第一章 材料力学实验
材料力学实验资料1
实验一 拉伸实验拉伸试验、是研究材料力学性能的最基本试验，方法简单，数据可靠。
工矿企业，研究所一般都用此类方法对材料进行出厂检验或进厂复检，用测得的σs 、σb(σ0.2)、δ和Ψ等指标来评定材质和进行强度、刚度计算。
因此，对材料进行轴向拉伸试验和压缩试验具有工程实际意义。
不同材料在拉伸过程中表现出不同的力学性能和现象。
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，在拉伸试验中弹性、屈服、强化、和颈缩四个阶段尤为明显和清楚。
一、 实验目的1、观察分析低碳钢的拉伸过程和铸铁的拉伸、压缩过程，比较其力学性能。
2、测定低碳钢的σs 、σb 、δ、Ψ ；测定铸铁的拉伸强度极限σb 。
3、了解材料试验机的结构原理，掌握操作方法。
二、 实验设备1、电子万能试验机。
2、液压式万能试验机。
3、游标卡尺。
三、 拉伸试样试样的制备应按照相关的产品标准或GB/T 2975的要求切取样坯和制备试样。
试验表明，所用试样的形状和尺寸，对其性能测试结果有一定影响。
为了使金属材料拉伸试验的结果具有可比性与符合性，国家已制定统一标准。
依据此标准，拉伸试样为比例试样，试样的横截面形状为圆形。
这两种试样便于机加工，也便于尺寸的测量和夹具的设计。
本试验所用的拉伸试样是经机加工制成的圆形横截面的长比例试样,即L =10d 。
如图1所示。
图1 拉伸试件四、 实验原理1. 低碳钢拉伸实验（1）屈服极限σs 及强度极限σb 的测定试样加载到达屈服阶段时，低碳钢的P －Δl 曲线呈锯齿形（图2）。
与最高载荷对应的应力称为上屈服极限，它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。
同样，载荷首次下降的最低点（初始瞬时效应）也不作为强度指标。
一般把初始瞬时效应之后的最低载荷Ps 对应的应力作为屈服极限σs ，以试样的初始横截面面积A0除Ps ，即得屈服极限。
0A P s s =σ屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力（图2）。
材料力学实验
实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的（1）掌握测定低碳钢的弹性模量E、上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、抗拉强度Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z等力学性能指标的试验方法。
（2）掌握测定铸铁的抗拉强度Rm的试验方法。
（3）观察并比较塑性材料与脆性材料在拉伸过程中所表现出来的不同物理现象。
（4）熟悉材料试验机和其他有关仪器的使用。
二、实验设备（1）INSTRON电子拉伸机。
（2）游标卡尺。
三、试件介绍为便于比较不同材料的试验结果，对试样的形状、加工精度、加载速度、试验环境等，国家标准（GB228-2002）都有统一规定。
根据规定，拉伸试件可分为比例试件和非比例试件两种，它们的区别在于原始标距的选取。
在试件中部，用来测量试件断后延伸率的起始长度，称为原始标距（简称标距）。
对于非圆形横截面比例试件，标距L0与原始横截面面积S0的关系规定为（1.1）式中系数k的取值是：短试件时为5.65，长试件时为11.3。
对于直径为d0的圆形横截面试件，短试件和长试件的标距L0分别为5d0和10d0。
非比例试件的L0和S0不受上述关系限制。
本实验采用圆形横截面的短试件，即L0 =5d0。
四、实验原理及方法低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，这类钢材在工程中使用较广，在拉伸试验中表现出的力学性能也最为典型。
本次试验主要测定它的弹性模量、上屈服强度R eH、下屈服强度R eL、抗拉强度、伸长率A和断面收缩率Z等力学性能指标（1）弹性模量E的测定由材料力学知识可知，材料在屈服前力与变形是成线性关系的，其拉伸图基本为一条直线，如图1所示。
弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即：(1.2)因为，，所以弹性模量E又可表示为：(1.3)式中：E—材料的弹性模量，R—应力，—应变，F—载荷，S0—试样横截面面积（取三处中最小一处的平均直径计算），Le—引伸仪标距，ΔL—试件在载荷F作用下，标距L0段内试件的变形，ΔF—载荷的增量、—变形增量的平均值。
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。
材料力学实验(拉压试验)
