材料力学实验指导书
广州大学城建学院
建筑工程系编写
二零零四年六月
内容提要
本书为《材料力学》理论教学的配套教材——材料力学基本实验指导书。书中主要介绍了低碳钢和铸铁材料的拉伸和压缩实验，以及合金钢梁的弯曲正应力电测实验，包括实验目的、实验设备、实验原理，实验方法与步骤以及思考题等内容。书中还介绍了有关仪器和设备的使用。
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。
本书是根据广州大学城建技术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，由低碳钢和铸铁材料的拉伸、压缩实验，合金钢梁的纯弯曲正应力电测实验，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。
学生实验须知
1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。
2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。
3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。
5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。
6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。
7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据；
8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。
10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。
目录
实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验
实验二低碳钢和铸铁的压缩实验
实验三纯弯曲梁正应力分布电测
附录A 液压式万能试验机简介
附录B 球铰式引伸仪
附录C 电阻应变测量技术及DH3818静态应变测量仪简介
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验
一、 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。
二、 实验设备
（1） WE-30型万能材料试验机。 （2） 游标卡尺。 （3） 球铰式引伸仪。
三、 试件介绍
由于试件的形状和尺寸对实验结果有一定的影响，为便于互相比较，应按统一规定加工成标准试件。按国家有关标准的规定，拉伸试件分为比例试件和非比例试件两种。在试件中部，用来测量试件伸长的长度，称为原始标距（简称标距）。比例试件的标距l 0与原始横截面面积A 0的关系规定为
A l
k
= （1.1）
式中系数k 的取值为5.65时为短试件，取11.3时为长试件。对直径为d 0的圆截面试件，短试件和长试件的标距l 0分别为5 d 0和10 d 0。非比例试件的l 0和A 0不受上述关系限制。本实验采用圆截面的长试件，即l 0=5 d 0.
四、实验原理及方法
常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量E 、屈服极限s σ、强度极限b σ、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。 （1）低碳钢弹性模量E 的测定
由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即
ε
σ=
E （1.2）
因为A
P =
σ
,0
L L ∆=
ε
,所以弹性模量E 又可以表示为
L
A PL
E ∆=
(1.3)
式中：
E —材料的弹性模量，－应变
应力，εσ
-，
P —实验时所施加的荷载，A －以试件直径的平均值计算的横截面面积， L 0——引伸仪标距，-∆L 试件在载荷P 作用下，标距L 0段的伸长量。
可见，在弹性变形范围内，对试件作用拉力P ，并量出拉力P 引起的标距内伸长L ∆，即可求得弹性模量E ，实验时，拉力P 值由试验机读数盘示出，标距L 0＝50㎜（不同的引伸仪标距不同），试件横截面面积A 可算出，只要测出标距段的伸长量L ∆，就可得到弹性模量E 。
在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量L ∆）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验荷载与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测量误差，实验时一般用等增量法加载，即把载荷分成若干个等级，每次增加相同的载荷P ∆,逐级加载。为保证应力不超过弹性范围，以屈服载荷的70％～80%作为测定弹性模量的最高载荷P n 。此外，为使试验机夹紧试件，消除试验机机构的间隙等因素的影响，对试件应施加一个初始载荷P 0（本实验中P 0＝2.0kN ）。
实验时，从P 0到P n 逐级加载，载荷的每级增量均为P ∆。对应每级载荷P i ，记录相应的伸长i L ∆，1+∆i L 与i L ∆之差即为变形增量()i L ∆∆，它是P ∆引起的变形（伸长）增量。在逐级加载中，如果得到的()i L ∆∆基本相等，则表明L ∆与P 为线性关系，符合胡克定理。完成一次加载过程，将得到i i L P ∆与的一组数据，按平均法计算弹性模量，即
()
L A L P E ∆∆⋅⋅∆⨯
=-
0200 (1.4)
其中，()()∑=-
∆∆=∆∆n
i i
L n
L 1
1，为变形增量的平均值；200为测量变形时的放大系
数。
（2）屈服极限s σ、强度极限b σ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s P ,它所对应的应力即为屈服极限s σ。
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
