实验一低碳钢铸铁的拉伸实验.docx

1、实验一低碳钢铸铁的拉伸实验实验一 低碳钢、铸铁的拉伸实验拉压实验是材料的力学性能实验中最大体最重要的实验，是工程上普遍利用的测定材料力学性能的方式之一。一、实验目的：一、了解全能材料实验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确利用方式。二、通过实验，观看低碳钢和铸铁在拉伸时的变形规律和破坏现象，并进行比较。3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s、强度极限b、延伸率和截面收缩率，铸铁拉伸时的强度极限b。二、实验设备及试样一、全能材料实验机二、游标卡尺3、钢直尺4、拉伸试样：图 拉伸试样由于试样的形状和尺寸对实验结果有必然阻碍，为便于相互较较，应按统一规定加工成标准试样。图别离表示横截面为圆形和矩形的拉

2、伸试样。L0是测量试样伸长的长度，称为原始标距。按现行国家GB6397-86的规定，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样的标距L0与原始横截面A0的关系规定为 （）式中系数k的值取为时称为短试样，取为时称为长试样。对直径d0的圆截面短试样，=5d；对长试样， 。本实验室采纳的是长试样。非比例试样的L0和A0不受上列关系的限制。试样的表面粗糙度应符合国标规定。在图中，尺寸称为试样的平行长度，圆截面试样不小于0d0；矩形截面试样不小于0b0/2。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，要有足够大的过渡圆弧半径。试样头部的形状和尺寸，与实验机的夹具结构有关，图所示适用于楔形夹具。这时，试样头

3、部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。三、实验原理及方式图 低碳钢拉伸时的P-L曲线常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的大体实验。可用以测定弹性和，比例极限p，屈服极限s（或规定非比例伸长应力），抗拉强度b，断后伸长率和截面收缩率等。这些力学性能指标都是工程设计的重要依据。一、低碳钢拉伸实验图1）、屈服极限s及抗拉强度b的测定对低碳钢拉伸试样加载，当抵达屈服时期时，低碳钢的曲线呈锯齿形（图）。与最高载荷su对应的应力称为上屈服点，它受变形速度和试样形状的阻碍，一样不作为强度指标。一样，载荷第一次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。一样将初始瞬时效应以后的最低载荷sl，除以试样的初始横截

4、面面积0，作为屈服极限s，即s （）假设实验机由示力度盘和指针指示载荷，那么在进入屈服时期后，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情形，捕捉指针所指的最低载荷Psl。屈服时期事后，进入强化时期，试样又恢复了抗击继续变形的能力（图）。载荷抵达最大值Pb时，试样某一局部的截面明显缩小，显现“缩颈”现象。这时示力度盘的从动针停 图留在Pb不动，主动针那么迅速倒退，说明载荷迅速下降，试样即将被拉断。以试样的初始横截面面积Ao除Pb得抗拉强度b，即 （）2）伸长率及截面收缩率的测定试样的标距原长为0，拉断后将两段试样紧密地对接在一路，量出拉断后的标距长为1，断后伸长率应为 图 断口移中法测

5、L1断口周围塑性变形最大，因此1的量取与断口的部位有关。如断口发生于0的两头或在0之外，那么实验无效，应重做。假设断口距0的一端的距离小于或等于（图），那么按下述断移中法测定0。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得点，假设剩余格数为偶数（图），取其中一半得点，设长为a，长为b，那么1a2b。当长段剩余格数为奇数时（图2.9c），取剩余格数减后的一半得点，加后的一半得1点，设、和1的长度别离为a、b1和b2，那么1ab1 b2。试样拉断后，设缩颈处的最小横截面面积为1，由于断口不是规那么的圆形，应在两个彼此垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算 1，然后按下式计算断面收缩率：

6、2、铸铁拉伸实验铸铁属于脆性材料，拉伸进程中，没有屈服和“颈缩”现象，它的曲线近似一条斜直线（如图），本实验咱们只测铸铁的抗拉强度极限，因此实验终止后，主动针退回零位，从动针所指示的载荷即是b，代入式计算得出b。四、实验步骤1、测量试样直径在标距0的两头及中部三个位置上，沿两个彼此垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，再以三个横截面面积中的最小值为0。2、实验机预备依照试样尺寸和材料，估量最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动画图时，事前应将滚筒上的纸和笔装妥。先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约cm，以排除其自重。然后

7、关闭送油阀，调零。3、安装试样安装拉伸试样时，对型实验机，可开动下夹头起落电机以调整下夹头的位置，但不能用下夹头起落电机给试样加载；对型实验机，用横梁起落按钮调整拉压空间。4、加载缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。应幸免油阀开启过大，进油太快。实验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。五、实验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。破坏性实验先取下试样，再缓慢打开回油阀将油液放回油箱。非破坏性实验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。五、实验数据处置按有关公式，将实验数据计算出来，其数值遵守表的修约规定。有效数以后的数字进位规那么见附录。六、数据分析对你所得出的数据，作出合理的分析。表性能指标数值的修约规定性

