8学时实验--材料力学8学时实验讲义
【课程大纲】《材料力学实验》
《材料力学实验》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：材料力学实验 （英文）：Material Mechanics 课程编号：20231003 课程学分：0.5 课程总学时：15 课程性质：专业基础课 前修课程：理论力学、材料力学 二、课程内容简介（300字以内）材料力学实验是材料专业和木材科学与工程专业所开设的实验课程，主要内容有：低碳钢与铸铁的拉伸试验、压缩试验、材料弹性常数的测定及梁的弯曲试验。
本课程中所使用的WDW-100微机控制电子万能试验机主要适用于金属或非金属材料的拉伸、压缩、弯曲等试验，通过EDC 控制器或计算机控制试验全过程，并能自动完成力-位移、力-变形、力-时间等曲线的绘制。
引伸仪是用来测量微小伸长或缩短变形的仪器，它能够感受到试件上不同长度所发生的线变形。
本课程的任务是使学生通过实验课的学习，了解做材料力学实验所需设备的工作原理、力学试件的形状和制作、各种力学实验的原理和所测指标，并能够根据实验结果来分析计算材料的强度指标。
三、实验目标与要求通过本实验课程的学习，学生应达到下列要求： （一）了解国家的相关材料力学实验方法； （二）了解材料力学实验的设备和相关实验装置；（三）能熟练分析处理杆件在压缩、弯曲、拉伸实验的数据，并计算材料的相应极限强度。
四、学时分配材料力学实验课学时分配实验项目名称 学时 实验类别 备注低碳钢与铸铁的拉伸实验 4 验证性实验 低碳钢与铸铁的压缩实验 4 验证性实验 材料弹性常数的测定3 综合性、设计性实验梁弯曲实验 4 综合性试验合计15注：材料力学课程总计0.5学分，安排4次实验，其中验证性实验50%,综合性、设计性实验50%。
五、教学内容与安排实验一：低碳钢与铸铁的拉伸实验 1、实验目的与要求（1）通过低碳钢与铸铁的拉伸实验，了解材料力学实验的设备和相关实验装置，熟悉国家的相关材料拉伸力学实验方法。
（2）确定低碳钢的屈服极限s σ及强度极限b σ，确定铸铁的拉伸强度极限。
材料力学教学大纲(48学时)
《材料力学》教学大纲制订单位：机械工程学院安全工程系执笔人：李晋一、课程基本信息1．课程中文名称：材料力学2．课程英文名称：Mechanics of materials3．适用专业：非金属材料专业4．总学时：48学时（其中理论40学时，实验8学时）5．总学分：3学分二、本课程在教学计划中的地位、作用与任务本课程是非金属材料管理专业的一门专业基础课，通过本门课程的学习，可以使学生掌握基本受力构件的强度、刚度和稳定性控制方法，从而为工程项目决策提供基本技术手段。
三、理论教学内容与教学基本要求（40学时）1、第一章绪论（2学时）材料力学的任务。
变形固体的基本假设。
外力及其分类。
内力、截面法和应力的概念。
变形与应变。
杆件变形的基本形式。
2、第二章拉伸、压缩与剪切（4学时）轴向拉伸与压缩的概念与实例。
轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力。
直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力。
材料在拉伸时的力学性能。
材料在压缩时的力学性能。
失效、安全系数和强度计算。
轴向拉伸或压缩时的变形。
轴向拉伸或压缩时的变形能。
拉伸、压缩静不定问题。
3、第三章扭转（4学时）扭转的概念与实例。
外力偶矩的计算、扭矩和扭矩图。
纯剪切。
圆轴扭转时的应力。
圆轴扭转时的变形。
4、第四章弯曲内力（4学时）弯曲的概念与实例。
受弯杆件的简化。
剪力和弯矩。
剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图。
载荷集度、剪力和弯矩间的关系。
5、第五章弯曲应力（4学时）纯弯曲。
纯弯曲时的正应力。
横力弯曲时的正应力。
弯曲剪应力。
提高弯曲强度的措施。
6、第六章弯曲变形（6学时）工程中的弯曲变形问题。
挠曲线的微分方程。
用积分法求弯曲变形。
用叠加法求弯曲变形。
简单静不定梁。
提高弯曲刚度的一些措施。
7、第七章应力状态和强度理论（6学时）应力状态概述。
两向和三向应力状态的实例。
两向应力状态分析—解析法。
两向应力状态分析—图解法。
三向应力状态。
广义虎克定律。
强度理论概述。
四种常用强度理论。
8、第八章组合变形（6学时）组合变形和叠加原理。
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第2章 焊接化学冶金
焊接冶金学-基本原理
主讲:惠增哲 王喜锋
西安工业大学材化学院 2012年9月
共需8学时
School of Material and Chemical Engineering
西安工业大学材化学院
焊接冶金学--基本原理
第2章 焊接化学冶金
第2章 焊接化学冶金
内容： 2.1焊接化学冶金过程特点 2.2气相对金属的作用 2.3熔渣及其对金属的作用 2.4焊缝金属的净化及合金过渡
熔池：熔焊时，母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母 材所组成的具有一定几何形状的液体金属。
就像钢锭冶炼一样，不过体积小。
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损失系数： 损失的金属质量与熔化的焊芯质量之比，称为～ Ψ =(G-GD)/G=(gM-gD)/gM=1-α H/α P α H=(1-Ψ ) α P
