工程力学金属材料拉压时的力学性能

实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验时间：设备编号：温度：湿度：一、实验目的1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。

2、测定低碳钢的弹性模量E。

3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限；强度极限，伸长率和截面收缩率4、测定铸铁的强度极限。

5、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时的力学性质。

6、了解CMT微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。

二、实验设备和仪器1．CMT微机控制电子万能实验机2．电子式引伸计仪3．游标卡尺4．钢尺3.实验原理试件夹持在夹具上，点击试件保护键，消除夹持力，调节拉力作用线，使之能通过试件轴线，实现试件两端的轴向拉伸。

试件在开始拉伸之前，设置好保护限位圈，微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。

试件在拉伸过程中，POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2，低碳钢在拉伸到屈服强度时，取下引伸计，试件继续拉伸，直至试件被拉断。

低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。

铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单，既没有明显的直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试件就突然断裂，断口与横截面重合，断口形貌粗糙。

抗拉强度σb较低，无明显塑性变形。

与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs、最大载荷Fb和铸铁试件的最大载荷Fb。

取下试件测量试件断后最小直径d1和断后标距l1，由下述公式σs=FsA0σb=F bA0δ=l1-l0l0⨯100%ψ=A0-A1A0⨯100%可计算低碳钢的拉伸屈服点σs。

、抗拉强度σb、伸长率δ，和断面收缩率ψ；铸铁的抗拉强度σb。

低碳钢的弹性模量E由以下公式计算：E=∆Fl0A0∆l式中ΔF为相等的加载等级，Δl为与ΔF相对应的变形增量。

4、实验步骤(1)低碳钢拉伸试验步骤按照式样、设备的准备及测试工作，大致可以将低碳钢拉伸试验步骤归纳如下：首先，将式样标记标距点，测量式样直径do及标距lo。

工程力学实验报告自动化12级实验班§1-1 金属材料的拉伸实验一、试验目的1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度R eH，下屈服强度R eL和抗拉强度R m 。

2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。

3．测定铸铁的抗拉强度R m。

4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁的拉伸过程及破坏现象，并比较其机械性能。

5．学习试验机的使用方法。

二、设备和仪器1．试验机（见附录）。

2．电子引伸计。

3．游标卡尺。

三、试样(a)bhl0l(b)图1-1 试样拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。

为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。

我国国标GB/T228－2002 “金属材料 室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图（1-1）所示。

它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。

夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。

过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样破坏时断口在平行部分。

平行部分中测量伸长用的长度称为标距。

受力前的标距称为原始标距，记作l 0，通常在其两端划细线标志。

国标GB/T228-2002中，对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。

四、实验原理低碳钢（Q235 钢）拉伸实验（图解方法）将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-ΔL 曲线），如图（1-2）。

观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。

屈服阶段反映在F-ΔL 曲线图上为一水平波动线。

上屈服力eH F 是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。

下屈服力eL F 是试样在屈服期间去除初始瞬时效应（载荷第一次急剧下降）后波动最低点所对应的载荷。

最大力R m 是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。

一、金属材料的拉伸及弹性模量测定实验1、根据低碳钢和铸铁的拉伸曲线比较两种材料的力学性质。

低碳钢为塑性材料，抗压和抗拉屈服极限相近，屈服时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。

压缩实验时，铸铁因得到剪切极限而被剪切破坏。

2、为什么加载速度要缓慢？加载速度超过一定值就称为“动载荷”，此时低碳钢的“屈服”阶段变得不明显，强度极限也有所提高。

所以拉伸加载时速度应缓慢：静载荷。

为了看金属的疲劳曲线，缓慢均匀才看得清楚。

为了获得更加准确的实验精度，加载时如果动作过大，则在加载的瞬间其重量是有变化的，对精度有较大的影响。

3、为什么拉伸实验必须采用标准试样或定标距试样？拉伸试验中延伸率的大小不仅与材料有关，同时也与试件的标距长度有关，与此同时，试件局部变形较大的断口部分，在不同长度的标距中所占比例也不同，因此，拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件，这样其相关性质才具有可比性。

材料相同而长短不同的试件延伸率通常情况下是不相同的。

拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。

利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的比例极限、伸长率、弹性极限、弹性模量、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。

