力学实验报告标准答案

力 学 实 验 报 告 标 准 答 案 长安大学力学实验教学中心 1

目 录 一、 拉伸实验···············································································2 二、 压缩实验···············································································4 三、 拉压弹性模量E测定实验···················································6 四、 低碳钢剪切弹性模量G测定实验·······································8 五、 扭转破坏实验····································································10 六、 纯弯曲梁正应力实验··························································12 七、 弯扭组合变形时的主应力测定实验··································15 八、 压杆稳定实验······································································18 2

一、拉伸实验报告标准答案 实验目的： 见教材。 实验仪器 见教材。 实验结果及数据处理： 例:(一)低碳钢试件 试 验 前 试 验 后 最小平均直径d= 10.14 mm 最小直径d= 5.70 mm 截面面积A= 80.71 mm2 截面面积A1= 25.50 mm2 计算长度L= 100 mm 计算长度L1= 133.24 mm 试验前草图 试验后草图 3

强度指标: Ps =__22.1___KN 屈服应力 σs= Ps/A __273.8___MPa P b =__33.2___KN 强度极限 σb= Pb /A __411.3___MPa 塑性指标: 1L-L100%L伸长率 33.24 % 1100%AAA面积收缩率 68.40 %

低碳钢拉伸图:

（二）铸铁试件 试 验 前 试 验 后 最小平均直径d= 10.16 mm 最小直径d= 10.15 mm 截面面积A= 81.03 mm2 截面面积A1= 80.91 mm2 计算长度L= 100 mm 计算长度L1≈ 100 mm 4

试验前草图 试验后草图 强度指标: 最大载荷Pb =__14.4___ KN 强度极限σb= Pb / A = _177.7__ M Pa 问题讨论： 1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同?

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.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,这样其有关性质才具可比性.

材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低5

碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

教师签字:_ _______ 日 期:___ _____ 二、压缩实验报告标准答案 实验目的： 见教材。 实验原理： 见教材。 实验数据记录及处理： 例：(一)试验记录及计算结果 材料 低碳钢 铸铁

试件尺寸 直径 d =_15__mm 长度 L =____20____mm 面积A =__176.63 _mm2 直径 d =__15____mm 长度 L =___20_____mm 面积A =__176.63 _mm2 6

试件形状草图

试验前

试验后 屈服载荷 屈服应力 Ps = ___49_____KN σs= ____277.4__MPa

最大载荷 抗压强度 Pb = __ _153_ _KN σb= _ _866.2__MPa

问题讨论： 1、分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。 7

2、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料?

答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此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。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。

通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。

教师签字:____________

8

日 期:____________ 三、拉压弹性模量E测定试验报告 实验目的： 见教材。 实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理： （一）碳钢试件尺寸 计算长度L =__100___mm 直 径d =__10___mm 截面面积A =___78.5____mm2 （二）引伸仪测量记录:

读数 载荷P (KN)

左 表 右 表

读数A1 (格) 读数差ΔA1 (格) 读数A2 (格) 读数差ΔA2 (格) 9

1 2 2 4 3 6 4 8 5 10

6 12

7 14 （三）数据处理结果 平均(ΔA1)= 平均(ΔA2)= 12()():()2AA左右两表读数差平均值＝

平均伸长增量(ΔL)=__________mm MPa()PLELA碳钢弹性模量

问题讨论： 1、 试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 10

答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 2、 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?

答: 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不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

教师签字:___________ 日 期:___________ 11

四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验报告标准答案 实验目的： 见教材。

实验仪器： 见教材。

实验数据记录及处理： (一)试验数据及计算结果 试 件 尺 寸 材 料 直 径mm 标距长度L0 力臂长度L 测臂长度R 碳 钢 10 190mm 150mm 150mm

1 2 3 4 5 6 扭矩nM 12

相对扭转角

00432nnP

MLMLGId





(二)结果比较(μ=0.3) 理论计算 实验值 误差%

GPa2(1)EG理 G实= GPa

问题讨论： 1、 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施?

答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。

2、 测G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 13

答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。

教师签字:_________ 日 期:_________

五、扭转破坏实验报告标准答案 实验目的： 见教材。 14

实验仪器： 见教材。

实验数据记录及处理： (一) 试验数据记录

尺 寸 试 件 材 料 碳 钢 铸 铁 直径d(mm) 10 10 计算长度L(mm) 100 100 抗扭截面模量mm3 330.216dWpd

200 200

屈服扭矩Ms 35.5 N·m 破坏扭矩Mb 80.5 N·m 46.5 N·m (二) 性能计算

1、碳钢:扭转屈服极限: 177.3 sspMMPaW