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焊接冶金学--基本原理
（3） 焊条金属熔滴及过渡特性 a）熔滴的过渡形式
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焊接冶金学--基本原理
第2章 焊接化学冶金
焊条金属平均熔敷速度： 单位时间内真正进入焊缝金属的那一部分金属的质量称～ GD gD H I t
gD——焊条金属的平均熔敷速度（g/h) GD——熔敷到焊缝金属中的金属质量（g） αH——焊条的平均熔敷系数（g/(A· h)）
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大连理工考研专业课《816材料力学》大纲
第1章材料力学的基本概念 2、轴向拉伸及压缩 3、剪切 4、扭转 5、弯曲内力6、弯曲应力 7、弯曲变形 8、应力状态理论和强度理论 9、组合变形 10、压杆稳定11、能量法 1 2、静不定系统 13动栽荷 14、疲劳《材料力学》教学大纲（4.5 学分，72 学时。
课堂教学64学时，实验教学8学时）适用专业：过程装备与控制工程（必修）材料力学是过程装备与控制工程专业（即专业目录修订前的化工设备与机械专业）的一门重要技术基础课。
它是机械设计、过程机械、成套装备优化设计、压力容器安全评估、典型过程设备设计等各门后续专业课程的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握材料力学的基本概念、基本知识；训练学生对基本变形问题进行力学建模和基本计算的能力；使学生熟悉材料力学分析问题的思路和方法；培养学生自觉运用力学观点看待工程和日常生活中实际事物的意识。
目的在于为学习本专业相关后继课程打好力学基础。
二、课程内容、基本要求与学时分配1．引言。
材料力学基本概念、教学任务、研究方法以及背景知识介绍。
（2学时）2．轴向拉伸和压缩。
熟练掌握轴向拉伸与压缩的内力计算，截面法，轴力，轴力图。
轴向拉伸（压缩）时横截面及斜截面上的应力。
拉（压）杆的变形计算，胡克定律，叠加原理，杆系结点的位移计算。
了解拉压杆的应变能及应变能密度的概念，材料在拉伸和压缩时的力学性质，掌握拉（压）杆的强度条件。
（6学时）3．剪切。
熟练掌握剪切胡克定律，学会画剪力图。
掌握用剪切强度和挤压强度条件进行简单设计和实用计算。
（3学时）4. 扭转。
熟练掌握薄壁圆筒的扭转，外力偶矩，扭矩，扭矩图，等直圆杆扭转时横截面上的应力，切应力互等定理，等直圆杆扭转时的变形计算，了解斜截面上的应力及应变能计算，掌握强度条件和刚度条件的建立。
（4学时）5．弯曲内力。
熟练掌握平面弯曲的概念，指定截面的剪力和弯矩计算，剪力方程和弯矩方程，剪力图和弯矩图，剪力-弯矩与分布荷载之间的微分关系，叠加法做弯矩图。
《材料力学》实验课程教学大纲要点
《资料力学》实验课程教课纲领（ Theory of Materials Mechanics ）一、基本信息课程编号： G1112102课程类型：学科基础课必修课合用层次：本科合用专业：土木匠程、机械设计制造及其自动化专业。
开课学期：双数学期学分： 0.5学时：8学时查核方式：考察二、教课目标资料力学是土木匠程和机械设计制造及其自动化专业必修的重要专业基础课，为学生后续课程的学习及毕业设计打下必需的基础。
实验是资料力学教课的一个重要的实践性环节。
资料力学中的一些理论和公式是成立在实验、察看、推理、假定的基础上，它们的正确性还一定由实验来考证。
学生经过做实验，用理论来解说、剖析实验结果，又以实验结果来证明理论，相互印证，以达到稳固理论知识和学会实验方法的两重目的。
三 . 基本要求经过资料力学实验环节的训练，使学生对力学实验设施有基本的认识，掌握测定资料力学性质和应变的基本知识、基本技术和基本方法，认识实验应力剖析的基本观点和初步掌握考证力学理论的方法，加深对力学基本理论的认识和理解，培育学生的实质着手能力，用所学知识解决实质问题的能力，特别是经过全方向的开放实验教课模式，培育他们的创新意识和主动出击获得知识的能力。
四、教课内容资料力学实验主要包含7 个实验内容，除必修实验外（实验一、二和六），学生能够在选修实验（实验三、四、五、七）中任选一个实验。
实验一金属资料的拉伸实验实验目的：（1）认识全能资料实验机的工作原理，并初步掌握实验机的操作规程。
（2）用全能资料实验机测定低碳纲和铸铁资料拉伸的力学性能指标。
实验要乞降实验内容：（ 1）测定低碳纲的两个强度指标：折服极限s 和强度极限b。
两个塑性指标：延长率和断面缩短率。
（ 2）确立铸铁的强度极限b 。
（ 3）比较两种典型资料的机械性能和断口形式。
-应变曲线。
（ 4）察看这两种资料的拉伸过程和损坏现象、绘制拉伸时的应力实验学时安排：实验学时： 2 学时实验种类：考证性实验，必修实验二金属资料的压缩实验实验目的：（ 1）用全能资料实验机测定低碳纲和铸铁资料压缩时的力学性能指标。
材料力学课程实验教学大纲
材料力学课程实验教学大纲
大纲制定时间：2004年3月
课程名称：材料力学实验Experiment of material mechanics 课程负责人：邢世建课程分类：基础课课程类型：必修
适用专业：土木、建筑、城建、建材、建管
课程总学时：80课程总学分：4.5
实验学时：8 实验学分：
开课单位：土木工程学院
一、实验教学的目的与要求
通过对本课程的学习，使学生掌握测定金属材料性质的基本知识，基本技能和基本方法，了解实验应力的基本概念和初步掌握验证材料力学理论公式的方法。
