1、材料力学实验实验一实验绪论一、材料力学实验室实验仪器1、 大型仪器：lOOkN (10T)微机控制电子万能试验机；200kN (20T)微机控制电子万能试验机：WEW-300C 微机屏显式液压万能试验机；WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机2、 小型仪器：弯曲测试系统：静态数字应变仪二、应变电桥的工作原理材料力学实验与材料力学的关系材料力学实验的要求1、 课前预习2、 独立完成3、 性能实验结果表达执行修约规定4、 曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接5、 应力分析保留小数后一到二位轴向压缩实验%实验预习1、实验目的I、 测定低碳钢压缩屈服点bcII、 测定灰铸铁抗压强度2、实验原理
2、及方法金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5倍 3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极 限Q ,都与拉伸时人致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断 增人，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。实验步骤I、放试样II.计算机程序清零III、开始加载IV、取试样，记录数据二、轴向压缩实验原始数据试样舍称试骏前试样宜径dO(mm)原始横 利艾而而 积力0(mm)2屈服 裁荷 FsQKN、最大 載荷 Fby(KN)低碳钢110.00210.00平均10.0025/r24
3、.15110.00210.00平均10.0025rr54.36指导老师签名：徐三、轴向压缩数据处理测试的压缩力学性能汇总材料力学屈服强度s(MPa)抗压强度 %(MPa)试验后低碳钢试 样变形示意图试验后铸铁试样破 坏(裂纹)示意图低碳钢3060 00 铸铁690强度确定的计算过程:实验三轴向拉伸实验%实验预习1、 实验目的（1） 、 用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E；（2） 、 测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。断后伸长率$和断面收缩率：（3） 、 测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断II特征。2、 实验原理及方法I.弹性模量E及强度指标的测定。（见图）（1）测弹性模量用等增量
4、加载方法：Fo= （10%20%） F=, Fn=（70%80%） F: 加载方案为：Fo=5, Fi=8, F2=ll, F3=14, F4=17 , F5 =20 （单位：kN） 数据处理方法：E= f； （GPa,取三位有效数）平均增量法 （1）E=皿-M 丄（gm）线性拟合法 巧W-也凶A” （2）/。原始标距人”一原始标距范闱内横截面面枳的平均值/）”, =以也 _ 叫=o 1）n 引伸计伸长增量的平均值；（2）、强度指标b =匚屈服强度 人（N/mm】或MPa）抗拉强度 （N/min2或MPa）II、塑性指标、V的测定:卜 0 J 2 3 4 9 6 3 9 乡弋O / 4-!A
5、A0 B CVa vb(c)1 2 34 56789 1 厂 (a)血试祥 J0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 毀壬IH H上(6断后伸长率8 - 1 xlOO%A - A0=xlOO%断面收缩率 血/】一拉断后的标距长度 久一原始横截面积的最小值。旳一颈缩处的最小横截面积。2、通过预习回答下列问题（1） 如何测定试样的原始横截面面积 游标卡尺（2） 低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算下屈服阶段（3） 对低碳钢试样拉断后的标距测量，什么情况可以直接对接测量？什么情况要求用断I I 移中法测量？（要仔细阅读标距测量断1移中法）1/3*10内，否则且测量结果不 合格的时候可采用
6、断口移中法测量。二、实验原始数据2 面H) 面mzr 均 o 檢4低碳钢部 中21899129919.942001029.942299铸铁299.2三、数据处理（-）低碳钢拉伸弹性模量E的测定引伸仪标 ILe=50mm;AF = 3kN載荷（kN）伸K变形（第一次）伸氏变形（第二次）读数6 (mm)6 (M) (mm)读数6 (mm)S (AL)(mm)初載Fo =40.03430.00850.03890.0084Fi =70.04280.04730.00920.0089F2=100.05200.05620.00950.0094F3=130.06150.06560.00920.0094耳“60