8、能范围修约到ps、b200Mpa以下1MPa200Mpa1000MPa5MPa1000 MPa10MPa%六、问题讨论 试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能有什么不同。实验二 低碳钢、铸铁紧缩演示实验一、实验目的：一、进一步了解全能材料实验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确利用方式。二、通过演示，观看低碳钢和铸铁在紧缩时的变形规律和破坏现象，并进行比较。3、测定低碳钢紧缩时的屈服极限s；铸铁紧缩时的强度极限b。二、实验设备及试样一、全能材料实验机二、游标卡尺3、钢直尺4、紧缩试样：紧缩试样一样为圆柱形，也分短、长两种（图示）。试样受压时，两头面与实验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形，阻碍

9、试样的强度。随着比值h0/d0的增大，上述摩擦力对试样中部的阻碍减弱。但比值h0/d0也不能过大，不然将引发失稳。测定材料抗压强度的短试样（图2.11a示），通常规定h0/d03。至于图所示长试样，多用于测定钢、铜等材料的弹性常数、及比例极限和屈服极限等。三、实验原理及方式3、铸铁的紧缩实验：铸铁的紧缩实验与拉伸实验的实验曲线形状很相似（如图）。铸铁紧缩时，破坏断口会沿450550左右斜截面断裂，现在，主动针会回到零点，从动针停在原位置不动，记录下载荷b，代入式计算得出铸铁的抗压强度极限b。4、低碳钢的紧缩实验：低碳钢紧缩时，其曲线如图，抵达屈服时，主动针会停顿乃至倒退，现在记录下屈服载荷s，

10、那么有： 此即低碳钢紧缩时的屈服极限。继续施加载荷，试样会越压越扁，但始终测不到 P b 。四、实验步骤1、测量试样直径在试样中部位置上，沿两个彼此垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算其横截面面积0。2、实验机预备依照试样尺寸和材料，估量最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动画图时，事前应将滚筒上的纸和笔装妥。先关闭送油阀和回油阀，再开动油泵电机，待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约cm，以排除其自重。然后关闭送油阀，调零。3、安装试样直接将紧缩试样放于工作台上，上升工作台，使试样与上、下垫板几乎接触为止。4、加载缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。应幸免油阀开启过大，进油

11、太快。实验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。五、实验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。应先开回油阀回油、卸载，才能取下试样。五、实验数据处置及分析 参照拉伸实验六、问题讨论一、铸铁紧缩时沿450550斜面断裂，说明致使破坏的缘故是什么？二、低碳钢紧缩时可否取得强度极限b？实验三 弯曲正应力实验一、实验目的：1、测定梁经受纯弯曲时的正应力散布，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲正应力公式。二、初步把握电测方式和多点应变测量技术。二、实验设备：一、组合式材料力学多功能实验台二、XL2118系列力应变综合参数测试仪3、游标卡尺、钢板尺三、原理及方式：在载荷P作用下的矩形截面钢梁如图（3.22a）所示。

12、在梁的中部为纯弯曲，弯矩为。在纯弯曲部份的侧面上，沿梁的横截面高度，每隔h/4贴上平行于轴线的应变片（共5片）。温补偿片要放置在钢梁周围。对每一待测应变片联同温度补偿片按半桥接线，如图（）所示。测出载荷作用下各待测点的应变，由胡克定律知 = E 四、实验步骤及注意事项一、依照介绍的电阻应变仪利用方式，依照应变片灵敏系数k，设定仪器灵敏系数k仪，使k仪= k。假设无法使之相等，那么按前面讲的方式操作。二、按半桥接法接线，公共补偿。预调平稳后，由Po至Pmax按增量P逐级加载。测出每一Pi对应的i，并计算i，注意应变是不是按比例增加。每一测点加载到Pmax然后卸载，重复二至三次。重复加载中显现误差

13、的大小，说明测量的靠得住程度。测完一点再换另一点，直至5个测点全数测完为止。3、加载要均匀缓慢；测量中不许诺移动导线；警惕操作，不要因超载压坏钢梁 。五、数据处置：一、对每一测点，求出应变增量的平均值，依照胡克定律得实测应力为 二、由弯曲正应力公式求出各测点应力的理论值为 式中，I=bh。3、对每一测点求出测对理的相对误差在梁的中性层内，因=0，故只需计算绝对误差。表35(实验有关参数)应变片至中性层距离（mm）梁的尺寸和有关参数Y120宽 度 b = 20 mmY210高 度 h = 40 mmY30跨 度 L = 600 mmY410载荷离支座距离 a = 125 mmY520弹性模量 E

