材料力学实验

3、利用电测法测定等强度矩形截面梁横截面上的最大正 应力及泊松比。
4、验证横截面上最大正应力的计算公式及泊松比。
二、实验设备和仪器 电阻应变片、等强度矩形截面梁、静态电阻应变仪。
三、静态电阻应变仪工作原理 电阻应变仪是将电阻变化转换为电压（或电流）的变 化，并进行放大，然后转换成应变数值的电子仪器。电阻 变化转换成电压（或电流）信号主要是通过应变电桥(惠
材料力学实验
九江学院 土木工程与城市建设学院 工程力学教研室
目 录
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验 实验二 低碳钢和铸铁的压缩实验 实验三 金属应变片的粘贴实验 实验四 等强度矩形截面梁的弯曲试验
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验
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
一、实验目的和要求 1、测定在压缩时低碳钢的屈服极限бs，及铸铁的强度极限 бb。 2、观察它们的破坏现象，并比较这两种材料受压时的特性， 绘出外力和变形间的关系曲线（曲线）。 二、实验设备： 材料试验机、游标卡尺
h
三、试件 d 金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如图所示，并制 定1≤h/d ≤3
四、实验原理 1、低碳钢 低碳钢轴向压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样 两端面与试验机夹具间存在摩擦，约束了横向变形，故试样 出现鼓胀。为了减少鼓胀效应的影响，通常在端面上涂上润 滑剂。压缩过程中的弹性模量、屈服点与拉伸时相同。继续 加载，试样越压越扁，由于横截面上面积不断增大，试样抗 压能力也随之提高，曲线继续上升，所以一般不发生压缩的 破坏。因此不测抗压强度极限。 F
2点横 Δε横 10-6 10-6
21.3
31.3 41.3 平均应变差
轴向应力、横向应变和泊松比的理论值
轴向Δб （MPa） 14.4 横向应变Δε（10-6） -17.14~-22.69 泊松比 0.25~0.33
轴向应力、横向应变和泊松比的实验值及误差
应力（MPa） 实验值 1点轴 2点轴 应变（10-6） 1点横 2点横 1点 泊松比 2点
3、进行实验 1）、粘贴应变片：可分别在梁的上下表面各处沿轴向和 横向粘贴应变片（不做）。 2）、调试梁的位置：旋转台座底部的旋钮，使梁的上表 面大致水平。 3）、将工作应变片和温度补偿片接入应变仪，接通电源 并调好应变仪：
（1）、接线 仪器后面板有十组端子，叫十个通道，每个端子测一 个点，每个端子有5个接线孔：
四、实验步骤 1、定出试件被测位置，画出贴片定位线。
2、在贴片处用细砂布按45°方向交叉打磨。
3、然后用浸有丙酮（或酒精）的棉球将打磨处擦洗干净 （钢试件用丙酮棉球，铝试件用酒精棉球）直至棉球洁白为 止。
4、一手拿住应变片引线，一手拿502胶，在应变片基底底 面涂上502胶（挤上一滴502胶即可）。
二、实验设备和仪器 材料试验机、游标卡尺、试样划线器等。 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，试件的拉伸变形量一般由这一段的 变形来测定。
d
l
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L=5d或L=10d。对于一般板状材 料的拉伸实验，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L=11.3A0.5 或 L=5.65A0.5 ，A为 标距段内的截面积 。
2、铸铁的压缩实验 铸铁压缩与低碳钢的压缩实验方法相同，但铸铁受压时在 很小的变形下即发生破坏，只能测出Fb，由бb= Fb /A得出材 料强度极限。铸铁破坏时的裂缝约与轴线成45°-55°角左右。 六、实验结果及数据处理 1、实验原始数据记录 2、低碳钢和铸铁的压缩实验实报
七、思考题 1、比较低碳钢和铸铁压缩时的主要力学性能及实用价值。 2、低碳钢压缩时试样呈鼓形，且须在端面涂润滑剂，为什 么？。 3、试解释铸铁的断口。
相互垂直的方向上测两次，求平均值。
