材料力学实验指导Experiments in Mechanics of Materials河北理工大学土木工程实验中心2007年1月
材料力学实验指导 Experiments in Mechanics of Materials 河北理工大学土木工程实验中心 2007 年 1 月
目录前言(I)(III)学生实验须知(1)实验一拉伸实验附录实验机的一般介绍(6)(9)实验二压缩实验实验三剪切实验(11)(13)实验四圆轴扭转实验(17)附录扭转实验机(19)实验五金属材料弹性常数E、u的测定(23)附录电测法及电阻应变仪(27)实验六梁的弯曲正应力实验(30)实验七弯扭组合变形时主应力的测定(35)实验八冲击实验，(38)附录数据处理知识
I 目 录 前言 .（II） 学生实验须知 .（III） 实验一 拉伸实验 .（1） 附录 实验机的一般介绍 .（6） 实验二 压缩实验 .（9） 实验三 剪切实验 . （ 1 1 ） 实验四 圆轴扭转实验.（1 3） 附录 扭转实验机 . （ 1 7 ） 实验五 金属材料弹性常数 E、μ 的测定.（1 9） 附录 电测法及电阻应变仪 .（23） 实验六 梁的弯曲正应力实验 .（27） 实验七 弯扭组合变形时主应力的测定 .（30） 实验八 冲击实验.（3 5） 附录 数据处理知识.（3 8）
前言材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分。它不仅以实验手段为构件的强度刚度和稳定性等性能指标提供必要的计算数据，同时也是科学研究和工业生产中的一个重要环节，材料力学实验的基本任务是：一、测定材料本身的力学性能。当进行工程构件的计算时，首先需要掌握所用工程材料的机械性能，如材料的弹性模量、屈服极限、强度极限等，这些数据均需要通过材料力学实验得到。此外，随着科学技术的发展，各种新材料、新产品、新工艺不断出现，对于这方面的工作将会提出更多更高的要求。二、验证理论的正确性。材料力学在研究问题时，总是根据大量的实验资料提出一些简化假设，再进行理论指导，得到结论。结论的正确与否必须经过力学实验进行检验与修正。可见材料力学实验不仅是建立理论的基础，而且是验证理论、提高理论的重要途径。三、进行实验应力分析。许多复杂的工程构件，目前还没有可靠的计算理论、或计算极为困难。因此常常需要进行实物的物理测量和模型的分析测量，再根据专门的理论分析，得到强度、刚度、稳定性的计算依据；这就是“实验应力分析”。可见，材料力学实验不仅是材料力学理论的基础，同时也是解决复杂工程构件的重要手段。现在材料力学的实验内容日益丰富，实验技术也正在迅速发展，这本讲义只介绍了一些最基本的实验。共六个实验，可根据不同专业要求和课程情况选做。本材料力学实验方法指导书是根据国家教委制定的材料力学课程教学基本要求编写的。要求学生对常用材料的基本力学性能及其方法、电测实验应力分析的基本原理和方法有初步认识。本书力求简明易读，指导学生实验并便于教师进行实验课的组织教学。本讲义由宋晓胜、赵复香编写。由于水平有限和时间倡促，错误和疏漏之处敬请读者不各指正。配合本书编有材料力学实验报告册，供学生书写实验报告之用。2007年1月II
II 前 言 材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分。它不仅以实验手段为构件的强度、 刚度和稳定性等性能指标提供必要的计算数据，同时也是科学研究和工业生产中的一个重 要环节，材料力学实验的基本任务是： 一、测定材料本身的力学性能。当进行工程构件的计算时，首先需要掌握所用工程 材料的机械性能，如材料的弹性模量、屈服极限、强度极限等，这些数据均需要通过材料 力学实验得到。