材料力学实验教案

材料力学实验课程教案授课时间2015年5 月5 日第9 周周二第7-8 节授课章节实验五材料轴向拉伸、压缩试验
教学目的、要
求
通过本次教学，使学生们掌握电子万能试验机的操作方法和工作原理。

进一步了解脆性材料和塑形材料在拉伸压缩时的不同。

教学重点及
难点1、拉伸试件的夹持方法；
2、试验机的操作方法；
3、移位法量取试件拉断后的长度。

教学方法及
手段
因为知识点不多，边讲解实验仪器和实验方法，边演示仪器操作。

教学内容及过程
作为本实验课程的第一节课，首先做自我介绍。

然后介绍本实验课程的性质和上课要求，以及学生关心的成绩评定问题。

然后开始讲解实验内容：
本次实验有低碳钢的拉伸实验，铸铁的拉伸、压缩实验。

一、实验目的
1. 观察试件受力和变形之间的相互关系；
2. 观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。

3. 测定拉伸时低碳钢的强度指标和塑性指标；测定压缩时铸铁的强度极限。

4. 学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。

讲解完实验目的后，讲解应力和断面收缩率和伸长率的计算公式。

二、实验仪器
微机控制电子万能试验机；游标卡尺
介绍试件和实验原理。

三、实验步骤
1、拉伸实验步骤：
（1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。

（2）试验机准备：按试验机 计算机 打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。

按照“软件使用手册”，运行配套软件。

教学内容及过程
（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。

若夹具已安装好，对夹具进行检查。

（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。

（5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。

（6）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度及断口处的最小直径（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值）。

2、压缩实验步骤
（1）试件准备：用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径，取其算术平均值，并测量试件高度。

（2）试验机准备：按试验机 计算机 打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。

按照“软件使用手册”，运行配套软件。

（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。

若夹具已安装好，对夹具进行检查。

（4）放置试件：试验力清零；把试件放在压盘中间，通过小键盘调节横梁位置，通过肉眼观察，到上压盘离试件上平面还有一定缝隙时停止。

（注意：尽量将试件放在压盘中心，如放偏的话对试验结果甚至是试验机都有影响。

（5）开始实验：位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。

（6）记录数据：试件压断后，取下试件；记录强度载荷Fb。

实验结束后检查学生实验所需数据是否测量、记录完全，合格后方允许下课。

按学号安排值日生打扫实验室。

作业布置完成实验指导书中的实验数据计算，了解低碳钢压缩实验课后小结
参考资料1、材料拉伸压缩实验报告_百度文库
/link?url=m3cz-K8_BREU9N1hAxbuM9d4mP_ShC1D8J8W1j KFHPRDLfdKEXjOdUI2Lb4ZxhAUxGrC79Z4Vm7ZAU8NgvweaxdDwFasfjKszFqM K0PGgCu2、《材料力学》
材料力学实验课程教案
授课时间2015年5 月19 日第11 周周二第7-8 节授课章节实验六材料弹性模量E和泊松比µ的测定
教学目的、要
求1、通过本次教学，使学生们掌握多功能试验台中拉伸装置的操作方法和工作原理。

2、掌握材料弹性模量E和泊松比µ的计算公式
教学重点及
难点1、材料弹性模量E和泊松比µ的计算公式
2、几种常见的组桥方式
3、增量法
教学方法及
手段
板书讲解材料弹性模量E和泊松比µ的计算公式，和增量法。

演示如何进行桥路连接。

教学内容及过程提问讲解金属材料的弹性模量E和泊松比µ的定义
一、实验目的
1、测定常用金属材料的弹性模量E和泊松比µ。

2、验证胡克（Hooke）定律。

提问讲解什么是胡克定律
二、实验仪器
1、组合实验台中拉伸装置
2、XL2118系列力＆应变综合参数测试仪
3、游标卡尺、钢板尺
介绍多功能实验台中拉伸装置和力与应变综合参数测定仪的工作原理，以及试件的详细情况。

试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图3-4。

在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片R1、R1ˊ和一对横向应变片R2、R2ˊ，以测量轴向应变ε和横向应变εˊ。

三、实验原理
1、弹性模量E的测定
由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。

为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P0≠0）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量△P作用下，产生的应变增量△ε，并
求出△ε的平均值。

