工程力学 实验指导书
10工程力学实验指导书初稿
《理论力学》实验部分实验一：单自由度系统自由振动（无阻尼）一、实验目的1. 记录小阻尼情况下衰减振动的时间――位移曲线，了解阻尼对自由振动的影响。
2. 测量并计算单自由度系统的对数减缩率δ、阻尼系数n 和阻尼比ζ测量系统的固有频率。
3．了解振动实验仪器。
二、实验装置框图和实验原理1.实验框图图1 单自由度自由衰减振动实验框图2.实验原理把质量与钢尺组成的系统视为单自由度系统，在给予一定的初始扰动以后使之产生衰减振动，衰减振动信号经加速度传感器拾振，再经过电荷放大器和信号采集硬件采集后，送入计算机进行显示、记录，并由打印机打印波形和结果。
(1) 单自由度系统在小阻尼下的振动是衰减振动，位移随时间的变化规律为sin()Nt d X Ae t ωθ-=+，时间――位移曲线如后图所示。
利用该曲线可以求出对数减缩率 δ、阻尼系数n 和阻尼比 ζ 对数减缩率为1ln i i A A δ+=，或1ln i i mA m A δ+=（m 为间隔 m 周期）。
(2) 阻尼系数d dn f T δδ==。
(3) 阻尼比2(2)2d nT δζδπζπ===≈。
图2自由衰减振动的加速度波形(4) 加速度随时间的变化规律sin()nt d X A e t αωβ-=+ ，除初相位、幅值不同外，衰减规律与时间――位移曲线相同。
由时间――加速度曲线按相同的方法，也可测量系统的固有频率和阻尼比。
三、实验仪器实验模型；加速度传感器；电荷放大器；信号采集箱和振动信号处理软件；计算机和打印机。
四、实验步骤1. 打开电源总开关；2. 依次打开电荷放大器、信号采集箱、计算机和打印机电源开关；3. 启动振动信号采集系统，设置采集硬件参数，并设采集方式为触发采集；4. 给实验模型一个初始的位移干扰，使其作自由衰减振动；5. 由采集硬件和软件记录自由衰减振动的加速度波形，参看图2。
五、实验数据及结果1.自由衰减振动曲线 (附测试图) 。
工程力学实验指导书.
第一章绪论§1.1 工程力学实验的内容实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。
例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。
不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面。
因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化，实际构件典型化，公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。
在解决工程设计的强度，刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。
这些常数只有靠材料试验测试才能得到。
有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂，构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据，这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。
因此，材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。
材料力学实验包括以下三个方面的内容：1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料在变形、强度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈服极限（屈服强度）、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。
这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。
此外，材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。
随着材料科学的发展，各种新型合金材料、合成材料不断涌现，力学性能的测定，是研究每一中新型材料的重要任务。
2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的，例如杆件的弯曲理论就以平面假设为基础。
用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加深对理论的认识和理解。
至于新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。
实验是验证、修正和发展理论的必要手段。
3.实验应力分析某些情况下，例如因构件几何形状不规则，受力复杂或精确的边界条件难以确定等，应力分析计算难于获得准确结果。
工程力学实验指导书
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E 。
2.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力s σ和抗拉强度b σ。
3.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。
4.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度b σ。
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l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 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d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，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）。
非常经典的工程力学实验指导书+题.
