工程力学实验报告标准答案

教师签字:____________ 日 期:____________
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三、拉压弹性模量 E 测定试验报告
实验目的： 见教材。 实验仪器： 见教材。 实验数据记录及处理： （一）碳钢试件尺寸 计算长度 L =__100___mm 直 径 d =__10___mm 截面面积 A =___78.5____mm2 （二）引伸仪测量记录: 左 载荷 P 读数 (KN) 读数 A1 (格) 1 2 3 4 5 6 2 4 6 8 10 12 表 读数差ΔA1 (格) 读数 A2 (格) 右 表 读数差ΔA2 (格)
2
（二）铸铁试件 试 验 前 最小平均直径 d= 10.16 mm 2 截面面积 A= 81.03 mm 计算长度 L= 100 mm 试验前草图 试 验 后 最小直径 d= 10.15 mm 2 截面面积 A1= 80.91 mm 计算长度 L1≈ 100 mm 试验后草图
强度指标: 最大载荷 Pb =__14.4___ KN 强度极限σb= Pb / A = _177.7__ M Pa 问题讨论： 1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件 ,材料相同而长短不同的 试件延伸率是否相同? 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件 局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸 试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的 (横截面面积与长 度存在某种特殊比例关系除外). 2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低 碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有 450 的剪切 唇， 断口组织为暗灰色纤维状组织。 铸铁断口为横断面， 为闪光的结晶状组织。 .
L1 B L C d L2
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A D D
P
(三) 实验数据记录表格 测点 A 或(C) ε-45°
次数 载荷ΔP 一 二 三 平均 一
ε0°
二 三 平均 一
ε45°
二 三 平均
初始值 150N 250N 350N 450N 测点 B 或(D)
次数 载荷ΔP 一
0 114 190 265 342
ε-45°
力 学 实 验 报 告
标 准 答 案
长安大学力学实验教学中心
目
一、 二、 三、
录
拉伸实验···············································································2 压缩实验···············································································4 拉压弹性模量 E 测定实验···················································6
实验仪器： 见教材。
实验数据记录及处理： 例： 1、原始数据记录: 试件材料 低碳钢 灵敏系数 弹性模量 E 213GPa ；2.27
F F 4 y2 1 y2 3 5 7 6 y1 2
载荷 P 4000N
距中性层 Y1=10mm Y2=15mm
试件尺寸 b= 20mm L= 620mm h= 40mm a=150mm
10 100 200
10 100 200
35.5 N·m 80.5 N·m 46.5 N·m
1、碳钢:扭转屈服极限:
τ
s
=
Ms = 177.3 MPa Wp
扭转强度极限τ b =
Mn = 402.4 MPa Wp
2、铸铁:扭转强度极限:
τ
b
=
Mb = 232.5 MPa Wp
10
问题讨论： 1、 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因. 答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。 铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约 45°的螺旋形曲面， 为拉应力破坏。
四、 低碳钢剪切弹性模量 G 测定实验·······································8 五、 扭转破坏实验····································································10
六、 纯弯曲梁正应力实验··························································12 七、 弯扭组合变形时的主应力测定实验··································15 八、 压杆稳定实验······································································18
二 三 平均 一
0 -1 -2 -2 -3
ε0°
二 三 平均 一
0 -111 -184 -257 -331
ε45°
二 三 平均
初始值 150N 250N 350N 450N (四)
0 165 274 383 493
0 201 336 469 604
0 -31 -52 -74 -95
数据处理 求出 A、B(或 C'、D')点主应力大小及方向. 利用公式: E ⎡1 + µ 1− µ ⎤ 1 σ3 = (ε −45° + ε +45° ) ± (ε −45° − ε 0° ) 2 + (ε 0° − ε 45° ) 2 ⎥ 2 ⎢ 1− µ ⎣ 2 2 ⎦ ε 45° − ε −45° tg 2α = 2ε 0° − ε 45° − ε −45° A 点或(C 点)
7 14 （三）数据处理结果 平均(ΔA1)=
平均(ΔA2)= (∆Α1) + (∆A2) 左右两表读数差平均值:(∆A) = ＝ 2 平均伸长增量(ΔL)=__________mm 碳钢弹性模量 E = ∆P ⋅ L = (∆L ⋅ A) MPa
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问题讨论： 1、 试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 2、 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是 否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模 量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材 料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
载荷 计算结果
150N
250N