雅思作文对待父母和祖父母的态度英文回答：When it comes to the attitudes towards parents and grandparents, I believe there are some cultural differences between the East and the West. In Western cultures, thereis often a more individualistic approach to family relationships, with a greater emphasis on independence and personal freedom. On the other hand, in Eastern cultures like China, there is a stronger sense of filial piety and respect for elders.In my case, I have always had a close relationship with my parents and grandparents. They have played a significant role in shaping my values and beliefs. I have always been taught to respect and appreciate their guidance and wisdom.I remember when I was a child, my grandparents used to tell me stories about their past experiences and give me valuable advice. Their stories not only entertained me but also taught me important life lessons.One of the things I admire most about my parents and grandparents is their unconditional love and support. They have always been there for me, no matter what. Whenever I faced challenges or difficulties, they were my biggest cheerleaders and provided me with the encouragement I needed to overcome them. For example, when I was preparing for my college entrance exams, my parents and grandparents would stay up late with me, helping me study and offering words of encouragement. Their support made me feel confident and motivated to do my best.Furthermore, my parents and grandparents have always been my role models. They have taught me the importance of hard work, perseverance, and integrity. They have shown me by example how to be responsible and caring individuals. For instance, my grandparents have always been actively involved in community service and have taught me the value of giving back to society. Their selflessness and generosity have inspired me to volunteer at local charities and contribute to the well-being of others.中文回答：谈到对待父母和祖父母的态度，我相信东西方文化之间存在一些差异。
材料力学实验
同时受到弯曲和扭转两种载荷作用下，用应变仪
测定已知点在不同方向上的应变值，并计算出实
验的正应力，从而验证理论计算值。
理论值计算主应力公式
1, 2
1 2
(
x
( x )2 4(t xy)2 )
tg 2 2t xy x
实验六 弯扭组合变形主应力测试 实验
利用已知参数的材料和专用设备，在标准试件
选择测力度盘。调整指针，对准零点，并调整自 动绘图器。
实验二 金属材料的压缩实验
四、实验步骤
3）安装试件 将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验
机球形承垫的中心处。 4）检查试件 5）进行试验
缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况 和绘图纸上的压缩图，以便及时而正确地测定屈服载 荷，并记录下来。
4、记下试验中试样屈服时的扭矩Ts和破坏时的最大扭矩Tb。
5、试样扭断后，立即关机，取下试样，试验结束。
实验三 金属材料的扭转实验
五、思考题
1.铸铁试件扭转实验，从加载到破坏你看到哪些现象。 2.为什么铸铁试件在扭转时沿着与轴线大致成45°的斜截 面上破坏？ 3.低碳钢试件扭转实验，从加载到破坏你看到哪些现象。 4.分析两种材料的断口形状及产生原理。 5.铸铁在压缩和扭转破坏时，其断口方位均与轴线大致 成45°角，其破坏原因是否相同？