《工程力学》实验指导书主编：2011年11月目录实验一拉伸和压缩实验 (3)实验二梁弯曲正应力实验 (8)实验三金属材料扭转实验 (12)实验一 拉伸和压缩实验 拉伸实验一、实验目的1．观察与分析低碳钢、灰铸铁在拉伸过程中的力学现象并绘制拉伸图。
2．测定低碳钢的σs 、σb 、δ、ψ 和灰铸铁的σb 。
3．比较低碳钢与灰铸铁的机械性能。
二、实验内容 1．低碳钢拉伸实验材料的机械性能指标σs 、σb 、δ 和ψ 由常温、静载下的轴向拉伸破坏试验测定。
整个试验过程中，力与变形的关系可由拉伸图表示，被测材料试件的拉伸图由试验机自动记录显示。
低碳钢的拉伸图比较典型，可分为四个阶段 ：直线阶段OA ——此阶段拉力与变形成正比，所以也称为线弹性变形阶段，A 点对应的载荷为比例极限载荷Fp ；屈服阶段BC ——曲线常呈锯齿形，此阶段拉力的变化不大，但变形迅速增加，此段内曲线上的最高点称为上屈服点B ，，最低点称为下屈服点B ，因下屈服点B 比较稳定，工程上一般以B 点对应的力值作为屈服载荷Fs ；强化阶段CD ——此阶段拉力增加变形也继续增加，但它们不再是线性关系，其最高点D 对应的力值为最大载荷Fb ；颈缩阶段DE ——过了D 点，试件开始出现局部收缩（颈缩），直至试件被拉断。
图1-1为低碳钢拉伸图。
图1-1 图1-2F2．灰铸铁拉伸实验对于灰铸铁，由于拉伸时的塑性变形极小，在变形很小时就达到最大载荷而突然断裂，没有明显的屈服和颈缩现象，其强度极限即为试件断裂时的名义应力。
图1-2为铸铁拉伸图。
三、实验仪器、设备1．600KN 微机屏显式液压万能试验机； 2．游标卡尺。
四、实验原理1．根据低碳钢拉伸载荷F s 、F b 计算屈服极限σs 和强度极限σb 。
2．根据测得的灰铸铁拉伸最大载荷F b 计算强度极限σb 。
3．根据拉断前后的试件标距长度和横截面面积，计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。
%100001⨯-=L L L δ %100010⨯-=A A A ψ五、实验步骤（一）实验准备1．打开计算机，双击计算机桌面上的TestExpert 图标，试验软件启动。
工程力学实验指南
工程力学实验指导书仲恺农业工程学院机电工程系2008.1前言材料力学是研究工程材料力学性能和构件强度、刚度和稳定性计算理论的科学，主要任务是按照安全、适用与经济的原则，为设计各种构件（主要是杆件）提供必要的理论和计算方法以及实验研究方法。
要合理地使用材料，就必须了解材料的力学性能，各种工程材料固有的力学性质要通过相应的试验测得，这是材料力学实验的一个主要任务。
另外，材料力学的理论是以一定的简化和假设为基础。
这些假设多来自实验研究，而所建立理论的正确性也必须通过实验的检验，这是材料力学实验的第二个任务。
材料力学实验的第三个任务是通过工程结构模型或直接在现场测定实际结构中的应力和变形，进行实验应力分析，为工程结构的设计和安全评估提供可靠的科学依据。
从以上所述各项任务中，不难看到材料力学实验的重要性，它与材料力学的理论部分共同构成了这门学科的两个缺一不可的环节。
学生在学习并进行材料力学实验时，应注意学习实验原理、试验方法和测试技术，逐步培养科学的工作习惯和独立分析、解决问题的能力，要善于提出问题，勤于思考，勇于创新。
这样才能牢固地掌握材料力学课程的基本内容，为将来参加祖国社会主义现代化建设打下坚实的基础。
指导书中将实验内容分为“基本实验”和“选做实验”两个层次，这样既可保证实验教学的基本要求，又可根据不同的需求进行选择，以期在培养学生的综合分析能力和创新能力方面发挥重大作用。
本实验指导书中难免存在缺点和错误之处，请师生们指正，以便今后进一步修改和完善。
基本实验 1低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验一、实验目的1．试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。
2．测定该试样所代表材料的P S、P b和ΔL等值。
3．对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。
4．学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。
工程力学实验指导书(机制-材料-汽车)
工程力学实验指导书主编：高波副主编：黄士涛实验一 金属材料的拉伸实验一、试验目的1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度s u σ（eH R ），下屈服强度sL σ（eL R ）和抗拉强度b σ（m R ）。
2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率δ（A ）和断面收缩率ψ（Z ）。
3．测定灰铸铁（HT200）的强度性能指标：抗拉强度b σ（m R ）。
4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。
5. 学习试验机的使用方法。
二、设备和仪器1．WES-600S 型电液式万能试验机。
2．Q235钢和HT200铸铁试样，游标卡尺，钢直尺，划线笔。
三、试样国标GB/T228-2002采用直径d 0=10mm （名义尺寸）的圆形截面长比例试样。
四、实验原理1）低碳钢（Q235 钢）的拉伸实验将试样安装在试验机的上下夹头中，连接试验机和计算机的数据线，启动试验机对试样加载，计算机自动绘制出载荷位移曲线。
观察试样的受力、变形直至破坏的全过程。
屈服阶段反映在F l -∆曲线图上为一水平波动线。
上屈服力su F 是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。
下屈服力sL F 是试样在屈服期间去除初始瞬时效应（载荷第一次急剧下降）后波动最低点所对应的载荷。
最大力b F 是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。