4、什么是卸载规律和冷作硬化现象？试举两例说明冷作硬化现象的工程应用。

当对材料加载，使其应力超过弹性极限，材料会出现弹性应变和塑性应变，此时卸载，其弹性变形会完全恢复，但是塑性变形不会恢复，这部分应变称为残余应变。

对有残余应变的材料重新记载，则其应力应变曲线沿着卸载的直线上升，可以发现其弹性极限有提高，那么它的屈服极限自然有提高。

在这种常温下，经过塑性变形后材料强度变高，塑性降低的现象称为冷作硬化冷作硬化在实际应用中很多，特别是冷轧钢材、喷砂、冷镦。

5、材料和直径相同而标距不同的试样，断裂后伸长率是否相同？不相同。

材料性能的测试结果与试样的形状、尺寸有关，为了比较不同材料的性能，特别是为了使得采用不同的实验设备、在不同的实验场所测试的试验数据具有可比性，试样的形状与尺寸应符合国家标准（GB6397-86）。

金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。

力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。

下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。

首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。

强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。

其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。

强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。

其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。

韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。

冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。

韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。

再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。

塑性指标包括伸长率、收缩率等。

伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。

塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。

最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。

硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。

硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。

综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。

在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。

工程力学实验大全目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 (2)实验二金属材料的压缩试验 (6)实验三复合材料拉伸实验 (9)实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定 (14)实验五电阻应变片的粘贴技术及测试的桥路变换实验 (18)实验六弯曲正应力电测实验 (21)实验七叠（组）合梁弯曲的应力分析实验 (24)实验八弯扭组合变形的主应力测定 (28)实验九偏心拉伸实验 (32)实验十偏心压缩实验 (35)实验十一组合结构应力测试实验 (38)实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验 (40)实验十三冲击实验 (43)实验十四压杆稳定实验 (47)实验十五组合压杆的稳定性分析实验 (50)实验十六光弹性实验 (53)实验十七单转子动力学实验 (59)实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比的测定 (64)实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验一、实验目的与要求1．观察低碳钢和铸铁在拉伸试验中的各种现象。

2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F―Δl曲线)。

3．测定低碳钢的拉伸屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ、断面收缩率δ和铸铁的抗拉强度σb。

4．测定低碳钢的弹性模量E。

5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。

6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。

二、实验设备和仪器1．微机控制电子万能试验机。

2．电子式引伸计。

3．游标卡尺。

4．钢尺。

三、实验原理与方法金属材料的屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ和断面收缩率δ是由拉伸试验测定的。

试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。

这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。

图中：d0为试样直径，l0为试样的标距，并且短比例试样要求l0=5d0。

国家标准中还规定了其他形状截面的试样，可适用于从不同的型材和构件上制备试样。

图1-1金属拉伸试验应遵照国家标准(GB/T 228-2002)在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―Δl 曲线)，如图1-2所示。

机械工程基础知识点汇总一、工程力学基础。

1. 静力学基本概念。

- 力：物体间的相互机械作用，使物体的运动状态发生改变（外效应）或使物体发生变形（内效应）。

力的三要素为大小、方向和作用点。

- 刚体：在力的作用下，大小和形状都不变的物体。

这是静力学研究的理想化模型。

- 平衡：物体相对于惯性参考系（如地球）保持静止或作匀速直线运动的状态。

2. 静力学公理。

- 二力平衡公理：作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反且作用在同一直线上。

- 加减平衡力系公理：在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。

- 力的平行四边形公理：作用于物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力，合力的大小和方向由这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线来表示。

- 作用力与反作用力公理：两物体间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、沿同一条直线，且分别作用在这两个物体上。

3. 受力分析与受力图。

- 约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体。

常见约束类型有柔索约束（只能承受拉力，约束反力沿柔索背离被约束物体）、光滑面约束（约束反力垂直于接触面指向被约束物体）、铰链约束（分为固定铰链和活动铰链，固定铰链约束反力方向一般未知，用两个正交分力表示；活动铰链约束反力垂直于支承面）等。

- 受力图：将研究对象从与其相联系的周围物体中分离出来，画出它所受的全部主动力和约束反力的简图。

4. 平面力系的合成与平衡。

- 平面汇交力系：合成方法有几何法（力多边形法则）和解析法（根据力在坐标轴上的投影计算合力）。

平衡条件为∑ F_x=0和∑ F_y=0。

- 平面力偶系：力偶是由大小相等、方向相反且不共线的两个平行力组成的力系。

力偶只能使物体产生转动效应，力偶矩M = Fd（F为力偶中的力，d为两力作用线之间的垂直距离）。

平面力偶系的合成结果为一个合力偶，平衡条件为∑ M = 0。

实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定实验实验时间：设备编号：温度：湿度:、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理引伸仪标距I = mm实验前低碳钢弹性模量测定F 2 =实验后材料标距I i(mm) 断裂处直径d i(mm)载荷一变形曲线（F —A l曲线）及结果（1）比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能；（2）试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。