350N
450N
备注
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σ31 tg2α B 点或(D 点)
试验前 试件形 状草图 试验后
屈服载荷 屈服应力 最大载荷 抗压强度
Ps = ___49_____KN σs= ____277.4__MPa Pb = __ _153_ _KN σb= _ _866.2__MPa
问题讨论： 1、分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成 45°~50°夹角，在断口位置剪应 力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪 切破坏。
强度指标: Ps =__22.1___KN P b =__33.2___KN 塑性指标: L1-L × 100% = 33.24 % L 低碳钢拉伸图: 伸长率δ = 面积收缩率ψ = 屈服应力 强度极限 σs= Ps/A __273.8___MPa σb= Pb /A __411.3___MPa
A − A1 × 100% = 68.40 % A
1
一、拉伸实验报告标准答案
实验目的： 见教材。 实验仪器 见教材。 实验结果及数据处理： 例:(一)低碳钢试件 试 验 前 最小平均直径 d= 10.14 mm 2 截面面积 A= 80.71 mm 计算长度 L= 100 mm 试验前草图 试 验 后 最小直径 d= 5.70 mm 2 截面面积 A1= 25.50 mm 计算长度 L1= 133.24 mm 试验后草图
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2、 低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这 两类不同性质的材料? 答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件 不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远 大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切 破坏。 通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与 抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于 抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态， 比如车床机座。
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七、弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案
实验目的： 见教材。
实验仪器： 见教材。
实验数据记录及处理： (一) 原始数据记录 试件计算长度 材料 E 值 泊松比 L1 70 GPa 0.33 300mm (二) 弯扭组合试验台装置图 力臂长度 L2 200mm 载荷 试件内径 试件外径 (N) d D 36mm 40mm
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二、压缩实验报告标准答案
实验目的： 见教材。 实验原理： 见教材。 实验数据记录及处理： 例：(一)试验记录及计算结果 材料 试件尺寸 低碳钢 直径 d =_15__mm 长度 L =____20____mm 2 面积 A =__176.63 _mm 铸铁 直径 d =__15____mm 长度 L =___20_____mm 2 面积 A =__176.63 _mm
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五、扭转破坏实验报告标准答案
实验目的： 见教材。
实验仪器： 见教材。
实验数据记录及处理： (一) 试验数据记录 尺 寸 试 碳 钢 件 材 料 铸 铁
直径 d(mm) 计算长度 L(mm) 抗扭截面模量 mm3 πd3 Wp = ≈ 0.2d 3 16 屈服扭矩 Ms 破坏扭矩 Mb (二) 性能计算
5、作出截面应力分布图:（理论分布）
13
-56.25MPa
56.25MPa
问题讨论： 实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差?为什么?
答：施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时，在加外载荷前，首先进行 了测量电路的平衡（或记录初读数） ，然后加载进行测量，所测的数（或差 值）是外载荷引起的，与梁自重无关。
190mm
3
150mm
4 5
150mm
6
扭矩 ∆Mn 相对扭转角
G=
∆MnL 0 32∆MnL 0 = = ∆ ϕ IP π d 4 ∆ϕ
(二)结果比较(μ=0.3) 理论计算
G理 = E = 2(1 + µ )
GPa
实验值 G 实= GPa
误差%
8
问题讨论： 1、 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么 措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。 2、 测 G 时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答：所测材料的 G 必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩 大小。
2、梁布片图: ×
a
1
a
h
wenku.baidu.com
b
12
3、记录及计算结果
载荷 应变(με) 测点 4000Ｎ
ε1
ε2
ε3
平均值
1 2 3 4 5 6 7 4、结果比较:
σ实 −σ理 % σ理
应力(MPa) σ1 σ2 σ3 σ4 σ5 σ6 σ7
实验值
理论值
误差
0 -28.13 28.13 -42.40 42.40 -56.25 56.25
2、 铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?为什么? 答：有关系。 扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏， 所以铸铁断口和扭转方向有关。
教师签字:__________ 日 期:__________
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六、纯弯曲梁正应力试验报告标准答案
实验目的： 见教材。
教师签字:___________ 日 期:___________
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四、低碳钢剪切弹性模量 G 测定实验报告标准答案
实验目的： 见教材。
实验仪器： 见教材。
实验数据记录及处理： (一)试验数据及计算结果 试 材 碳 料 钢 直 径 mm 件 尺 寸 力臂长度 L 测臂长度 R
标距长度 L0
10
1 2