相应的强度指标由以下公式计算：上屈服强度s u σ（eH R ） ：susU 0F A σ=（1-1）图1-1 试样图1-2 低碳钢的拉伸曲线下屈服强度sL σ（eL R ）： sLsL 0F A σ=（1-2） 抗拉强度b σ（m R ）： bb 0F A σ=（1-3） 测量断后的标距部分长度u l 和颈缩处最小直径d u ，按以下两式计算其主要塑性指标：断后伸长率δ（A ）：100%u l l l δ-=⨯ （1-4） 式中0l 为试样原始标距长度，l 为试样断后的标距部分长度。
工程力学B(二)实验指导书
《工程力学B(二)》实验指导书高孟芬编闽南理工学院光电与机电工程系2012年2月前言一、实验的内容材料力学实验是学习材料力学课程的重要组成部分，是理论联系实际的实践性教学环节，对于提高学生的实践能力、设计能力和创新能力具有重要意义。
材料力学实验内容具体包括以下三个方面。
1、测定材料的力学性质材料的各项强度指标，如屈服极限、强度极限等，以及材料的弹性性能指标，如弹性极限、弹性模量、泊松比等，都是设计构件的基本参数和依据，而这些指标一般是试验来测定的。
2、验证理论材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般性结论和公式。
但是这些假设和结论是否正确，理论公式能否应用于实际之中，必须通过实验来验证。
3、实验应力分析工程上很多构件的形状和受载情况都比较复杂，单纯依靠理论计算不易得到满意的结果，必须用实验的方法来了解构件的应力分布规律，从而解决强度问题，这种办法称为实验应力分析。
目前实验应力分析的方法很多，这里只介绍应用较广的电测法。
通过材料力学的实验课，要求学生初步掌握变形和应变的基本测试方法及主要测试仪器的操作规程，以及实验结果整理方法等基本内容。
二、实验要求材料力学试验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，因此，实验时应注意以下几个方面。
1、实验前的准备工作实验课前，每位学生都必须进行充分的预习和实验准备，明确本次实验目的、原理和实验步骤，了解所使用的试验机、仪器等的基本构造原理，熟悉实验规则和仪器设备的操作规程，拟定好加载方案，并应写出预习报告。
实验小组成员应明确分工，以便在实验中分别进行受力、变形等参数的记录。
2、进行实验实验过程中应精心操作，细心观察，测量和记录各种实验现象和数据。
若出现异常现象应及时报告实验指导老师，并作好原始记录。
3、撰写实验报告在实验结束时要及时编写实验报告。
实验报告包括：实验名称、实验日期、实验者及同级组人员、实验目的及装置、使用的仪器设备、实验原理及方法、实验数据及其处理、计算和实验结果分析。
实验指导-工程力学
实验一电阻应变片的粘贴技术一、实验目的1.了解电阻应变片粘贴工艺的全过程2. 初步掌握常温用电阻应变片的粘贴技术。
二、实验设备和器材1.常温用电阻应变片。
2.数字式万用表。
3.502粘结剂。
4.电烙铁、镊子、铁沙纸等工具。
5.矩形截面梁试件，温度补偿块。
6.丙酮、药棉等清洗器材。
7.防潮用硅胶。
8.测量导线若干。
三、实验方法和步骤1.选片：在确定采用那种类型的应变片后，用肉眼或放大镜检查丝栅是否平行，有否霉点、锈点、用数字式万用表测量各应变片电阻值，选择电阻值差在土0．5欧姆内的8~10枚应变片供粘贴用。
2.测点表面的清洁处理：为使应变片与被测试件贴得牢,对测点表面要进行清洁处理。
首。
然后用棉花先把测点表面用砂轮，锉刀或砂纸打磨；使测点表面平整并使表面光洁度达6球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑为止。
然后用划针在测片位置处划出应变片的座标线。
打磨好的表面，如暂时不贴片，可涂以凡士林等防止氧化。
3.贴片：在测点位置和应变片的底基面上，涂上薄薄一层胶水，一手捏住应变片引出线，把应变片轴线对准座标线,上面盖一层聚乙烯塑料膜作为隔层，用手指在应变片的长度方向滚压，挤出片下汽泡和多余的胶水，直到应变片与被测物紧密粘合为止。
手指保持不动约1分钟后再放开，注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。
注意粘结剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。
4.干燥处理：应变片粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。
此外，应变片和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。
为此，在贴好片后就需要进行干燥处理，处理方法可以是自然干燥或人工干燥。
如气温在20℃以上，相对湿度在55％左右时用502胶水粘贴，采用自然干燥即可。
人工干燥可用红外线灯或电吹风进行加热干燥，烘烤时应适当控制距离，注意应变片的温度不得超过其允许的最高工作温度,以防应变片底基烘焦损坏。
工程力学实验指导书(建环)剖析
工程力学实验指导书（建环、给排水、包装工程）2016年 9月目录实验一金属材料的拉伸实验 (2)实验二金属材料的压缩实验 (5)实验三弯曲正应力电测实验 (8)实验一金属材料的拉伸实验一、实验目的和要求1、 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。
2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ；强度极限b σ，伸长率δ和截面收缩率φ3、测定铸铁的强度极限b σ。
4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时的力学性质。
5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。
二、实验装置和原理实验仪器设备：CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。
试件制备：实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。
这样可以避免因试件尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。
图中：d 0为试件直径，L 0为试件的标距，并且短比例试件要求L 0=5d 0。