此外，随着科学技术的发展，各种新材料、新产品、新工艺不断出现，对 于这方面的工作将会提出更多更高的要求。 二、验证理论的正确性。材料力学在研究问题时，总是根据大量的实验资料提出一 些简化假设，再进行理论指导，得到结论。结论的正确与否必须经过力学实验进行检验与 修正。可见材料力学实验不仅是建立理论的基础，而且是验证理论、提高理论的重要途径。 三、进行实验应力分析。许多复杂的工程构件，目前还没有可靠的计算理论、或计 算极为困难。因此常常需要进行实物的物理测量和模型的分析测量，再根据专门的理论分 析，得到强度、刚度、稳定性的计算依据；这就是“实验应力分析”。 可见，材料力学实验不仅是材料力学理论的基础，同时也是解决复杂工程构件的重 要手段。 现在材料力学的实验内容日益丰富，实验技术也正在迅速发展，这本讲义只介绍了 一些最基本的实验。共六个实验，可根据不同专业要求和课程情况选做。 本材料力学实验方法指导书是根据国家教委制定的材料力学课程教学基本要求编 写的。要求学生对常用材料的基本力学性能及其方法、电测实验应力分析的基本原理和方 法有初步认识。本书力求简明易读，指导学生实验并便于教师进行实验课的组织教学。 本讲义由宋晓胜、赵复香编写。 由于水平有限和时间倡促，错误和疏漏之处敬请读者不吝指正。配合本书编有材料 力学实验报告册，供学生书写实验报告之用。 2007 年 1 月
学生实验须知材料力学实验包括材料的机械性质实验、验证理论性实验及应力分析实验等三方面内容。通过这一实验教学环节，不仅可以帮助我们加深理解材料力学理论的基础知识，而且能使我们掌握基本的实验技术、机器仪器的操作和实验方法，以培养动手能力、严肃认真的精神和良好的科学习惯。一、实验前准备工作1．预习实验指导书，熟悉实验内容和操作程序。复习课堂所讲有关内容，掌握基本原理。2．准备好实验所需自备用具如文具、纸张等，事先画好所需的记录表格或简图。3实验前指导教师考查学生对实验内容的熟悉情况。二、实验时注意事项1.遵守时间。遵守实验室规章制度。爱护实验设备，实验时注意安全。如发生故障应及时报告指导教师。2．每个学生应自己动手，认真完成实验环节。小组同学应互相配合，互相讨论。实验数据须认真记录，做到齐全无漏、准确无误。实验记录应交指导教师审阅。3.实验完毕，要整理现场，将仪器、设备恢复到原始状态。三、实验报告的书写实验完成后，必须书写实验报告，实验报告一般应包括下列内容：1.实验名称、实验日期及实验者姓名。2.实验目的、实验设备及装置，必要时应画出装置或试件简图。3.实验数据记录及计算结果。4．对实验结果的分析讨论。实验报告是实验者交出的最后成果，学生应独立完成实验报告。报告中应当数据完整、公式图表齐全、计算无误、书写整洁。III
III 学生实验须知 材料力学实验包括材料的机械性质实验、验证理论性实验及应力分析实验等三方面内 容。通过这一实验教学环节，不仅可以帮助我们加深理解材料力学理论的基础知识，而且 能使我们掌握基本的实验技术、机器仪器的操作和实验方法，以培养动手能力、严肃认真 的精神和良好的科学习惯。 一、实验前准备工作 1．预习实验指导书，熟悉实验内容和操作程序。复习课堂所讲有关内容，掌握基本 原理。 2．准备好实验所需自备用具如文具、纸张等，事先画好所需的记录表格或简图。 3．实验前指导教师考查学生对实验内容的熟悉情况。 二、实验时注意事项 1．遵守时间。遵守实验室规章制度。爱护实验设备，实验时注意安全。如发生故障 应及时报告指导教师。 2．每个学生应自己动手，认真完成实验环节。小组同学应互相配合，互相讨论。实 验数据须认真记录，做到齐全无漏、准确无误。实验记录应交指导教师审阅。 3．实验完毕，要整理现场，将仪器、设备恢复到原始状态。 三、实验报告的书写 实验完成后，必须书写实验报告，实验报告一般应包括下列内容： 1．实验名称、实验日期及实验者姓名。 2．实验目的、实验设备及装置，必要时应画出装置或试件简图。 3．实验数据记录及计算结果。 4．对实验结果的分析讨论。 实验报告是实验者交出的最后成果，学生应独立完成实验报告。报告中应当数据完整、 公式图表齐全、计算无误、书写整洁
