材料力学实验

• 3.观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象，绘制拉 伸曲线。
• 4.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和工具 1.WDW3200型微机控制电子 万能试验机 2.刻线机 3.游标卡尺
上 横梁 立柱 移动 横梁
万能试验机的工作原理:
滚 珠丝 杠杆
双 向推 力球 轴承 台面 深沟 球轴 承
五、实验结果处理
六、实验报告
实验与理论的应力分布曲线
七、思考题
1.若在梁的同一高度处沿轴线方向两面都贴有应变片， 请考虑是否有其他接线方法，并在实验时应用。 2.影响实验结果准确性的主要因素是什么？
3.弯曲正应力的大小是否受弹性模量E的影响？
4.梁弯曲的正应力公式并未涉及材料的弹性模量E， 而实测应力值的计算却用上了弹性模量E，为什么？
小和分布规律，验证纯弯曲梁的正应力计算公式。
• 2.测定泊松比 。
• 3.了解电测法的基本原理和力＆应变综合参数测试仪的
操作方法。
二、实验设备和工具 1.XL3416型纯弯曲梁实验装臵
2.XL2118C型力＆应变综合参
数测试仪 3.游标卡尺
纯弯曲梁实验装臵
XL2118C型力＆应变综合参数测试仪
5.进行实验：选定曲线显示类型为‚负荷－位移曲线‛ （不接引伸计）或‚负荷－变形曲线‛（接引伸计）， 单击主菜单上的〖试验开始〗，进行实验，实验过程中 注意观察曲线的变化情况与试件的各种物理现象。 6.实验结束：当试件被拉断或达到设定结束条件时，单 击主菜单上的〖试验结束〗，结束实验。 7.保存结果：单击主菜单上的〖数据管理〗，进入下一 级界面，单击〖输出〗，得到EXCEL形式的数据文件，输 入文件名，以‘另存’方式建立拉伸曲线数据文件。 8.实验完毕，取下试件，退出实验程序，仪器设备恢复 原状，关闭电源，清理现场。检查实验记录是否齐全， 并请指导教师签字。
标距与直径的比例为:
l 0 5d 0
l 0 10d 0
对于板的材料拉伸实验，按国家标准做成矩形截面试件。
截面面积和试件标距关系为:
l 0 5.65 A 0
l 0 11.3 A0
四、实验原理 1.夹头形式 圆形和矩形截面试件所用夹板分别如图1—3（a）（b） 夹板表面制成凸纹， 以夹牢试件。
实验采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载 采用增量法，即每增加等量的载荷△F，测出各点的应 变增量 实i ，分别取各点应变增量的平均值 实i ， 依次求出各点的应变增量 实i E 实i ，将实测应力
值与理论应力值
i
Myi
Iz
验证弯曲正应力公式。
1 / 2Fayi Iz
对低碳钢试件，用刻线机在标距长度内每隔10mm画一圆 周线，将标距10等分或5等分，为断口位臵的补偿作准 备。用游标卡尺在标距线附近及中间各取一截面，每个 截面沿互相垂直的两个方向各测一次直径取平均值，取 这三处截面直径的最小值d0作为计算试件横截面面积A0 的依据。
2.试验机的准备：首先了解电子万能试验机的基本 构造原理，学习试验机的操作规程。 (1)旋开钥匙开关，启动试验机。第一步：连接好试 验机电源线及各通讯线缆；第二步：打开空气开关； 第三步：打开钥匙开关。 (2)连接试验机与计算机。打开计算机显示器与主机， 运行实验程序，进入实验主界面，单击主菜单上‚联 机‛，连接试验机与计算机。 3.安装试件：根据试件形状和尺寸选择合适的夹头， 先将试件安装在下夹头上，移动横梁调整夹头间距，将 试件另一端装入上夹头夹紧。缓慢加载，观察微机实验 主界面上实验力的情况，以检查试件是否已夹牢，如有 打滑则需重新安装。
材料力学实验
指导教师：赵艳荣
主要内容
实验一
实验二 实验三
拉伸实验
压缩实验 纯弯曲梁的正应力实验
实验四
弯扭组合应力测定实验
实验一
一、目பைடு நூலகம்与要求
拉伸实验
• 1.了解电子万能试验机的工作原理，熟悉其操作规程和 正确的使用方法。 • 2.测定低碳钢的屈服极限 s、强度极限 b 、延伸 率 、截面收缩率 和铸铁的强度极限 b 。
5.实验时没有考虑梁的自重，会引起误差吗？为什么？
电测法的基本原理
一、电测法的基本原理概述
