材料力学实验教案.doc

第十三章　　材料力学 第一节　　低碳钢的拉伸实验 一、实验名称 　　低碳钢的拉伸实验。 二、实验目的 1．测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率Ψ； 2．观察低碳钢拉伸过程中的弹性变形、屈服、强化和缩颈等物理现象； 3. 熟悉材料试验机和游标卡尺的使用。 三、实验设备 1．手动数显材料试验机 2．MaxTC220试验机测试仪 3．游标卡尺 四、试样制备 低碳钢试样如图所示，直径d=10mm，测量并记录试样的原始标距L0。 五、实验原理 1. 材料达到屈服时，应力基本不变而应变增加，材料暂时失去了抵抗变形的能力，此时的应力即为屈服极限σs。 2. 材料在拉断前所能承受的最大应力，即为强度极限σb。 3. 试样的原始标距为L0，拉断后将两段试样紧密对接在一起。量出拉断后的长度L1，伸长率为拉断后标距的伸长量与原始标距的百分比，即 4. 拉断后，断面处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比为断面收缩率，即 式中A0—试样原始横截面积；A1—试样拉断后断口处最小横截面积。 六、实验步骤 1．调零。打开力仪开关，待示力仪自检停后，按清零按钮，使显示屏上的按钮显示为零。 2．加载。用手握住手柄，顺时针转动施力使动轴通过传动装置带动千斤顶的丝杠上升，使试样受力，直至断裂。 3．示力。在试样受力的同时，装在螺旋千斤顶和顶梁之间的压力传感器受压产生压力信号，通过回蕊电缆传给电子示力仪，电子示力仪的显示屏上即用数字显示出力值。 4．关机。实验完毕，卸下试样，操作定载升降装置使移动挂梁降到最低时关闭力仪开关，断开电源。 七、数据处理 1. 记录相关数据 参数 原始直径 断口直径 原始标距 拉断后标距 长度（mm） do=10mm d1= Lo= L1= 2. 计算伸长率δ和断面收缩率Ψ 3. 在应力应变图中标出屈服极限σs和强度极限σb 八、应力应变图分析 低碳钢的拉伸过程分为四个阶段，分别为弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段和缩颈阶段。 1. 弹性变形阶段：在拉伸的初始阶段，应力和应变的关系为直线，此阶段符合胡克定律，即应力和应变成正比； 2. 屈服阶段：超过弹性极限后，应力增加到某一数值时，应力应变曲线上出现接近水平线的小锯齿形线段，此时，应力基本保持不变，而应变显著增加，材料失去了抵抗变形的能力，锯齿线段对应的应力为屈服极限； 3. 强化阶段：经屈服阶段后，材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形，必须增加拉力，强化阶段中最高点对应的应力为材料所能承受的最大应力，即强度极限； 4. 缩颈阶段：当应力增大到最大值之后，试样某一局部出现显著收缩，产生缩颈，此后使试样继续伸长所需要的拉力减小，最终试样在缩颈处断裂。 九、实验作业 1．说明测定屈服极限σs、强度极限σb、伸长率δ和断面收缩率Ψ的实验原理及拉伸实验的实验步骤； 2. 根据实验过程中记录的数据，计算材料的伸长率δ和断面收缩率Ψ； 3. 在应力应变图中标出屈服极限σs和强度极限σb； 4. 对应力应变图进行分析。 第二节　　测定材料弹性模量E 一、实验名称 　　测定材料的弹性模量。 二、实验目的 1．掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法； 2．熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。 三、实验设备及仪器 1．CEG-4K型测E试验台 2．球铰式引伸仪 四、主要技术指标 1. 试样：Q235钢，如图所示，直径d=10mm， 2. 载荷增重ΔF=1000N（砝码四级加载，每个砝码重25N，初载砝码一个，重16N，采用1：40杠杆比放大） 五、实验原理 实验时，从F0到F4逐级加载，载荷的每级增量为1000N。每次加载时，记录相应的长度变化量，即为ΔF引起的变形量。在逐级加载中，如果变形量ΔL基本相等，则表明ΔF与ΔL为线性关系，符合胡克定律。完成一次加载过程，将得到ΔL的一组数据，实验结束后，求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平，代入胡克定律计算弹性模量。即 备注：引伸仪每格代表0.001mm。 六、实验步骤及注意事项 1．调节吊杆螺母，使杠杆尾部上翘一些，使之与满载时关于水平位置大致对称。 2．把引伸仪装夹到试样上，必须使引伸仪不打滑。 注意：对于容易打滑的引伸仪，要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。引伸仪为精密仪器，装夹时要特别小心，以免使其受损。采用球铰式引伸仪时，引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°左右的角度。 3．挂上砝码托。 4．加上初载砝码，记下引伸仪的初读数。 5．分四次加等重砝码，每加一次记录一次引伸仪的读数。 注意：加砝码时要缓慢放手，以使之为静载，防止砝码失落而砸伤人、物。 6．实验完毕，先卸下砝码，再卸下引伸仪。 七、数据记录及计算 1. 原始数据记录 分级加载