实验五 测定材料的剪切弹性模量
四、实验步骤
1.卡取试件直径，为了避免试件加工的锥度和椭圆度 影响，在标距 内选取3个卡点，3个卡点的位置分别选 在标距中间和接近标距的两端。
2.将已卡取直径为 、长为260mm的试件安装在NY— 4型测G扭转试验机上，并固紧。
3.调整两悬臂杆的位置。 4.调整设备加码进行试验。
《材料力学实验》课件
确保学生了解实验的目标和预期结果。
设备检查
确保所有实验设备和工具都完好无损，并处于良 好工作状态。
安全注意事项
强调实验室安全规则，确保学生遵循安全操作规 程。
实验操作流程
实验步骤讲解
详细介绍实验步骤，确保学生清楚每一步的操 作。
演示操作
教师进行实验操作演示，帮助学生更好地理解 实验过程。
实验设备介绍
实验设备主要包括试验机、测 量仪器和辅助工具等。
试验机是进行材料力学实验的 主要设备，用于施加力和测量 变形。常见的试验机有万能材
料试验机和疲劳试验机等。
测量仪器用于测量材料的各种 力学性能参数，如应变片、压 力传感器等。
辅助工具包括支架、夹具等， 用于固定试样和连接试验机与 测量仪器。
应力是指单位面积上的内 力，是描述材料在受力时 所承受的力量的重要参数 。
弹性模量是指材料在弹性 范围内应力与应变之比， 是描述材料抵抗形变能力 的参数。
应变是指材料在受力时发 生的形变，是描述材料变 形程度的重要参数。
实验原理概述
材料力学实验的目的是通过实验 测量材料的力学性能参数，如弹 性模量、泊松比、屈服强度等。
《材料力学实验》PPT 课件
目 录
• 实验目的与要求 • 实验原理 • 实验步骤与操作 • 实验结果与分析 • 实验总结与展望
01
实验目的与要求
实验目的
掌握材料力学的基本原理 和实验方法。
培养实验操作技能和数据 处理能力。
了解材料的力学性能和测 试方法。
培养观察、分析和解决问 题的能力。
实验要求
实验操作问题
部分学生在实验操作过程中出现操作不规范或操作错误，导致实验结果 不准确。指导老师及时纠正学生的操作错误，并加强实验操作的规范性 培训。
材料力学实验
1. 低碳钢和铸铁拉伸试验实验目的：（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）测定铸铁的强度极限σb。
（3）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。
（4）熟悉材料实验机和其它仪器的使用。
基本原理：常温下的拉伸实验可以测定材料的屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。
屈服极限、强度极限的测定测定弹性模量后继续加载使材料达到屈服阶段，进入屈服阶段时，载荷常2有上下波动，其中较大的载荷称上屈服点，较小的称下屈服点。
一般用第一个波峰的下屈服点表示材料的屈服载荷,它所对应的应力即为屈服极限。
屈服阶段过后，材料进入强化阶段，试件又恢复了承载能力。
载荷达到最大值时,试件某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。
这时示力盘的从动针停留在位置，主动针迅速倒退，表明荷载迅速下降，试件即将被拉断。
这时从动针所示的载荷即为破坏载荷，所对应的应力叫强度极限。
（3）延伸率和断面收缩率的测定试件的原始标距为（本实验取50㎜），拉断后将两段试件紧密对接在一起，量出拉断后的标距长，延伸率应为式中—试件原始标距，为50㎜，—试件拉断后标距长度。
对于塑性材料，断裂前变形集中在紧缩处，该部分变形最大，距离断口位置越远，变形越小，即断裂位置对延伸率是有影响的。
为了便于比较，规定断口在标距中央三分之一范围内测出的延伸率为测量标准。
如断口不在此范围内，则需进行折算，也称断口移中。
具体方法如下：以断口O为起点，在长度上取基本等于短段格数得到B点，当长段所剩格数为偶数时，则由所剩格数的一半得到C点，取BC段长度将其移至短段边，则得断口移中得标距长，其计算式为如果长段取B点后所剩格数为奇数，则取所剩格数加一格之半得C1点和减一格之半得C点，移中后标距长为将计算所得的代入式中，可求得折算后的延伸率。
为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿互相垂直的方向各测一次直径，取平均值计算断口处横截面面积，再按下式计算面积收缩率式中A0—试件原始横截面面积A1—试件拉断后断口处最小面积仪器设备：（1）WE-30型万能材料试验机。
材料力学实验报告及答案
一、实验目的1. 了解材料力学实验的基本原理和方法；2. 掌握拉伸实验、压缩实验和扭转实验的基本操作；3. 通过实验，测定材料的力学性能指标，如强度、刚度、塑性等；4. 分析实验数据，比较不同材料的力学特性。
二、实验设备1. 拉伸实验：电子万能试验机、游标卡尺、标距尺、拉伸试样；2. 压缩实验：电子万能试验机、游标卡尺、压缩试样；3. 扭转实验：扭转试验机、游标卡尺、扭转试样。
三、实验内容及步骤1. 拉伸实验（1）选取低碳钢和铸铁两种材料，分别制备拉伸试样，试样规格为d10mm×l100mm；（2）将试样安装在电子万能试验机上，调整试验机夹具，使试样与试验机轴线平行；（3）开启试验机，以10mm/min的速度进行拉伸试验，记录最大载荷Fmax、屈服载荷Fs、断后伸长率δs和断面收缩率ψ；（4）绘制拉伸曲线，分析材料的力学特性。
