材料力学实验指导书 (机设、车辆专业) 兰州交通大学工程力学实验室 This document is generated by trial version of Prin2Flash(www.print2flash.com)
第一节金属材料拉伸与压缩实验 常温、静载、单向受力下的拉伸和压缩实验是研究材料力学性能的最基本的一种实验 方法，由于方法简单，数据可靠，易于分析，广泛应用于工矿企业、研究所。一般通过测试下 屈服强度R、抗拉强度Rm,伸长率A、断面收缩率Z等指标来评定材质、选择材料、进行 强度计算、刚度分析。因此，对材料进行轴向拉伸和压缩实验具有很大的工程实际意义。 不同材料在轴向拉伸和压缩过程中表现出不同的力学性质和破坏现象。本实验将选用两 种典型的材料一低碳钢(Q235)和铸铁，作为塑性材料和脆性材料的代表，分别做常温、静 载下轴向拉伸和压缩实验。 材料的力学性质与被检测试样的形状、尺度、加我速度和方式、温度、压力等因素有 关，为保证测试数据的准确一致，国家制订了相应的国家标准和行业标准。常温、静载下 低碳钢和铸铁的拉伸实验和压缩实验分别按照国家标准《金属材料室温拉伸实验方法》 (GB/T228-2002)和《金属材料室温压缩实验方法》(GB/T73142005)执行。 一、实验目的 1.通过观察低碳钢和铸铁在拉伸实验和压缩实验的破环过程，分析实验数据、断口特征 了解它们的力学性能特点。 2.测定低碳钢材料在拉伸的下屈服强度R,、抗拉强度Rm、伸长率A、断面收缩率乙 压缩时的下屈服强度Re:铸铁拉伸的抗拉强度Rm及压缩时的抗压强度Rc。 3.了解万能材料实验机的构造原理和正确操作使用方法。 二、实验设备及仪器 1。液压式万能材料实验机 2.游标卡尺、钢板尺。 三、拉伸和压缩试样 拉伸试样截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。 拉伸实验的试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样是指原始标距L6与试样横截面 积平方根、√S。有一定的比例关系，即有L。二k√S,关系的试样。国际上使用的比例系数k取 5.65,原始标距应不小于15mm。当试样横裁面太小，以致采用比例系数k=5.65不能符合 最小原始标距要未时，可以采用k=113或采用非比例试样。k=5.65的试样称短比例试 This document is generated by trial version of Print2Flash(www.print2flash.com)
样，k=11.3的试样称长比例试样，最后将原始标距Lo修约到5mm、I0mm的整数倍长。 因此，对于圆形截面的长、短比例试样，两者的原始标距如与横截面直径函的关系则分别 为Lo-10d和L,=5d的关系。非比例试样的Lo与横截面积S不必满足前述关系，其原始标 距与其原始横截面积无关 本拉伸实验取长比例圆形截面试样，形状如图1-1所示， o品 32/ 闲11国形酸陶教伸试料 图1-住形第试 R过发到死半径，小一橘裁面直轻 L一原的鞭：1平行长度 通常，试样进行机加工而成。夹持部分与平行长度之间应以过渡圆弧连接，为减少应 力集中，过波要缓和。过渡圆弧半径应为R≥0.75。试样夹持部分形状根据实验机夹头 形式而定，但要保证拉力通过试样轴线，不产生附加弯矩，试样总长度L,取决于夹持方 法，原则上L>L。+4d。工作部分平行长度L.≥Lo+d62,仲粮实验L。≥Lo2d。为测定 伸长率A,实验前要在试样平行长度中间部分标记出原始标距L。,将原始标距L。平均分 成10等份格，每个等份格采用划线或打点标出一系列等分格标记，判断断后位置。 压缩试样通常为柱状，横截面分为圆形、方形两种。本实验取圆形截面，如图12 所示。压缩实验通常是两端平压法，试样受压时，两端面与实验机压头间的摩擦力很大， 使端面附近的材料处于三向压应力状态，约束了试样的横向变形，试样越短 影响越大，导致抗压强度较实际值偏高，实验结果不准确。当试样的长度相对增加时， 摩擦力对试样中部的影响就会相应减小。因此，试样应有一定的长度。但是，压缩实验 试样难免有微弯，且力难免有偏心。因此，试样太长又容易产生纵向弯曲而失稳甚至有蹦 出的危险，存在安全隐患。为此，国标根据金属材料压缩实验所测不同性能指标，规定 了试样的长度L和横截面直径d山的关系。本实验仅测抗压强度，取试样的长度L=(1~2) 山。为防止偏心受力引起的弯曲影响，对两端面的平行度及端面与轴线的垂直度也有 2 This document is generated by trial version of Print2Flash(www.print2flash.com)
定要求，具体见图1-2所示 四、万能材料实验机结构原理 万能实验机有机械螺杆加载和液压加载等类型。本实验采用液压式万能实验机，其 外型和构造如图13所示。其结构分二个系统 1.加载系统 如图13，底座1、两个固定立柱2、大横梁3构成刚性很大的机架。大横梁上固定 者工作油缸4，当加力时，液压推动活塞向上顶起小横梁1儿，并通过两个活动立柱12， 带动活动平台13上升，于是，在活动平台上部形成缩小的加力空间，可做压缩实验： 在活动平台下部形成增大的加力空间，可做拉伸实验。可见，实验机的基本加载方式是 拉和压，若要做其他形式的加载实验，如弯曲、剪切、拨出、压入等，可通过增加附属 装置完成。在拉伸空间，有上下两个夹头15和16，用来夹持拉伸试样。夹头有各种形 式，常用的夹头是在梯形开口的上下夹座内，各有两块楔形夹块，楔面与梯形斜面接触 两夹块相对端上有硬齿，以抓紧试样两端。当施加分离上下夹头的垂直力下时，F被倾 斜接触面分解成对夹块的水平夹持力5，随着F增大，s亦增大，保证夹紧试样而不滑 动 为了调整两夹头之间的拉伸空间，可通过蜗轮蜗杆机构调节下夹头上下移动，或提升 活动平台增大空间距离。压缩空间的调整，可通过加垫块或提升活动平台完成。注意活动 平台不要靠液压提升过高，否则，会使活塞过量伸出，使油红工作状态恶化：而且，对拉 伸实验来说，可能出现变形余地不够的情况 操作部分由进油阀、回油阀和油泵开关等组成。进油阀打开，油缸进油加载，开得越 大，加载速度越快。回油阀打开，回油卸载。操作时，注意开机实验前要关闭进、回油阀， 开机后，再平缓地打开进油阀，逐渐增大进油量。否则，若在进油开口较大时开机，荷载 突然增大，会引起冲击，甚至冲过屈服点或使试样迅速破环，影响测读力值。 2.测力系统 测力油缸23和工作油缸连通，这样两个密闭体的油压随时相等。当油压增大（即荷 载增大)时，测力油缸活塞向下顶，使拉杆25向下拉，通过杠杆机构拉动摆锤26摆起 This document is generated by trial version of Print2Flash(www.print2flash.com)
附13液压式万徒材制试验机 液压式万使料试验外形：)液式万能材料试拿帆构图 油阀：101作语寨，11-一小横袋：2两个话动立杆，3一蒂通平台：1读样：1位上共头 16一-下夹头，17-下求服座：8一上派乐座：1自支座：下火头电机：21精经 22第杆：28测力，21测力活法：25拉杯：6层睡：27-支点：28搭行 29水平传杯：3测轮，31-上湖针：2测方腹量：3对平商蛇： 3别一自动脸图：药些开关：G一指针 This document is generated by trial version of Print2Flash(www.print2flash.com)