试验一弹性模量和泊松比的测定实验

试验一 弹性模量和泊松比的测定实验

弹性模量和泊松比的测定实验大纲

1. 通过材料弹性模量和泊松比的测定实验，使学生掌握测定材料变形的基本方法，学会拟定实验加载方案，验证虎克定律。

2. 电测材料的弹性模量和泊松比，使学生学会用电阻应变计和电阻应变仪测量材料的变形。主要设备：材料试验机或多功能电测实验装置；主要耗材：低碳钢拉伸弹性模量试样，每次实验1根。 拉伸弹性模量（E ）及泊松比（μ）的测定指导书 一、实验目的

1、用电测法测量低碳钢的弹性模量E 和泊松比μ

2、在弹性范围内验证虎克定律 二、实验设备

1、电子式万能材料试验机

2、XL 2101C 程控静态电阻应变仪

3、游标卡尺 三、实验原理和方法

测定材料的弹性模量E ，通常采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限内服从虎克定律，其关系式为:

（1-1）

由此可得

（1-2）

式中：E ：弹性模量 P ：载荷

S 0：试样的截面积 ε：应变

ΔP 和Δε分别为载荷和应变的增量。 由公式（1-2）即可算出弹性模量E 。

实验方法如图1-1所示，采用矩形截面的拉伸试件，在试件上沿轴向和垂直于轴向的两面各贴两片电阻应变计，可以用半桥或全桥方式进行实验。

1、半桥接法：把试件两面各粘贴的沿轴向（或垂直于轴向）的两片电阻应变计（简称工作片）的两端分别接在应变仪的A 、B 接线端上，温度补偿片接到应变仪的B 、C 接线端上，然后给试件缓慢加载，通过电阻应变仪即可测出对应载荷下的轴向应变轴r ε值（或横向应变值横r ε）。再将实际测得的值代入（1-2）式中，即可求得弹性模量E 之值。

2、全桥接法：把两片轴向（或两片垂直于轴向）的工作片和两片温度补偿片按图1-1中（a)(或（b))的接法接入应变仪的A 、B 、C 、D 接线柱中，然后给试件缓慢加载，通过电阻应变仪即可测出对应载荷下的轴向应变值轴r ε（或垂直于轴向横r ε），将所测得的ε值代入（1-2）式中，即可求得弹性模量E 之值。 在实验中，为了尽可能减少测量误差，一般采用等增量加载法，逐级加载，分别测得各相同载荷增量△P 作用下产生的应变增量△r ε，并求出△r ε的平均值，这样由（1-2）式可以写成

（1-3）

式中，

为实验中轴向应变增量的平均值。这就是等量加载法测E 的计算公式。

图1-9测定

的贴片及接线方案

等量加载法可以验证力与变形间的线性关系。若各级载荷的增量△P 均相等，相应的由应变仪读出的应变增量△ε也应大致相等，这就验证了虎克定律。

测定泊松比μ值。受拉试件的轴向伸长，必然引起横向收缩。在弹性范围内，横向线应变ε横和轴向应变ε轴的比值为一常数，其比值的绝对值即为材料的泊松比，通常用μ表示。

（1-4）

四、实验步骤

1、测量试件的尺寸，将试件两面沿纵向和横向各贴一片电阻应变计的试件安装在电子拉伸试验机实验装置上。

2、根据采用半桥或全桥的测试方式，相应地把要测的电阻应变计和温度补偿片接在智能静态应变仪接线柱上。

3、打开静态应变仪电源，预热20分钟，设定好参数。

4、实验采用试验机自动加载，先对试件预加初载荷100N 左右，用以消除连接间隙等初始因素的影响，然后记下应变仪初始读数，当作相对零位，然后分级递增相等的载荷△P ＝20N ，分5级进行实验加载，从荷载开始，依次按120N 、140N 、160N 、180N 、200N 进行加载，记录下每级加载后应变仪上相应的读数。 实验至少进行两次，取线性较好的一组作为本次实验的数据。 五、实验结果处理

根据实验数据，分别算出算术平均值，再由式（1-5）和式（1-6）算出相应的弹性模量和泊松比值。

表格 轴向应变

载荷

120 N

140 N

160 N 180 N

200 N

100N

实验二圆柱状金属拉伸试样硬化现象

—、实验目的

通过对预变形的试件进行正向加载，使学生加深理解包申格效应。

二、实验原理

很多金属材料因为有高的强度和韧性而被大量应用于承载结构，例如输送石油或天然气的管道。结构的尺寸及使用效率跟其材料的强度直接相关，一般都按材料强度进行工程构件设计。在工程实际中，屈服强度是描述金属材料力学性能的重要参数。然而，屈服强度会随着加载历史的不同而有所变化。许多金属材料经过某一个方向加载变形后，卸载，再加载，变形与原方向相同，但其屈服强度有增加现象，这就是包申格效应。包申格效应是金属材料所具有的普遍现象，了解包申格效应对于产品的生产工艺和设计有重要指导意义。

三、实验仪器和材料

1、电子式万能材料试验机

2、圆柱状标准拉伸试样2根

3、游标卡尺

为了容易进行轴向拉伸及压缩实验，把试件加工成如图1 所示的形状。

图2-1

试件标距长度为100 mm的标准拉伸试样，直径大约为10mm ，图1.试件形状及尺寸(mm)

四、实验方法和步骤

将试样打标距，测量截面尺寸。

首先将一根试件在轴向拉伸作用下获得情况下的载荷—伸长曲线。获得相应的力学性能指标，屈服强度、抗拉强度。然后装上第二根试样，根据第一根试样加载情况选择在均匀塑性变形阶段（即强化阶段）的某一载荷（利用总预变形量预变形量分别为%，%两种情况计算，由第一根的载荷—伸长曲线获得），对第二根和第三根试样加载，然后卸载，再加载，观察其屈服现象并记录应力-应变曲线。

五、实验报告

1．试件的应力应变-曲线；

2．分析试件在没有预变形和有不同预变形后的屈服强度的变化；

六、问题讨论

讨论减小或消除包申格效应的方法。

实验表格2-1