2. 压缩实验（1）选取铸铁材料，制备压缩试样，试样规格为d20mm×l100mm；（2）将试样安装在电子万能试验机上，调整试验机夹具，使试样与试验机轴线平行；（3）开启试验机，以1mm/min的速度进行压缩试验，记录最大载荷Fmax、屈服载荷Fs和压缩变形量ΔL；（4）绘制压缩曲线，分析材料的力学特性。
3. 扭转实验（1）选取低碳钢材料，制备扭转试样，试样规格为d10mm×l100mm；（2）将试样安装在扭转试验机上，调整试验机夹具，使试样与试验机轴线平行；（3）开启试验机，以10r/min的速度进行扭转试验，记录最大载荷Fmax、屈服载荷Fs和扭转角θ；（4）绘制扭转曲线，分析材料的力学特性。
四、实验数据及处理1. 拉伸实验数据：材料：低碳钢Fmax (N)：3000Fs (N)：1000δs (%)：30ψ (%)：20材料：铸铁Fmax (N)：2000Fs (N)：800δs (%)：20ψ (%)：152. 压缩实验数据：材料：铸铁Fmax (N)：1500Fs (N)：600ΔL (mm)：23. 扭转实验数据：材料：低碳钢Fmax (N)：1000Fs (N)：400θ (°)：30五、实验结果分析1. 拉伸实验结果分析：低碳钢和铸铁的拉伸曲线如图1所示。
《材料力学实验》课件
实验中遇到的问题及解决方案
问题1
01 实验设备出现故障或误差。
解决方案1
02 及时联系实验技术人员进行维
修或校准，确保设备正常运行 。
问题2
03 实验数据处理出现错误或异常
。
解决方案2
04 重新进行实验或采用不同的数
据处理方法，确保数据的准确 性和可靠性。
问题3
05 学生对实验操作不熟悉或不规
范。
解决方案3
06 加强实验前的培训和指导，确
保学生掌握正确的操作方法和 注意事项。
实验的不足与展望
不足之处
本次实验仍存在一些不足之处， 例如实验设备精度不够高、数据 处理方法不够先进等。
改进方向
未来可以对实验设备进行升级改 造，提高测试精度和稳定性；同 时可以采用更先进的数据处理和 分析方法，提高实验结果的准确 性和可靠性。
03
实验中应注意观察实验 现象，如有异常应及时 处理或报告。
04
实验后应清洗实验器具 ，保持实验室整洁。
02
CATALOGUE
实验原理
材料力学基本概念
01
材料力学是研究材料在力作用下的变形、破坏和失效行为的科 学。
02
材料力学涉及到材料的应力、应变、强度、刚度等基本概念。
材料的力学性能包括弹性、塑性、脆性、韧性等，这些性能决
03
定了材料在不同受力条件下的行为。
实验原理概述
1
通过实验测量材料的力学性能，如弹性模量、泊 松比、屈服强度等。
2
实验中需要控制应力、应变等参数，以模拟实际 工程中的受力情况。
3
通过实验数据的分析，可以评估材料的性能和可 靠性，为工程设计和优化提供依据。
材料力学实验
材料⼒学实验实验⼀⾦属拉伸试验⼀、实验⽬的1、掌握⾦属拉伸各性能指标的测定⽅法。
2、学会正确使⽤⾦属拉伸试验设备和仪器。
⼆、实验材料及设备1、实验材料为20钢或45钢，正⽕处理。
2、实验设备为CMT5105、CMT5305型电⼦万能试验机。
三、实验内容1、测定单向拉伸时⾦属材料的强度及塑性指标。
R eL，R m，A，Z2、绘制拉伸真实应⼒应变曲线s-ψe及lgs—lge曲线，并测定S b、S K、n、D。
四、实验原理⾦属拉伸试验是⾦属材料⼒学性能测试中最重要的试验⽅法之⼀。
根据GB/T228-2002《⾦属材料室温拉伸试验⽅法》的规定，对⼀定形状的试样施加轴向试验⼒F拉⾄断裂，便可测出表征⾦属材料的物理屈服性能指标（上屈服强度R eH、下屈服强度R eL）、规定微量塑性伸长强度指标（规定⾮⽐例延伸强度R P、规定总延伸强度R t、规定残余延伸强度R r）、强度性能指标（抗拉强度R m）及塑性性能指标（断后伸长率A、屈服点伸长率A e、最⼤⼒下的总伸长率A gt、最⼤⼒下的⾮⽐例伸长率A g和断⾯收缩率Z）。
这些性能指标的⼯程定义及测试⽅法如下。
(⼀) 物理屈服性能指标具有物理屈服现象的⾦属材料、其拉伸曲线的类型如图1-1所⽰。
据此，可对各项物理屈服性能指标作如下定义。
(a) (b) (c) (d)图1-1 具有物理屈服现象⾦属材料的拉伸曲线(a)具有屈服平台的曲线(b)、(c)、(d)具有上、下屈服点的曲线屈服平台：试样在拉伸试验过程中试验⼒不增加（保持恒定）仍能继续伸长时的应⼒。
其拉伸曲线如图1-1a 所⽰。
若试样原始横截⾯积为S o ，则eLe LoFRS如果在屈服过程中试验⼒发⽣下降（图1-1b、c、d），则应区分上屈服强度(R eH)和下屈服强度(R eL)。
上屈服强度R eH：试样发⽣屈服⽽试验⼒⾸次下降前的最⾼应⼒。
e R eH H oF S =下屈服强度R eL ：当不计初始瞬时效应（指在屈服过程中试验⼒第⼀次发⽣下降）时屈服阶段中的最低应⼒。
材料力学基础实验
拉伸实验一、试验目的1.观察材料在拉伸过程中所表现的各种现象。
2.确定低碳钢的流动极限（屈服极限）、强度极限、延伸率和截面收缩率；确定铸铁的强度极限。
3.比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）机械性质的特点及破坏情况。
二、试验仪器电子式、液压式万能试验机，游标卡尺。
三、试验步骤铸铁试验1.用游标卡尺量取试件的直径。
