工程力学实验指导书

工程力学实验指导书

(建环、给排水、包装工程)

2016年 9月

目 录

实验一 金属材料的拉伸实验 (2)

实验二 金属材料的压缩实验 (5)

实验三 弯曲正应力电测实验 (8)

实验一金属材料的拉伸实验

一、实验目的与要求

1、 观察低碳钢与铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。

2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ;强度极限b σ,伸长率δ与截面收缩率φ

3、测定铸铁的强度极限b σ。

4、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。

5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理与使用方法。

二、实验装置与原理

实验仪器设备:

CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。

试件制备:

实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成,如图1-1所示。这样

可以避免因试件尺寸与形状的影响而产生的差异,便于各种材料的力学性能相互比较。图

中:d 0为试件直径,L 0为试件的标距,并且短比例试件要求L 0=5d 0。

图1-1

实验原理:

试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试件轴线,

实现试件两端的轴向拉伸。

试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入POWERTEST3、0界面。

试件在拉伸过程中,POWERTEST3、0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2,低碳

钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被拉断。

低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。

铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有屈服阶段,变形

很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌粗糙。抗拉强度σb较低,无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs。、最大载荷Fb与铸铁试件的最大载荷Fb。

图1—2

三、实验步骤与数据处理

实验步骤:

1.测量试件的初始直径d0与初始标距长度l0:在试件标距段的两端与中间三处测量试件直径,每处直径取两个相互垂直方向的平均值,做好记录。三处直径的最小值取作试件的初始直径d0。测量低碳钢试件的初始标距长度l0。

2.依次打开实验机、计算机,按软件启动方式进入软件POWERTEST3、0界面。

4.在输入用户参数窗口选择实验方案。金属拉伸实验(引伸计)。并设置好用户参数、图形坐标、结果参数等。

5.输入试件尺寸、试件标距及相关实验参数,可以一次输入一根试件的尺寸,也可以一次输入所有试件尺寸。

6.在实验机上装夹低碳钢试件:先用上夹头卡紧试件一端,试件端头部分伸入V形夹具2/3的位置,然后提升实验机移动横梁,使试件下端缓慢插入下夹头的V形夹具中,锁紧下夹头。并设置好限位圈的位置。

7.点击主机小键盘上的试件保护键,消除夹持力。

8.在试件的实验段上安装引伸计,引伸计的接线端朝下。注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。

9.实验力清零、位移清零。

10.运行实验,软件自动切换到实验界面。

11.观察实验过程,当变形达到实验方案设置的引伸计切换点时,即低碳钢达到了屈服点,程序有提示窗口,实验进入力保持状态,取下引伸计,然后关掉提示窗口,实验继续运行,直到试件被拉断。由于实验力小于最小入口力实验机自动停机。

12.实验结束,在实验教师指导下,根据变形与力、位移与力的图形读取实验数据,并取下被拉断的试件,观察破坏断口,测量相关尺寸。

13.铸铁的拉伸实验不用使用引伸计,其她的实验步骤同低碳钢的拉伸实验相同。

14.经实验指导教师检查实验结果后,结束实验并整理实验现场。

数据处理:

取下拉断的试件测量试件断后最小直径d 1与断后标距 l 1,由下述公式

0A Fs s =σ , 0A F b b =σ , %100001⨯-=l l l δ ,%1000

10

⨯-=A A A ψ 可计算低碳钢的拉伸屈服点σs 。、抗拉强度σb 、伸长率δ,与断面收缩率ψ;铸铁的抗

拉强度σb 。

四、 实验注意事项

1.为避免损伤实验机的夹具,同时防止铸铁试件脆断飞出伤及操作者,应注意夹持试件时,

横梁移动速度要慢,使试件下端缓慢插入下端的V 形夹具中,试件下端不要夹持过长,进入夹

槽2/3即可,以免损坏移动横梁。

2.为保证实验顺利进行,实验时要读取正确的实验条件,严禁随意改动计算机的软件配

置。

3.装夹、拆卸引伸计时,要注意插好定位销钉,到了引伸计的切换点时要注意拔出定位销

钉,以免损坏引伸计。

实验二金属材料的压缩实验

一、 实验目的与要求

1、测定低碳钢的压缩屈服点σs 与铸铁的抗压强度σc 。

2、观察铸铁材料在压缩时的变形与试件断口情况,并分析其破坏原因。

二、实验装置与原理

实验仪器设备:

CMT 微机控制电子万能实验机、数显游标卡尺、压缩试件。

试件制备:

金属材料的压缩试件一般制成如图2—1所示的圆柱形。且试件不宜过长(过长容易被压

弯),也不宜过于粗短(过于粗短则试件两端面受摩擦力影响的范围过大)。所以,国家标准一般

规定:

h 0=(1～2) d 0

式中:

h 0——压缩试件的高度

d 0——压缩试件的原始横截面直径

实验原理:

,球面承垫可以转动而调节压力