图1-1实验原理：试件夹持在夹具上，点击试件保护键，消除夹持力，调节拉力作用线，使之能通过试件轴线，实现试件两端的轴向拉伸。
试件在开始拉伸之前，设置好保护限位圈，微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。
试件在拉伸过程中，POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2，低碳钢在拉伸到屈服强度时，取下引伸计，试件继续拉伸，直至试件被拉断。
低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。
铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单，既没有明显的直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试件就突然断裂，断口与横截面重合，断口形貌粗糙。
抗拉强度σb 较低，无明显塑性变形。
与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 。
、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。
图1—2三、实验步骤和数据处理实验步骤：1．测量试件的初始直径d0和初始标距长度l0：在试件标距段的两端和中间三处测量试件直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。
《工程力学》实验指导书要点
力学实验指导书班级：学号：姓名：西南林业大学结构实验中心前言材料力学实验是工程力学、材料力学课程的一个重要环节。
通过这一环节，使同学们学到测定材料力学性能的实验的基本知识，基本技能和基本方法，了解实验应力分析的基本概念，初步掌握验证材料力学理论的方法，对培养同学们的动手能力、综合分析能力、科学习惯和创新能力十分重要。
材料力学实验的主要目的：1、材料的力学性能测定材料的各项强度指标，如屈服极限、强度极限、持久极限以及材料的弹性性能，如比例极限、弹性模量等，都是设计中的基本参数和依据，而这些参数一般要通过实验来测定。
随着材料科学的进展，各种新型合金材料、复合材料不断出现，研究合成每一种新型材料首要的任务也是力学性能的测定。
2、验证已建立的理论材料力学的一些理论是以假设为基础导出的，例如梁的弯曲理论就是以平面假设为基础的。
用实验验证这些理论的正确性和适用范围，可加深对理论的认识和理解。
对力学中新建立的理论和公式，必须要用实验来验证。
3、应力分析的电测法电阻应变测量是工程中广泛使用的方法之一，可以测量材料常数，可以验证理论，特别对形状不规则、受力复杂没有理论解的物件，可用此方法来测定其应变，应力值。
用电测法可开发许多设计性实验、综合性实验，为学生创造性学习提供广阔空间。
4、通过实验掌握材料力学实验的基本方法和测试技术。
在进行实验的同学们应注意一下几点：1、遵守学校实验室的规章制度，听从实验老师的布置和安排，严格按实验、设备的操作顺序进行，确保实验的人机安全；2、注意了解实验条件和观察实验中的各种关系现象，因为各种现象和实验条件都与材料的性能和实验结果有着密切的关系；3、尽可能将观察到的实验现象与学过的理论知识结合起来，用理论解释实验现象，以实验结果验证理论，这样才能对材料力学中的公式、理论理解得更深刻；4、了解实验设备及仪表使用的方法，以便正确操作；5、在填写实验报告及回答思考题时，要真正通过自己的思考，以求得对问题的深入了解；6、根据教学安排，实验前先复习教材并预习实验指导书中的有关内容。
材料力学、工程力学实验指导书
F
F
∇7
h
Fs
Fb
d
0
Δl
0
Δl
图 2 – 1 压缩试件
图 2 – 2a
图 2 – 2b
极限载荷 Fs
屈服强度:
σs
=
Fs A0
因为低碳钢没有压缩强度极限，故屈服后即停止试验。铸铁压缩时只有强度极限载荷 Fb（图
3． 实验数据记录：
材 料
低碳钢
实验前
直 径 d0 （ mm ）
(1)
(2)
平均
截面面积
A0 ( mm2 )
实验结果
Fs 或 Fb
KN
σ s或σb
MPa
铸铁
低碳钢屈服极限:
σ
s
=
Fs A0
铸铁压缩强度极限：
σ
b
=
Fb A0
4. 回答思考题。 5. 对实验的建议和感想。
8
实验三 扭转实验
一、实验目的 1．测定低碳钢的剪切屈服极限τ s ，剪切强度极限τ b 。 2．测定铸铁的剪切强度极限τ b 。 二、实验设备及仪器
加本门课程的期末考试。 8． 要注意保持实验室卫生，不许随地吐痰、乱扔杂物。实验结束后要整理现场。
力学实验中心
目录
实 验 一 拉伸实验……………………………………………………1 实 验 二 压缩实验……………………………………………………5 实 验 三 扭转实验………………………………………………………9 实 验 四 电阻应变测量基本原理………………………………………14 实 验 五 弹性模量及泊松比的测定………………………………………………18 实 验 六 梁弯曲正应力测定…………………………………………………21 实 验 七 复合梁实验……………………………………………………25 实 验 八 薄壁圆筒在弯扭组合作用下的应力测定……………………29 实 验 九 静定和静不定组合变形实验………………………………………33 实 验 十 薄壁开口截面梁的弯曲中心测定………………………………40 实 验 十 一 功的互等定理实验………………………………………………………43 实验十二 压杆稳定实验………………………………………………45 实验十三 动荷框架实验……………………………………………………48 实验十四 等强度梁冲击动应力及动荷系数测试实验……………………50 实 验 十 五 复合材料力学性能分析实验……………………………………………53 实 验 十 六 硬度实验……………………………………………………………55 实 验 十 七 冲击实验……………………………………………………………58
《工程力学》实验指导书
《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Q 235钢这种典型塑性材料）的下列力学性能指标：下屈服强度R ec （或称屈服极限、屈服点σs ）、抗拉强度R m （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R m （或强度极限σb ）。