三、教材《材料力学实验》邢世建编重庆大学出版社 1998年9月
四、考核方式
实验报告，五级评分制。
五、使用说明
大纲制订人：邢世建
大纲审核人：李正良。
材料力学实验讲义
材料⼒学实验讲义⾦属材料的拉伸、压缩实验指导书张雅琴编北京化⼯⼤学⽬录实验⼀⾦属材料的拉伸实验实验⼆⾦属材料的压缩实验实验⼀⾦属材料的拉伸实验⾦属材料的拉伸实验是研究⾦属材料⼒学性能的最基本的实验。
⽅法简单，数据可靠，⼀些⼯矿企业、研究所⼀般都⽤此类⽅法对⾦属材料进⾏出⼚检验或进⼚复检，⽤测得的各项指标来评定材质和进⾏强度、刚度计算。
因此，对⾦属材料进⾏轴向拉伸实验具有⼯程实际意义。
不同材料在轴向拉伸过程中会表现出不同的⼒学性质和现象。
低碳钢和铸铁分别是典型的塑性材料和脆性材料。
低碳钢材料具有良好的塑性，在拉伸实验中的弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段尤为明显和清楚。
铸铁材料受拉时处于脆性状态，其破坏是由拉应⼒拉断。
⾦属材料拉伸实验是指在室温条件下，将缓慢施加的单向拉伸载荷作⽤于表⾯光滑的拉伸试件上，来测定材料⼒学拉伸性能的⽅法。
最常⽤拉伸试件的形状和尺⼨如图1-1所⽰。
(a)(b)图1-1(a) 圆形试样(b) 矩形试样若采⽤光滑圆柱试件，试件的标矩长度L0⽐直径d要⼤的多;通常L>5d,以使试件横截⾯上的应⼒均匀地分布,实现轴向均匀加载.试件做成圆柱形是便于测量径向应变,试件的加⼯也⽐较简单。
当测量板材拉伸性能和带材的拉伸性能时,也可以采⽤板状试件，如图1-1(b)所⽰。
但试件的标矩长度L0应满⾜下列关系：L=5.65A或11.3 A；其中A为试件的初始横截⾯积。
上式中的规定对应于圆柱试件中的L0=5d，L=10 d。
拉伸试件的⼏何形状，尺⼨及允许的加⼯误差，在国家标准GB228—2002中作了相应的规定。
⾦属材料拉伸实验是材料的⼒学性能实验中最基本最重要的实验,是⼯程上⼴泛使⽤的测定⼒学性能的⽅法之⼀。
⼀、实验⽬的1．测定低碳钢试件的抗拉屈服极限R s；2．测定低碳钢试件的抗拉强度极限R b；3．测定低碳钢试件的延伸率A；4．测定低碳钢试件的截⾯收缩率Z；5．测定铸铁试件的抗拉强度极限R b；6．观察和⽐较塑性材料和脆性材料的破坏过程和破坏特征、⼒学现象；7．熟悉电⼦万能材料试验机的操作和游标卡尺的使⽤；8．了解电⼦万能材料试验机的结构及⼯作原理,熟悉操作规程及正确使⽤⽅法；9．⽐较低碳钢和铸铁的机械性能特点并分析断⼝形状；⼆、实验设备1．电⼦万能材料试验机；图1-2 电⼦万能试验机系统2．游标卡尺；3．拉伸试样, L0=10 d,将L⼗等分,⽤划线机刻划圆轴等分线,或⽤打点机打上等分点；4．打印机；三、拉伸试样的制备⾦属材料的机械性质的屈服应⼒R s、强度应⼒R b、延伸率A和截⾯收缩率Z是由拉伸实验来决定的。
《材料力学》课程教学大纲
《材料力学》课程教学大纲适用于本科机械设计制造及其自动化专业学分3.5 总学时：56 理论学时：48 实验/实践学时：8一、课程的性质、任务和要求《材料力学》是工科专业基础课，必修。
本课程共56学时，3.5学分。
《材料力学》课程的主要任务是：通过该课程的学习，要求学生掌握等直杆件的强度、刚度及轴向受压杆件的稳定性的计算等；能运用强度、刚度及稳定性条件对杆件进行校核、截面设计及载荷确定等简单计算工作；初步了解材料的机械性能及材料力学实验的基本知识和操作技能；初步学会应用材料力学的理论和方法解决一些简单的工程实际问题；为学习有关的后继课程打好必要的基础。
学习本课程后，应达到下列基本要求：1．对材料力学的基本概念和基本分析方法有明确的认识；2．能熟练地画出杆件在基本变形下的内力图，进行应力和位移、强度和刚度的计算；3．掌握应力状态理论和组合变形下杆件的强度计算；4．了解压杆的稳定性概念，会计算轴向受压杆的临界力和临界应力；5．了解低碳钢和灰口铸铁的基本力学性能及其测定方法；6．掌握简单超静定问题的求解方法；7．掌握电测实验应力分析的基本原理和方法。
二、本课程与其它课程的关系、主要参考教材本课程的先修课程为：高等数学、工程图学、理论力学。
选用教材：《材料力学Ⅰ》（第5版），刘鸿文主编，高等教育出版社，2010参考书目：[1]《材料力学Ⅰ》（第5版），孙训方主编，高等教育出版社，2009[2]《材料力学Ⅰ》（第3版），单辉祖，高等教育出版社，2009[3]《材料力学》，Timoshenko（铁木辛柯）编，科学出版社，1978三、课程内容1．绪论主要内容：材料力学的任务及研究对象；变形固体的基本假设；力与内力、截面法与应力、线变形和角变形的概念；杆件变形的基本形式。
2．拉伸、压缩与剪切主要内容：轴向拉伸与压缩的概念与实例；直杆横截面上的内力、应力及斜截面上的应力计算；安全系数与许用应力的应用、拉压杆件的强度计算；轴向拉伸与压缩时杆件的纵向变形、线应变、横向变形计算；泊松比、虎克定律、弹性模量，抗拉(压)刚度、应力集中的概念；金属材料拉伸和压缩时的力学性能；简单拉(压)超静定问题、热应力和装配应力的解法；剪切和挤压的实用计算。
《材料力学实验课》实验教学大纲.doc
《材料力学实验课》实验教学大纲课程名称：材料力学课程编号：课程总学时：实验学时：6—12本大纲主撰人：授课单位：一、实验教学目标与基本要求《材料力学》是专业（技术）基础课。
材料力学试验是《材料力学I》课程的附属课，是教学内容的重要组成部分。
通过实验使学生对金属材料的力学性能特征及其衡性指标有一个直观的认识,并了解实验内容，熟悉实验手段。
通过本课程教学活动，要求学生对金属材料的力学性能有进一步的了解,熟悉各个试验的试验目的、方法、手段、程序、现象等，并掌握试验机的基本操作。
