材料力学实验.docx
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材料力学实验
实验一实验绪论
一、材料力学实验室实验仪器
1、大型仪器：
lOOkN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机：
WEW-300C微机屏显式液压万能试验机；WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机
2、小型仪器：
弯曲测试系统：
静态数字应变仪
二、应变电桥的工作原理
材料力学实验与材料力学的关系
材料力学实验的要求
1、课前预习
2、独立完成
3、性能实验结果表达执行修约规定
4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接
5、应力分析保留小数后一到二位
轴向压缩实验
—%实验预习
1、实验目的
I、测定低碳钢压缩屈服点
^bc
II、测定灰铸铁抗压强度
2、实验原理及方法
金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。
圆柱高度约为直径的1.5倍〜3倍。
混凝土、石料等则制成立方形的试块。
低碳钢压缩时的曲线如图所示。
实验表明：
低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限Q£,都与拉伸时人致相同。
进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增人，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。
实验步骤
I、
放试样
II.
计算机程序清零
III、
开始加载
IV、
取试样，记录数据
二、轴向压缩实验原始数据
试样舍称
试骏前试样宜径dO（mm）
原始横利艾而而积力0
（mm）2
屈服裁荷FsQKN、
最大載荷Fby（K
N）
低碳钢
1
10.00
2
10.00
平均
10.00
25/r
24.15
1
10.00
2
10.00
平均
10.00
25rr
54.36
指导老师签名：
徐
三、轴向压缩数据处理
测试的压缩力学性能汇总
材料力学
屈服强度
^s（MPa）
抗压强度%（MPa）
试验后低碳钢试样变形示意图
试验后铸铁试样破坏（裂纹）示意图
低碳钢
306
00
0©
铸铁
690
强度确定的计算过程:
实验三轴向拉伸实验
—%实验预习
1、实验目的
（1）、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E；
（2）、测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。
断后伸长率$和断面收缩率：
（3）、测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断II特征。
2、实验原理及方法
I.弹性模量E及强度指标的测定。
（见图）
（1）测弹性模量用等增量加载方法：
Fo=（10%〜20%）F=,Fn=（70%〜80%）F:
加载方案为：
Fo=5,Fi=8,F2=ll,F3=14,F4=17,F5=20（单位：
kN）数据处理方法：
E=f；（GPa,取三位有效数）
平均增量法
（1）
E=皿-M丄（gm）
线性拟合法巧W-也凶A””
（2）
/。
—原始标距
人””一原始标距范闱内横截面面枳的平均值
/△/）”,=以也_叫=o"1）
n—引伸计伸长增量的平均值；
（2）、强度指标
b=匚
屈服强度人（N/mm】或MPa）
抗拉强度°（N/min2或MPa）
II、塑性指标"、V的测定:
卜0J23496[39乡
弋
O/
<°
4-
!
AA
0BC
Vavb
（c）
1234567891^
<°
厂（a）血试祥J
0123456789毀
壬I—HH上
（6
断后伸长率
8-1°xlOO%
A-A
0=——xlOO%
断面收缩率血
/】一拉断后的标距长度久一原始横截面积的最小值。
旳一颈缩处的最小横截面积。
2、通过预习回答下列问题
（1）如何测定试样的原始横截面面积游标卡尺
（2）低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算下屈服阶段
（3）对低碳钢试样拉断后的标距测量，什么情况可以直接对接测量？
什么情况要求用断II移中法测量？
（要仔细阅读标距测量断「1移中法）1/3*10内，否则且测量结果不合格的时候可采用断口移中法测量。
二、实验原始数据
]2面H）面m
zr\均o檢4
低碳钢
部中
2
1
8
9
9
1
2
9
9
1
9.94
2
00
•
10
2
9.94
2
2
9
9
铸铁
2
9
9.