XL 2118C型力&应变综合参数测试仪系统原理示意图
电测法的优点 （1）灵敏度高，测量范围广。例如应变测量范围为 ±1-104μ应变，力或重力的测量范围为10-2-105N等。 （2）能进行静、动态测量，频响范围为0—±50KHZ。 （３）轻便灵活，适用于现场及野外等恶劣环境下进 行测试。电阻应变片最小标距仅0.２mm。 （4）能在高、低温及高压液下等特殊条件下进行测量。 （5）便于与微机联结进行数据采集与处理，可广泛应 用于生产管理的自动化及控制。
圆 弧同 步带
张 紧轮
电机
减速 器
丝杠下端上装有圆弧 同步带轮，经减速器、 电机传动而带动移动 横梁移动。主机左侧 设有移动横梁保护机 构，可防止移动横梁 移动超过上下极限位 臵造成机械事故，也 可以使移动横梁停止 在预定位臵。
l 0 5d 0
三、拉伸试件 为比较不同材料的试验结果，对试样形状、加工精度、 加载速度、试验环境，国家标准《金属拉伸试验方法》 （GB228-87）有统一规定，按照国标，做成标准试件。 圆截面试件
实验二
一、目的与要求
压缩实验
• 1.测定压缩时低碳钢的屈服极限 s 和铸铁的强度极 限 b 。
• 2.观察两种材料压缩时的变形和破坏现象，比较和分 析原因。
二、实验设备和工具 1.WDW3200型微机控制电子万能试验机
2.游标卡尺
三、压缩试件 试件受压时，两端面与试验机垫板间 的摩擦力约束试件的横向变形，影响试 件的强度,随着比值h0/d0的增加，上述 摩擦力对试件中部的影响减弱。但比值 h0/d0也不能过大，否则将引起失稳。一 般要求 1 h0 / d 0 3 。
4.清零及实验条件设定： (1)录入试样：单击主菜单上〖试样〗，选择试验 材料、试验方法、试样形状，输入试验编号、试件 原始尺寸。 (2)实验参数设定：单击主菜单上〖参数设臵〗， 设定初始试验力值、横梁移动速度（1～3mm/min） 与移动方向（向下）、试验结束条件等参数。 (3)清零：单击主菜单上的〖位移清零〗、〖变形 清零〗、〖试验力清零〗，进行清零。
实验现场
三、实验原理 1. 验证纯弯曲梁的正应力计算公式 由梁的内力分析知，BC段 的剪力为零，弯矩为一常 量，因此梁的BC段为纯弯 曲段。 在纯弯曲条件下，根据平 面假设和纵向纤维间无正 应力的假设，可得梁横截 面上任一点的正应力计算 My 公式为

IZ
为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律， 在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有 应变片，如图所示。
5.进行实验：选定曲线显示类型为‚负荷－位移曲线‛ （不接引伸计）或‚负荷－变形曲线‛（接引伸计）， 单击主菜单上的〖试验开始〗，进行实验，实验过程中 注意观察曲线的变化情况与试件的物理现象。 6.实验结束：当试件被压裂或达到设定结束条件时， 单击主菜单上的〖试验结束〗，结束实验。 7.保存结果：单击主菜单上的〖数据管理〗，进入下 一级界面，单击〖输出〗，得到EXCEL形式的数据文件， 输入文件名，以‘另存’方式建立压缩曲线数据文件。 8. 实验完毕，取出试件，退出实验程序，仪器设备恢 复原状，关闭电源，清理现场。检查实验记录是否齐全， 并请指导教师签字。
B
F
L
2.铸铁的压缩曲线 铸铁试件受压时在很小的变 形下即发生破坏，只能测 出 Fb ,由 b Fb / A0 , 得出材料的强度极限
F F
Fb
F
b
。
O
L
铸铁破坏时的裂缝约与轴线成450角左右。
五、实验步骤 1.试件的准备： 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，取其平均值。 2.试验机的准备： 试验机的启动与计算机的联机与拉伸实验相同。 3.放臵试件： 将试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，使试 件承受轴向压力。然后移动横梁向下运动，在试件与上 压头将要接触时要特别注意减慢横梁移动速度，使之慢 慢接触，以免发生撞击，损坏机器。
