07-01_《材料力学》实验指导书.doc

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1、材料力学实验指导书第一部分材料的力学性能测试任何一种材料受力后都有变形产生，变形到一定程度材料就会降低或失去承载能力，即发生破坏，各种材料的受力——变形——破坏是有一定规律的。材料的力学性能（也称机械性能），是指材料在外力作用下表现出的变形和破坏等方面的性能，如强度、塑性、弹性和韧性等。为保证工程构件在各种负荷条件下正常工作，必须通过试验测定材料在不同负荷下的力学性能，并规定具体的力学性能指标，以便为构件的强度设计提供可靠的依据。材料的主要力学性能指标有屈服强度、抗拉强度、材料刚度、延伸率、截面收缩率、冲击韧性、疲劳极限、断裂韧性和裂纹扩展特性等。金属材料的力学

2、性能取决于材料的化学成分、金相结构、表面和内部缺陷等，此外，测试的方法、环境温度、周围介质及试样形状、尺寸、加工精度等因素对测试结果也有一定的影响。材料的力学性能测试必修实验为4学时，包括：轴向拉伸实验、轴向压缩实验、扭转实验。30材料力学实验指导书1.轴向拉伸实验1.1实验目的1、测定低碳钢的屈服强度（）、抗拉强度（）、断后伸长率A11.3（10）和断面收缩率Z（）。2、测定铸铁的抗拉强度（）。3、比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。注：括号内为GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。1.

3、2设备及试样1、液压式万能材料试验机。2、0.02mm游标卡尺。3、低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段L0十等分，并刻画出圆周等分线。4、铸铁圆形横截面非比例试样一根。注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标距与原始横截面积的关系满足。比例系数取5.65时称为短比例试样，取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数取5.65。非比例试样与无关。1.3实验原理及方法低碳钢是指含碳量在0.3％以下的碳素钢。这类钢材在工程中使用较广，在拉伸时表现出的力学性能也最为典型。图1-1低碳钢拉伸图（F—ΔL曲线）30

4、材料力学实验指导书以轴向力F为纵坐标，标距段伸长量ΔL为横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图，即F—ΔL曲线。低碳钢的拉伸图如图1-1所示，FeL为下屈服强度对应的轴向力，FeH为上屈服强度对应的轴向力，Fm为最大轴向力。F—ΔL曲线与试样的尺寸有关。为了消除试样尺寸的影响，把轴向力F除以试样横截面的原始面积S0就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ表示。同样，试样在标距段的伸长ΔL除以试样的原始标距ＬO得到名义应变，也叫工程应变，用ε表示。σ—ε曲线与F—ΔL曲线形状相似，但消除了儿何尺寸的影响，因此代表了材料本质属性，即材料的本构关系。图1-2低碳钢应力—应变

5、图（σ—ε曲线）典型低碳钢的拉伸σ—ε曲线，如图1-2所示，可明显分为四个阶段：（1）弹性阶段oa’：在此阶段试样的变形是弹性的，如果在这一阶段终止拉伸并卸载，试样仍恢复到原先的尺寸，试验曲线将沿着拉伸曲线回到初始点，表明试样没有任何残余变形。习惯上认为材料在弹性范围内服从虎克定律，其应力、应变为正比关系，即式中比例系数E代表直线的斜率，称为材料的弹性模量，其常用单位为GPa。它是代表材料发生弹性变形的主要性能参数。E的大小反映材料抵抗弹性变形的一种能力，代表了材料的刚度。此外，材料在发生杆的轴向伸长的同时还发生横向收缩。反映横向变形的横向应变ε＇与ε之比的绝

6、对值μ称为材料的泊松比。它是代表材料弹性变形的另一个性能参数。（2）屈服阶段ab：在超过弹性阶段后出现明显的屈服过程，即曲线沿一水平段上下波动，即应力增加很少，变形快速增加。这表明材料在此载荷作用下，宏观上表现为暂时丧失抵抗继续变形的能力，微观上表现为材料内部结构发生急剧变化。从微观结构解释这一现象，是由于构成金属晶体材料结构晶格间的位错，在外力作用下发生有规律的移动造成的。如果试样表面足够光滑、材料杂质含量少，可以清楚地看出试样表面有450方向的滑移线。30材料力学实验指导书根据GB/T228－2002标准规定，试样发生屈服而力首次下降前的最大应力称为上屈服强

7、度，记为“σeH”；在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最低应力称为下屈服强度，记为“σeL”，若试样发生屈服而力首次下降的最小应力是屈服期间的最小应力时，该最小应力称为初始瞬时效应，不作为下屈服强度。通常把试验测定的下屈服强度σeL作为材料的屈服极限σS，σS是材料开始进入塑性的标志。不同的塑性材料其屈服阶段的曲线类型有所不同，其屈服强度按GB/T228-2002规定确定。结构、零件的外加载荷一旦超过这个应力，就可以认为这一结构或零件会因为过量变形而失效。因此，强度设计中常以屈服极限σS作为确定许可应力的基础。由于材料在这一阶段已经发生过量变形，必然残留不可恢复的

8、变形（塑性变形），因此，