材料力学实验指导 南阳理工学院土木工程系 材料力学实验室 2007年3月
材料力学实验指导 南阳理工学院土木工程系 材料力学实验室 2007 年 3 月
录 第一章实验内容 1拉伸试验………………………………… §1-2压缩试验………………………… §1-3扭转试验………………6 §1-4材料弹性模量E和泊松比μ的测试………………8 §1-5纯弯曲梁的正应力实验 12 §1-6薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定………… 第二章仪器介绍……………………19 §2-1液压万能试验机……… §22扭转试验机………………20 §2-3组合式材料力学多功能实验台…………… 附录实验报告要求……………………………………24
目 录 第一章 实验内容 ………………………………………………………1 §1-1 拉伸试验……………………………………………………………… 1 §1-2 压缩试验……………………………………………………………… 4 §1-3 扭转试验……………………………………………………………… 6 §1-4 材料弹性模量E和泊松比μ的测试………………………………………… 8 §1-5纯弯曲梁的正应力实验…………………………………………………… 12 §1-6 薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定 …………………………………… 14 第二章 仪器介绍 ………………………………………………………19 §2-1 液压万能试验机………………………………………………………… 19 §2-2 扭转试验机 …………………………………………………………… 20 §2-3 组合式材料力学多功能实验台 ………………………………………………22 附录:实验报告要求…………………………………………………… 24 2
材料力学实验指导 第一章实验内容 §1-1、拉伸试验 试验目的 1、测定低碳钢的下屈服点σs、抗拉强度σb、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铸铁的抗拉强度σ 3、观察分析两种材料在拉伸过程中的各种现象 、设备和仪器 液压万能试验机 2、游标卡尺 三、试样 最常见的拉伸试样是圆形和矩形试样 它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。(见 图1-1-1)夹持部分稍大、过渡部分是圆角、 与平行部分光滑的连接,以保证试样破坏时断 图1-1-1 口在平行部分。夹持部分的形状和尺寸据试验机夹头的形状和结构设 计。平行部分长度对圆形试样不小于lo+do,对矩形试样不小于l+b/2。l是测量变形的长度,称为原 始标距。在其两端用划细划来标志。若按试样标距l和横截面面积A间关系分,有比例试样和定标距 试样两种。比例试样系按公式=K√A,计算而得的试样,式中系数K通常为565或13.前者称 为短试样,后者称为长试样。对圆形试样来说,标距分别等于5d和lOd。一般应采用短试样,长试 样仅系过渡性质。定标距试样l与A的无上述关系。 国标GB6397-86中,对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。 本次实验采用d。=10mm的圆形短试样 四、试验原理 材料的力学性能指标:屈服极限σ、强度 极限ωb、延伸率δ和断面收缩率v是评定低碳钢 材料力学性能的主要依据。这“四大指标”可 以用材料的拉伸图来描述;而材料的拉伸图可 以在实验中通过试验机的自动绘图仪绘出,如 图1-1-2所示 a 这里要注意以下几个问题 由自动绘图仪绘出的拉伸图中,拉伸变
材料力学实验指导 第一章 实验内容 §1-1、拉伸试验 一、试验目的 1、测定低碳钢的下屈服点σs1、抗拉强度σb 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铸铁的抗拉强度σb。 3、观察分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、设备和仪器 1、液压万能试验机 2、游标卡尺 三、试样 最常见的拉伸试样是圆形和矩形试样。 它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。（见 图 1-1-1）夹持部分稍大、过渡部分是圆角、 与平行部分光滑的连接，以保证试样破坏时断 图 1-1-1 口在平行部分。