四、实验原理 F 1.低碳钢的压缩曲线 压缩过程中产生屈服以前的 基本情况与拉伸时相同，载 荷到达B点时，实验力值不变 FS 或下降，材料产生屈服，当 载荷超过B点后，塑性变形逐 渐增加，试件横截面积逐渐 O 增大，试件最后被压成鼓形 而不断裂，只能测出产生屈 服时的载荷 FS，由 S FS / A0 得出材料受压时的屈服极限。
进行比较，以
2.测定泊松比 在梁的上边缘纵向应变片1附近，沿着梁的宽度粘贴一横 向电阻应变片6，测出沿宽度方向的应变 ' ，利用公式 ' ，确定泊松比的数值。
四、实验步骤 1.设计好本实验所需的各类数据表格。 2.测量矩形截面梁的宽度b和高度h、载荷作用点到梁 支点距离a及各应变片到中性层的距离 yi 。 3.将实验装臵上传感器的五芯航空插头连接到力＆应 变综合参数测试仪背面的五芯航空插座上，插上电源， 将开关臵开，预热20分钟，并检查该装臵是否处于正常 实验状态。 4.输入传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般 首次使用时已调好，如实验项目及传感器没有改变，可 不必重新设臵）。
计算公式：
FS S A0
Fb b A0
八、思考题 1.低碳钢压缩图与拉伸图有何区别？说明什么问题？ 2.为什么铸铁压缩时沿轴线大致成45°方向的斜截 面破坏？
3.低碳钢压缩后为什么成鼓形？
实验三 纯弯曲梁的正应力实验
一、目的与要求 • 1.用电测法测定纯弯曲梁弯曲时横截面各点的正应力大
2.拉伸曲线 屈服极限
F
D
s Fs / A
强度极限
B C A B
E
FS
Fb
b Fb / A
O
L 低碳钢试件的拉伸曲线
F
强度极限
Fb
b Fb / A
O
L
铸铁试件的拉伸曲线
五、实验步骤 1.试件的准备： 在试件中段取标距 l0 10d 0 或 l 5d ,在标距两端做好标 0 0 记。
六、实验结果处理 1.根据测得的屈服载荷 FS 和最大载荷 Fb ,计算屈 服极限 S 和强度极限 b ,铸铁不存在屈服阶段只计 算强度极限 b 。 2.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 和截面收缩率 。
3.画出试件的破坏形状图，并分析其破坏原因。 4.按规定格式写出实验报告。报告中各类表格、曲线、 简图和原始数据应齐全。
六、实验结果处理
1.根据测得的屈服载荷 FS 和最大载荷 Fb ,分别计算 低碳钢试件的屈服极限 S 和铸铁试件的强度极限 b 。
2.画出试件的破坏形状图，并分析其破坏原因。 3.按规定格式写出实验报告。报告中各类表格、 曲线、简图和原始数据应齐全。
七、实验报告
试件形状和尺寸
实验数据及计算结果
4.清零及实验条件设定： (1)录入试样：单击主菜单上〖试样〗，选择试 验材料、试验方法、试样形状，输入试验编号、 试件原始尺寸。 (2)实验参数设定：单击主菜单上〖参数设臵〗， 设定初始试验力值、横梁移动速度（1～3mm/min） 与移动方向（向下）、试验结束条件等参数。 (3)清零：单击主菜单上的〖位移清零〗、〖变 形清零〗、〖试验力清零〗，进行清零。
七、实验报告
试件形状和尺寸
实验数据及计算结果
计算公式：
FS S A0
Fb b A0
A1 A0 100% A0
L1 L0 100% L0
八、思考题 1.参考低碳钢拉伸图，分段回答力与变形的关系以及 在实验中反映出的现象。 2.由低碳钢、铸铁的拉伸图和试件断口形状及其测试 结果，回答二者机械性能有什么不同。 3.回忆本次实验过程，你从中学到了哪些知识？
5.拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10％Pmax左右），估算Pmax，分4～6级加载。 6.分清各测点应变片引线，按实验要求接好线，调整 好仪器和实验加载装臵，检查整个测试系统是否处于正 常工作状态。 7.根据加载方案加载。首先在不加载的情况下将测力 量和应变量调至零；然后均匀缓慢加载至初载荷P0，记 下各点应变的初始读数；再分级等增量加载，每增加一 级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值，直到最终 载荷。实验至少重复两次。 8.做完实验后，卸掉载荷，拆除接线，关闭电源，整 理好所用仪器设备，清理实验现场，实验资料交指导教 师检查签字。