设试件初始横截面面积为A0，又因
l
l∆
=
ε，则有
A
E
P
ε
∆
∆
=
上式即为增量法测E的计算公式。

式中A0 —试件截面面积
△ε —轴向应变增量的平均值
教学内容及过程
2、泊松比μ的测定
利用试件上的横向应变片和纵向应变片合理组桥，为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P0≠0）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量△P作用下，横向应变增量△εˊ和纵向应变增量△ε。

求出平均值，按定义
ε
ε
μ
∆
∆
=
'
便可求得泊松比μ。

四、实验步骤
1、设计好本实验所需的各类数据表格。

2、测量试件尺寸。

在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A0。

见附表1
3、拟订加载方案。

先选取适当的初载荷P0（一般取P0=10% P max左右），估算P max（该实验载荷范围P max≤5000N），分4～6级加载。

4、根据加载方案，调整好实验加载装置。

5、按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图3－5d所示相对桥臂测量方法，纵向应变εd＝2εp，横向应变εdˊ＝2εpˊ），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P0，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，直到最终载荷。

实验至少重复两次。

见附表2，相对桥臂测量数据表格，其他组桥方式实验表格可根据实际情况自行设计。

7、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，实验数据交指导教师检查签字。

按学号安排值日生打扫实验室。

作业布置了解电测法的基本原理
课后小结弹性模量E和泊松比µ都是材料的弹性常数。

参考资料
1、XL2118 多功能材料力学实验电测实验报告书
2、《材料力学》
材料力学实验课程教案
授课时间2015年6 月2 日第13 周周二第7-8 节授课章节实验七纯弯曲梁的正应力实验
教学目的、要
求1、掌握什么是纯弯曲梁，以及梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律
2、掌握纯弯曲梁的正应力计算公式
教学重点及
难点1、根据胡克定律推导理论应力值公式ε
σ∆
∙
=
i
i
E
实
实
2、实测应力值的计算公式推导
教学方法及
手段
板书讲解计算公式的推导过程。

演示如何进行桥路连接。

教学内容及过程
提问讲解什么是纯弯曲。

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
提问梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律是怎样的。

讲解正应力计算公式，及推导过程
二、实验仪器
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
介绍多功能实验台纯弯曲梁实验装置，以及梁件的详细情况。

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
（因为之前讲解实验目的和仪器的时候已经讲解实验的计算公式和梁的具体情况，在此不再讲解实验原理）
三、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1
教学内容及过程 3、拟订加载方案。

先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =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。

4、根据加载方案，调整好实验加载装置。

此次实验让学生自己制定加载方案，不再用指导书的方案。

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。

接线方法采用四分之一桥和半桥两种接线方法。

6、加载。

均匀缓慢加载至初载荷P0，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2
7、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，将所用器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。

作业布置书写实验报告，预习下一个实验
课后小结
1、本实验与上一实验的实验方法相同，均采用增量法，分级加载；
2、接线方法采用相同的桥路
参考资料
1、XL2118 多功能材料力学实验电测实验报告书
2、《材料力学》
材料力学实验课程教案
授课时间2015年6 月16 日第15 周周二第7-8 节授课章节实验八薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定
教学目的、要
求1、掌握什么是纯弯曲梁，以及梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律
2、掌握纯弯曲梁的正应力计算公式
教学重点及
难点3、根据胡克定律推导理论应力值公式ε
σ∆
∙
=
i
i
E
实
实
4、实测应力值的计算公式推导
教学方法及
手段
板书讲解计算公式的推导过程。

演示如何进行桥路连接。

教学内容及过程
提问讲解什么是纯弯曲。

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
提问梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律是怎样的。

讲解正应力计算公式，及推导过程
二、实验仪器
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
介绍多功能实验台纯弯曲梁实验装置，以及梁件的详细情况。

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
（因为之前讲解实验目的和仪器的时候已经讲解实验的计算公式和梁的具体情况，在此不再讲解实验原理）
三、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1
教学内容及过程 3、拟订加载方案。

先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =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。

4、根据加载方案，调整好实验加载装置。

此次实验让学生自己制定加载方案，不再用指导书的方案。

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。

接线方法采用四分之一桥和半桥两种接线方法。

6、加载。

均匀缓慢加载至初载荷P0，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2
7、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，将所用器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。

作业布置书写实验报告，预习下一个实验
课后小结
1、本实验与上一实验的实验方法相同，均采用增量法，分级加载；
2、接线方法采用相同的桥路
参考资料
1、XL2118 多功能材料力学实验电测实验报告书
2、《材料力学》
材料力学实验课程教案
授课时间2015年6 月23 日第16 周周二第7-8 节授课章节实验九薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定
教学目的、要
求1、掌握半桥单臂，公共温度补偿的接线方法。

