载荷 bF 33.2 kN

屈服应力 AFss MPa

抗拉强度 AFbb MPa

伸 长 率 %1001lll

断面收缩率 %1001AAA

试 样 草 图 拉 伸 图

实验前：

d..l

实验后：

F O l

灰铸铁试件

试 样 尺 寸 实 验 数 据

实验前：

标 距 l 100 mm

直 径 d10.16 mm

横截面面积 A =81.03 mm2

实验后：

标 距 l1≈100 mm

最 小 直 径 d1=10.15 mm

横截面面积 A=80.91 mm2

最大载荷 bF 14.4 kN

抗拉强度 AFbb MPa

实 验 前 草 图 实 验 后 草 图 材料力学实验参考要点

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六、实验结论分析与讨论

分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征。 材料力学实验参考要点

3 / 11 实验二、测定金属材料压缩时的力学性能

一、实验目的

1、测定低碳钢的屈服应力s。

2、测定铸铁的抗压强度bc。

3、观察压缩过程中的各种现象，并绘制压缩图（lF曲线）。

二、实验设备

1、液压式万能试验机。

2、游标卡尺。

三、实验原理简要

当试样承受压缩时，其上下端面与试验机垫板之间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻碍试样上部和下部的横向变形，使其抗压能力有所提高，故试验时试样两端面应涂以润滑剂以减小摩擦力的影响。施加载荷时，要求其合力作用线与试样轴线一致，为此试样两端面必须平行且与轴线垂直，同时在试验机下垫板底部有球形承垫，当试样两端面稍有不平行时，会自动调整下垫板平面的方位，使接触面载荷均匀分布。低碳钢压缩试验中，屈服现象不及拉伸时那样明显，从lF曲线读下屈服载荷sF，由此可求得屈服极限0AFss，此后由于材料良好的塑性，使其压成饼状而不致破坏，故低碳钢不存在压缩强度极限。铸铁压缩试验则在出现较大（相对于拉伸而言）的塑性变形后发生破坏，其裂纹方向与轴线约成450角，此时的载荷即为最大载荷bcF，由此可算得压缩强度极限0AFbcbc。

四、实验过程和步骤

1、测量试样的原始尺寸。

2、安装试样并保持上下对中。

3、根据试样的负荷和变形水平，按照试验机操作软件设定试验的详细步骤，加载试验。

4、观察试样变形和破坏特征。 材料力学实验参考要点

4 / 11 五、数据记录与处理

材料 低 碳 钢 灰 铸 铁

试样

尺寸 d15mm，l20 mm，A176.63mm2 d15mm，l20 mm，A176.63mm2

试样草图 实 验 前 实 验 后 实 验 前 实 验 后

d. d.

实验数据 屈服载荷 sF 49 kN

屈服应力 AFss MPa 最大载荷 bcF 153 kN

抗压强度 AFbcbc MPa

压

缩

图 F O l F O l

六、实验结论分析与讨论

分析铸铁试件压缩破坏的原因。材料力学实验参考要点

5 / 11 实验三、拉压弹性模量E测定

一、实验目的

1、测定材料的弹性模量E。

2、在比例极限内，验证胡克定律。

二、实验设备

1、万能试验机。

2、数字式电阻应变仪。

3、游标卡尺，标准试样等。

三、实验原理简要

一般采用在比例极限内的拉伸试验来测定材料的弹性模量E。测量标距内微小变形的方法较多，可以用各种引伸仪来测定，也可以用电测方法来测得。试件一般采用圆形截面的标准试样。为了验证载荷F与变形l之间的正比关系，在比例极限内采用增量法，逐级加载，每次增加同样大小的载荷F，测出相应的伸长变形，若每次伸长变形增量也大致相等，说明载荷F与变形l成正比，即验证了胡克定律。设试样的横截面为A，标距为l，则弹性范围内的胡克定律为EAF/，由此可知，试样材料的弹性模量为：

AFE。为了夹牢试件和消除试验机机构之间的间隙，必须施加一定数量的初载荷。当确认仪表工作正常之后，正式自初载开始，逐级加载，测量其伸长。

四、实验过程和步骤

1、试件准备

在标距长度范围内，测量试件两端及中间三处的截面尺寸，取三处尺寸的平均值作为试件的计算直径。

2、拟定加载方案。

3、试验机准备。

按试验机操作软件设定试验的详细步骤加载试验。

4、安装试件并施加初载荷。

5、检查及试件

试验机开动前，必须请指导教师检查以上步骤完成情况。然后开启试验机，预加载荷至两倍初载荷，以检查试验机是否正常工作。

7、进行试验

自初载荷起，缓慢地逐级加载至最终载荷，并将读数记入记录表中。加载至最大值后、再卸载至初载荷。以上试验过程，应重复进行2～3次。直至几次测量结果基本一致为止。 材料力学实验参考要点

6 / 11 五、数据记录与处理

试样尺寸：计算长度l =100 mm，直径d = 10 mm， 横截面面积 A78.52mm

载荷(kN) 应变读数（με）

F读数 增量F 第一次 第二次

读数 增量 读数 增量

0 0 0 0 0 0

2 2 115.2 115.2 114.6 114.6

4 2 231.3 116.1 229.9 115.3

6 2 348.5 117.2 346.7 116.8

8 2 465.3 116.8 461.3 114.6

增量均值F N 增量均值115.83

弹性模量 AFE 218 GPa

六、实验结论分析与讨论

逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 材料力学实验参考要点

7 / 11 实验四、金属材料扭转破坏实验

一、实验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服点s，及剪切强度极限b。

2、测定铸铁的剪切强度极限b。

3、观察低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）的扭转破坏特点，并比较其断口形状。

二、实验设备

1、扭转试验机。

2、游标卡尺，标准试样等。

三、实验原理简要

塑性材料试样安装在扭转试验机上，对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得到扭转曲线。试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。弹性变形到一定程度试样会出现屈服。扭转曲线扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl，通常把下屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限τs，即：τs=τsl= Tsl/W。当试样扭断时，得到最大扭矩Tb，则其抗扭强度为τb= Tb/W式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有W=πd03/16。铸铁为脆性材料，无屈服现象，故当其扭转试样破断时，测得最大扭矩Tb，则其抗扭强度为：τb= Tb/W。

四、实验过程和步骤

1、测量试样原始尺寸。

分别在标距两端及中部三个位置上测量的直径，用最小直径计算抗扭截面模量。

2、安装试样并保持试样轴线与扭转试验机转动中心一致。

3、低碳钢扭转破坏试验。

观察线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。

4、铸铁扭转破坏试验。

试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。