二、适用专业土木工•程专业三、实验项目内容与学时分配序号实验项H名称内容提要每组人数实验学时实验类型实验要求备注1金属材料的拉伸试验（必做）基本要求：明确试验原理，学会多功能材料力学试验机加载及数据采集分析等操作，测定低碳钢拉伸的两个强度指标：流动极限。
S，强度极限。
p和两个塑性指标：延伸率&断面收缩率（P。
：测定铸铁的强度极限E：绘制两典型材料的力--位移关系曲线；比较两种典型材料的机械性能指标和断口形式。
提高部分：了解试验机加载、数据采集与分析等各部分的工作原理，能根据实验要求设计相应的加载、测试方案，并能设置相应的数拥采集参数：测定低碳钢的断裂时的应力，绘制最大应力--位移关系曲线，明确不同标距对同一试件延伸率测试结果的影响，明确移位处理的实验依据。
3-4 2 验证必修2金属材料的压缩试验（必做）基本要求：明确试验原理：观察低碳钢压缩时的变形形式,绘制力•■位移关系曲线,测定压缩流动极限财观察铸铁压缩时的破坏形式，测定压缩时铸铁的强度极限 Oh，分析铸铁压缩破坏的原因：绘制两典型材料的力-- 位移关系曲线。
提高部分：估算铸铁的剪切极限强度Tb；山力■-位移关系曲线求得低碳钢压缩时应力一位移关系曲线；比较低碳钢拉、压时的流动极限公。
3-4 2 验证必修3应变测试试验基本要求：明确试验原理；明确电阻应变测试桥路原理；通过在等强度梁不同部位粘贴应变片验证不同测量方式的测量结果，并能根据不同的桥路等设置不同的测试参数：将实测的结果与理论指向比较。
材料力学实验大纲
一、实验项目与内容：1、应变测量组桥实验 1.5 学时基本实验实验目的及主要内容：（1）了解电阻应变片测量应变的原理（2）了解电阻应变仪的工作原理，掌握本型号电阻应变仪的使用（3）掌握电阻应变片在测量电桥中的各种组桥方式2、等强度梁应变测定实验 1.5 学时基本实验实验目的及主要内容：（1）熟练掌握本型号电阻应变仪的使用（2）测定等强度梁上已粘贴应变片处的应变，验证等强度梁各横截面上应变（应力）相等3、纯弯曲正应力测定实验 2 学时基本实验实验目的及主要内容：（1）用电测法测定梁纯弯曲时沿其横截面高度的正应变（正应力）分布规律（2）验证纯弯曲梁的正应力计算公式（3）掌握本型号电阻应变仪的使用4、机械性能实验（拉、压、扭） 3 学时基本实验实验目的及主要内容：（1）测定低碳钢拉伸时的屈服极限σs1 ，强度极限σb ，断后伸长率δ和断面收缩率ψ（2）测定铸铁拉伸时的强度极限σb（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5、光弹性测试方法实验 2 学时基本实验实验目的及主要内容：（1）了解光弹性仪器各部分名称和作用，掌握光弹性仪器的使用方法（2）观察光弹性模型受力后在偏振光场中的光学效应，加深对典型模型受力后全场应力分布情况的了解（3）观察等差线和等倾线，学会判别等差线和等倾线6、压杆稳定实验 2 学时基本实验实验目的及主要内容：（1）观察并用电测法确定两端铰支和一端铰支，一端固支约束条件下细长压杆的临界力（2）理论计算上述两种约束条件下细长压杆的临界力并与实验测试值进行比较7、薄臂圆管弯扭组合变形应变测定实验 2 学时综合实验实验目的及主要内容：（1）用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向（2）测定薄壁圆管在弯扭组合变形作用下，分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力8、电阻应变片粘贴实验 2 学时综合实验实验目的及主要内容：（1）初步掌握常温电阻应变片的粘贴技术（2）初步掌握导线焊接技术（3）了解应变片防潮和检查等9、材料弹性常数 E、μ测定实验 2 学时综合实验实验目的及主要内容：（1）用自己粘贴的电阻应变片测量材料弹性模量E和泊松比μ。
材料力学实验讲义
通过软件或硬件的办法将系统的载荷、变形、位移及时间窗口调零。然后调整横梁将夹持注试样的下端部。
6．测试
通过软件控制横梁移动对试样进行加载，开始实验。试验过程中应注意曲线及数字显示窗口的变化，当出现异常情况时，需要及时中断试验。在试验结束后，应及时记录并保存试验数据求取下引伸计，以避免由于试样断裂引起的振动对引伸计产生损伤。
(C)
于是 （d）
式中： 是与材料有关的常数。
要使材料相同、尺寸不同的试样能测得相同的伸长率，必须使 是常数，为此国标选定 =5.56或11.3，对于圆柱试样，就相当于 （短试样）或 （长试样）。
用短试样测得的断后伸长率记为 ，用长试样侧得的断后伸长率记为 或 。显然， ，由试验知，同种金属材料 比 大1.2～1.5倍。
三、试样
为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。国标GB/T228－2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图1-1所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样破坏时断口在平行部分。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距，记作L0，通常在其两端划细线标志。
铸铁试样压缩图如图2-2a所示。载荷达最大值Fbc后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。
铸铁试样破裂后呈鼓形，并在与轴线大约成45°的面上破断，这主要是由切应力造成的。
四、试验结果处理
原始数据记录参考表2-1。
表2-1原始数据记录表