2、掌握用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向。

教学重点及
难点1、掌握半桥单臂，公共温度补偿的接线方法。

2、主应力和方向角的计算公式的推导
教学方法及
手段
板书讲解计算公式的推导过程。

演示如何进行桥路连接。

教学内容及过程
作为本实验课程最后一堂课，总结实验教学中的问题。

一、实验目的
1. 用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向，并与理论值进行比
较。

2. 进一步掌握电测法。

二、实验仪器设备和工具
1.弯扭组合实验装置
2.力＆应变综合参数测试仪
3.游标卡尺、钢板尺
介绍弯扭组合实验装置，与学生互动薄壁圆筒受弯扭组合作用下，主应力和方向是怎样的。

薄壁圆筒受弯扭组合作用，使圆筒发生组合变形，圆筒的m点处于平面应力状态。

在m点单元体上作用有由弯矩引起的正应力σx,由扭矩引起的剪应力τn，主应力是一对拉应力σ1和一对压应力σ3,单元体上的正应力σx和剪应力τ三、实验原理和方法
板书实验值计算公式的推导
四、实验步骤
1.设计好本实验所需的各类数据表格。

2.测量试件尺寸、加力臂长度和测点距力臂的距离，确定试件有关参数。

教学内容及过程
3.将m和mˊ两点的所有应变片按半桥单臂、公共温度补偿法组成测量线路进行测量。

调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。

4、拟订加载方案。

先选取适当的初载荷P0（一般取P0=10％P max左右），估算P max（该实验载荷范围P max≤700N），分4～6级加载。

5．根据加载方案，调整好实验加载装置。

6．加载。

均匀缓慢加载至初载荷P0，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，直到最终载荷。

实验至少重复两次。

7. 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。

实验装置中，圆筒的管壁很薄，为避免损坏装置，很薄，为避免损坏装置，注意切勿超载，不能用力扳动圆筒的自由端和力臂。

本实验因为实验步骤和方法，和之前的两个实验几乎相同，学生比较熟练，实验时间会比较短。

做完实验九以后，再为学生讲解实验十，偏心拉伸实验。

一、实验目的
1、测定偏心拉伸时最大正应力，验证迭加原理的正确性。

2、分别测定偏心拉伸时由拉力和弯矩所产生的应力。

3、测定偏心距。

4、测定弹性模量E。

二、实验仪器设备与工具
1、组合实验台拉伸部件
2、XL2118系列力＆应变综合参数测试仪
3、游标卡尺、钢板尺
三、实验原理和方法
偏心拉伸试件，在外载荷作用下，其轴力N=P，弯矩M=P·e，其中e为偏心距。

根据迭加原理，得横截面上的应力为单向应力状态，其理论计算公式为拉伸应力和弯矩正应力的代数和。

即
hb
A
M
P
2
6
±
=
σ
教学内容及过程偏心拉伸试件及应变片的布置方法如图3-6，R1和R2分别为试件两侧上的两个对称点。

则
ε
ε
εM
p
+
=
1ε
ε
εM
p
-
=
2
式中：εP—轴力引起的拉伸应变
εM—弯矩引起的应变
根据桥路原理，采用不同的组桥方式，即可分别测出与轴向力及弯矩有关的应变值。

从而进一步求得弹性模量E、偏心距e、最大正应力和分别由轴力、弯矩产生的应力。

可直接采用半桥单臂方式测出R1和R2受力产生的应变值ε1和ε2，通过上述两式算出轴力引起的拉伸应变εP和弯矩引起的应变εM；也可采用邻臂桥路接法可直接测出弯矩引起的应变εM；采用对臂桥路接法可直接测出轴向力引起的应变εP。

四、实验步骤
1、设计好本实验所需的各类数据表格。

2、测量试件尺寸。

在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A0。

3、拟订加载方案。

先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10% P max左右），估算P max（该实验载荷范围P max≤5000N），分4～6级加载。

4、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。

5、加载。

均匀缓慢加载至初载荷P0，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，依次记录应变值εP和εM，直到最终载荷。

实验至少重复两次。

6、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。

作业布置
课后小结计算公式复杂，计算时要细心、耐心。

参考资料1、XL2118 多功能材料力学实验电测实验报告书2、《材料力学》。