工程力学实验指导书-孙凯

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1、工程力学实验指导书编著：张功学陕西科技大学二00六年十二月3.1材料的拉伸实验拉伸实验是对鴉性材料和脆性材料在常温静载作用下，测定其力学性能的试验。试验中测得的力学性能指标，是工程设计以及鉴定工程材料的主要依据。本试验采用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，分别进行拉伸试验。一、实验目的：(1)了解材料受拉伸时，力与变形的关系，绘制拉伸图(F-A11111线)。(2)测定低碳钢的屈服极限os、强度极限％、延伸率》和截面收缩率。。(3)测定铸铁的强度极限。“延伸率5和截面收缩率。(4)比较低碳钢与铸铁

2、的力V性能、破坏过程和现象。二、实验设备：万能试验机、游标卡尺。三、试件：实验表明，试件的尺寸和形状対实验结果有影响，为了避免这种影响和便于对各种材料力学性能的测试结果可进行比较，国家标准对试件的尺寸、形状作了统一规定，根据规定,拉伸试件可制成圆形或矩形截而，实验前、后的试件如图所示。图3-1低碳钢拉伸前后试件比较其中拉伸试件还可分为比例试件利非比例试件两种。比例试件应符合如下关系：L=心/石式中L——为标距即计算长度；Ao——为初始横截面面积；K——系数，通常为5.65和11.3,前者称短试件，后者称长

3、试件。对圆形截面：长试件L=1Ot/o短试件L=5%对矩形截面：长试件L=ll.3厂4)短试件L=5.65厂/()对于非比例试件，例如成品材料型材、板材、管材或细丝等，测试长度与横截面面积无一定比例关系。试件两端较粗部分是为装入试验机夹头中的夹持部分，该部分形状视试验机夹头的要求而定，町制成圆柱形、阶梯形或螺纹形，其长度至少应为试验机楔形夹具长度的三分Z二。卩q、实验原理：1、低碳钢拉伸：金属材料拉伸吋的力学性能指标，是由拉伸试验来确定的。为此，将试件按国标规定加工成标准试件，在万能试验机上进行加载试验。

4、试验时，利用试验机的绘图装置对以绘出测试材料的拉伸曲线图，下图为低碳钢的拉伸曲线图(F-A1)O图3・2低碳钢拉伸曲线图(F・M)应当指出，由于在加载的最初阶段，试件夹持部分在夹头内冇滑动等因素，因此绘出的拉伸图的最初一段呈现曲线。但实际上最初这段线条应是宜线，故应将氏线部分延长使与“/轴相交，交点0定为坐标原点。对于低碳钢屈服阶段的F■△厶图是锯齿形。B点为上屈服点，即屈服阶段屮力第一次F降前的最大载荷，用Fsu來表示，对有明显屈服现象的材料，一般只需要测定卜屈服点C,用Fs来表示。由于下屈服点比较稳定

5、，工程上均以此作为材料析屈服载荷。在屈服阶段屮,指针无规则來冋摆动，要准确判读屈服载荷读数有一定的难度，一般的判读是试验机测力指针第一次冋转后所指示的最小载荷为下屈服点载荷。过了屈服阶段，继续加载曲线上升，至载荷达到最大值Q点，此时也是试件的名义应力达到最大值。过了Q点，拉伸曲线开如下降，测力指针开始倒追，这时可观察到试件在某一截面附近产住局部变形，即颈缩现象出现,直至E点试件断裂。2、铸铁拉伸图3-3铸铁拉伸曲线图（F-AI）铸铁为脆性材料。试件受拉伸后、通过绘图器绘出的铸铁拉伸图如图所示。图中其拉伸的

6、最初阶段也没有直线段，说明在载荷很小的情况F,弹性变形的增长也不与载荷成正比。铸铁试件在拉伸过程屮变形很小，没有屈服现象和颈缩现象，当载荷达到最人值时，断裂突然发生。因此，对铸铁只测定其最大载荷，即可得到强度极限。五、实验步骤低碳钢拉伸：1、试件准备采用长试件（厶=10小。用游标卡尺在试件标距两端和中间部位，分别沿相互垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，取其最小者作为试件直径d,并计算出试件的横截面面积力。。2、试验机准备根据低碳钢的强度极限和横截而面积佔算出试验所需的最大载荷几，选择合适

7、的测力度盘，并配以相应的摆锤。将缓冲器调至适当位iff,调整测力指针使其对准零点，调整好绘图装置。3、安装试件先把试件夹持在试机的上夹头内，再将下夹头移动至试件所需的夹持位置，并把试件下端夹紧。4、进行实验开动实验机，缓慢匀速加载，随时观察测力指针与绘图笔的移动情况。对低碳钢试件,分别判读出Fsu，尸“并记录，继续加载，观察曲线变化规律，直至载荷达到最大值。这时测力指针倒退，则可由副针读取最人载荷Fhf仔细观察颈缩现象的发生和发展。试件拉断后，取出试件观察断口。5、延伸率和截面收缩率的测定为了测定延伸率，

8、将拉断试件的两端对齐并尽量靠紧，山于断口附近塑性变形最大，所以拉断后的新长度L，的量取与断口的部位冇关，L，可用下述方法Z—测定。（1）直测法：如果断口到邻近标记点的距离大于L/3时可用时可用游标卡尺直接测最两端点间的距离。（2）移屮法：如果断口到邻近标距离小于或等于L/3,则应按卜-述方法确定拉断后试件标距部分的长度Uo利用试验前将试件等分刻価的10个小格，在拉断后的长段上，由断口处取皋本等于短段的格数，定出B点，若长段内所