测量时，两段在断口处应紧密对接，尽量使两段轴线在一直线上。若断口处形成缝隙，此缝隙应计入L1内。
对于材料相同、尺寸不同的试样，测得之伸长率是不同的。据实验知，试样颈缩前的均匀塑性伸长变形 由试样的原始标距 决定
工程力学实验讲义
实验一材料力学性能比较一、低碳钢、铸铁的拉伸实验（一）实验目的1、测定低碳钢在拉伸时的屈服极限ζs、强度极限ζb、延伸率δ和截面收缩率ψ；2、测定铸铁的强度极限ζb；3、观察拉伸试验过程中的各种现象并绘制拉伸图（P—ΔL曲线）；4、比较低碳钢（塑材）与铸铁（脆材）机械性质的特点。
（二）实验设备1、微控万能材料试验机；2、游标卡尺；3、定位冲子。
（三）实验原理材料的力学性质ζs、ζb、δ、ψ是由拉伸破坏试验来测定的，这项试验在微控万能材料试验机上进行。
低碳钢的拉伸图如图1所示和铸铁的拉伸图如图2所示。
应指出，这里所绘出的拉伸变形是整个试件的伸长，不只是环距部分的伸长。
对于低碳钢材料，拉伸的初始阶段为弹性阶段，其中oa段为直线部分，ab 段为微弯曲线部分，在此阶段，解除拉力后变形将完全消失，屈服阶段呈图1 低碳钢的拉伸图锯齿形，C点对应的下屈服极限作为材料的屈服极限ζs，由屈服阶段终点至最大载荷P b部分为强化阶段，在此阶段内，标距范围的变形是均匀的。
强化阶段中的最高点d对应最大载荷P b，对应的应力称为材料的强度极限ζb。
过d点后，在试件的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧缩小，形成颈缩现象，此时，试件继续伸长所需要的拉力也相应减小。
这一阶段称为局部变形阶段，随后试件即被拉断。
屈服极限ζs和强度极限ζb是衡量材料强度的两个重要指标。
试件被拉断后，将两段对拼在一起，测出断裂后的标距和颈缩处的最小直径，求出延伸率δ和截面收缩率ψ。
材料的延伸率δ和截面收缩率ψ是衡量材料塑性的指标。
工程上通常按延伸率的大小把材料分成两大类，δ>5%的材料称为塑性材料，否则为脆性材料。
铸铁拉伸在没有明显变形时就发生断裂。
所以只能测出它的最大拉力P b相应的强度极限，拉伸图见图2。
图2 铸铁的拉伸图观察试件的断口，低碳钢试件断裂后，在两个断面上各呈凸凹状，称为“杯状断口”（见图3），断口的中间部分材料呈颗粒状，四周呈纤维状，这是低碳钢的典型断口。
材料力学-8组合变形
C2
C1
对于许用拉、压应力相等的材
C3
料，可取任意点C1 来研究。
C2
A截面
C3 C4
C1
T C4
C2
C1 点处于平面应力状态
26
三、强度分析
1、主应力计算
1 ( )2 2 1 2 4 2
3 2
2
22
2 0
2、相当应力计算
1 、拉伸正应力 ' FN
A
2、弯曲正应力 '' M y
Iz
' '' FN M y
A Iz
( z,y)
M
z
0
x
FN
y
z
z 单向应力状态
9
强度条件
由于危险点处的应力状态仍为单向应力状态， 故其强度条件为
max [ ] （拉压等强度材料）
当材料的许用拉应力和许用压应力不相等时， 应分别建立杆件的抗拉、 抗压强度条件。
一、受力特点 作用在杆件上的外力既有轴向拉( 压 )力，还有横向 力
二、变形特点 杆件将发生拉伸 (压缩 ) 与弯曲组合变形
7
内力分析
横截面上内力 1、拉(压) ：轴力 FN
弯矩 M
2、弯曲 剪力
M
z
0
x
FN
y
因为剪力引起的剪应力较小，故一般不考虑。
8
应力分析
横截面上任意一点 ( z, y) 处的 正应力计算公式为
t max [ t ]
cmax [ c ]
10
例1 桁架结构如图所示。横梁用20a工字钢制成。 其抗弯截面模量 Wz = 237cm3,横截面面积 A=35.5cm2，总荷载F= 34kN，横梁材料的许用应
材料力学实验指导书(正式)
材料力学实验教案湖南文理学院机械工程学院徐立2009年1月课程名称材料力学实验使用教材刘鸿文吕荣坤材料力学实验高等教育出版社2007专业班级机电07101-102 机自07101-104授课课时机电6学时机自8学时授课教师徐立授课时间2009年上学期主要参考文献[1]刘鸿文材料力学[M] 北京高等教育出版社2007[2]贾有权材料力学实验[M] 北京高等教育出版社2007学时分配（机电）第一讲低碳钢的拉伸实验 2学时第二讲铸铁的压缩实验 2学时第三讲扭转实验 2学时学时分配（机自）第一讲低碳钢、铸铁的拉伸实验 4学时第二讲铸铁的压缩实验 2学时第三讲扭转实验 2学时学生实验须知：1．实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。
2．按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。
3．进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。
4．保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。
5．实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。
实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。
6．实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。
7．实验过程中，同组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据；8．实验结束后，将仪器、工具清理摆正。
