材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)

C 61`材料的拉伸压缩实验

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（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）；测定压缩时铸铁的

强度极限σb。

4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1.微机控制电子万能试验机；

2.游标卡尺。

三、实验材料

拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示：

图1 拉伸试件图2 压缩试件

四、实验原理

1、拉伸实验

低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-∆l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。

对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于∆l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B'点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；

B 点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs 时，必须缓慢而均匀地加载，并应用σs =F s / A 0（A 0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。

图3 低碳钢拉伸曲线

屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式σb =F b /A 0计算强度极限（A 0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率δ和端面收缩率ψ，即

%100001⨯-=

l l l δ，%1000

1

0⨯-=A A A ψ 式中，l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度，A 1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验

铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换和处理，

并输入计算机，得到F-∆l 曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。

图4 铸铁压缩曲线

对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷F b时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45︒～55︒的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。

材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。

铸铁压缩实验的强度极限：σb=F b/A0（A0为试件变形前的横截面积）。

五、实验步骤及注意事项

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。

（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l1及断口处的最小直径d1（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d0，取其算术平均值，并测量试件高度h0。

（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的中心，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F b。

六、实验报告内容及要求

1、绘制拉伸曲线（F- l曲线）。

低碳钢拉伸曲线

铸铁拉伸曲线

压缩曲线1

压缩曲线2

2、拉伸实验数据及计算结果处理。

3、计算铸铁压缩实验的强度极限σb。

材料冲击实验

一、实验目的

1、观察分析低碳钢材料在常温冲击下的破坏情况和断口形貌。

2、测定低碳钢材料的冲击韧度αk 值。

3、了解冲击试验方法。

二、实验设备

1、液晶全自动金属摆锤冲击试验机。

2、游标卡尺。

三、实验材料

本实验采用GB/T 229−1994标准规定的10mm ⨯10mm ⨯55mm U 形缺口或V 形缺口试件。

四、实验步骤及注意事项

1、测量试件缺口处尺寸，测三次，取平均值，计算出横截面面积。

2、检查回零误差和能量损失：正式试验开始前在支座上不放试件的情况下“空打”一次：

（1）取摆：按“取摆”键，摆锤逆时针转动； （2）退销：按“退销”键，保险销退销；

（3）冲击：按“冲击”键，挂/脱摆机构动作，摆锤靠自重绕轴开始进行冲击； （4）放摆：按“放摆”键，保险销自动退销，当摆锤转至接近垂直位置时便自动停摆；

（5）清零：按“清零”键，使摆锤角度值复位为零。注意：必须在摆锤处于垂直

静止状态时方可执行此动作。 第一次“空打”后显示屏上显示的空打冲击吸收功N 1即为回零误差，此值经校正后应不大于此摆锤标称能量值的0.1%。

继续“空打”五次，记下第六次空打冲击吸收功N 6，则摆锤在摆动中由于空气和摩擦阻力造成的能量损失为：

()1610

1

N N e -=