实验讲义 料的压缩实验.docVIP

实验三 材料的压缩实验 概述 实验表明，工程中常用的塑性材料，其受压与受拉时所表现出的强度、刚度和塑性等力学性能是大致相同的。但广泛使用的脆性材料，其抗压强度很高，抗拉强度却很低。为便于合理选用工程材料，以及满足材料成型工艺的需要，测定材料受压时的力学性能是十分重要的。因此，压缩实验同拉伸实验一样，也是测定材料在常温、静载、单向受力下的力学性能的最常用、最基本的实验之一。 一、金属的压缩实验 （一）实验目的 1. 观测低碳钢压缩时的屈服荷载PS。 2. 测定铸铁压缩时的抗压强度σb 。??????????? 3. 观察并比较低碳钢和铸铁在压缩时的变形和破坏现象。 （二）实验原理 以低碳钢为代表的塑性材料，轴向压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机支承垫板间存在摩擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀，如图1所示。 塑性材料在压缩过程中的弹性模量、屈服点与拉伸时相同，但在到达屈服阶段时不像拉伸试验时那样明显，因此要仔细观察才能确定屈服载荷Ps。当继续加载时，试样越压越扁，由于横截面面积不断增大，试样抗压能力也随之提高，曲线持续上升，如图2所示。除非试样过分鼓出变形，导致柱体表面开裂，否则塑性材料将不会发生压缩破坏。因此，一般不测塑性材料的抗压强度，而通常认为抗压强度等于抗拉强度。 以铸铁为代表的脆性金属材料，由于塑性变形很小，所以尽管有端面摩擦，鼓胀效应却并不明显，而是当应力达到一定值后，试样在与轴线大约成450～550的方向上发生破裂，如图3所示。这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，从而使试样被剪断。其压缩曲线图如图4所示。 ? ?图1? 低碳钢压缩时的鼓胀效应?????????? ?图2?? 低碳钢压缩曲线 图3 铸铁压缩破坏示意图???? ????????????图4 铸铁压缩曲线 ?????????????????????????? （三）实验设备 1. 液压式万能材料试验机 2. 游标卡尺 （四）实验步骤 1. 用游标卡尺在试样两端及中间处两个相互垂直的方向上测量直径，并取其算术平均值，选用三处测量最小直径来计算横截面面积。 2. 根据低碳钢屈服载荷和铸铁抗压强度的估计值, 选择试验机的示力盘和摆锤。 3、调整好平衡锤、自动绘图装置；调整指针对正零位。 4. 准确地将试样置于试验机活动平台的支承垫板中心处。 5. 调整试验机夹头间距，当试样接近上支承板时，缓慢开启送油阀，均匀缓慢加载。 6. 对于低碳钢试样，将试样压成鼓形即可停止试验。对于铸铁试样，加载到试样破坏时（主针回摆150左右）立即停止试验，以免试样进一步被压碎；或试样压缩超过80%时停止试验，防止超量程。 （五）实验结果处理?? 1．详细记录实验现象，观察试样的变形、破坏情况。 2．作出载荷-位移压缩曲线。 3．根据试验记录及曲线，计算应力值。 （1）? 低碳钢的屈服强度：? ??????????????????（1） （2）? 铸铁的抗压强度：??? ???????????????????（2） ?4．分析比较塑性材料和脆性材料在压缩时的力学行为的差异。 （六）思考题 1. 为什么铸铁试样压缩时，破坏面常发生在与轴线大致成450～550的方向上？ 2. 试比较塑性材料和脆性材料在压缩时的变形及破坏形式有什么不同？ 3．将低碳钢压缩时的屈服强度与拉伸时的屈服强度进行比较；将铸铁压缩时的抗压强度与拉伸时的抗拉强度进行比较。 二、高分子材料的压缩实验 （一）实验目的 1．测定高分子材料的压缩性能，确定材料的压缩强度，压缩应变，压缩模量。 2．掌握高聚物的压缩性能实验方法。 （二）实验原理 本实验是在一定的实验温度、湿度、加力速度下，于试样上沿纵轴方向施加静态压缩载荷，以测定高分子材料的压缩力学性能。 压缩性能实验是最常用的一种力学实验，压缩性能实验是把试样置于实验机的两压板之间，并在沿试样两个端面的主轴方向，以恒定速率施加一个可以测量的大小相等而方向相反的力，使试样沿轴向方向缩短，而径向方向增大，产生压缩变形，直至试样破裂或变形达到一定标准规定为止。施加的压缩负荷由实验机上直接读取，并按下式计算压缩应力和压缩应变。 压缩应力计算公式σ=P/F 式中：σ——压缩应力；单位：MPa P——压缩负荷；单位：N F——试样原始横截面积；单位：mm2 试样在压缩负荷作用下高度的改变量称为压缩形变。 压缩形变计算公式 ΔH = H0-H 式中：ΔH——试样压缩形变；单位：mm H0——试样原始高度；单位：mm H——压缩过程中试样任何时刻的高度；单位：mm 试样的压缩形变除以试样的原始高度，即单位原始高度的试样变形量，为压缩应变。 压缩应