不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。
9．实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。
10．实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。
第一讲 低碳钢的拉伸实验教学目的 ：1. 测定低碳钢的弹性模量E 、屈服极限σs 、强度极限σb 、延伸率δ和 断面收缩率Ψ。
2. 观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。
3. 熟悉材料实验机和其它仪器的使用教学过程：1. 讲解实验原理、实验过程，2. 学生分组实验3. 试验机准备。
本科材料力学实验讲义
材料力学实验§1 拉伸实验一、实验目的1、 在比例极限内，验证虎克定律，并测定低碳钢的弹性模量E 。
2、 测定低碳钢的其他机械性质，如屈服极限强度极限延伸率面积收缩率等。
3、 测定铸铁的强度极限。
4、 比较塑性材料和脆性材料的机械性质的特点。
二、实验设备及试件 实验设备仪器 1．万能试验机 2．引伸仪 3．千分卡 4．游标卡尺 实验试件试件尺寸和开头对实验结果有所影响。
为使实验所得结果可以互相比较，要采用标准试件，按国家标准GB228—63规定加工。
本实验用园截面试件，形状如图1图1 标准试件三、实验原理1．已知虎克定律关系式为EAPL L =∆ 用引伸仪夹紧试件， 引伸仪标距尺寸为L ，可以连续测量标距尺寸伸△L ，及载荷P ，从拉伸曲线可以看出弹性阶段的应力应变线性关系。
由电脑可以算出弹性模量E 。
2．对低碳钢的其他机械性质的测定，如s σ、b σ、δ和ψ等，必须研究实验过程中载荷和变形的关系（拉伸图）及试件的最后破坏形式。
根据屈服载荷P s 和最大载荷P b 来计算屈服极限s σ和强度极限b σ。
计算公式如下：AP A P b b s s ==σσ, 根据试验后测出标距的长度L 1及断裂处截面的面积A 1，然后计算延伸率δ和面积收缩率ψ。
计算公式如下：%100%10011⨯-=⨯-=AA A ALL ψδ3．对铸铁强度极限b σ的测定，由于受力后变形很小，就突然断裂，所以只测定强度极限b σ。
即AP bb =σ。
四、试验步骤:（液压万能实验机） 1．测量试样有关数据。
2．顺序开机，主机电源→计算机→打印机。
运行软件进入联机状态。
3．进入试验窗口，选择设置试验方案，输入所需的用户参数。
4．在实验老师指导下安装试样，根据试样长度调整移动横梁位置。
启动油泵电机，将转换开关打到“夹头”档。
先夹紧试样的一端，然后升降下横梁到适当位置，力值清零（消除横梁和试样及其他附件自重），最后夹紧试样另一端，试样夹紧后把转换开关打到“油缸”档，位置或变形值清零。
参考1-材料力学教学内容与学时
材料力学（多学时类）教学内容与学时建议一、课程内容与讲授学时建议课程教学包括课堂讲授、习题讨论课与试验教学三大部分。
这里所列举的学时建议，只是针对课堂讲授而言。
而在课程内容方面，则涉及教学基本要求与某些进一步基本要求两部分内容。
以下关于课程内容（不涉及体系）与讲授学时分配，仅仅是一种建议。
（1）绪论（2学时）材料力学的任务、基本假设与研究对象。
截面法，内力、应力与应变概念，切应力互等定理，胡克定律与剪切虎克定律。
（2）轴向拉压应力与材料的力学性能（4学时）轴力与轴力图，拉压杆横截面与斜截面上的应力，圣维南原理，应力集中与疲劳概念。
材料在拉伸与压缩时的力学性能，安全因素与许用应力，拉压杆的强度条件，剪切与挤压的实用计算。
构件作加速度运动时的应力计算。
*结构可靠性设计概念简介。
（3）轴向拉压变形（4学时）拉压杆的变形，弹性模量与泊松比，叠加原理，桁架的节点位移，应变能概念，简单拉压静不定问题，装配应力与热应力。
拉压杆弹塑性分析简介，*结构优化设计概念简介。
（4）扭转（5学时）扭矩与扭矩图，轴的动力传递，圆轴扭转应力与变形，极惯性矩与抗扭截面模量，扭转强度与刚度条件，简单扭转静不定问题。
闭口薄壁杆扭转，矩形与开口薄壁截面杆扭转简介。
（5）弯曲内力（5学时）梁的计算简图，剪力与弯矩方程，剪力与弯矩图，剪力、弯矩与载荷集度间的微分关系，利用微分关系画剪力与弯矩图，刚架与曲杆的内力。
（6）弯曲应力（10学时）静矩、惯性矩与惯性积，平行轴定理与转轴公式，主形心轴和主形心惯性矩。
对称弯曲正应力，矩形与薄壁截面梁对称弯曲切应力，弯曲强度条件，梁的合理强度设计，弯拉组合，截面核心简介（土建类）。
非对称弯曲正应力，一般薄壁截面梁的弯曲切应力，剪心概念。
*复合梁与夹层梁的应力，*曲梁应力简介。
（7）弯曲变形（5学时）梁的挠度与转角，挠曲轴近似微分方程，计算梁位移的积分法与叠加法，*计算梁位移的奇异函数法，简单静不定梁，梁的刚度条件与合理刚度设计。
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材料力学实验讲义§1-1 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R eH，下屈服强度R eL和抗拉强度R m 。
2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。
3．测定铸铁的抗拉强度R m。
4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁的拉伸过程及破坏现象，并比较其机械性能。
5．学习试验机的使用方法。
二、设备和仪器1．试验机（见附录）。
2．电子引伸计。