河北理工大学土木工程实验中心材料力学实验指导实验一#拉伸试验一、实验目的1：观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象）。2.测定低碳钢的屈服极限（流动极限），，强度极限，，延伸率S和截面收缩率β。3.测定铸铁的强度极限。4．绘制低碳钢与铸铁的拉伸曲线，比较两种材料在拉伸时的力学性能和破坏形式。二、实验设备万能材料试验机，游标卡尺。三、试件试验表明，试件的尺寸和形状对实验结果具有一定的影响。为了避免这种影响和便于各种材料机械性质的数据能互相比较，所以对试件的尺寸和形状，按国家标准GB228-87规定，采用“标准试件”，它的截面形状通常为圆形比例试件如图1-1所示。本次实验所选试件的直径d。=10mm，标距l。=100mm，（1。=10d。）。Rde-1lc图1-1拉伸试样示意图图中，d。一试件的直径；l。一试件的标距长度。四、实验步骤1.低碳钢试件（1）试件准备。学习并观察计算长度范围内沿轴向的变形情况，用划线机将标距1.每隔10mm分刻成十格。用游标卡尺测量标距两端及中间处三个横截面处的直径，在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向测量一次取其平均值。用所测得的三个平均值中最小的值计算试件的横截面面积A。。（2）试验机准备。根据低碳钢的强度极限［α和横截面面积Ao估计试件的最大截荷。根据最大截荷的大小，选择合适的测力度盘。开动机器，调整平衡铊，并使测力指针对准“零”点。（3）安装试件。先将试件安装在试验机的上夹头内，再调整下夹头使其达到适当位置，把试件下端夹紧，并调整好自动绘图装置。1
河北理工大学土木工程实验中心 材料力学实验指导 1 实验一 拉伸试验 一、实验目的 1．观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象）。 2．测定低碳钢的屈服极限（流动极限）σ s ，强度极限σ b ，延伸率δ 和截面收缩率ϕ 。 3．测定铸铁的强度极限σ b 。 4．绘制低碳钢与铸铁的拉伸曲线，比较两种材料在拉伸时的力学性能和破坏形式。 二、实验设备 万能材料试验机，游标卡尺。 三、试件 试验表明，试件的尺寸和形状对实验结果具有一定的影响。为了避免这种影响和便于 各种材料机械性质的数据能互相比较，所以对试件的尺寸和形状，按国家标准 GB228-87 规定，采用“标准试件”，它的截面形状通常为圆形比例试件如图 1-1 所示。本次实验所 选试件的直径d0 =10mm，标距 0l =100mm，（ 0l =10 d0）。 图 1-1 拉伸试样示意图 图中，d0—试件的直径； 0l —试件的标距长度。 四、实验步骤 1．低碳钢试件 （1）试件准备。学习并观察计算长度范围内沿轴向的变形情况，用划线机将标距 0l 每 隔 10mm 分刻成十格。 用游标卡尺测量标距两端及中间处三个横截面处的直径，在每一横截面内沿互相垂直 的两个直径方向测量一次取其平均值。用所测得的三个平均值中最小的值计算试件的横截 面面积 A0 。 （2）试验机准备。根据低碳钢的强度极限[σ b ]和横截面面积 A0 估计试件的最大截 荷。根据最大截荷的大小，选择合适的测力度盘。开动机器，调整平衡铊，并使测力指针 对准“零”点。 （3）安装试件。先将试件安装在试验机的上夹头内，再调整下夹头使其达到适当位 置，把试件下端夹紧，并调整好自动绘图装置