7、.07070.07500.00930.0092F5=190.08000.0842（二）E 值弹性模量平均法:Ei3x103x50x10379.48x10-6x0.00845x10-3=223.345GPaE23x103x50x10779.48x10-6x0.00905x107=208.538GPa3x103x50x10379.48x10-6x0.00945x103=199.711GPaE4 =3x103x50x10379.48X10 一6x0.0093x10 一 3=202.932GPa3X1O3X5OX1O379.48X10 一6x0.00925x10 一 3=204.029GPaE1+E2
8、+E3+E4+E55207.711GPa(三)强度指标和塑性指标的测定试样载荷记录试样上屈服载荷FedkN)卞屈服载荷 Fg(kN)屈服强度4 (MPa)最大载荷心(KN)抗拉强度 % (MPa)低碳钢26.9021.50270.5034.39432.69铸铁一一 16.52210.90指导老师签名：徐拉断后试样尺寸记录低碳钢缩颈处直径du(mm)缩颈处横截面面积力U (mm)2标距段长度L1(mm)99.816.4232.56直接测量得：124.36mm26.46或N-n为奇数测得:平均6.44或Nn为偶数测得材料的塑性指标5、中(修约后值)材料名称断后伸长率6 %)断而收缩率 屮(%)试验
9、后试样破坏(断口)示意图低碳钢24.6%59%口 a铸铁强度和断面收缩率确定的计算过程:6.44 9 9低碳钢:(rs = =270.5MPa ab =字=43269MPa 铸铁： ab = =210.90MPa 力0Au = ()27t = 32.56(mm)2124.36-99.8x 100% = x 100% = 24.6%(P = x 100% =x 100% = 59% Z1 / X-T*OA-Ar 79.48 - 32.56思考题1、测定E时为何要加初载荷F0,限制最高载荷Fn?采用分级加载的目的是什么？为了减小误差。分级加载目的是使测得的弹性模量E减小误差，同时验证材料是否处于弾
10、性状态, 以保证实验结果的可集性。、实验预习I、 实验目的1、 掌握扭转试验机操作。2、 低碳钢的剪切屈服极限T轧3、 低碳钢和铸铁的剪切强庭极限Tb。4、 观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及贯破坏形式，并对试件断口形 貌进行分析。II、 实验原理及方法低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图(a)所示。图1.低碳钢材料的fll转图低碳钢材料的扭转屈服极限G =器，抗扭强度6 =誥, 其中坷=竽为抗扭截面模量。16铸铁试件受扭时.在很小的变形卜就会发生破坏，其扭传图如图3所示。O 卩图久铸铁材料的扭转图图4.低碳钢和铸铁的扭转缩口形状低碳钢实验步骤：1、 测量试样；2、 检查设备线路，并打开设
11、备电源以及配套软件操作界面：3、 安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧，再将另一个 定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的V 形块上，使卡盘和V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母 拧紧；4、 将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零；5、 记录实验数据；6、 实验结束后，取下试件，观察试样破坏断II形貌，打印实验结呆，关闭软件，关闭电源。铸铁实验步骤：与低碳钢扭转实验步骤相同。铸铁是脆性材料，只需记录试件的最人扭矩无需安装扭角测量装置。二、实验原始数据试样名称试验前试 样直径 d
12、o (mm)抗扭截面概量mm 3下屈服扭 矩Ts(Nm)最大扭矩低碳钢10.00196.3537.5496.25铸铁10.00196.3558.88指导老师签名：徐三、数据处理测试的压缩力学性能汇总材料名称剪切屈服强度 (MPa)抗扭强度6(Mpa)低碳钢试样试 验后破坏(断 口)示意图铸铁试样试验后 破坏(断口)示 意图低碳钢143.39367.65铸铁224.901 1强度确定的计算过程:低碳钢:铸铁：3x66=丽=3xTb3x37.544x196.35x10-93x96.254x196.35x10 一 93x58.884x196.35x10-9=143.39MPQ=36765MPa=22