3．游标卡尺。
三、试样(a)bhl0l(b)图1-1 试样拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。
为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。
我国国标GB/T228－2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图（1-1）所示。
它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。
夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。
过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样破坏时断口在平行部分。
平行部分中测量伸长用的长度称为标距。
受力前的标距称为原始标距，记作l 0，通常在其两端划细线标志。
国标GB/T228-2002中，对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。
四、实验原理低碳钢（Q235 钢）拉伸实验（图解方法）将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-ΔL 曲线），如图（1-2）。
观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。
屈服阶段反映在F-ΔL 曲线图上为一水平波动线。
上屈服力eH 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eL 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R m 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R eH ：0S F R eHeH =（1-1） 下屈服强度R eL ：0S F R eLeL =(1-2 ) 抗拉强度R m ： 0S F R mm =（1-3） 在强化阶段任一时刻卸载、再加载，可以观察加载、御载规律和冷作硬化现象。
在F m 以前，变形是均匀的。
从F m 开始，产生局部伸长和颈缩，由于颈缩，使颈缩处截面减小，致使载荷随之下降，最后断裂。
断口呈杯锥形。
测量断后的标距部分长度L u 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A ：%1000⨯-=L L L A u （1-4）式中L 0为试样原始标距长度（名义尺寸50mm ）。
由于试样的塑性变形集中在缩颈处并向两边逐渐减小，因此断口位置不同，标距部分的塑性伸长也不同。
若断口在试样中部，发生严重塑性变形的缩颈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缩颈段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，因此，标距长度的塑性伸长量就小。
这说明断口位置对测得的伸长率有影响，为此应用所谓移位法测定断后标距长度1l 。
试验前将试样标距分成十等分。
若断口到邻近标距端距离大于30l ，则可直接测量标距两端点间的距离。
若断口到邻近标距端距离小于或等于30l ，则应用所谓移位法（亦称为补偿法）测定：在长段上从断口O 点起取长度基本上等于短段格数的一段得B 点，再由B 点起取等于长段所余格数（偶数）之半得C 点（见图1-8（a ））；或取所余格数（奇数）减1与加1之半得C 与C 1点（见图1-8（b ））；移位后的L 1分别为：AO+OB+2BC 或者AO+OB+BC+BC 1 。
测量时，两段在断口处应紧密对接，尽量使两段轴线在一直线上。
若断口处形成缝隙，此缝隙应计入L 1内。
断面收缩率Z ：%10000⨯-=S S S Z u（1-5）式中0S 和u S 分别是原始横截面积和断后最小横截面积。
铸铁拉伸铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉伸曲线微微弯曲，在变形很小的情况下即断裂（见图1-3），断口为平端口。
因此对铸铁只能测得其抗拉强度R m ，即：0S F R mm =（1-6） 铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度。
五、实验结果处理1．原始记录参考表1-2和表1-3填写。
表1-2 原始尺寸表1-3 断后尺寸2．数据处理图1-3铸铁拉伸低碳钢据F m 值和F-△L 图计算力轴每毫米代表的力值m ，从F-△L 图上找出F eH 和F eL 点的位置，量出它们至△L 轴的垂直距离h eH 和h eL ，从而计算出F eH 和F eL 值（即mh eH 和mh eL ），然后按公式（1-1）~（1-3）计算上屈服强度R eH 、下屈服强度R eL 和抗拉强度R m ，按公式（1-4）和（1-5）计算断后伸长率A 和断面收缩率Z 。
铸铁据记录的最大拉力F m ，按公式（1-6）计算抗拉强度R m 。
六、思考题1．低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大力F m 小，如按公式0S FR计算断裂时的应力，则计算得到的应力会比抗拉强度R m 小。
