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基本最重要的实验，是工程上广泛使用的测定材料力学性能的方法之一。一、实验目的：1、了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。2、通过实验，观察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1、万能材料试验机2、游标卡尺3、钢直尺4、拉伸试样：图 2.7 拉伸试样由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定影响， 为便于互相比较， 应按统一规定加工成标准试样。图 2.7

2、 分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。 L 0 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 L 0 与原始横截面 A 0 的关系规定为 b5E2RGbCL0 k A0 （ 2.2）式中系数 k 的值取为 5.65 时称为短试样，取为 11.3 时称为长试样。对直径 d0 的圆截面短试样，1/15L0 5.65 A0 =5d 0 ；对长试样， L0 11.3 A0 10d0 。本实验室采用的是长试样。非比例试样的 L 0和 A 0 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 2.7 中，尺寸

3、称为试样的平行长度，圆截面试样不小于 0 d0；矩形截面试样不小于 0 b0/2。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，与试验机的夹具结构有关，图 2.7 所示适用于楔形夹具。这时，试样头部长度不小于楔形夹具长度的三分之二。 p1EanqFD三、实验原理及方法常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验。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。 DXDiTa9E1、低碳钢拉伸实验1）、屈服极限 s 及抗拉强度 b 的测定对低碳钢拉伸

4、试样加载，当到达屈服阶段时，低碳钢的曲线呈锯齿形（图2.8）。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影响，一般不作为强度指标。同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。一般将初始瞬时效应以后的最低载荷sl，除以试样的初始横截面面积 0，作为屈服极限 s，即 RTCrpUDG s Psl（ 2.3）A0若试验机由示力度盘和指针指示载荷，则在进入屈服阶段后，示力指针停止前进， 并开始倒退， 这时应注意指针的波动情况，捕 捉 指针所指的最低载荷 Psl。 5PCzVD7H屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了抵抗继续 变 形的能力（图 2.8）。载荷到

5、达最大值Pb 时，试样某一局部图 2.8 低碳钢拉伸时的P- L 曲线的截面明显缩小，出现“缩颈”现象。这时示力度盘的从动针停留在Pb 不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，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 jLBHrnAIbPb（ 2.4）A02）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起，量出拉断后的标距长为 1，断后伸长率应为xHAQX74J L1L0(2.5)L02/15图 2.9 断口移中法测 L1断口附近塑性变形最大，所以1 的量取与断口的部位有关。如断口发生于0 的两端或在 0 之外，则实验无效，

6、应重做。若断口距0 的一端的距离小于或等于L0 （图 2.9），则按下述断移中法测定 0。在拉3断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得点，若剩余格数为偶数（图2.9b），取其中一半得点，设长为 a，长为 b，则 1 a 2b。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 的长度分别为a、 b1 和 b2，则 1 a b1 b2。试样拉断后， 设缩颈处的最小横截面面积为1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互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：LDAYtRyK A0A1 (2.6)A02、铸铁拉伸实验铸铁

7、属于脆性材料，拉伸过程中，没有屈服和“颈缩”现象，它的曲线近似一条斜直线（如图2.10），本实验我们只测铸铁的抗拉强度极限，所以实验结束后，主动针退回零位，从动针所指示的载荷即是 b，代入式 (2.4)计算得出 b。 Zzz6ZB2L四、实验步骤1、测量试样直径 在标距 0 的两端及中部三个位 置上，沿两个相互垂直的方向， 测量试样直径， 以其平均值计算各横截面面 积，再以三个横3/15截面面积中的最小值为 0。 dvzfvkwM2、试验机准备 根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先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

8、油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台上升约 cm，以消除其自重。然后关闭送油阀，调零。 rqyn14ZN3、安装试样 安装拉伸试样时，对型试验机，可开动下夹头升降电机以调整下夹头的位置，但不能用下夹头升降电机给试样加载；对型试验机，用横梁升降按钮调整拉压空间。 EmxvxOtO4、加载 缓慢开启送油阀，给试件平稳加载。应避免油阀开启过大，进油太快。试验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。 SixE2yXP5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。 破坏性试验先取下试样，再缓慢打开回油阀将油液放回油箱。非破坏性试验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。 6ewMyirQ五、实验数据处理按有关公式，将实