3．观看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点。
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、实验试样大量实验说明，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阻碍。
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/T228-2002 eqv ISO6892—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形而定；试样两夹持段之间的平均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。
拉伸试验可分为机加工试样和不经机加工的原状全截面试样。
通常采纳机加工的圆形截面试样如图1（a ）所示，亦可采纳矩形截面试样如图1（b ）所示。
图中L c 为试样平行段长度，L 0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，S 0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0S K L =运算确定的试样，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。
工程力学实验指导书(五个).
工程力学实验指导书（电测实验）能源工程学院二00九年三月力学实验规则及要求一、作好实验前的准备工作（1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。
（2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。
（3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。
二、严格遵守实验室的规章制度（1）课程规定的时间准时进入实验室。
保持实验室整洁、安静。
（2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。
（3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。
（4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。
三、认真做好实验（1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。
（2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。
（3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。
四、实验报告的一般要求实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。
通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。
因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。
目录第一章绪论 (1)§1-1实验的内容 (1)§1-2试验方法和要求 (1)第二章实验设备及测试原理 (2)§2-1组合式材料力学多功能实验台 (2)§2-2电测法的基本原理 (3)第三章材料力学电测实验 (8)实验一材料弹性模量E的测定 (8)实验二纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验......1 3 实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定..............1 5 实验四偏心拉伸实验 (20)第一章绪论§1-1实验的内容实验教学作为材料力学课程的一个重要组成部分，对于提高学生实践能力、设计能力具有重要意义，电测实验具体包含以下两个方面内容：1、验证理论材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般公式，如纯弯曲梁和纯扭转圆轴（或筒）等的分析都使用了平面假设。
《工程力学》实验指导书
工程力学实验指导书力学与机械学研究所编天津理工大学机械工程学院2005.7学生实验守则1．学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到早退。
2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。
3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。
不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。
4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师指导。
未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。
5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。
不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。
6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。
若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。
7．实验完毕，应主动清理实验现场。
经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。