13、4.90MPQ四、思考题1、 低碳钢扭转时圆周线和纵向线如何变化？这一现象说明什么？2、 比较低碳钢和铸铁两种材料的T4曲线，观察两种材料的扭转破坏断口，分析各自的破坏原因。1、 低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线，此后经历人量塑性变形并沿横截面断裂，纵向线扭 转了一定角度，圆周线和纵向线都偏移了一定角度，但圆筒沿轴线及周线的长度都没有 变化。说明了扭转平面假设的正确性。2、 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断II形貌有很人的差别。低碳钢试样的断面与横截面 重合，断面是最大切应力作用面，断II较为平齐，可知为剪切破坏。铸铁试样的断面是 与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最人拉应力作用面，断II较为
14、粗糙，因而最犬拉 应力造成的拉伸断裂破坏。实验五低碳钢切变模量G的测定I、实验目的1、 测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G；2、 了解扭角仪的原理。II.实验原理及方法电测法机测法扭如抬爪務原艸机测法电测法G厶T纯剪切GyWt图（c）半桥接法%=一5厂勺G_ A7 _ AT 平均增量法一时厂必仏6Lo （标矩）=100mm, （表分表读数）1/lOOniin嗨1b ,-一一极惯性矩平均增量法G = W AT 扭矩增量1 p 帥1 , A 平均扭转角注意：每加一级磁码需轻敲击一下加力杆以 克服变形传递时的机械间隙。二、实验原始数据1.切变模量G试验试样尺寸及有关参数试样直径d/mm试样标距 l0/
15、mm加力杆力 臂长度 a/mm扭角指示 器中心髙 度 b/mm应变计灵 敏系数k10.00100500602.142、切变模量G试样结果施加扭矩扭角指示器百分表读数l/100mm应变电测法应变仪读数“ T (N.m)读数G （格）AC： = Ci+1 一 Ci读数可g = ff+1 一 SiT = 9.8 x 0.53636301299r2=2 x 9.8 X 0.572600T3=3 x 9.8 x 0.510937903303片=4 x 9.8 x 0.5145361203300Ts=5 x 9.8 x 0.5181361502299平均增疑AT =4.9=36.5(l/100mm)(Aj
16、)m=300.25MeG(GPa)机测法*X严咖电测法（竄=阳沁G取三位有效数字。三、数据处理IP = fA p2dA = =9.18x 1010m4Wt = =1.96x 107m3c 16A（pm = g）70.006 G亠IpMm厂 ATG= lOOxb4.9X100X10-3 =832GP39.8X1O_1XO.OO69.8x0.51.96X10一7x300.25x106 83.3GP。1、比较机测法和电测法测G的结果，对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。电测法的灵敏度高，精确度也比较高，可以实测，遥测。高温， 高压，动态等特殊工作条件都可以使用，而缺点是不能测出构件内部 的应变
17、，也不能准确地反映应变分部的急剧变化。而机测法操作简单但是精度不高O实验六 纯弯曲梁的正应力实验、实验预习I实验目的1、 初步掌握电测方法和多点测量技术；2、 测定梁在纯弯和横力弯曲卜的弯曲正应力及其分布规律。II实验设备1、 电子万能试验机或简易加载设备；2、 电阻应变仪及预调平衡箱；3、 进行截面钢梁。m实验原理理论上两个不同截面贴片位置受到的弯矩和应力分别为：纯弯曲：M冷Fa；皿厂土警= 土譽 横力弯曲：= ；ain/4 = 令产实验时，只要测得载荷下各待测应变片的应变&即可由胡克定律 算出各测点实测应力1 =E从而和理论值进行比较。实验采用等增量加载法，取最大载荷心ax = 5000/
18、V(产生的应力小 于材料的屈服极限)，分五级加载(n=5)，则载荷增量为AF =1000NoIV本次实验应变仪选用1/4组桥方式，画出相应的外接应变片接线图和电路原理图V根据梁的尺寸和载荷，用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=lkN时，横截面上、下 边缘及距离中性层h/4处的应力，并用胡克定律估算梁上应变片在F=lkN时的应变值知1/4 =v=y=9375Mpa12= y=i(p 3My9.375MPa橫截面上下边缘如2 = f = y =而耘=188MPd12ame4 = EAS4 = 41.85 x IO6 x 215 = 8.9MParme5 = Eavs = 81.5 x IO
