材料力学实验三、四、五.doc

?实 验 三 扭 转 破 坏 实 验 实验日期： 年 月 日 实验室温度： 一、实验目的 1．观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行为。观察材料的破坏方式。 2．测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。 3．熟悉扭转试验机的工作原理及使用方法。 二、主要仪器装置及材料 1.扭转试验机：用以作扭转破坏实验。游标卡尺? ?1．试件 ?2．扭转试验机的工作原理 3．扭转实验原理 试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。 低碳钢试件在发生扭转变形时，其T－φ曲线如图所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有三个强度特征值：剪切比例极限、剪切屈服极限和剪切强度极限。对应这三个强度特征值的扭矩依次为Tp、Ts、Tb。 在比例极限内，T与φ成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。如图(a)所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增加，T－φ的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图(c)所示。 a b c 在T－φ出现屈服阶段，示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆，由此可读出屈服扭矩Ts，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出： 屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值Mb进入断裂阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限可同下式求出： ?四、实验方法及步骤： 1．试件准备： 测量试件等截面范围两端及中间共三处截面的直径。为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算平均值，以三截面中最小处的平均值来计算初始横截面面积A0。 2．安装试件： （1）将试样的端头安装于夹头中，并夹紧。 （2）调整示力度盘主动针，对准零点。 3．进行实验： 以顺时针方向缓慢转动摆手，使之按要求的速度对试件加载，对于低碳钢试件，注意观察试验机示力度盘的指针，若指针停止转动或有轻微回摆，说明材料发生屈服，记录此时的扭矩Ts经过屈服阶段以后（铸铁试件无此阶段），即可快速加载，直至剪断为止，停车。由从动针读出最大扭Tb并记录。 4．取下试件，清理设备。 5．整理数据，完成实验报告。 五、实验数据和计算结果： 试验材料 截面直径d0/mm 抗扭截面系数Wp/mm2 屈服扭矩MS/N-m 屈服极限τa/MPa 最大扭矩Mb/N-m 强度极限τb/MPa 断口破坏形式 备注 低碳钢 铸铁 MPa 抗扭强度 MPa 低碳钢、铸铁扭转曲线示意图： 思考题： 1.低碳钢铸铁扭转破坏有何不同？为什么？ 2.根据拉伸、压缩、扭转三种试验结果，综合分析低碳钢与铸铁的力学性能。 低碳钢拉伸屈服极限和剪切屈服极限有何关系？ 实验四 纯弯曲梁正应力测定实验 一、实验目的 1.测定夹层梁纯弯段应变、应力分布规律，为建立理论计算模型提供实验依据；将实测值与理论计算结果进行比较。 2.通过实验和理论分析深化对弯曲变形理论的理解，培养思维能力。 3.学习多点测量技术。 二、夹层梁的结构、尺寸和纯弯曲加载方式 夹层梁的结构、尺寸和纯弯曲加载方式如图所示。梁的上、下层是45号钢条，它们的厚度相同，中层是铝合金，三层用螺栓紧固，锥销定位。在梁的上、下表面各粘贴两枚应变片，以检查载荷是否偏斜，一个侧面上等间距地粘贴五枚应变片。它们的编号如侧视图所示。 a=130mm b=18mm c=140mm 图2-1 三、实验步骤 1.打开应变仪电源、预热。 2.调整实验台，安装梁 将左右支架安装到位，使左右支架跨矩为400mm且关于力传感器对称。在力传感器上安装加载器。安装梁和副梁，梁两头应大致在支架宽度的正中位置，并且还应大致在加载器两拉杆间的正中位置。副梁的位置由纯弯曲定位板确定。 3.接线 将力传感器的红、蓝、白、绿四线依次接在