夹持部分的形状和尺寸据试验机夹头的形状和结构设 计。平行部分长度对圆形试样不小于l0+d0，对矩形试样不小于lo+bo/2。lo是测量变形的长度，称为原 始标距。在其两端用划细划来标志。若按试样标距lo和横截面面积Ao间关系分，有比例试样和定标距 试样两种。比例试样系按公式lo= AK o 计算而得的试样，式中系数K通常为 5.65 或 11.3。前者称 为短试样，后者称为长试样。对圆形试样来说，标距分别等于 5do和 10do。一般应采用短试样，长试 样仅系过渡性质。定标距试样lo与A0的无上述关系。 国标 GB6397-86 中，对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。 本次实验采用do=10mm的圆形短试样。 四、试验原理 材料的力学性能指标：屈服极限σs、强度 极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ是评定低碳钢 材料力学性能的主要依据。这“四大指标”可 以用材料的拉伸图来描述；而材料的拉伸图可 以在实验中通过试验机的自动绘图仪绘出，如 图 1-1-2 所示。 这里要注意以下几个问题： 1、由自动绘图仪绘出的拉伸图中，拉伸变 1
材料力学实验指导 形△L是整个试件的伸长(而不是标距部分的伸长,如欲测标距部分的伸长,需用特殊设备), 图1-1-2 并且包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹板中的滑动等 2、在正比阶段,理论上的拉伸曲线应是一条直线,但因试件开始受力时,头部在夹板中的滑动 很大,所以自动绘图仪绘出的拉伸图最初一段是曲线 3、对于低碳钢在屈服阶段,拉伸曲线(B-C)常成锯齿状。由于上屈服点B受变形速度和试 件形状等影响较大,而下屈服点B则比较稳定,故工程上均以B点所对应的荷载作为材料屈服时的荷 载Ps,通过所测得的屈服荷载Ps,由公式 s=PsA即可求得屈服极限s 4、在强化阶段,当试件所受拉力达到最大荷载P之前,在标距范围内的变形是均匀的,拉伸曲 线是一段平缓上升的曲线,在这段曲线的最高点D,拉力达到最大荷载Pb。通过此时测到的最大荷载 Pb,由公式o=PbA0可得强度极限σb 5、局部收缩阶段,当拉力达到最大荷载Pb后,试件开始产生局部伸长和颈缩。在颈缩发生的部 位,其横截面面积迅速减少,继续拉伸所需的荷载也迅速减少,拉伸曲线从D点开始下降,直至E点 试件断裂。此时通过测量断裂后长度L1和断口处的直径d1,由公式8=(L-L0)0*100%,和W= (A-A1)/A0*100%,即可延伸率δ和断面收缩率ψ 6、铸铁试件在承受拉力变形极小时,就达到最大荷载而突然发生断裂。它没有屈服和颈缩现象。 其强度极限远小于低碳钢的强度极限。断口是橫载面。拉伸曲线微微弯曲。(见图1-1-3) 五、实验步骤 I、低碳钢拉伸 测量试样尺寸 用游标卡尺在试样标距两端和中间三个截面 上测量直径,每个截面在互相垂直方向各测量 次,取其平均值。用三个平均值中最小者计算横 图1-1-3 截面面积。数据列表记录 2.试验机准备 (1)估计最大载荷,选择测力度盘,配上相应的摆锤,指针调零。 (2)检查自动绘图装置工作是否正常,安装记录纸 3.测试 缓慢加载。各学生分别注意测力指针转动、自动绘图和试样变形情况。观察屈服现象,记录屈 服荷载。继续加载,观察强化、颈缩现象。记录下最大载荷。然后继续拉伸试样至断裂 4.测量l1和d 将断裂后的两段试样拼接,测量断后标距1,并在“颈子”最小处从互相垂直的两个方向测量直 径,取其平均值作为断口直径d,用来计算断口面积A。数据列表记录。 (注:当断口到邻近标距端距离小于或等于l/3,测量l的方法应严格采用国标GB228-87规定的 移位法。)
材料力学实验指导 形 ΔL 是整个试件的伸长（而不是标距部分的伸长，如欲测标距部分的伸长，需用特殊设备）， 图 1-1-2 并且包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹板中的滑动等。 2、在正比阶段，理论上的拉伸曲线应是一条直线，但因试件开始受力时，头部在夹板中的滑动 很大，所以自动绘图仪绘出的拉伸图最初一段是曲线。 3、对于低碳钢在屈服阶段，拉伸曲线（B—C）常成锯齿状。由于上屈服点B’ 受变形速度和试 件形状等影响较大，而下屈服点B则比较稳定，故工程上均以B点所对应的荷载作为材料屈服时的荷 载PS，通过所测得的屈服荷载PS，由公式 σS=PS/A0即可求得屈服极限σS。 