2
三、数据处理
（-）低碳钢拉伸弹性模量E的测定
引伸仪标I®Le=50mm;AF=3kN
載荷（kN）
伸K变形（第一次）
伸氏变形（第二次）
读数6（mm）
6（M）（mm）
读数6（mm）
S（AL）
（mm）
初載Fo=4
0.0343
0.0085
0.0389
0.0084
Fi=7
0.0428
0.0473
0.0092
0.0089
F2=10
0.0520
0.0562
0.0095
0.0094
F3=13
0.0615
0.0656
0.0092
0.0094
耳“6
0.0707
0.0750
0.0093
0.0092
F5=19
0.0800
0.0842
（二）E值
弹性模量平均法:
Ei
3x103x50x10"3
79.48x10-6x0.00845x10-3
=223.345GPa
E2
3x103x50x107
79.48x10-6x0.00905x107
=208.538GPa
3x103x50x10"3
79.48x10-6x0.00945x10"3
=199.711GPa
E4=
3x103x50x10"3
79.48X10一6x0.0093x10一3
=202.932GPa
3X1O3X5OX1O"3
79.48X10一6x0.00925x10一3
=204.029GPa
E1+E2+E3+E4+E5
5
207.711GPa
（三）强度指标和塑性指标的测定
试样载荷记录
试样
上屈服载荷
FedkN）
卞屈服载荷Fg（kN）
屈服强度
4（MPa）
最大载荷心
（KN）
抗拉强度%（MPa）
低碳钢
26.90
21.50
270.50
34.39
432.69
铸铁
一—一
16.52
210.90
指导老师签名：
徐
拉断后试样尺寸记录
低碳钢
缩颈处直径du（mm）
缩颈处横截面面积力U（mm）2
标距段长度L1（mm）99.8
1
6.42
32.56
直接测量得：
124.36mm
2
6.46
或N-n为奇数测得:
平均
6.44
或N・n为偶数测得
材料的塑性指标<5、中（修约后值）
材料名称
断后伸长率
6<%）
断而收缩率屮（%）
试验后试样破坏（断口）示意图
低碳钢
24.6%
59%
口a
铸铁
强度和断面收缩率确定的计算过程:
6.4499
低碳钢:
（rs=^=270.5MPaab=字=432・69MPa铸铁：
ab=^=210.90MPa力0
Au=（^―）27t=32.56（mm）2
124.36-99.8
x100%=x100%=24.6%
（P=—x100%=——————x100%=59%Z1/X-T*O
A-Ar79.48-32.56
思考题
1、测定E时为何要加初载荷F0,限制最高载荷Fn?
采用分级加载的目的是什么？
为了减小误差。
分级加载目的是使测得的弹性模量E减小误差，同时验证材料是否处于弾性状态,以保证实验结果的可集性。
—、实验预习
I、实验目的
1、掌握扭转试验机操作。
2、低碳钢的剪切屈服极限T轧
3、低碳钢和铸铁的剪切强庭极限Tb。
4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及贯破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。
II、实验原理及方法
低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。
图1.低碳钢材料的fll转图
低碳钢材料的扭转屈服极限G=器，抗扭强度6=誥,其中坷=竽为抗扭截面模量。
16
铸铁试件受扭时.在很小的变形卜就会发生破坏，其扭传图如图3所示。
O卩
图久铸铁材料的扭转图
图4.低碳钢和铸铁的扭转缩口形状
低碳钢实验步骤：
1、测量试样；
2、检查设备线路，并打开设备电源以及配套软件操作界面：
3、安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧，再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的V形块上，使卡盘和V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧；
4、将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零；
5、记录实验数据；
6、实验结束后，取下试件，观察试样破坏断II形貌，打印实验结呆，关闭软件，关闭电源。
铸铁实验步骤：
与低碳钢扭转实验步骤相同。
铸铁是脆性材料，只需记录试件的最人扭矩无需安装扭角测量装置。
二、实验原始数据
试样名称
试验前试样直径do（mm）
抗扭截面
概量mm3
下屈服扭矩Ts（N・m）
最大扭矩
低碳钢
10.00
196.35
37.54
96.25
铸铁
10.00
196.35
58.88
指导老师签名：
徐
三、数据处理
测试的压缩力学性能汇总
材料名称
剪切屈服强度"（MPa）
抗扭强度6
（Mpa）
低碳钢试样试验后破坏（断口）示意图
铸铁试样试验后破坏（断口）示意图
低碳钢
143.39
367.65
铸铁
224.90
11
强度确定的计算过程:
低碳钢:
铸铁：
3x6
6=丽=
3xTb
3x37.54
4x196.35x10-9
3x96.25
4x196.35x10一9
3x58.88