金属材料的拉伸及弹性模量测定原始实验数据记录实验指导教师:实验二金属材料的压缩实验实验时间：设备编号：温度：湿度：、实验目的、实验设备和仪器载荷一变形曲线(F —A l曲线)及结果(1)观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因;(2)分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同金属材料的压缩实验原始实验数据记录实验指导教师:20(年月曰实验指导教师:20(年月曰实验三复合材料拉伸实验实验时间：设备编号：温度：湿度:、实验目的、实验设备和仪器三、实验数据及处理试件尺寸四、问题讨论复合材料拉伸实验 原始实验数据记录实验指导教师:20(年月曰实验指导教师:20(年月曰实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定实验时间： 设备编号：温度：湿度: 、实验目的二、 实验设备和仪器三、 实验数据及处理弹性模量E = 泊松比卩=实验前平均 实验结果纵向弹性模量E i = ( MP a )泊松比低碳钢剪切弹性模量测定载荷一变形曲线(F —A l曲线)及结果(1)为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成45°螺旋断裂面?(2 )根据低碳钢和铸铁拉伸、压缩、扭转实验的强度指标和断口形貌，分析总结两类材料的抗拉、抗压、抗剪能力金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定原始实验数据记录实验指导教师:20(年月曰实验五电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验实验时间：设备编号：温度：湿度:、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理试件尺寸：L= mm。

b= mm。

《工程力学II 》拉伸与压缩实验指导书§1 拉伸实验指导书1、概述常温、静载作用下的轴向拉伸实验是测量材料力学性能中最基本、应用最广泛的实验。

通过拉伸实验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。

这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有极其重要的作用。

2、实验目的2.1 测定低碳钢的下列性能指标：两个强度指标：流动极限s σ、强度极限b σ； 两个塑性指标：断后伸长率δ、断面收缩率ϕ；测定铸铁的强度极限b σ。

2.2观察上述两种材料在拉伸过程的各种实验现象，并绘制拉伸实验的F －l ∆曲线。

2.3分析比较低碳钢（典型塑性材料）和铸铁（典型脆性材料）的力学性能特点与试样破坏特征。

2.4了解实验设备的构造和工作原理，掌握其使用方法。

2.5了解名义应力应变曲线与真实应力应变曲线的区别，并估算试件断裂时的应力k σ。

3、实验原理对一确定形状试件两端施加轴向拉力，使有效部分为单轴拉伸状态，直至试件拉断，在实验过程中通过测量试件所受荷载及变形的关系曲线并观察试件的破坏特征，依据一定的计算及判定准则，可以得到反映材料拉伸试验的力学指标，并以此指标来判定材料的性质。

为便于比较，选用直径为10mm 的典型的塑性材料低碳钢Q235及典型的脆性材料灰铸铁HT150标准试件进行对比实验。

常用的试件形状如图1.1所示，实验前在试件标距范围内有均匀的等分线。

典型的低碳钢(Q235)的L F ∆-曲线和灰口铸铁（HT150）的L F ∆-曲线如图1.2、图1.3所示。

图1.2 低碳钢拉伸L F ∆-曲线 图1.3 铸铁拉伸L F ∆-曲线 F p -比例伸长荷载；F e -弹性伸长荷载；F su -上屈服荷载； F b -极限荷载F sl -下屈服荷载；F b -极限荷载；F k -断裂荷载图1.1常用拉伸试件形状低碳钢Q235试件的断口形状如图1.4所示，铸铁HT150试件的断口形状如图1.5所示，观察低碳钢的L F ∆-曲线，并结合受力过程中试件的变形，可明显地将其分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段。

金属轴向拉压和扭转实验报告_工程力学一、实验目的1. 了解金属材料在轴向拉伸和压缩过程中的变形规律，并掌握试验数据的处理方法。

2. 了解金属材料在扭矩作用下的变形规律，并掌握试验数据的处理方法。

二、实验原理1. 轴向拉伸和压缩实验在材料测试机上进行轴向拉伸和压缩试验时，样品首先在载荷作用下发生弹性形变，之后随着载荷的增大，样品开始发生塑性形变，最终断裂。