9、验数据计算出来，其数值遵守表 2.1 的修约规定。有效数以后的数字进位规则见附录。六、数据分析对你所得出的数据，作出合理的分析。表 2.1性能指标数值的修约规定性能范围修约到 p 200Mpa以下1MPa s、 p0.25MPa200Mpa1000MPa b 1000 MPa10MPa0.5%0.5%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、铸铁压缩演示实验4/15一、实验目的：1、进一步了解万能材料试验机的结构及工作原理，熟悉其操作规程及正确使用方法。2、通过演示，观察低碳钢和铸铁在压缩时的变形规律和破坏现象，并进行比较。3、测定低碳钢压缩时的屈服极限 s；铸

10、铁压缩时的强度极限 b 。二、实验设备及试样1、万能材料试验机2、游标卡尺3、钢直尺4、压缩试样：压缩试样通常为圆柱形，也分短、长两种（图 2.11示）。试样受压时，两端面与试验机垫板间的摩擦力约束试样的横向变形，影响试样的强度。随着比值 h0/d0的增大，上述摩擦力对试样中部的影响减弱。但比值h0 /d0 也不能过大，否则将引起失稳。测定材料抗压强度的短试样（图 2.11a 示），通常规定 h0/d0 3。至于图2.11b 所 图 2.11 压缩试样示 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。 kavU42VR三、实验原理及方法3、铸铁的压缩实验 ： 铸铁的压缩

11、实验与拉伸实验的试验曲线形状很相似（如图2.10）。铸铁压缩时，破坏断口会沿 450550 左右斜截面断裂，此时，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 (2.4)计算得出铸铁的抗压强度极限 b。y6v3ALoS4、低碳钢的压缩实验： 低碳钢压缩时，其曲线如图图 2.12低碳钢压缩 P- L 曲线2.12，到达屈服时，主动针会停顿甚至倒退，此时记录下屈服载荷s，则有： M2ub6vSTPssA0此即低碳钢压缩时的屈服极限。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5/151、测量试样直径 在试样中部位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其

12、平均值计算其横截面面积 0。 0YujCfmU2、试验机准备 根据试样尺寸和材料，估计最大载荷，选择相适应的示力度盘和摆锤重量，需要自动绘图时，事先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，以消除其自重。然后关闭送油阀，调零。 eUts8ZQV3、安装试样 直接将压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。应避免油阀开启过大，进油太快。试验进行中，注意不要触动摆杆和摆锤。 sQsAEJkW5、试验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。 应先开回油阀回油、卸载，才能取

13、下试样。五、实验数据处理及分析 参照拉伸实验六、问题讨论1、铸铁压缩时沿 450550 斜面断裂，表明导致破坏的原因是什么？2、低碳钢压缩时能否得到强度极限 b？实验三 弯曲正应力实验6/15一、实验目的：1、测定梁承受纯弯曲时的正应力分布，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲正应力公式。2、初步掌握电测方法和多点应变测量技术。二、实验设备：1、组合式材料力学多功能实验台2、 XL2118 系列力应变综合参数测试仪3、游标卡尺、钢板尺P图 3.22a 受力及贴片位置图BA CD不要因超载压坏钢梁 。三、原理及方法 ：在载荷 P 作用下的矩形截面钢梁如图 （ 3.22a）所示。在梁的中部为纯弯曲

14、， 弯矩为 M 1 Pa 。在纯弯曲部分2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附近。对每一待测应变片联同温度补偿片按半桥接线， 如图（3.22b）所示。测出载荷作用下各待测点的应变 ，由胡克定律知 GMsIasNX= E TIrRGchY四、实验步骤及注意事项1、按照 3.4 介绍的电阻应变仪使用方法， 根据应变片灵敏系数 k，设定仪器灵敏系数 k 仪 ，使 k 仪 = k。若无法使之相等，则按前面讲的方法操作。 7EqZcWLZ2、按半桥接法接线，公共补偿。预调平衡后，由 Po 至 Pmax按增量 P 逐级加载。测出每一 P

15、i 对应的 i ，并计算 i，注意应变是否按比例增长。每一测点加载到 Pmax 然后卸载，重复二至三次。重复加载中出现偏差的大小，表明测量的可靠程度。测完一点再换另一点，直至 5 个测点全部测完为止。 lzq7IGf03、加载要均匀缓慢；测量中不允许挪动导线；小心操作，五、数据处理：1、对每一测点，求出应变增量的平均值，根据胡克定律得实测应力为测 E i2、由弯曲正应力公式求出各测点应力的理论值为My理I式中， I= 1 bh3。123、对每一测点求出 测对 理的相对误差7/15理 测er 100%理在梁的中性层内，因 理 =0，故只需计算绝对误差。表 3 5( 实验有关参数 )应变片至中性层