在规定时间内交指导教师批改。
9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。
10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章程预以赔偿。
目录引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(4)实验一金属拉伸实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(5)实验二金属压缩实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(8)实验三金属（园轴）扭转试验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(17)引言一、工程力学实验的重要性：工程力学主要是研究工程实际问题中构件的强度、刚度和稳定性的学科。
工程力学实验指导
拉伸、压缩、扭转实验一．实验目的1．测定低碳钢拉伸时的屈服极限R eL ，强度极限R m ，断后伸长率A 11.3和断面收缩率Z ； 2．测定铸铁拉伸时的强度极限R m ；3．观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等），并绘出拉伸曲线； 4．观察并比较低碳钢、铸铁压缩时的变形和破坏现象； 5．观察并比较低碳钢、铸铁扭转时的变形和破坏现象；6．熟悉试验机和其他有关仪器的使用。
二．实验仪器和设备1．CSS-44100电子万能材料试验机，见图1.1； 2．CSS-44300万能材料试验机； 3．ND-500C 电子扭转试验机； 4．游标卡尺及划线机；5．拉伸试件、压缩试件、扭转试件。
三．实验原理和方法1．拉伸实验原理和方法本实验是通过拉伸试验来确定低碳钢材料的拉伸力学性能R el 、R m 、A 11.3、Z 和铸铁材料的拉伸力学性能R m 。
试验试件采用按国标（GB6397-86）加工成的标准圆截面试件，如图1.2所示，取0010L dL 0 — 试件原始标距； d 0 — 试件原始直径 。
用CSS-44100电子万能试验机对试件加载，根据（GB228-2002）对试件进行测定。
试验时，利用CSS-44100电子万能试验机的计算机操作系统，输入有关参数，从计算机显示器上可观察到试件的整个拉伸过程。
对于低碳钢，有四个阶段（弹性、屈服、强化、颈缩阶段）。
屈服阶段（B ’-C ）常呈锯齿形，如图1.3所示。
上屈服点B ’受变形速度和试件形式等影响较大，而下屈服点B则图1.2 拉伸试件图1.1 电子万能材料试验机比较稳定，故工程中均以 B 点所对应的载荷作为材料的屈服载荷F s ，称为下屈服载荷F sl 。
过了屈服阶段，继续加载，曲线上升，直至到达D 点，达到最大载荷值F m ，工程中F m 即为强度极限R m 所对应的载荷。
过了D 点，拉伸曲线开始下降，这时可观察到试件在某一截面附近产生的局部变形，既有颈缩现象，直至E 点试件断裂。
工程力学实验指导
实验一拉伸实验拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。
由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能,这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。
一、实验目的要求1) 测定低碳钢的流动极限、强度极限、延伸率、截面收缩率和铸铁的强度极限。
2) 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（LF ∆-曲线）。
3) 比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器材料试验机、游标卡尺、两脚标规等三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。
图中工作段长度称为标距,试件的拉伸变为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件,即d l 5=或d l 10=。
对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件.其截面面积和试件标距关系为A l 3.11=或A l 65.5=,为标距段内的截面积.四、实验方法与步骤 1、低碳钢的拉伸实验：1) 试件的准备:在试件中段取标距d l 10=或d l 5=在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径（在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。
2) 试验机的准备;首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法,学习试验机的操作规程.根据低碳钢的强度极限及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点",然后调整试验机下夹头位置,将试件夹装在夹头内。
3) 进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载,用试验机上自动绘图装置,绘出外力和变形的关系曲线（L F ∆-曲线）如图所示。
从图中可以看出，当载荷增加到点时，拉伸图上段是直线,表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系,即符合虎克定律的弹性变形范围。