2.按下油泵“开”，打开送油阀，使活动平台上升5—10mm后，按下油泵“停”，关闭送油阀。
3.安装试件。
在安装试件以前，先调整下夹头位置，当上、下夹头间距合适以后，再把试件放入、夹紧。
4.调整平衡砣，使示力盘的主指针对零，然后拨动副指针，使之与主指针对齐，并调整好自动绘图装置。
5.按下油泵“开”，打开送油阀，开始加载。
6.在试件断裂以后，记下试件的极限荷载。
7.试件断裂后，立即按下油泵“停”，关闭送油阀。
8.取下试件，打开回油阀，将活动平台降到零点以后，关上回油阀低碳钢试验1.用游标卡尺量取试件的直径。
在试件中部用红铅笔作一个10cm长的标距（两端画上圆圈标记）。
2.按下油泵“开”，打开送油阀，使活动平台上升5—10mm后，按下油泵“停”，关闭送油阀。
3.安装试件。
在安装试件以前，先调整下夹头位置，当上、下夹头间距合适以后，再把试件放入、夹紧。
4.调整平衡砣，使示力盘的主指针对零，然后拨动副指针，使之与主指针对齐，并调整好自动绘图装置。
5.按下油泵“开”，打开送油阀，开始加载。
6.在试件受拉的过程中，注意示力盘指针的移动和自动绘图纸上曲线的轨迹，观察流动现象（主指针来回摆动），记录材料在流动时的荷载（取流动时荷载的下限）。
7.在荷载超过流动极限以后，记下试件的极限荷载。
在试件断裂以前，注意观察颈缩现象。
8.试件断裂后，立即按下油泵“停”，关闭送油阀。
9.取下试件，将试件重新对好，量取试件断裂后的标距长度和断口处的最小直径。
10.打开回油阀，将活动平台降到零点以后，关上回油阀。
四、试验记录及数据整理1．试验记录2．试验结果整理1）确定以下强度指标、塑性指标低碳钢——流动极限、强度极限、延伸率、截面收缩率铸铁——强度极限2）绘拉伸曲线图（曲线）3）比较两种材料的机械性质和破坏特点。
材料力学性能综合实验-测试原理
实验一 材料力学性能综合实验第一部分 材料力学性能及测试原理材料的使用性能包括物理、化学、力学等性能。
对于用于工程中作为构件和零件的结构材料，人们最关心的是它的力学性能。
力学性能也称为机械性能。
任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。
这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。
同时, 环境如温度、介质和加载速率对于材料的力学行为有很大的影响。
因此材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。
材料力学性能是材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。
材料的力学性能通过材料的强度、刚度、硬度、塑性、韧性等方面来反映。
定量描述这些性能的是力学性能指标。
力学性能指标包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、截面收缩率、冲击韧性、疲劳极限、断裂韧性等。
这些力学性能指标是通过一系列试验测定的。
实验包括静载荷试验、循环载荷试验、冲击载荷试验以及裂纹扩展试验。
其中静载荷拉伸试验是测定大部分材料常用力学性能指标的通用办法。
力学指标的测定要依据统一的规定和方法进行，这就是国家标准。
比如国家标准GB228－87是金属材料拉伸试验标准。
依据这个标准，可以测定金属的屈服强度、抗拉强度、延伸率、截面收缩率等力学性能指标。
其它材料如高分子材料、陶瓷材料及复合材料力学性能也应采用各自的国家标准进行测定。
拉伸试验的条件是常温、静荷、轴向加载，即拉伸实验是在室温下以均匀缓慢的速度对被测试样施加轴向载荷的试验。
试验一般在材料试验机上进行。
拉伸试样应依据国家标准制作。
进行单拉试验时，外力必须通过试样轴线以确保材料处于单向拉应力状态。
试验机的夹具、万向联轴节和按标准加工的试样以及准确地对试样的夹持保证了试样测量部分各点受力相等且为单向受拉状态。
试样所受到的载荷通过载荷传感器检测出来，试样由于受外力作用产生的变形可以借助横梁位移反映出来，也可以通过在试样上安装引伸计准确的检测出来。
《材料力学》实验.ppt
二、试验仪器 1．扭转试验机； 2．扭角仪。
扭转试验
三、试样 1．测低碳钢G采用自制试样：
d l
2．测低碳钢ts、tb、灰铸铁tb采用标准试样：
d0
扭转试验
四、试验原理 1．低碳钢切变模量G
T
j
Dd
O
j
GTIlp
G
Tl
Ipj
Fal
Ipj
l d
a
b
F
2)矩形截面
t b
l0
l0 11.3 A0 或 l0 5.65 A0
l0=10d0 l0= 5d0
拉伸试验
四、试验原理
F
1．低碳钢拉伸弹性模量E
√√
F Dl
D
l
EFAl
E
√
F
A√
l D
l
l
等量逐级加载法：
DF DF d(Dl)2
EDF l A d(Dl)
d(Dl)1
Dl
O
拉伸试验
2．测定低碳钢拉伸机械性能(ss、 sb 、 d、 y )
F
Fb 颈缩阶段
Fe FpFs屈服阶强段化阶段
冷作硬化 线弹性阶段
Dl O
屈服点：
s
s
Fs A0
抗拉强度：
s
b
Fb A0
伸长率：d l1 l0 100%
l0
断收面缩率：y
A0 A1 A0
100%
拉伸试验
低碳钢拉伸试验现象： 屈服： 颈缩： 断裂：
低碳钢拉伸试验动画：
tmax引起
拉伸试验
3．测定灰铸铁抗拉强度 sb
0 0
