《工程力学》实验指导书

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1、《工程力学》实验指导书上海海洋大学金属材料拉伸实验一、实验目的1．测定低碳钢（如Q235钢这种典型塑性材料）的下列力学性能指标：下屈服强度Rec（或称屈服极限、屈服点σs）、抗拉强度Rm（或强度极限σb）、断后伸长率A和断面收缩率z。2．测定铸铁（典型脆性材料）的抗拉强度Rm（或强度极限σb）。3．观察塑性与脆性两种材料在拉伸过程中的各种现象。4．比较并分析低碳钢和铸铁的力学性能特点与断口破坏特征。二、实验仪器和设备1．万能材料试验机，拉力试验机，电子式拉力试验机。2．电子引伸计。3．游标卡尺。4．试样划线器。三、实验试样大量实

2、验表明，实验时所用试样的形状、尺寸、取样位置和方向、表面粗糙度等因素，对其性能测试结果都有一定影响。为了使金属材料拉伸实验的结果具有符合性与可比性，国家制订有统一标准。本实验按照GB/T228-2002eqvISO6892—1998《金属材料室温拉伸试验方法》第六章试样的要求制备试样。拉伸试样系由夹持、过渡和平行三部分构成。试样两端较粗段为夹持部分，其形状和尺寸可依实验室现有使用试验机夹头情况而定；试样两夹持段之间的均匀部分为实验测试的平行部分；而夹持与平行二部分之间为过渡部分，通常用圆弧进行光滑连接，以减少应力集中。拉伸试验可

3、分为机加工试样和不经机加工的原状全截面试样。通常采用机加工的圆形截面试样如图1（a）所示，亦可采用矩形截面试样如图1（b）所示。图中Lc为试样平行段长度，L0为试样原始标距（或称测量伸长变形的工作长度），d为圆形试样平行部分的原始直径，a为矩形试样平行部分的原始厚度，b为矩形试样平行部分的原始宽度，S0为试样平行部分原始横截面面积，r为过渡弧半径。拉伸试样分为比例和非比例标距两种。比例试样系按公式计算确定的试样，式中系数K通常为5.65或11.3，前者称为短试样，后者称为长试样。短试样的标距或L0=5d，长试样的标距为或L0=1

4、0d，一般都采用短比例标距试样。对非比例标距试样的原始标距L0与原始横截面面积S0之间无上述公式表达的比例关系，可根据GB-T2975—1998和ISO377—1997《钢及钢产品力学性能试验取样位置和试样制备》的要求或金属产品供需双方商订的协议要求来确定。这里摘录国标中有关拉伸比例试样的尺寸参数和加工尺寸允许偏差分别列入表1、表2、表3中，供读者参考。图1拉伸试样图表1比例试样试样原始标距L0/mm原始横截面积S0/mm2圆形试样原始直径d/mm断后伸长率%圆形截面长10078.5410A10.3短50A5.65矩形截面或其他

5、长11.3任意A11.3短5.65A5.65表2圆形截面比例试样尺寸（单位：mm）一般尺寸短试样长试样drminL0LcL0Lc2055dL0+d10dL0+d15410463表3试样尺寸允许偏差（单位：mm）圆形截面试样直径d标距部分内允许偏差矩形试样宽度标距部分内允许偏差d最大与最小直径bb最大与最小宽度5～<10±0.10.0210～15±0.20.1>10±0.20.0520～30±0.50.2本实验采用圆形截面短比例试样，即L0=5d；亦可采用圆形截面长比例试样，即L0=10d。四、实验原理根据GB-T228—2002

6、和ISO6892—1998《金属材料室温拉伸试验方法》的基本要求，分别简要叙述如下：Ⅰ低碳钢（Q235钢）拉伸实验原理做拉伸实验时，利用万能材料试验机的自动绘图装置及拉伸过程各特征点的示力度盘读数或电子拉力试验机的X—Y函数记录仪，可测绘出低碳钢试样的拉伸图，即图2所示的拉力F与伸长Lu—L0之间关系曲线。图中起始阶段呈曲线，是由于试样头部在试验机夹具内有轻微滑动及试验机各部分存在间隙等原因造成的。分析时可将其忽略直接把图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原点。拉伸图形象地描绘出钢材的受力变形特征以及各阶段受力与变形之

7、间的关系，但同一种钢材的拉伸曲线会因试样尺寸不同而异。为了使同一种钢材不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（拉力F）除以试样的原始横截面面积S0，并将横坐标（伸长ΔL）除以试样的原始标距L0，这样得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力—应变曲线如图1-3所示。从曲线上可以看出，它与拉伸图曲线相似，更清晰表征了钢材的力学性能。拉伸实验过程分为四个阶段如图2和图3所示。Rp—比例极限Re—弹性极限；ReH—上屈服强度；ReL—下屈服强度；Rm—抗拉强度；Rk—断裂应力；A—断

8、裂后伸长；Ae—弹性延伸率Fp—比例伸长力；Fr—弹性伸长力；FeH—上屈服力；FeL—下屈服力；Fm—最大力；Fk—断裂力；△Lk—断裂后塑性伸长；△Lc—弹性伸长图2低碳钢试样拉伸图图3低碳钢应力延伸率图（1）弹性阶段OA：在此阶段中的OP段，其拉力F和伸长