材料力学实验报告标准答案

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
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。
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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。
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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。
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。
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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)
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°
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
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
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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。
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
2、梁布片图: ×
a
1
a
h
b
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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
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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
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)
190mm
3
150mm
4 5
150mm
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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%
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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。
5、作出截面应力分布图:（理论分布）
1： 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。
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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
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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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（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