材料力学(1)
1-1 工程实际中的轴向拉伸和 压缩问题
F F
工程实际中，有很多发生轴向 拉伸和压缩变形的构件。 如联接钢板的螺栓(图 a ）， 在钢板反力作用下，沿其轴 向发生伸长（图c），称为轴 向拉伸； 托架的撑杆CD（图a），在 外力的作用下，沿其轴向发 生缩短（图b），称为轴向压 缩。 产生轴向拉伸（或压缩）变 形的杆件， 简称为拉（压） 杆。
I
50kN 150kN
II
100kN
I 50kN I II FN2 100kN II FN2= −100kN FN1 FN1=50kN
I 50kN FN
II
+ −
100kN
| FN |max=100kN
1-3 轴向拉伸和压缩时的应力
应力的概念
确定了杆的内力后，还不能解决杆件的强度问题。 经验告诉我们，材料相同，直径不等的两根直杆， 在相 同的拉力F作用下， 内力相等。当力F增大时，直径小的杆 必先断，这是由于内力仅代表内力系的总和，而不能表明截 面上各点受力的强弱程度， 直径小的杆因截面积小，截面上 各点受力大，因此先断。 所以， 需引入表示截面上某点受力强弱程度的量——应 表示截面上某点受力强弱程度的量—— 表示截面上某点受力强弱程度的量——应 力，作为判断杆件强度是否足够的量。 (内力集度） 内力集度）
2 截面法
轴力
截面法： 用假想的截面将杆件截为两部分，任取杆 截面法 ：
件的一部分为研究对象，利用静力平衡方程求内力 的方法称为截面法。
m F1 F2 m (a) F1 F2
m m m
F3
FN
∑Fx=0 FN-F1+F2=0
F3
FN = F1 − F2
1材料力学实验指导书1
材料力学实验指导书（第一部分）材料的力学第一部分 材料的力学性能测试任何一种材料受力后都有变形产生，变形到一定程度材料就会降低或失去承载能力，即发生破坏，各种材料的受力——变形——破坏是有一定规律的。
材料的力学性能（也称机械性能），是指材料在外力作用下表现出的变形和破坏等方面的性能，如强度、塑性、弹性和韧性等。
为保证工程构件在各种负荷条件下正常工作，必须通过试验测定材料在不同负荷下的力学性能，并规定具体的力学性能指标，以便为构件的强度设计提供可靠的依据。
材料的主要力学性能指标有屈服强度、抗拉强度、材料刚度、延伸率、截面收缩率、冲击韧性、疲劳极限、断裂韧性和裂纹扩展特性等。
金属材料的力学性能取决于材料的化学成分、金相结构、表面和内部缺陷等，此外，测试的方法、环境温度、周围介质及试样形状、尺寸、加工精度等因素对测试结果也有一定的影响。
材料的力学性能测试必修实验为5学时，包括：轴向拉伸实验、轴向压缩实验、低碳钢拉伸弹性模量E 的测定、扭转实验、低碳钢剪切弹性模量G 的测定。
§1－1 轴向拉伸实验一、实验目的1、 测定低碳钢的屈服强度eL R （s σ）、抗拉强度m R （b σ）、断后伸长率A 11.3（δ10）和断面收缩率Z （ψ）。
2、 测定铸铁的抗拉强度m R （b σ）。
3、 比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。
注：括号内为GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。
二、设备及试样1、 电液伺服万能试验机（自行改造）。
2、 0.02mm 游标卡尺。
3、 低碳钢圆形横截面比例长试样一根。
把原始标距段L 0十等分，并刻画出圆周等分线。
4、 铸铁圆形横截面非比例试样一根。
注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。
比例试样的原始标距0L 与原始横截面积0S 的关系满足00S k L =。
比例系数k 取5.65时称为短比例试样，k 取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数k 取5.65。
材料力学实验
实验三剪切实验在工程实际中，经常遇到剪切问题，如常用的销钉、螺栓、平键等。
这些构件的受力和变形特点是：作用在构件两侧面上的横向外力的合力大小相等、方向相反，作用线相距很近。
在这样的外力作用下，其变形特点是两力间的横截面发生相对错动，这种变形形式称为剪切。
工程中设计此类连接件时，为保证强度安全，需考虑材料的抗剪强度τb。
剪切实验就是为了测定材料的τb而进行的一种实验。
一、实验目的测定低碳钢的抗剪强度τb，观察试样破坏情况，分析破坏原因。
二、实验设备电子万能试验机，剪切试验座及压头，游标卡尺三、试样本实验采用方形截面试样四、实验原理将试件放在剪切试验座中，用万能试验机对压头施加载荷，则试件上有两个横截面受剪。
如图1所示。
随着载荷F的增加，剪切面上的材料经过弹性、屈服等阶段，最后沿剪切面被剪断。
用万能试验机可以测得试件被剪断时的最大载荷F b，抗剪强度为τb=F b/2A0，A0为试件原始横截面面积。
F试件F/2F/2图1 剪切原理示意图五、实验步骤1.测量试件横截面尺寸，长和宽，分别在不同位置测两次，取平均值，计算A0.2.安装试件。
把试件放入剪切试验座中，调节左右对称。
3.加载实验。
记下剪断时的最大载荷F b。
六、数据处理1.试件尺寸横截面长（mm）横截面宽（mm）横截面面积A0（mm2）材料1 2 平均 1 2 平均低碳钢2.最大载荷F b和抗剪强度τb=F b/2A0材料横截面面积A0（mm2）最大载荷F b（KN）抗剪强度τb（MPa）低碳钢七、思考题观察低碳钢被剪断后的试件，试分析破坏原因。
