力学实验概论

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1、力学实验概论一.测定材料力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料在变形、强度等方面表现出的一些特性。如弹性极限、屈服极限（屈服点）、强度极限、弹性模量、疲劳极限和冲击韧度等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而这些参数一般要通过实验来测定。对材料力学性能的测定，应按国家标准（或部颁标准）的规定进行。二、材料的力学性质（机械性质）测量材料力学公式只能算出在外载荷作用下构件内应力的大小和杆件中某点的位移，为了建立强度条件必须知道材料的强度、塑性等指标，这就需要作拉伸与压缩试验、扭转试验、冲击和疲劳

2、试验，来测定反映该材料力学性质的屈服极限、强度极限、延伸率、持久极限、冲击韧性等力学参数，这些参数是工程技术人员设计计算构件的基本依据。材料力学的基本实验一、实验目的1.观察典型金属材料低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在受到不同的载荷（拉伸、压缩、扭转、剪切、冲击、纯变疲劳等）时的变形情况和破坏断口，并进行对比；2.通过观察低碳钢在受到载荷时的变形，建立起零部件受力后失效的概念以取代传统的破坏概念；3.了解万能材料试验机的结构和工作原理，熟悉其操作规程；4.通过模拟实验，掌握万能材料试验机正确的使用方法。二、实验观察对

3、象典型金属材料低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在受到不同的载荷（拉伸、压缩、扭转、剪切、冲击、纯变疲劳等）时的各个不同变形阶段和破坏断口特征。三、实验设备1.万能材料试验机四、万能材料试验机介绍1.结构原理万能试验机有机械螺杆加载和液压加载等类型。液压式的万能试验机的外型和构造如图1.1、图1.2所示。其结构分三部分。（1）底座1、两个固定立柱2、大横梁3构成刚性很大的机架。大横梁上固定着工作油缸4，当加力时，液压推动活塞向上顶起小横梁11，并通过两个活动立柱12，带动活动平台13上升，于是，在活动平台上部形成缩小的加

4、力空间，可做压缩试验；在活动平台下部形成增大的加力空间，可做拉伸试验。可见，试验机的基本加载方式是拉和压，若要做其他形式的加载试验，如弯曲剪切、拔出、压入等，可通过增加附属装置完成。图1.1液压式万能试验机外形图图1.2液压式万能实验机结构原理图金属材料扭转实验--实验目的扭转实验是了解材料抗剪能力的一项基本实验，本实验着重了解塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）受扭转时的机械性能，测定、绘制图，并比较两种材料的破坏情况及原因。扭转实验过程中，试件的断面形状几乎一直不变，无颈缩现象，变形较均匀，可以较准确地测定试件变形及瞬

5、时破坏应力。扭转实验的要求及试件尺寸，可参见冶金工业部标准《金属扭力试验法》（YB36—64）的规定。圆轴扭转时其横截面上任意一点处于平面应力状态，（图4.1）TT图4.1金属材料拉伸实验--实验目的拉伸试验是对试件施加轴向拉力，以测定材料在静载荷作用下的力学性质。这是最基本最常用的一个力学实验，实验中测定的机械性能指标是鉴定材料和工程计算的依据。在国家标准《金属拉伸试验方法》（GB228-87）中对拉伸实验作了详细规定，本实验的具体要求为：1.了解材料拉伸时力与变形的关系，观察试件破坏现象；2.测定强度数据，如低碳钢的屈

6、服极限,强度极限，铸铁的强度极限；3.测定塑性材料的延伸率，截面收缩率。实验结果具有可比性，试验应尽量在相同或相似条件下进行。国家为此将材料加工成标准试件。常用的拉伸试件如图2.1所示。··l0l图2.1拉伸试件试件按照国家标准，规定标距与直径之比：=5：1时，称其为五倍试件或短试件；规定标距与直径之比：=10：1时，称其为十倍试件或长试件。金属材料压缩实验--实验目的了解塑性材料和脆性材料在压缩时的破坏现象，测定其机械性能，并与它们在简单拉伸时的机械性能作比较。低碳钢试件压缩在屈服前关系与拉伸时相似，由自动绘图可得到低碳

7、钢压缩图3.3。图中OA为弹性阶段，B点为屈服点，无明显屈服阶段，需仔细观察。PdPABh0P图3.1圆柱形压缩试件图3.2试件受压后的变形图3.3低碳钢压缩图金属材料疲劳实验--实验目的疲劳极限是指金属材料在交变应力作用下，经无数次循环而不破坏的最大应力值。构件在长期交变应力作用下，虽然它承受的应力远小于材料的屈服极限，在没有明显塑性变形的情况下，发生断裂的现象称为金属的疲劳。因金属疲劳发生的破坏称为疲劳破坏出现疲劳破坏的原因，是经过应力多次交替变化后，在应力最大或有缺陷部位会产生微细的裂纹，裂纹尖端出现严重的应力集中，

8、随着交变应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩大，最后导致破裂。材料经受无限次变载荷而不发生断裂时的最大应力，称为材的疲劳极限。工程上常根据机件的使用寿命要求，规定交变应力循环N次时的应力为有限疲劳极限或条件疲劳限。如汽轮机叶片交变应力循环次数N锅炉的每一次启动和停止，工质运行参数的每一次波动，承压部件都要经受