材料力学实验教案Word格式文档下载.docx

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七、数据处理

1.记录相关数据

参数

原始直径

断口直径

原始标距

拉断后标距

长度（mm）

do=10mm

d1=

Lo=

L1=

2.计算伸长率δ和断面收缩率Ψ

3.在应力应变图中标出屈服极限σs和强度极限σb

八、应力应变图分析

低碳钢的拉伸过程分为四个阶段，分别为弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段。

1.弹性变形阶段：

在拉伸的初始阶段，应力和应变的关系为直线，此阶段符合胡克定律，即应力和应变成正比；

2.屈服阶段：

超过弹性极限后，应力增加到某一数值时，应力应变曲线上出现接近水平线的小锯齿形线段，此时，应力基本保持不变，而应变显著增加，材料失去了抵抗变形的能力，锯齿线段对应的应力为屈服极限；

3.强化阶段：

经屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加拉力，强化阶段中最高点对应的应力为材料所能承受的最大应力，即强度极限；

4.缩颈阶段：

当应力增大到最大值之后，试样某一局部出现显著收缩，产生缩颈，此后使试样继续伸长所需要的拉力减小，最终试样在缩颈处断裂。

九、实验作业

1．说明测定屈服极限σs、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率Ψ的实验原理及拉伸实验的实验步骤；

2.根据实验过程中记录的数据，计算材料的伸长率δ和断面收缩率Ψ；

3.在应力应变图中标出屈服极限σs和强度极限σb；

4.对应力应变图进行分析。

实验二　　测定材料弹性模量E

　　测定材料的弹性模量。

1．掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法；

2．熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。

三、实验设备及仪器

1．CEG-4K型测E试验台

2．球铰式引伸仪

四、主要技术指标

1.试样：

Q235钢，如图所示，直径d=10mm，标距L=100mm。

2.载荷增重ΔF=1000N（砝码四级加载，每个砝码重25N，初载砝码一个，重16N，采用1：

40杠杆比放大）

实验时，从F0到F4逐级加载，载荷的每级增量为1000N。

每次加载时，记录相应的长度变化量，即为ΔF引起的变形量。

在逐级加载中，如果变形量ΔL基本相等，则表明ΔF与ΔL为线性关系，符合胡克定律。

完成一次加载过程，将得到ΔL的一组数据，实验结束后，求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平，代入胡克定律计算弹性模量。