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工程力学实验指导书武汉科技学院机电工程学院目录实验一低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验 (1)实验二梁弯曲的正应力实验 (5)实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定 (8)实验四纯扭转实验 (11)附录..................................................1、组合式材料力学多功能实验台 (13)2、电测法的基本原理 (15)实验一低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验一．实验目的1.用引伸计测定塑性材料的弹性模量；2.测定塑性材料的上下屈服强度R eH ，R eL 、抗拉强度Ｒm 、断后伸长率Ａ和截面收缩率Ｚ；3.测定脆性材料的抗拉强度Ｒm ；4.观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并比较它们力学性质的差异；5.绘制两种材料的应力-伸长率曲线；6.了解材料试验机微机数据采集系统的构造和工作原理，掌握其使用方法。
二．实验仪器、设备万能材料试验机，引伸计，力传感器，材料试验机微机数据采集系统、游标卡尺等。
试件最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图1-1a、b所示。
夹持过渡夹持过渡hbl0 dl0 l0(a) (b)图1 试件的截面形式试样分为夹持部分、过渡部分和待测部分（l）。
标距（l0）是待测部分的主体，其截面积为S0。
按标距（l0）与其截面积（S0）之间的关系，拉伸试样可分为比例试样和非比例试样。
按国家标准GB228-2002的规定，比例试样的有关尺寸如下表1-1。
表1-1试样标距l0，(mm) 截面积S0，（mm2）圆形试样直径d，(mm)延伸率比例长11.30S或10d 任意任意A短 5.65S或5 d A三．实验原理（一）塑性材料弹性模量的测试：在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。
纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。
因此金属材料拉伸时弹性模量E地测定是材料力学最主要最基本的一个实验。
测定材料弹性模量E一般采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为：00ES FL L ∆=∆若已知载荷ΔF 及试件尺寸，只要测得试件伸长ΔL 或纵向应变即可得出弹性模量E 。
ε∆∆=∆∆∆=1.)(000S F S L FL E 本实验采用引伸计在试样予拉后，弹性阶段初夹持在试样的中部，过弹性阶段或屈服阶段，弹性模量E 测毕取下，其中塑性材料的拉伸实验不间断。
（二）塑性材料的拉伸（低碳钢）：实验原理如图2a 所示，首先，实验各参数的设置由PC 传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接到测控中心，经相关程序计算后，再在PC 机上显示出各相关实验结果。
图2a 拉伸实验原理图2b 所示是典型的低碳钢拉伸图。
当试样开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率较小，它并不反映真实的载荷—变形关系；载荷加大后，滑动消失，材料的拉伸进入弹性阶段。
应力E DB ’ BC FＲmR eL伸长率图2b 典型的低碳钢拉伸图低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B’-C 段），与最高载荷B’对应的应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。
除此之外的其它最低点中的最小值（B 点）作为屈服强度R eL ：R eL =0S F SL当屈服阶段结束后（C 点），继续加载，载荷—变形曲线开始上升，材料进入强化阶段。
若在这一阶段的某一点（如D 点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。
此时立即再加载，则加载曲线沿原卸载曲线上升到D 点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。
可见经过加载、卸载这一过程后，材料的比例极限和屈服极限提高了，而延伸率降低了，这就是冷作硬化。
随着载荷的继续加大，拉伸曲线上升的幅度逐渐减小，当达到最大值（E 点）Ｒm 后，试样的某一局部开始出现颈缩，而且发展很快，载荷也随之下降，迅速到达F 点后，试样断裂。
材料的强度极限Ｒm 为：Ｒm =0SF m当载荷超过弹性极限时，就会产生塑性变形。
金属的塑性变形主要是材料晶面产生了滑移，是剪应力引起的。
描述材料塑性的指标主要有材料断裂后的延伸率δ和截面收缩率ψ来表示。
伸长率 %1000⨯-=l l l A u截面收缩率%10000⨯-=S S S Z u式中l 0、l u 和S 0、S u 分别是断裂前后的试样标距的长度和截面积。
L u 可用下述方法测定：直接法：如断口到最近的标距端点的距离大于l 0/3，则直接测量两标距端点间的长度为l u ；移位法：如断口到最近的标距端点的距离小于l 0/3，如图1-3所示：在较长段上，从断口处O 起取基本短段的格数，得到B 点，所余格数若为偶数，则取其一半，得到C 点；若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C 、C 1点，那么移位后的l u 分别为：l u =AO+OB+2BC ， l u =AO+OB+BC+BC 1。
A OBC D● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●(a)A OBC C 1 D● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●(b)四．实验步骤（一）塑性材料的拉伸（圆形截面低碳钢） 1． 1． 确定标距根据表1-1的规定，选择适当的标距（这里以10d 作为标距l 0），并测量l 0的实际值。
为了便于测量l u ，将标距均分为若干格，如10格。
2． 2． 试样的测量用游标卡尺在试样标距的两端和中央的三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直的两个方向各测一次，取其平均值，并用三个平均值中最小者作为计算截面积的直径d ，并计算出S 0值。