2）、试验机的准备：首先了解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。选择合适的横梁移动范 围，然后将试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，开动 机器，使横梁上压头落在万向头上，使试件承受轴向压力。 3）、进行实验：开动机器，使试件缓慢均匀加载，低碳钢 在压缩过程中，产生屈服以前基本情况与拉伸时相同，载荷 到达B时，位移-负荷曲线变平缓，这说明材料产生了屈服， 当载荷超过B点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐 明显地增大，试件最后被压成鼓形而不断裂，故只能测出产 生流动时的载荷Fs，由бs=Fs/A得出材料受压时的屈服极限 而得不出受压时的强度极限。
B F
FS
O
L
2、铸铁 由于变形很小，所以尽管有端面摩擦，鼓胀效应却并 不明显，而是当盈利达到一定值后，试样在轴线大约成45°55°方向上发生断裂。将最高点所对应的压力Fb值除以原试 样横截面面积A，即得铸铁的抗压强度=Fb/A。
F F
Fb
F
O L 五、实验方法与步骤 1、低碳钢的压缩实验 1）、试件准备：用游标卡尺测量试件的直径，在试件中部
4、加载：挂上砝码托盘，按手动键记下各点的应变 值，再分四次加砝码，记每次各点的应变值。 注意：加砝码时要慢慢放手，以保证加的是静荷载。 5、数据的记录和处理 应变实验值
应变值 荷载F N 1.3 11.3 1点轴 Δε轴 10-6 10-6 1点横 10-6
Δε横
10-6
2点轴 Δε轴 10-6 10-6
误差%
其中，应力的实验值由Δ б = E Δ ε 计算，理论值由 Δ б =Δ Fx/(yh2/6)计算，泊松比由μ =-Δ ε 横/Δ ε 轴计算。
4）、进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载（加载 速度：2mm/min）。对于低碳钢拉伸实验，要注意观察 拉伸过程的四个阶段中的各种现象。并记下屈服荷载值， 最大荷载值。对于铸铁试样，只需测定其最大荷载。
5）、对于拉断后的低碳钢试样，要分别测量断裂后的标 距和颈缩处的最小直径。
2、铸铁的拉伸实验： 1）、试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中 间和两端三处直径取最小值计算试件截面面积，根据铸铁 的强度极限，估计拉伸试件的最大载荷。
A
B
C
D
E
应变仪的第一个端子接补偿片： A，B两端接应变片，D，E两端用导线短路 应变仪的第二三四五个端子接工作片： 各端子的A，B两端接应变片，D，E两端用导线短路 接线方法：先用螺丝刀松开孔上的螺钉，将导线插入 下方的小孔，然后用螺丝刀上紧螺钉，将导线固定。
（2）、应变仪的设置： 按设置键 S1：查看某次记录数据 S2：是否删除以前记录的数据，按自动键，调整为1 （删除） S3：需要记录数据的第一点的编号，按自动键，调整 为02（01为补偿点） S4：需要记录数据的最后点的编号，按自动键，调整 为05 S5：应变片的K值，按平衡键和自动键，调整为2.14 S6：是否设有补偿，按自动键，调整为1（01为公共 补偿点） 按复位键
5、立即将应变片底面向下放在试件被测位置上，并使应变 片基准对准定位线。将一小片薄膜盖在应变片上，用手指柔 和滚压挤出多余的胶，然后手指静压一分钟，使应变片和试 件完全粘合后再放开。从应变片无引线的一端向有引线的一 端揭掉薄膜。
6、在紧连有引线的一侧粘贴一片连接片。
7、将应变片的引线焊接在连接片上。
料在静力拉伸下的一些性能，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 1、测定低碳钢的屈服极限бs、强度极限бb、延伸率δ、截面 收缩率ψ。 2、测定铸铁的抗拉强度极限бb。 3、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（F-△L曲线）。 4、分析和比较低碳钢和铸铁的拉伸力学性能和破坏特征。
4、参数设置
5、初始试验力：40N；横梁速度：2mm/min
6、自动计算设置
7、实验结束条件设置
8、选择传感器
9、坐标增量设置，全部参数设置完毕，经指导老师检查以 后，实验开始
10、实验结束，分析数据
11、特征数据分析
12、样点采集
实验二 低碳钢和铸铁的压缩实验