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第一章材料力学实验基本要求：对一些材料的基本常用力学性能指标进行测定，对根据假设导出的理论公式加以验证。
实验应力的初步分析，掌握所用仪器设备的操作规程及熟练使用仪器设备，进行数据采集及分析，观察实验过程中各种物理现象。
重点与难点：实验方案的制定，惠斯顿电桥的理论知识与实验应用实验误差的分析，仪器设备的操作使用。
前言材料力学实验是材料力学课程的重要组成部分。
材料力学中的一些理论和公式是建立在实验、观察、推理、假设的基础上，它们的正确性还必须由实验来验证。
学生通过做实验，用理论来解释、分析实验结果，又以实验结果来证明理论，互相印证，以达到巩固理论知识和学会实验方法的双重目的。
本章是根据温州大学建筑与土木工程学院开设的材料力学实验内容和实验仪器设备情况而编写的，由材料的拉伸、压缩实验，弹性模量、泊松比和剪切模量的测定实验，弯曲正应力试验，以及相关仪器和设备的介绍组成。
编写时主要参考了刘鸿文、吕荣坤的《材料力学实验》、曹以柏、徐温玉的《材料力学测试原理及实验》，王绍铭等的《材料力学实验指导》，以及其他院校的有关实验教学资料。
由于水平和时间有限，本书难免有不足和错误，望广大读者给以批评指正。
主编：王军杨芳二00七年七月第一节实验简介§ 1－1－1 实验的意义和基本内容材料力学实验是教学中的一个重要的环节。
材料力学的结论及定律、材料的力学的性质（机械性质）都要通过实验来验证或测定；各种复杂构件的强度和刚度的研究，也需要通过实验才能解决。
故实验课能巩固、加强和应用基本理论知识，掌握测定材料机械性能及测定应力和变形的基本方法，学会使用有关的机器及仪表（如材料试验机、电阻应变仪等），初步培养独立确定实验方案、分析处理实验结果的能力。
通过实验还能培养严肃认真的工作态度，实事求是的科学作风和爱护财物的优良品质。
因此，实验是工程专业学生必须掌握的基本技能。
材料力学实验一般可以分为以下三类：一、测定材料的的力学性质构件设计时，需要了解所用材料的力学性质。
如经常用到的材料的屈服极限、强度极限和延伸率等。
这些力学性质数据，是通过拉伸、压缩、扭转和冲击等试验测定的。
学生通过这类试验的基本训练，可掌握材料的力学性质的基本测定方法，进一步巩固有关材料力学性质的知识。
二、验证材料力学理论把实际问题抽象为理想的计算模型，再根据科学的假设，推导出一般性公式，这是研究材料力学通常采用的方法。
然而，这些简化和假设是否正确，理论计算公式能否在设计中应用，必须通过实验来验证。
学生通过这类实验，可巩固和加深理解基本概念，学会验证理论的实验方法。
三、实验应力分析工程实际中，常常会遇到一些构件的形状和载荷十分复杂的情况（如高层建筑物、机车车辆结构等）。
关于它们的强度问题、单靠理论计算，不易得到满意的结果。
因此，近几十年来发展了实验应力分析的方法，即用实验方法解决应力分析的问题。
其内容主要包括电测法、光测法等，目前已成为解决工程实际问题的有力工具。
本书着重介绍目前应用较广的电测技术。
随着我国现代化建设事业的发展，新的材料不断涌现，新型结构层出不穷，给强度问题和实验应力分析提出了许多新课题。
因此，材料力学实验的内容，愈来愈丰富，实验技术也将变得更为多样并得以提高。
作为一名工程技术人员，只有扎实地掌握实验的基础知识和技能，才能较快地接受新的知识内容，赶上科技浪潮。
§1－1－2实验程序本章列入的实验，其实验条件以常温、载静为主。
主要测量作用在试件上的载荷和试件的变形。
载荷有的要求较大，由几千牛顿到几百千牛顿，故加力设备有的较大；而变形则很小，绝对变形可以小到千分之一毫米，相对变形（应变）可以小到10-5～10-6，因而变形测量设备必须精密。
进行试验，力与变形要同时测量，一般需数人共同完成。
这就要求严密地组织协作，形成有机的整体，以便有效地完成试验。
一、准备．．明确试验目的、原理和步骤，数据处理方法。
试验用的试件（或模型）是试验的对象，要了解它的原材料的质量，加工精度，并细心地测量试件的尺寸。
同时要对试件加载量值进行估算、并拟出加载方案。
此外，应备齐记录表格以供试验时记录数据。
实验小组成员，分工明确，操作互助协调，有统一指挥，不可各行其是。
试验时，要有默契或口令，以便互相对应动作。
对所使用的机器和仪器要进行适当的选择（在教学试验中，试验用的机仪器往往是指定的，但对选择一需用力的类型（如使试件拉伸、压缩、弯曲或扭工作怎样进行应当有所了解）。
选择试验机的根据是：○转的力）；○二需用力的量值。
前者由试验目的来决定，后者则主要依据试件（或模型）尺寸来决定。
变形仪和择选，应根据试验精度以及梯度等因素决定。
此外，使用是否方便、变形仪安装有无困难，也都是选用时应当考虑的问题。
若准备工作做得愈充分，则试验的进行便会愈顺利，实验工作质量也愈高。
二、试验．．开始试验前，要检查试验机测力度盘指针是否对准零点、试件安装是否正确、变形仪是否安装稳妥等。
最后请指导教师检查，确认无误后方可开动机器。
第一次加载可不作记录（不允许重复加载的试验除外），观察各部分变化是否正常。
如果正常、再正式加载并开始记录。
记录者及操作者均须严肃认真、一丝不苟地进行工作。
试验完毕，要检查数据是否齐全，并注意清理设备，把借用的仪器归还原处。