16、距离（mm）梁的尺寸和有关参数Y20宽度b = 20mm1Y210高度h = 40mmY30跨度L=600mmY410载荷离支座距离a = 125 mmY520弹性模量E= 210GPa泊 松 比= 0.26六、问题讨论：1、对本实验而言，弯曲正应力的大小是否受材料弹性模量 E 的影响？实验四 弯扭组合变形的主应力的测定8/15一、实验目的：1、测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力大小及方向。2、自行设计加载方案。3、进一步掌握电测方法，独立完成全桥或半桥的接线。二、实验设备：1、组合式材料力学多功能实验台2、 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

17、n m n（ a ）(b)图 3.23 小型圆管扭弯组合装置弯扭组合下 ( 如图 3.23a) ，圆管的 m点处于平面应力状态（图 3.23 b）。若在 xy 平面内，沿 x、 y 方向的线应变为 x、 y ，切应变为 xy ，根据应变分析（ 刘鸿文主编，材料力学，第三版， 8.7 ，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）线应变为 zvpgeqJ1xyxycos21xy sin 2=222（ 3.9）随 的变化而改变，在两个互相垂直的主方向上，到达极值，称为主应变。主应变由下式计算1xy1( xy )22（ 3.10）22xy2两个互相垂直的主

18、方向 o 由下式确定tan 2xy（ 3.11）0xy对线弹性各向同性材料，主应变 1、 2 和主应力 1、 2 方向一致，并与下列广义胡克定律相联系，9/151E122E12(1 2 )（ 3.12）2 1 )0本实验装置采用的是 45 直角应变花，在 m、 m点各贴一组应变花 （如图 3.24 所示）， 选定 x 轴如图所示，则 a、b、c 三枚应变片的 角分别为 45、0、是 NrpoJac3x y xy 图 3.24 应变花粘帖方向450 2 200 xx y xy450 2 2从以上三式中解出 x= 0 ， y= 45 45 0, xy = 45 45 （ a）由于 0o、 45o

19、和 -45o 可以直接测定，所以 x、y 和 xy 可由测量的结果求出。将它们代入公式（3.10）得 1nowfTG414504502 (000)2(4500 ) 2（ 3.13）222450把 1 和 2 代入胡克定律（3.12），便可确定 m 点的主应力。将式（a）代入式（ 3.11），得tan 20450450（ 3.14）2 0 0450450由上式解出相差 /2 的两个 0，确定两个相互垂直的主方向。利用应变圆可知， 若 x 的代数值大于 y，则由 x 轴量起，绝对值较小的0确定主应变 （对应于 ）的方向。反之，若y则由 x 轴量11x起，绝对值较小 0 确定主应变 2（对应于 2）

20、的方向。 fjnFLDa5四、实验步骤及注意事项：1、设计好本实验所需的各类数据表格。2、测量试件尺寸、加力臂的长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。见 表 3 63、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，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。4、拟订加载方案。 先选取适当的初载荷 P（0一般取 P0 =10Pmax 左右），估算 Pmax，分 46 级加载。tfnNhnE65、 根据加载方案，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

21、终载荷。实验至少重复两次。10/157、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，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。 HbmVN7778、实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。表 36（试件相关数据）圆筒的尺寸和有关参数计算长度L= 240mm弹性模量 E = 210 GPa外径D= 40mm泊 松 比 = 0.26内径d = 35.8mm扇臂长度a = 250mm五、数据处理：1、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

22、不好，或线性不好的一组数据应作为可疑数据，舍去或重做。 V7l4jRB8（ 2） m点理论值主应力及方向计算 ；2、实测值与理论值比较 （要求以表格形式）。六、预习及思考题、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。2、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比较，如各点皆吻合较好（例如误差均小于 5），即可。若误差较大，应分析产生误差的原因。 83lcPA59附件11/15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

23、、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：见附表表格数据处理：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：实验时指导老师布置的问题。12/15附件 实验原始记录压缩实验试件尺寸屈服最大试件形状试件试件材料试件直径载荷载荷规格Ps(KN)Pb(KN)实验前实验后正交方向平均值低碳钢铸铁拉伸实验实验前实验中实验后试件试 件截面尺寸 do(mm)计算屈服最大断口截面尺寸材料规格长度 L o载荷载荷断后长度测 量 部沿正交方向d1(mm) （沿正位平均值(mm)Ps(KN)Pb(KN)L 1（ mm）测得的值交方向）上12低碳中1钢2下121上2铸铁1中2下113/152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序号123456应变载值荷（读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量读数增量N ）P0=100NP1=200NP2=300NP3=400NP4=500NP=100N1 2 3 4 5 6纯弯曲正应力的测定