4x196.35x10-9
=143.39MPQ
=367・65MPa
=224.90MPQ
四、思考题
1、低碳钢扭转时圆周线和纵向线如何变化？
这一现象说明什么？
2、比较低碳钢和铸铁两种材料的T4曲线，观察两种材料的扭转破坏断口，分析各自的破坏原因。
1、低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线，此后经历人量塑性变形并沿横截面断裂，纵向线扭转了一定角度，圆周线和纵向线都偏移了一定角度，但圆筒沿轴线及周线的长度都没有变化。
说明了扭转平面假设的正确性。
2、低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断II形貌有很人的差别。
低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断II较为平齐，可知为剪切破坏。
铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最人拉应力作用面，断II较为粗糙，因而最犬拉应力造成的拉伸断裂破坏。
实验五低碳钢切变模量G的测定
I、实验目的
1、测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G；
2、了解扭角仪的原理。
II.实验原理及方法
电测法
机测法
扭如抬爪務原艸
机测法
电测法
G厶
T
纯剪切
G
yWt
图（c）半桥接法%=一5厂勺
G_A7_AT平均增量法一时厂必仏6
Lo（标矩）=100mm,§（表分表读数）
1/lOOniin
嗨1
b,-一一极惯性矩
平均增量法
G=WAT扭矩增量
1p•帥1,A平均扭转角
注意：
每加一级磁码需轻敲击一下加力杆以克服变形传递时的机械间隙。
二、实验原始数据
1.切变模量G试验试样尺寸及有关参数
试样直径
d/mm
试样标距l0/mm
加力杆力臂长度a/mm
扭角指示器中心髙度b/mm
应变计灵敏系数k
10.00
100
500
60
2.14
2、切变模量G试样结果
施加扭矩
扭角指示器百分表读数l/100mm
应变电测法应变仪读数“£
T（N.m）
读数G（格）
AC：
=Ci+1一Ci
读数可
g=ff+1一Si
T\=9.8x0.5
36
36
301
299
r2
=2x9.8X0.5
72
600
T3
=3x9.8x0.5
109
37
903
303
片
=4x9.8x0.5
145
36
1203
300
Ts
=5x9.8x0.5
181
36
1502
299
平均增疑
AT=4.9
=^=36.5（l/100mm）
（A£j）m=^=300.25Me
G（GPa）
机测法*X严咖
电测法％（竄=阳•沁
G取三位有效数字。
三、数据处理
IP=fAp2dA=^=9.18x10~10m4
Wt=—=1.96x10~7m3
c16
A（pm=g）7—0.006G亠］
IpMm
厂AT
G=
lOOxb
4.9X100X10-3=83・2GP3
9.8X1O_1°XO.OO6
9.8x0.5
1.96X10一7x300.25x10—683.3GP。
1、比较机测法和电测法测G的结果，对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。
电测法的灵敏度高，精确度也比较高，可以实测，遥测。
高温，高压，动态等特殊工作条件都可以使用，而缺点是不能测出构件内部的应变，也不能准确地反映应变分部的急剧变化。
而机测法操作简单但是精度不高O
实验六纯弯曲梁的正应力实验
—、实验预习
I实验目的
1、初步掌握电测方法和多点测量技术；
2、测定梁在纯弯和横力弯曲卜•的弯曲正应力及其分布规律。
II实验设备
1、电子万能试验机或简易加载设备；
2、电阻应变仪及预调平衡箱；
3、进行截面钢梁。
m实验原理
理论上两个不同截面贴片位置受到的弯矩和应力分别为：
纯弯曲：
M冷Fa；皿厂土警=土譽横力弯曲：
=±^；ain/4=±令产
实验时，只要测得载荷下各待测应变片的应变&即可由胡克定律算出各测点实测应力＜1=E£从而和理论值进行比较。
实验采用等增量加载法，取最大载荷心ax=5000/V（产生的应力小于材料的屈服极限），分五级加载（n=5），则载荷增量为AF=1000No
IV本次实验应变仪选用1/4组桥方式，画出相应的外接应变片接线图和电路原理图
V根据梁的尺寸和载荷，用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=lkN时，横截面上、下边缘及距离中性层h/4处的应力，并用胡克定律估算梁上应变片在F=lkN时的应变值
知1/4=
v=y==^=9375Mpa
12
=y=i
（p3
My
9.375MPa
橫截面上下边缘如2=f=y=而耘=18・8MPd
12
ame4=EAS4=41.85xIO"6x215=8.9MPa
二、实验数据
钢梁几何尺寸
b
h
L
a
C
k
E
20111111
40111111
600nmi
200nun
30mm
2.19
215GPa
应变读数£及应变读数增量△占匚总表
测点号
1
2
3
3，
4
4r
5
应变仪通道号
1
2
3
4
5
6
7
8
"^4
E
Af
E
£
Ar
Ar
£
Ae
£
bw
r
Ae
E
Ar
第
0KN
0
•92
0