3． 3． 仪器设备的准备根据材料的强度极限Ｒm 和截面积S 0估算最大载荷值F max ，根据F max 选择试验机合适的档位，并调零；同时调整好试验机的自动绘图装置。
4．4．安装试件试件先安装在试验机的上夹头内，再移动下夹头，使其达到适当的位置，并把试件下端夹紧。
5．5．试加载、卸载。
注意试加载值不能超过比例极限。
6．6．测试7．材料实验机操作步骤1.打开主机电源2.静候数秒，以待机器系统检测3.打开材料力学测试软件，选取相应测试程序（或直接在电脑桌面上双击程序图标）4.按主机“ON”按钮，以使主机与程序相连5.顺利后，点击“LE”图标以使夹具恢复到设定值6.用游标卡尺测量试样尺寸，并输入7.摆放试样于试样台，用夹具夹持试样一端8.点击“Force 0”图标，以使力值清零9.用夹具夹持试样另一端10.点击“Start”图标，开始测试11.弹出试样尺寸确认框，点击“OK”12.测试终止后，取出试样13.按“LE”按钮，使横梁自动恢复到初始位置，程序自动计算测试结果并作出图表14.开始下一次测试15.所有测试结束后，点击“Protocol”图标，输入测试报告台头16.点击“Print”图标，打印测试报告17.保存测试结果文件，另存为*.zse格式的文件18.退出程序19.关闭主机电源，清理工作台20．将断裂试件的两断口对齐并尽量靠紧，测量断裂后标距段的长度l u；测量断口颈缩处的直径d u，计算断口处的横截面积S u 。
8．7．实验结果见打印。
（二）脆性材料的拉伸（圆形截面铸铁）铸铁等脆性材料拉伸时的载荷—变形曲线不象低碳钢拉伸那样明显地分为弹性、屈服、颈缩和断裂四个阶段，而是一根接近直线的曲线，且载荷没有下降段。
它是在非常小的变形下突然断裂的，断裂后几乎不到残余变形。
因此，测试它的R eL、A、Z就没有实际意义，只要测定它的强度极限Ｒm就可以了。
实验前测定铸铁试件的横截面积S0，然后在试验机上缓慢加载，直到试件断裂，记录其最大载荷F m ，求出其强度极限Ｒm。
五. 讨论与思考1. 当断口到最近的标距端点的距离小于l0/3时，为什么要采取移位的方法来计算l u？2. 用同样材料制成的长、短比例试件，其拉伸试验的屈服强度、伸长率、截面收缩率和强度极限都相同吗？3. 观察铸铁和低碳钢在拉伸时的断口位置，为什么铸铁大都断在根部？4. 比较铸铁和低碳钢在拉伸时的力学性能。
实验二 纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的1、测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2、验证纯弯曲梁的正应力计算公式二、实验仪器设备和工具1、组合实验台中纯弯曲梁实验装置2、XL2118系列力＆应变综合参数测试仪3、游标卡尺、钢板尺三、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为ζ= My / I z式中M 为弯矩，I z 为横截面对中性轴的惯性矩；y 为所求应力点至中性轴的距离。
为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片（如图1）。
△ P /2 △ P /2ha ab L图1 应变片在梁中的位置实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。
加载采用增量法，即每增加等量的载荷△P ，测出各点的应变增量△ε，然后分别取各点应变增量的平均值△ε实i ，依次求出各点的应变增量ζ实i =E △ε实i将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。
四、实验步骤1、设计好本实验所需的各类数据表格。
2、测量矩形截面梁的宽度b 和高度h 、载荷作用点到梁支点距离a 及各应变片到中性层的距离y i 。
见附表13、拟订加载方案。
先选取适当的初载荷P 0（一般取P 0 =10％P max 左右），估算P max （该实验载荷范围P max ≤4000N ），分4～6级加载。
341#7 62# 54、根据加载方案，调整好实验加载装置。
5、按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。
6、加载。
均匀缓慢加载至初载荷P 0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载， 每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值εi ，直到最终载荷。
实验至少重复两次。
见附表27、作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。
附表1 （试件相关数据）附表2 （实验数据） 载荷 N P 200 400 600800 1000 1200 △P 200 200 200 200200各 测点电阻应变仪读数 µε1 εP△εP平均值 2 εP△εP平均值 3 εP△εP平均值 4 εP△εP平均值 5 εP△εP平均值五、实验结果处理1、实验值计算根据测得的各点应变值εi 求出应变增量平均值△εi ，代入胡克定律计算各点的实验应力值，因1µε=10-6ε，所以应变片至中性层距离（mm ） 梁的尺寸和有关参数Y 1 20 宽 度 b = 20 mm Y 2 15 高 度 h = 40 mm Y 3 10 跨 度 L = 50 mm Y 4 0 载荷距离 a = 130 mm Y 5 10 弹性模量 E = 210 GPa Y 6 15 泊 松 比 μ= 0.26Y 720惯性矩I z =bh 3/12=1.067³10-7m 4各点实验应力计算：106111-⨯∆⨯==εεσE E 实实 2、理论值计算载荷增量 △P= 500 N弯距增量 △M=△P ²a/2=31.25 N ²m 各点理论值计算：Iy zi i M ∙∆＝理σ3、绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力ζi 实和ζi 理，以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置y i ，选用合适的比例绘出应力分布图。