[工学]工程力学实验指导书.doc

材料力学实验指导书 工程训练中心工程力学实验室 2005年10月 目 录 第一部分 材料的力学性能实验…………………………… 3 实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验………………………… 3 实验二 低碳钢和铸铁的压缩实验………………………… 10 实验三 金属材料的扭转实验……………………………… 12 第二部分 应力分析实验 电测法基础 ………………………………………………… 14 实验四 弯曲正应力测定…………………………………… 21 实验五 薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验…………… 24 实验六 材料弹性模量E和泊松比μ测定实验…………… 28 材料的力学性能试验 材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验，它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数，便于合理地使用材料，保证机器（结构）及其零件（构件）的安全工作。材料的力学性能试验必须按照国家标准进行。 实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 一、实验目的 1.验证胡克定律，测定低碳钢的弹性常数：弹性模量。 2.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力和抗拉强度。 3.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率和断面收缩率。 4.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度。 5.打印低碳钢和灰铸铁的拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.CMT5305微机控制万能材料实验机 2.CMT5205微机控制万能材料试验机 3.游标卡尺等 三、实验试样 按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 如图1-1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度称为试样的标距，按试样的标距与横截面面积之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取或，矩形截面比例试样通常取或，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的与之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。 （a） （b） 图1-1 拉伸试样 （a）圆形截面试样；（b）矩形截面试样 四、实验原理 1.测定低碳钢的弹性常数 实验时，先把试样安装在万能试验机上，再在试样的中部装上引伸仪，用于测量试样中部长度（引伸仪两刀刃间的距离）内的微小变形。为了验证载荷与变形之间成正比的关系，弹性模量可按下式算出 式中：为载荷增量；为试样的横截面面积；为引伸仪的标距（即引伸仪两刀刃间的距离）；为在载荷坛量下由引伸仪测出的试样变形增量值。 2.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 弹性模量测定完后，取下引伸仪，继续安程序加载直至试样拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性能。 （1）强度性能指标 屈服应力（屈服点）——试样在拉伸过程中载荷不增加而试样仍能继续产生变形时的载荷（即屈服载荷）除以原始横截面面积所得的应力值，即 抗拉强度——试样在拉断前所承受的最大载荷除以原始横截面面积所得的应力值，即 低碳钢是具有明显屈服现象的塑性材料，在均匀缓慢的加载过程中，当万能试验机测力盘上的主动指针发生回转时所指示的最小载荷（下屈服载荷）即为屈服载荷。 试样超过屈服载荷后，再继续缓慢加载直至试样被拉断，万能试验机的从动指针所指示的最大载荷即为极限载荷。 当载荷达到最大载荷后，主动指针将缓慢退回，此时可以看到，在试样的某一部位局部变形加快，出现颈缩现象，随后试样很快被拉断。 （2）塑性性能指标 伸长率——拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即 式中：为试样的原始标距；为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。 试样的塑性变形集中产生在颈缩处，并向两边逐渐减小。因此，断口的位置不同，标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样的中部，发生严重塑性变形的颈缩段全部在标距长度内，标距长度就有较大的塑性伸长量；若断口距标距端很近，则发生严重塑性变形的颈缩段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，在这种情况下，标距长度的塑性伸长量就小。因此，断口的位置对所测得的伸长率有影响。为了避免这种影响，国家标准GB228—87对的测定作了如下规定。 试验前，将试样的标距分成十等分。若断口到邻近标距端的距离大于，则可直接测量标距两端点之间的距离作为。若断口到邻近标距端