-41
0
-21
0
-15
0
9
0
25
0
52
0
67
次测
1KN
-92
-41
-21
-15
9
25
52
67
-88
•44
•54
-12
10
30
54
85
量
2KN
•180
•85
•75
-27
19
55
106
152
-86
-36
-61
-11
10
32
54
80
3KN
-266
・121
•136
29
87
160
232
-86
-39
-72
-10
11
33
54
85
4KN
•352
・160
・218
-48
40
120
214
317
・84
•35
•61
・8
6
26
49
75
5KN
・436
-19S
・279
-56
46
1S4
263
392
0KN
0
-86
0
-35
0
-96
0
-12
0
11
0
31
0
56
0
86
1KN
•86
-35
-96
-12
11
31
56
86
-87
-35
-68
•9
8
32
53
84
2KN
・173
-70
-164
•21
19
63
109
170
-87
・34
-57
-9
10
35
52
84
3KN
-260
-104
・221
•30
29
98
161
254
-85
-36
-42
-8
7
34
51
85
4KN
•M45
-140
•263
・33
36
132
212
339
-86
-39
-48
-6
5
35
49
84
5KN
-431
•179
・311
-44
41
167
261
423
应变读数増总的平均值M
-86.7
-47.7
065
41.85
81.5
组别号：
方婕陈宇超宣哲何恺杰指导老师签名：
徐
三、数据处理
1、横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN时的实测应力增量。
横截面上边缘是1测点号，下边缘是5测点号。
离中性层
crmel=E^savl=86.7xIO-6x215=18.6MPa
crme5=E、S5—81.5xIO-6x215=17.5MPa
crme2==47.7x10-6x215=10.2MPa
2、误差计算（中性层的应力计算绝对误差，其他为相对误差）
%屮=¥=昼二0.000000106=9・375MPa
12
横截面上下边缘如1/2=¥=云=0.000000106=18・8MPa12
°me5=^^£av5=81.5XIO-6x215=17.5MPa
xlOO%
测点号
1
2
3
4
5
相对误差％（绝对误差）
1%
8%
0.65
5%
7%
（1）分析你的原始数据记录，总结你这次测量数据的偏差情况。
从处理的数据来看，上边缘的误差最小，其他误差也较小，因此本次测量数据的偏差不大，二次在相同AF下测量的结果△£也较为相近。
（2）整理实验数据时，对中间几个测点，应取前后两枚应变片应变的平均值。
试问在实测中这一平均值可用什么方法直接得到？
怎么组桥？
请画出测量桥的电路原理图。
在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的，因为如果将前后2枚应变片组成半桥测量的话，其应变值刚好互相抵消了。
只有上下2枚应变片
是可以组成半桥来直接测量的，一个受拉，一个受压，更改下方式或系数就可以直接得到其平均值。
实验七弯扭组合变形的主应力测定
I实验目的
1＞测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力；
2、测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。
II实验原理
1、弯矩M测定。
ES
温度影响不用考虑
T=E8）-Wt
4（1+“）
在贴片情况下，应弯矩引起X方向的应变.利用半桥接法可以得到加载时应变
TE®
r=er.=——=
皿（1+//）4（1+〃），可得
Wt=^（D4-d4）
+45°A450应变片组成全桥，可以测得扭矩。
III理论计算载荷为9.8N时圆管各测量点（有2点）的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X轴的方位）
A：
MF1D9.8x0.4x0.03484““
一二二二lOMPa
Wz~J（D4-d4）"^x（0.034844-0.0344）
MzFaD9.8x0.5x0.03484「“小
t=—二j二7=6.34MPa
WpJ（DM4）^x（0.034844-0.0344）启+J§）2+r2=13.07MPaa3=--（-）2+i2=-3.07MPa
32#2
tan2a0=y妒-25.9。
MFID9.8x0.4x0.034844„
==10Mr3
^（D4-d4）—^x（0.034844-0.0344）
J£J4b
FaD9.8X0.5X0.03484
Wz
T=^==^x（0.0348^-0.034^=6,34MPa
1616
叭=孑+J（p2+r2=3.07MPa
+r2=-13.07MPa
tan2cr0=1.268
a0=25・9。
IV本实验所用应变花的布片示意图和简要说明（要求设定的X轴与上述“3”的设定一致）。
）A.B两点各贴・45・•0。
•45。
应变花。
」约定儿4为45。
，2
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