19、-6 x 215 = 17.5MPa二、实验数据钢梁几何尺寸bhLaCkE2011111140111111600nmi200nun30mm2.19215GPa应变读数及应变读数增量占匚总表测点号1233，44r5应变仪通道号123456784EAfEArArAebwrAeEAr第0KN0920-410-210-1509025052067次 测1KN-92-41-21-159255267-884454-1210305485量2KN1808575-271955106152-86-36-61-11103254803KN-2661211362987160232-86-39-72-10113354854
20、KN352160218-4840120214317843561862649755KN436-19S279-56461S42633920KN0-860-350-960-120110310560861KN86-35-96-1211315686-87-35-68983253842KN173-70-164211963109170-8734-57-9103552843KN-260-104221302998161254-85-36-42-873451854KNM45-1402633336132212339-86-39-48-653549845KN-431179311-4441167261423应变读数増总
21、的 平均值M-86.7-47.706541.8581.5组别号：方婕陈宇超宣哲何恺杰 指导老师签名：徐三、数据处理1、横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN时的实测应力增量。横截面上边缘是1测点号，下边缘是5测点号。离中性层crmel = Esavl = 86.7 x IO-6 x 215 = 18.6MPacrme5 = E、S5 81.5 x IO-6 x 215 = 17.5MPacrme2 = = 47.7 x 10-6 x 215 = 10.2MPa2、误差计算（中性层的应力计算绝对误差，其他为相对误差）% 屮= =昼二0.000000106 = 9375MPa12横
22、截面上下边缘如1/2 = =云=0.000000106 = 188MPa 12rme4 = EAfav4 = 41.85 X IO-6 x 215 = 8.9MPame5 = av5 = 81.5 X IO-6 x 215 = 17.5MPaxlOO%测点号12345相对误 差 （绝 对误差）1%8%0.655%7%（1） 分析你的原始数据记录，总结你这次测量数据的偏差情况。从处理的数据来看，上边缘的误差最小，其他误差也较小，因此本次测量数据的 偏差不大，二次在相同AF下测量的结果 也较为相近。（2） 整理实验数据时，对中间几个测点，应取前后两枚应变片应变的平均值。试问在实测中这 一平均值可用
23、什么方法直接得到？怎么组桥？请画出测量桥的电路原理图。在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的，因为如果将前后2 枚应变片组成半桥测量的话，其应变值刚好互相抵消了。只有上下2枚应变片 是可以组成半桥来直接测量的，一个受拉，一个受压，更改下方式或系数就可 以直接得到其平均值。实验七弯扭组合变形的主应力测定I实验目的1测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力；2、测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。II实验原理1、弯矩M测定。ES温度影响不用考虑T = E8) - Wt4(1 + “)在贴片情况下，应弯矩引起X方向的应变.利用半桥接法可以得到加载时应变T Er = er.= 皿(1 + /)
24、 4(1 + )，可得Wt = (D4-d4)+45 A450应变片组成全桥，可以测得扭矩。III理论计算载荷为9.8N时圆管各测量点（有2点）的主应力大小及方向（要求画出主单元 体，明确X轴的方位）A：M F1D 9.8x0.4x0.03484 “一二 二 二 lOMPaWz J(D4-d4) x(0.034844-0.0344)Mz FaD 9.8x0.5x0.03484 “小t =二 j 二 7 =6.34MPaWp J(DM4) x(0.034844-0.0344) 启+J )2+r2=13.07MPa a3 = - (-)2 + i2=-3.07MPa3 2 # 2tan2a0 = y 妒-25.9。M FID 9.8x0.4x0.03484 4 = =10M r3(D4-d4) x(0.034844-0.0344)J J 4bFaD 9.8X0.5X0.03484WzT = = = x(0.0348-0.034=6,34MPa16 16叭=孑 + J (p 2 + r2=3.07MPa+ r2=-13.07MPatan2cr0 = 1.268a0 = 259。IV本实验所用应变花的布片示意图和简要说明(要求设定的X轴与上述“3”的设定一致)。)A. B两点各贴45 0。 45。应变花。约定儿4为45。，2