为什么“应力减小后”试样反而断裂？4．铸铁试样拉伸，断口为何是平截面?为何断口位置大多在根部?5．做低碳钢拉伸实验时为什么要用引伸计，又为什么在试样拉断前要取下引伸计，为什么此时可以取下引伸计？七、实验报告要求包括实验目的，设备名称、型号，实验记录（列表表示）与实验数据处理，分析讨论。
画出试样断裂后形状示意图（可画在数据记录和处理栏内），试验机自动绘制的F-ΔL 图附于实验报告内。
附注：实验步骤试样材质辩识：铸铁试样颜色较深，表面可见凸起的小颗粒，竖直落地时声音沉闷；而低碳钢颜色较亮，表面可见刀纹，竖直落地时声音轻脆。
1．测量试样尺寸直径d 0 在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次，取其平均值。
用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。
标距长度L 0 量取计算长度L 0（取L 0=10 d 0，或L 0=5 d 0），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10等分（或5等分）。
2. 开机打开电源开关；启动计算机进入Windos 操作系统；点击试验机控制软件，进入试验机操 作界面；按复位按扭使控制系统上电。
3. 系统参数设置点击“模式设置”选项，选择试验模式--拉伸实验。
3. 试验基本参数设置点击“操作”按扭，进入“试验基本参数”界面，选择变形测量模式—引伸计。
4. 试验过程设置主要有：试样基本参数设定；试验力档位设定；变形调零；变形档位设定；曲线参数设定等。
5．装夹试样，安装引伸计上下夹头均为斜锲夹块，将试样的夹持部位放入V 型槽中央。
注意低碳钢拉伸实验须测定标距范围内的变形，因此试样上下夹持部位均须留出5-10mm ，以便安装引伸计。
铸铁拉伸实验则不用安装引伸计。
6．测试待一切准备工作完成后，点击“上行”按扭，开始拉伸实验。
测试完毕保存实验文件。
注意实验过程中观察图形和数据显示窗口以及试样破坏情况。
特别提请注意的是，当实验曲线出现水平线一定程度后，试样开始进入局部变形阶段时，点击“取引伸计”按扭，迅速取下引伸计，以免引伸计损伤。
7．打印点击“报告打印”，输出实验曲线。
8．卸载并取出试样卸载并取出试样，注意保护试样断口形貌。
9．测量断后标距L 1和断后颈缩处最小直径d 1（仅对低碳钢拉伸实验）测量时应注意将低碳钢试样两段的断口紧密对接，若断口到邻近标距端距离小于或等于03L 时，则应用所谓移位法（亦称为补偿法）测定断后标距长度1L 。
测量颈缩处最小直径d u 时，在最小处互相垂直的两个方向测量直径。
注意应用卡尺测量前端较窄的部位，以免由于弧线的影响而测量不到实际的最小值。
10．关机注意清理实验现场，将相关仪器还原。
§1-2 低碳钢和铸铁的压缩试验一、试验目的1．测定低碳钢的压缩屈服点SC σ和铸铁的抗压强度bc σ。
2．观察并分析两种材料在压缩过程中的各种现象。
二、设备和仪器1．电子万能试验机（a ） （b ）图1-2-1F F sc△L（a ） （b ）图1-2-2F F bc△L0 2．游标卡尺 三、试样低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，其公差、表面粗糙度、两端面的平行度和对试样轴线的垂直度在国标GB7314-87中有明确规定。
目前常用的压缩试验方法是两端平压法。
由于试样两端面不可能理想地平行，试验时必须使用球形承垫（见图1-2-1a ），试样应置于球形承垫中心，藉球形承垫自动调节实现轴向受载。
由于试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。
当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就会相应变小，因此抗压强度与比值h o ／d o 有关，同时考虑稳定性因素，为此国家标准对试样高度h o 与直径d o 之比规定在1～3的范围内。
本次实验采用 10×15的圆柱形试样。
四、试验原理试验时缓慢加载，试验机自动绘出压缩图（即F-Δl 曲线）。
低碳钢试样压缩图如图1-2-1b 所示。
试样开始变形时，服从虎克定律，呈直线上升，此后变形增长很快，材料屈服。
此时载荷暂时保持恒定或稍有减小，这暂时的恒定值或减小的最小值即为压缩屈服载荷F SC 。
有时屈服阶段出现多个波峰波谷，则取第一个波谷之后的最低载荷为压缩屈服载荷F SC 。
以后图形呈曲线上升，随着塑性变形的增长，试样横截面相应增大，增大了的截面又能承受更大的载荷。
试样愈压愈扁，甚至可以压成薄饼形状（如图1-2-1a 所示），而不破裂，所以测不出抗压强度。
铸铁试样压缩图如图1-2-2a 所示。
载荷达最大值F bc 后稍有下降，然后破裂，能听到沉闷的破裂声。
铸铁试样破裂后呈鼓形，并在与轴线大约成45°的面上破断，这主要是由切应力造成的。
四、试验结果处理原始数据记录参考表1-2-1。
表1-2-1 原始数据记录表据试验记录计算低碳钢的压缩屈服点sc σ和铸铁的抗压强度bc σ。
scsc F S σ=（1-2-1）bcbc F S σ=（1-2-2） 五、思考题1、低碳钢压缩后为什么成鼓形？铸铁压缩时如何破坏？为什么？2、低碳钢拉伸有F m , 压缩时测不出最大载荷，为什么说它是拉压等强度材料？为什么说铸铁是拉压不等强度材料？ 六、实验报告要求包括实验目的，设备名称、型号，实验记录（列表表示）与实验数据处理，实验后试样形状示意图，分析讨论。
附注：实验步骤1．开机打开电源及油泵电机，启动计算机及测试软件。
2．测量试样尺寸用游标卡尺在试样高度中点处两个相互垂直的方向上测量直径，取其平均值。