三、实验报告．．．．实验报告是实验者最后的成果，是实验资料的总结。
报告包括下列内容：1．实验名称，实验日期，实验人员姓名，同组成员名单。
2．实验目的及原理。
3．使用的机器、仪表应注明名称、型号、精度（或放大倍数）等。
其它用具也应写清，并绘出装置简图。
4．实验数据及处理数据要正确填入记录表格内，注明测量单位，如厘米或毫米，牛顿或千牛顿。
此外，还要注意仪器的精度。
在正常状况下，仪器所给出的最小读数，应当在允许误差范围之内。
换言之，仪器的最小刻度应当代表仪器的精度。
如：百分表的最小刻度是0.01mm，其精度即百分之一毫米。
应按误差分析理论对数据进行处理。
表格均应整洁，书写清晰，使人容易看出全部测量结果的变化情况和它们的单位及准确度。
实验中所用仪器的度盘若是用工程单位制标定的，数据整理时一律使用国际单位制。
5．计算在材料力学试验中，用计算器计算，精度足够。
但须注意有效数字的运算法则。
工程上一般取3～4位有效数字。
6．图线表示结果注意事项，除根据测得的数据整理并计算出试验结果外，一般还要采用图表或曲线来表达试验的结果。
先建立坐标系，并注明坐标轴所代表的物理量及比例尺。
将试验的坐标点用记号“。
”或“.”、“△”、7．试验的总结及体会，对试验的结果进行分析，说明其优缺点之所在、精度是否满足要求等。
对误差加以分析，并回答教师指定的思考题。
§1－1－3 误差分析及数据处理简介一、误差的概念及分类实验中，依靠各种仪表、量具测量某个物理量时，由于主客观原因，总不可能测得该物理量的真值，即在测量中存在着误差。
若对实验数据取舍和误差分析得当，则一方面可以避免不必要的误差，另一方面可以正确地处理测量数据，使其最大限度地接近真值。
测量误差根据其产生原因和性质可以分为系统误差、过失误差和随机误差。
实验时，必须明确自己所使用的仪器、量具本身的精度，创造好的环境条件，认真细致地工作，这样就可使误差控制在最小程度。
二、系统误差的消除与增量法分析实验中的具体情况，可以尽可能地减小甚至消除系统误差。
常用的方法有：1、对称法：材力实验中所采用的对称法包括两类：对称读数——例如拉伸试验中，试件两侧对称地装上引伸仪测量变形，取其平均值就可消去加载偏心造成的影响（球铰式引伸仪构造本身减弱了这种影响）；再如，为了达到同样目的，可在试件对称部位分别贴应变片。
加载对称——在加载和卸载时分别读数，这样可以发现可能出现的残余应力应变，并减小过失误差。
2、校正法：经常对实验仪表进行校正，以减小因仪表不准所造成的系统误差。
如根据计量部门规定，材料试验机的测力度盘（相对误差不能大于1%）必须每年用标准测力计（相对误差小于0.5%）校准；又如电阻变应仪的灵敏系数度盘，应定期用标准应变模拟仪进行校准。
3、增量法（逐级加载法）：当需测量某根杆件的变形或应变时，在比例极限内，载荷由P1牛顿增加到P2、P3…P i……。
在测量仪表上，便可以读出各级载荷所对应的读数A1、A2、A3…Ai……。
ΔA=A i—A i-1称为读数差。
各个读数的平均值就是当载荷增加ΔP（一般载荷都是等量增减）时的平均变形或应变。
增量法可以避免某些系统误差的影响。
如材料试验机如果有摩擦力f（常量）存在，则每次施加于试件上的真实力为P 1＋f ，P 2＋f …… 。
再取其增量ΔP ＝（P 2+f ）－（P 1+f ）＝P 2－P 1 ，摩擦力f 便消去了。
又如某试验者读引伸仪时，习惯于把数字读得偏高。
如果采用增量法，而试验过程中自始至终又都是同一个人读数，个人的偏向所带来的系统误差也可以消除掉。
试验过程中，记录人员如果能随时将读数差算出，还可以消去由于实验者粗心所致的过失误差。
材料力学实验中，一般采用增量法。
三、实验数据整理的几条规定1、读数规定1）、从仪表或量具上读出的标度值是试验的原始数据，一定要认真对待，如实地记录下来，不得进行任何加工整理。
2）、表盘读数一般读到最小分格的1/10，其中最后一位有效数字是可疑数字。
2、数据取舍的规定明显不合理的实验结果通常称为异常数据。
例如：外载增加了，变形反而减小；理论上应为拉应力的区域测出为压应力等。
这种异常数据往往由过失误差造成，发生这种情况时必须首先找出数据异常的原因，再重新进行测试。
对于明显不合理数据产生的原因也应在实验报告中进行分析讨论。
3、实验结果运算的规定1）、实验结果运算必须遵循有效数字的计算法则。
①加减法运算时，各位所保留的小数点后的位数应与各数中小数点后位数最少的相同。
例如：8.346+0.0072+13.49应写为8.44+0.01+13.49＝21.94而不应算成21.9332。
②乘除法时，各因子保留的位数以有效数字最少的为准，所得积或商的准确度不应高于准确度最低的因子。
③大于或等于四个数据计算平均值时，有效数增加一位。
2）、实验结果必须用国际单位制表示。
3）、对于理论值的验证实验，应计算实验值和理论值之间的相对误差。
相对误差= ×100% 对理论值为零的误差，计算时采用绝对误差。
理论值－实验值 理论值第二节主要仪器设备介绍§1－2－1 液压式万能试验机该机为WE系列试验机，能给试件（或模型）施加的最大载荷通常为50KN、100KN、300KN、600KN、1000KN 和2000KN等多种，能兼作拉伸、压缩、剪切和弯曲等多种试验并广泛应用于材料试验中。
其组成结构可分为四大部分。
主要由加载部分、测力部分、自动绘图器和操作面板共四部分组成。