即

备注：

引伸仪每格代表0.001mm。

六、实验步骤及注意事项

1．调节吊杆螺母，使杠杆尾部上翘一些，使之与满载时关于水平位置大致对称。

2．把引伸仪装夹到试样上，必须使引伸仪不打滑。

注意：

对于容易打滑的引伸仪，要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。

引伸仪为精密仪器，装夹时要特别小心，以免使其受损。

采用球铰式引伸仪时，引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°

左右的角度。

3．挂上砝码托。

4．加上初载砝码，记下引伸仪的初读数。

5．分四次加等重砝码，每加一次记录一次引伸仪的读数。

加砝码时要缓慢放手，以使之为静载，防止砝码失落而砸伤人、物。

6．实验完毕，先卸下砝码，再卸下引伸仪。

七、数据记录及计算

1.原始数据记录

分级加载

初载

一次加载

二次加载

三次加载

四次加载

引伸仪读数

L0=

L2=

L3=

L4=

2.计算

（1）各级形变量的计算

平均值

形变量

ΔL1=

ΔL2=

ΔL3=

ΔL4=

ΔL平=

（2）材料面积的计算

（3）弹性模量的计算（弹性模量单位MPa）

八、实验作业

1．说明测定弹性模量E的实验原理、步骤及注意事项；

2．根据实验过程中记录的原始数据，计算材料的弹性模量E。

实验三　　低碳钢和铸铁的扭转实验

　　低碳钢和铸铁的扭转实验。

1．测定低碳钢的剪切屈服极限

及剪切强度极限

；

2．测定铸铁的剪切强度极限

3．观察比较两种材料扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。

1．扭转试验机

2．游标卡尺

低碳钢和铸铁试样如图所示，直径d=10mm，分别测量并记录试样的原始标距L0。

扭转实验是将材料制成一定形状和尺寸的标准试样，置于扭转试验机上进行的，利用扭转试验机上面的自动绘图装置可绘出扭转曲线，并能测出金属材料抵抗扭转时的屈服扭矩

和最大扭矩

。

通过计算可求出屈服极限

其中：

1．测量试件标距；

2．选择试验机的加载范围，弄清所用测力刻度盘；

3．安装试样，调整测力指针；

4．实验测试。

开机缓慢加载，注意观察试件、测力指针和记录图，记录主要数据，在低碳钢扭转时，有屈服现象，记录测力盘指针摆动的最小扭矩为屈服扭矩Ts，直至实验结束记录最大扭矩Tb；

5．铸铁在扭转时无屈服现象，直至实验结束记录最大扭矩Tb；

6．关机取下试件，将机器恢复原位。

七、数据记录及处理

材料

直径d0（mm）

标距L0（mm）

屈服扭矩Ts（Nm）

最大扭矩Tb（Nm）

低碳钢

10

铸铁

——————

（1）抗扭截面系数Wt的计算（单位mm3）

（2）低碳钢的屈服极限

的计算（单位MPa）

（3）铸铁剪切强度极限

八、绘制断口示意图并分析破坏原因

（a）低碳钢断口示意图（b）铸铁断口示意图

破坏原因分析：

低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力，低碳钢扭转时沿最大切应力的作用面发生断裂，为切应力作用而剪断，因此，其破坏断面与曲线垂直，见图（a）所示；

