材料力学实验指导书

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1、材料力学实验指导书大连民族学院土木建筑工程学院目录实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验………………………………1实验二铸铁的压缩实验…………………………………………10实验三低碳钢和铸铁的扭转实验………………………………14实验四测定材料的剪切弹性模量G值…………………………∙20实验五纯弯曲梁横截面上正应力分布规律实验………………24实验六弯扭组合变形主应力测试实验…………………………30实验七测定材料的弹性模量E值………………………………∙36实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验实验日期年月日室温℃⒈实验目的①了解试验机的工作原理，并初步掌握试验机的操作规程。②测定低碳钢的两个强度指标：屈服极限，强度

2、极限。两个塑性指标：延伸率和断面收缩率。③测定铸铁的强度极限。④比较两种典型材料的机械性能和断口形式。⒉实验设备及量具WE—100微机控制电液伺服液压式万能试验机、标距打印机、游标卡尺。⒊实验原理利用试验机再现不同材料拉伸的力学性质，验证不同材料在拉伸过程中的变化理论。（1）低碳钢拉伸实验低碳钢是指含碳量在以下的碳素钢，是典型的塑性材料。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸中表现出的力学性能也最为典型，如下屈服点、抗拉强度、断后延伸率等一些力学性能参数均可在拉伸试验中求得。试件在受到拉力作用下，对应每一个拉力F，试件标距L0便产生一个伸长量△L与之对应，这种关系称为拉伸图或F—△L曲线(图1)

3、。F—△L曲线与试件的截面尺寸及长度有关。为了消除试件尺寸的影响，把拉力F除以试件的原始横截面积A0，得出正应力；把伸长量△L除以试件原始标距L0，得到应变。从而建立应力与应变的关系图，40图1拉力F~伸长量△L关系图图2应力~应变关系图或称为曲线（图2）。整个拉伸变形分四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。①弹性阶段在拉伸的初始阶段，载荷与伸长量呈直线关系，表明在这一阶段内，应力与应变成正比，即：。式中是与材料有关的比例常数，称为弹性模量。此时若卸去外力，则试件变形消失，恢复原态。直线部分的最高点所对应的应力称为比例极限，只有应力低于比例极限时，材料才服从胡克定律，这时称材

4、料是线弹性的。超过比例极限后，从点到点，与之间的关系不再是直线，但卸除拉力后变形仍可完全消失，这种变形称为弹性变形。点所对应的应力是卸载后材料不产生塑形变形的最大应力，用表示，称为弹性极限。而点与点的确定须借助于高精度的电子引伸计，且操作很麻烦，尤其b点。在关系图中，由于、两点非常接近，所以工程上对弹性极限和比例极限并不严格区分。②屈服阶段当应力超过点到某一数值时，应变有非常明显的增加，而应力先是下降，然后作小波动，在曲线上出现接近水平的小锯齿形线段，这种现象称为屈服或流动。在屈服阶段内应力第一次下降的最40低点是初始瞬时效应的结果，该值在屈服阶段可能是最低的应力，但不能取其为下屈服值。在

5、屈服阶段内，除初始瞬时效应产生的值外，下屈服值应取波动中的最低值；而上屈服值为屈服阶段的最高值。由于上屈服值与试件形状、加载速度等因素有关，一般是不稳定的。下屈服极限则是比较稳定的数值，能够反映材料的力学性能。通常把下屈服值作为材料的屈服极限或屈服点，用来表示。在屈服阶段，若卸除拉力则试件变形不能完全消失，材料将产生显著的塑形变形。③强化阶段过屈服阶段后，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，这种现象称为材料的强化。这种强化直至达到曲线上最高应力点，该阶段称为强化阶段，最高点的应力是材料所能承受的最大应力，称为强度极限或抗拉强度。在强化阶段，应力与应变呈现出非线性的关系。

6、①部变形阶段过点，在试件的某一局部范围内横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象。由于在颈缩部位横截面积迅速减小，导致试件所能承受的拉力迅速降低。在图中，应力随之下降，一直降到f点时，试样被拉断。（2）铸铁拉伸实验铸铁拉伸时应力—应变关系是一段微弯曲线，没有明显的直线段（图3）。图3铸铁的应力~应变曲线图它在较小的拉应力下就被断裂，没有屈服和颈缩，拉断前的应变很小，延伸率也很小，是典型的脆性材料。由于铸铁的曲线没有明显的直线部分，弹性模量E40的数值随应力的大小而变。但在拉应力较小时，可近似认为材料服从胡克定律。通常在应力较小时，取曲线的割线近似地表示铸铁拉伸时的曲线开始部分，并以割线的斜率近似

7、地确定弹性模量E，称为割线弹性模量。铸铁拉断时的最大应力为强度极限，因为没有屈服现象，强度极限是反映材料强度的唯一力学性能指标。⒋实验步骤（1）测标样直径为了避免试件加工的锥度和椭圆度影响，选取3个卡点测量试件直径，3个卡点的位置分别选在标样中间和距平行长度两端的约a2处（a＝Lc－L0，Lc为标样的平行长度，L0为标距的总长度）。对每个卡点，用游标卡尺在两个相互垂直方向上卡其直径（两个卡值，精度≤0.02mm），取其算