4、在强化阶段，当试件所受拉力达到最大荷载Pb之前，在标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲 线是一段平缓上升的曲线，在这段曲线的最高点D，拉力达到最大荷载Pb。通过此时测到的最大荷载 Pb，由公式σb=Pb/A0可得强度极限σb。 图1-1-3 5、局部收缩阶段，当拉力达到最大荷载Pb后，试件开始产生局部伸长和颈缩。在颈缩发生的部 位，其横截面面积迅速减少，继续拉伸所需的荷载也迅速减少，拉伸曲线从D点开始下降，直至E点 试件断裂。此时通过测量断裂后长度L1和断口处的直径d1，由公式δ=（L1—L0）/L0*100%，和Ψ= （A0—A1）/A-0*100%，即可延伸率δ和断面收缩率Ψ。 6、铸铁试件在承受拉力变形极小时，就达到最大荷载而突然发生断裂。它没有屈服和颈缩现象。 其强度极限远小于低碳钢的强度极限。断口是横载面。拉伸曲线微微弯曲。（见图 1-1-3） 五、实验步骤 I、低碳钢拉伸 1．测量试样尺寸 用游标卡尺在试样标距两端和中间三个截面 上测量直径，每个截面在互相垂直方向各测量一 次，取其平均值。用三个平均值中最小者计算横 截面面积。数据列表记录。 2．试验机准备 （1）估计最大载荷，选择测力度盘，配上相应的摆锤，指针调零。 （2）检查自动绘图装置工作是否正常，安装记录纸。 3．测试 缓慢加载。各学生分别注意测力指针转动、自动绘图和试样变形情况。观察屈服现象，记录屈 服荷载。继续加载，观察强化、颈缩现象。记录下最大载荷。然后继续拉伸试样至断裂。 4．测量l1和d1 将断裂后的两段试样拼接，测量断后标距l1，并在“颈子”最小处从互相垂直的两个方向测量直 径，取其平均值作为断口直径d1，用来计算断口面积A1。数据列表记录。 （注：当断口到邻近标距端距离小于或等于l0/3，测量l1的方法应严格采用国标GB228-87 规定的 移位法。） 2
材料力学实验指导 5.将试验机和仪器回复原状。 I铸铁拉伸 1.测量试样尺寸。(同前) 2.试验机准备。(同前) 3.安装试样 4.测试 缓慢加载,各学生分别注意测力指针转动、自动绘图和试样变形情况、直至试样断裂。停车。 记录下最大载荷。取下试样,观察断口情况,分析其形成原因。 将实验机回复原状,清理现场 六、试验结果处理 试样原始尺寸参考表1-1-1处理 表1-1-1 标距 直径d(mm) 最小横截面面积 材料 km12平12平1工2平均4(m 低碳钢 铸铁 1低碳钢 按公式1-1-1、1-1-2计算出x的和a (1-1-1) Pb Ao 试样断后尺寸参考表1-1-2处理 表1-1-2 标距直径d(mm) 材料 屈服荷载 最大荷载 平均4( mm LI(mm)1 P KN Pb KN 低碳钢 铸铁 据试验数据和公式(1-1-3)和(1-1-4)计算出δ和ψ值 A0-A1 100% (1-1-3) A 100% (1-1-4) Lo Il、铸铁 据实验数据按公式(1-1-2)计算出σb
材料力学实验指导 5．将试验机和仪器回复原状。 II、铸铁拉伸 1．测量试样尺寸。（同前） 2．试验机准备。（同前） 3．安装试样 4．测试 缓慢加载，各学生分别注意测力指针转动、自动绘图和试样变形情况、直至试样断裂。停车。 记录下最大载荷。取下试样，观察断口情况，分析其形成原因。 5、将实验机回复原状，清理现场。 六、试验结果处理 试样原始尺寸参考表 1-1-1 处理 表 1-1-1 直径do(mm) 材料 I II III 标距 lo（mm） 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 最小横截面面积 Ao（mm 2 ） 低碳钢 铸 铁 / 1.低碳钢 按公式 1-1-1、1-1-2 计算出σsl的和σb。 )111( 0 = −− A psl σ sl )211( 0 = −− A pb σ b 试样断后尺寸参考表 1-1-2 处理 表 1-1-2 直径d1(mm) 材料 标距 L1（mm） 1 2 平均 A1（mm 2 ） 屈服荷载 Ps KN 最大荷载 Pb KN 低碳钢 铸 铁 / / / / / / 据试验数据和公式（1-1-3）和（1-1-4）计算出δ和Ψ值。 %100 311 ）（ 0 10 × −− − = A AA ψ %100 )411( 0 01 × −− − = L LL δ II、铸铁 据实验数据按公式（1-1-2）计算出σb。 3