14、 = 210 GPa 泊 松 比 = 六、问题讨论：一、对本实验而言，弯曲正应力的大小是不是受材料弹性模量E的阻碍？实验四 弯扭组合变形的主应力的测定一、实验目的：一、测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力大小及方向。二、自行设计加载方案。3、进一步把握电测方式，独立完成全桥或半桥的接线。 二、实验设备：一、组合式材料力学多功能实验台二、XL2118系列力应变综合参数测试仪3、游标卡尺、钢板尺三、实验原理： n n n m ns （a） (b) 弯扭组合下(如图3.23a)，圆管的m点处于平面应力状态（图）。假设在xy平面内，沿x、y方向的线应变成，切应变成，依照应变分析（刘鸿文主编，材料力学

15、，第三版，高教出版社，1992。）沿与x轴成角的方向n（从x到n反时针的为正）线应变成= （） 随的转变而改变，在两个相互垂直的主方向上，抵达极值，称为主应变。主应变由下式计算 （）两个相互垂直的主方向o由下式确信 （） 对线弹性各向同性材料，主应变一、2和主应力一、2方向一致，并与以下广义胡克定律相联系， （）本实验装置采纳的是450直角应变花，在m、m点各贴一组应变花（如下图）， 选定x轴如下图，那么a、b、c三枚应变片的角别离为45、0、45，代入式（）得出沿这三个方向的线应变别离是从以上三式中解出x=0，y=45450, xy=4545 （a）由于0o、45o和-45o能够直接测定，因

16、此x、y和xy可由测量的结果求出。将它们代入公式（）得 （）把1和2代入胡克定律（），即可确信m点的主应力。将式（a）代入式（），得 （）由上式解出相差/2的两个0，确信两个彼此垂直的主方向。利用应变圆可知，假设x的代数值大于y，那么由x轴量起，绝对值较小的0确信主应变1（对应于1）的方向。反之，假设xy那么由x轴量起，绝对值较小0确信主应变2（对应于2）的方向。四、实验步骤及注意事项：一、设计好本实验所需的各类数据表格。二、测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，确信试件有关参数。见表363、将薄壁圆筒上的应变片按不同测试要求接到仪器上，组成不同的测量电桥。调整好仪器，检查整个测试系统

17、是不是处于正常工作状态。4、拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一样取P0 =10Pmax左右），估算Pmax，分46级加载。5、依照加载方案，调整好实验加载装置。6、加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终载荷。实验至少重复两次。 7、作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备恢复，实验资料交指导教师检查签字。八、实验装置中，圆筒的管壁很薄，为幸免损坏装置，注意切勿超载，不能使劲扳动圆筒的自由端和力臂。圆筒的尺寸和有关参数计算长度 L = 240 mm弹性模量

18、E = 210 GPa外 径 D = 40 mm泊 松 比 = 内 径 d = 35.8 mm扇臂长度 a = 250 mm表36（试件相关数据）五、数据处置：一、主应力及方向（1）m点实测值主应力及方向计算；计算主应变、主应力、主方向时，代入的是应变增量的平均值，三次测量中，重复性不行，或线性不行的一组数据应作为可疑数据，舍去或重做。（2）m点理论值主应力及方向计算；二、实测值与理论值比较（要求以表格形式）。六、预习及试探题、预习本节、电测理论知识和材料力学中有关应力状态分析和应变状态分析的内容。二、写预习报告时，要求将实测与理论主应力大小及方向的计算公式都推导出来。3、将实测值与理论值进行

19、比较，如各点皆吻合较好（例如误差均小于5），即可。假设误差较大，应分析产生误差的缘故。附件预习及实验报告要求一、预习报告内容（预习报告上课时交，原始数据记录附在实验报告后。）实验名称：实验目的：实验设备：实验原理：实验步骤：二、实验报告内容实验名称：实验目的：实验设备：要求注明所用设备的具体名称、型号、实验所选量程等。原始数据记录：见附表表格数据处置：将原始数据带入公式，得出计算结果。注意单位及有效数字的保留。问题讨论：实验时指导教师布置的问题。附件 实验原始记录紧缩实验试件材料试件规格试 件 尺 寸屈 服 载 荷Ps(KN)最 大 载 荷Pb(KN)试件形状试 件 直 径实验前实验后正交方向

20、平均值低碳钢铸铁拉伸实验试件材料试件规格实验前实验中实验后截面尺寸do(mm)计算 长度Lo (mm)屈 服 载 荷Ps(KN)最 大 载 荷Pb(KN)断口截面尺寸d1(mm)（沿正交方向）断后长度L1（mm）测量部位沿正交方向测得的值平均值低碳钢上112中122下12铸铁上12中12下12指导教师签名： 年 月 日附件 原始数据记录弯扭组合变形梁主应力的测定123456读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量P0=100NP1=200NP2=300NP3=400NP4=500NP=100N纯弯曲正应力的测定12345读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量P0=500NP1=1000NP2=1500NP3=2000NP4=2500NP=500N指导教师签名: 年 月 日