在工程实际中，有些构件承受压力，而材料由于载荷形 式的不同其表现的机械性能也不同。因此除了通过拉伸实验 了解金属材料的拉伸性能外，有时还要作压缩实验来了解金 属材料的压缩性能。一般对于铸铁、水泥、砖、石头等主要 承受压力的脆性材料才进行压缩实验，而对于塑性金属或合 金进行压缩实验是主要目的是为了材料研究。例如灰铸铁在 拉伸和压缩时的强度极限不相同，因此工程上就利用铸铁压 缩强度较高这一特点用来制造机床底座、床身、汽缸、泵体 等。
自动控制程序的参数设置与结果处理
1、程序打开
2、联机
3、试样录入：试样编号，直径和原始标距
4、参数设置
5、初始试验力：40N；横梁速度：2mm/min
6、自动计算设置
7、实验结束条件设置
8、选择传感器
9、坐标增量设置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10、全部参数设置完毕，经指导老师检查以后，实验开始
实验三 金属应变片的粘贴实验
2）、试验机的准备：与低碳钢拉伸实验相同
3）、进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。 记录最大载荷，观察自动绘图装置上的曲线。将最大载荷 值除以试件的原始截面积，就得到铸铁的强度极限。因为 铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁 的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。
五、实验结果及数据处理 1、实验原始数据记录 2、低碳钢和铸铁的拉伸实验实报 六、思考题 1、比较低碳钢和铸铁拉伸时的主要力学性能及实用价值。 2、描述拉伸实验过程中的各种现象并试做解释。 3、低碳钢拉伸的曲线图的最初阶 段呈曲线，试解释之。
斯顿电桥)来实现的。
四、等强度矩形截面梁的弯曲 1、等强度矩形截面梁
设梁的长度为l，高度为h，固定端宽度为b，在梁的右端 加一集中力，若各横截面上的最大正应力相等，则： Fx/(yh2/6)= Fl/(bh2/6) 于是： y=bx/l 故等强度矩形截面梁的上下表面应该是如上图的三角形。
2、主要参数 1）、梁：Q235钢，E=210GPa，l=300mm，h=5mm，b=50mm， x1=60mm，x2=180mm。 2）、荷载：每个砝码10N，砝码托盘1.3N。
8、将连接应变仪的导线焊接在连接片上，然后用绝缘胶布 把导线固定在构件上。
五、思考题 1、为什么说电阻应变片具有放大电阻的能力？ 2、为什么要用砂纸打磨试件表面？
实验四
等强度矩形截面梁弯曲实验
一、实验目的 1、了解电阻应变片的原理和静态电阻应变仪的工作原理。 2、初步掌握利用电阻应变片和静态电阻应变仪测定指定 点应变的方法（即电测法）。
一、实验目的 1、初步掌握电阻应变片的粘贴技术； 2、初步掌握焊线和检查。
二、实验设备和器材 1、电阻应变片 2、试件 3、砂布 4、丙酮（或酒精）等清洗器材 5、502粘接剂 6、测量导线 7、电烙铁 8、万用表
三、电阻应变片的工作原理 1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金 属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机 械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。 2、当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝 也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生 改变（增大或缩小）。
七、实验报告的要求 1、实验名称 2、实验目的 3、实验设备和仪器 4、实验原理 5、实验步骤 6、实验数据的记录及整理 7、实验结果分析 8、思考题 以上内容在实验报告中必须交代清楚，缺一不可，否则重做。
自动控制程序的参数设置与结果处理
1、程序打开
2、联机
3、试样录入：试样编号，直径和原始标距
图1-1
四、实验步骤 1、低碳钢的拉伸实验： 1）、试件的准备：在试件中段取标距或在标距两端用划 线器刻线作为标志，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，然后取平均值）取最小值作为试件的横截面直径。 2）、试验机的准备：打开试验机，调整合适的横梁升降 速度，将试件夹装在夹头内。要求：必须将试件夹头全部 装入试验机夹具内，并尽可能夹紧试件。 3）、试验程序设置：将试件安装好以后，打开电脑中的 自动控制程序，开始设置相关参数。