铸铁材料的抗拉强度较低，铸铁扭转时沿最大拉应力的作用面发生断裂，由应力状态可知，纯剪切最大拉应力作用的主平面与X轴夹角为45°

，因此，铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°

螺旋面，如图（b）所示。

1．说明测定低碳钢剪切屈服极限

、剪切强度极限

及铸铁剪切强度极限

的实验原理及步骤；

2．根据实验过程中记录的原始数据，计算低碳钢的剪切屈服极限

及铸铁的剪切强度极限

3．绘制低碳钢和铸铁的断口示意图，并分析其破坏原因。

实验四　　矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验

矩形截面梁纯弯曲正应力的电测实验

1．学习使用电阻应变仪，初步掌握电测方法；

2．测定矩形截面梁纯弯曲时的正应力分布规律，并与理论公式计算结果进行比较，验证弯曲正应力计算公式的正确性。

1．WSG－80型纯弯曲正应力试验台

2．静态电阻应变仪

1．矩形截面梁试样

图1试样受力情况

材料：

20号钢，E=208×

109Pa；

跨度：

L=600mm，a=200mm，L1=200mm；

横截面尺寸：

高度h=28mm，宽度b=10mm。

2．载荷增量

载荷增量ΔF=200N（砝码四级加载，每个砝码重10N采用1：

20杠杆比放大），砝码托作为初载荷，F0=26N。

3．精度

满足教学实验要求，误差一般在5%左右。

如图1所示，CD段为纯弯曲段，其弯矩为

，则

，

根据弯曲理论，梁横截面上各点的正应力增量为：

（1）

式中：

y为点到中性轴的距离；

Iz为横截面对中性轴z的惯性矩，对于矩形截面

（2）

由于CD段是纯弯曲的，纵向各纤维间不挤压，只产生伸长或缩短，所以各点均为单向应力状态。

只要测出各点沿纵向的应变增量

，即可按胡克定律计算出实际的正应力增量

（3）

　　在CD段任取一截面，沿不同高度贴五片应变片。

1片、5片距中性轴z的距离为h/2，2片、4片距中性轴z的距离为h/4，3片就贴在中性轴的位置上。

　　测出各点的应变后，即可按（3）式计算出实际的正应力增量

，并画出正应力

沿截面高度的分布规律图，从而可与

（1）式计算出的正应力理论值

进行比较。

1．开电源，使应变仪预热。

2．在CD段的大致中间截面处贴五片应变片与轴线平行，各片相距h/4，作为工作片；

另在一块与试样相同的材料上贴一片补偿片，放到试样被测截面附近。

应变片要采用窄而长的较好，贴片时可把试样取下，贴好片，焊好固定导线，再小心装上。

3．调动蝶形螺母，使杠杆尾端翘起一些。

4．把工作片和补偿片用导线接到预调平衡箱的相应接线柱上，将预调平衡箱与应变仪联接，接通电源，调平应变仪。

5．先挂砝码托，再分四次加砝码，记下每次应变仪测出的各点读数。

注意加砝码时要缓慢放手。

6．取四次测量的平均增量值作为测量的平均应变，代入（3）式计算可得各点的弯曲正应力，并画出测量的正应力分布图。

7．加载过程中，要注意检查各传力零件是否受到卡、别等，受卡、别等应卸载调整。

8．实验完毕将载荷卸为零，工具复原，经指导老师检查方可关闭应变仪电源。

1．计算弯曲梁截面各点处的理论正应力增量

（1）记录测点的位置

测点编号

1

2

3

4

5

测点至中性轴的距离y（mm）

14

7

（2）计算矩形横截面对中性轴z的惯性矩Iz

（3）根据公式直接计算各点的理论正应力增量

理论正应力增量（MPa）

2．计算弯曲梁截面各点处的实际正应力增量

（1）各测点原始数据记录

测点

1应变仪读数

ε0=

ε1=

ε2=

ε3=

ε4=

2应变仪读数

3应变仪读数

4应变仪读数

5应变仪读数

（2）各测点应变增量的计算

1应变增量

Δε1=

Δε2=

Δε3=

Δε4=

Δε平=

2应变增量

3应变增量

4应变增量

5应变增量

（3）各测点实际正应力增量的计算

实际正应力增量（MPa）

3．计算各测点理论与实际正应力的误差e

误差e

1．说明矩形梁纯弯曲正应力电测实验的原理、实验步骤及注意事项等；

2．分别计算各测点的理论和实际弯曲正应力增量，验证弯曲正应力公式的正确性；

3．绘制弯曲正应力沿截面高度的分布规律图。

实验五　　测定材料切变模量G

　　测定材料切变模量G。

1．掌握测定Q235钢切变模量G的实验方法；

2．熟悉NY-4型扭转测G仪的使用方法。

1．NY-4型扭转测G仪

2．百分表

直径d=10mm，标距L0=60-100mm（可调），材料Q235钢。

2．力臂：

长度a=200mm，产生最大扭矩T=4Nm。

3．百分表：

触点离试样轴线距离b=100mm，放大倍数K=100格/mm，用百分表测定扭转的位移。

4.砝码：

4块，每块重5N，砝码托作初载荷，T0=0.26Nm，扭矩增量ΔT=1Nm。

5．精度：

误差不超过5%。

实验时，从F0到F4逐级加载，扭矩的每级增量为1Nm。

每次加载时，相应的扭转角变化量即为ΔT引起的变形量。

在逐级加载中，如果变形量Δφ基本相等，则表明Δφ与ΔT为线性关系，符合剪切胡克定律。

完成一次加载过程，可计算得到Δφ的一组数据，实验结束后，求Δφ1到Δφ4的平均值Δφ平，代入剪切胡克定律计算弹性模量。

1．桌面目视基本水平，把仪器放在桌上（先不加砝码托及砝码）。

2．调整两悬臂杆的位置，大致达到选定标距，固定左旋臂杆，再固定右旋臂杆，调整右横杆，使百分表触头距试样轴线距离b=100mm，并使表针预先转过十格以上（b值也可不调，按实际测值计算）。

3．用游标卡尺准确测量标距，作为实际计算用。

4．挂上砝码托，记下百分表的初读数。

5．分四次加砝码，每加一次记录一次表的读数，加砝码时要缓慢放手。

6．实验完毕，卸下砝码。

试样标距为L0=mm。

百分表读数

S0=

S1=

S2=

S3=

S4=

（1）扭转位移的计算

ΔS1=

ΔS2=

ΔS3=

ΔS4=

ΔS平=

（2）扭转角增量的计算

K为百分表的放大倍数（K=100格/mm）；

b为百分表触头距轴线的距离（b=100mm）。

（3）横截面对圆心极惯性矩Ip的计算

（3）切变模量的计算（单位MPa）

1．说明测定切变模量G的实验原理、步骤及注意事项；

2．根据实验过程中记录的原始数据，计算材料的切变模量G。