在轴向拉伸和压缩过程中，由于样品的截面积随着应变的增大而发生变化，因此要得到真实的应力应变曲线，需进行截面积的修正。

修正后的应力可以表示为：σ = F/A0，其中，F为试验时所施加的载荷，A0为试验前的原始截面积；修正后的应变可以表示为：ε = ln(L/L0)，其中，L0为试验前的原始长度，L为载荷作用下试验中材料的长度。

2. 扭转试验在扭转试验中，试样在两端被夹持并扭转，当扭矩载荷增加时，试样在弹性阶段会发生弹性变形，而在塑性阶段则会发生塑性变形，最终达到破坏。

扭转弹性变形的大小与材料受到的扭转力矩、试样的几何尺寸、材质以及试验中使用的设备的刚度有关。

可以通过测量扭转角度和扭矩来得到真实的应力应变曲线。

三、实验内容1. 准备两根长度分别为25mm和30mm的测试圆柱材料，直径分别为6mm和8mm。

2. 对于轴向拉伸和压缩实验：（1）将试样夹在材料测试机上，贴上标定纸。

（2）测量原始样品的长度和直径，并计算出截面积。

（3）运行测试仪器，添加增量载荷，持续施加载荷，收集各个载荷下的抗拉性能数据。

（4）计算每个试验点的应力和应变，并绘制出应力-应变曲线。

3. 对于扭转实验：四、实验结果及分析经过轴向拉伸和压缩实验和扭转实验，得出各个试验点的应力和应变、剪切应力和角位移数据，并绘制出相应的应力-应变曲线和剪切应力-角位移曲线。

根据曲线分析，可以发现材料在弹性阶段是呈线性变化的，而在超过一定载荷后，就会进入塑性状态，呈明显的非线性变化，最终会破裂。

五、实验结论通过本次实验，得出以下结论：1. 在轴向拉伸和压缩试验中，材料的应力-应变曲线显示出材料具有明显的弹性阶段和塑性阶段。

第四节 材料在拉伸和压缩时的力学性能材料承受外力作用时，在强度和变形方面表现出的性能称为材料的力学性能，这些性能是构件承载能力分析及选取材料的依据。

由实验得知，材料的力学性能不仅取决于其本身的成分，而且还取决于载荷的性质、温度和应力状态等。

一、材料在常温、静载下拉伸的力学性能1．低碳钢低碳钢是一种典型的塑性材料，它不仅在工程实际中广泛使用，而且其在拉伸试验中所表现出的力学性能比较全面。

为便于比较不同材料的试验结果，首先按国家标准《金属拉力试验法》（GB228-87）中规定的形状和尺寸，将材料做成标准试件，如图6-18所示。

在试件等直部分的中段划取一段0l 作为标距长度。

标距长度有两种，分别为0010d l =；005d l =。

0d 为试件的直径。

图6-18将试件装夹在万能试验机上，随着拉力P 的缓慢增加，标距段的伸长l ∆作有规律的变化。

若取一直角坐标系，横坐标表示变形l ∆，纵坐标表示拉力P ，则在试验机的自动绘图仪上便可绘出l P ∆-曲线， 称为拉伸图。

图6-19(a)为低碳钢的拉伸图。

图6-19由于l P ∆-曲线受试件的几何尺寸影响，所以其还不能直接反映材料的力学性能。

为此，用应力0/A P =σ（0A 为试件标距段原横截面面积）来反映试件的受力情况；用0/l l ∆=ε来反映标距段的变形情况。

于是便得图6-19(b)所示的εσ-曲线，称为应力应变图。

根据低碳钢的εσ-曲线的特点，对照其在实验过程中的变形特征，将其整个拉伸过程依次分为弹性、屈服、强化和颈缩4个阶段。

（1）弹性阶段 曲线上oa 段，此段内材料只产生弹性变形，若缓慢卸去载荷，变形完全消失。

点a 对应的应力值e σ称为材料的弹性极限。

虽然a 'a 微段是弹性阶段的一部分，但其不是直线段。

o a '是斜直线，εσ∝，而εσα/tan =，令αtan =E ，则有εσE =（拉、压虎克定律的数学表达式）式中E 称为材料的弹性模量。