《材料力学实验指导书》..

课程教案课程名称：任课教师：所属院部：建筑工程与艺术学院教学班级：教学时间：2015—2016 学年第 1 学期湖南工学院1 实验一 拉伸实验一、本实验主要内容低碳钢和铸铁的拉伸实验。

二、实验目的与要求1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。

2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F L -∆曲线）。

3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。

三、实验重点难点1、拉伸时难以建立均匀的应力状态。

2、采集数据时，对数据的读取。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、启发、演示、辩论等；实验前对学生进行实验的理论指导和提醒学生实验过程的注意事项。

五、作业与习题布置1、低碳钢拉伸图分为几阶段？每一阶段，力与变形有何关系？有什么现象？2、低碳钢和铸铁在拉伸时可测得哪些力学性能指标？用什么方法测得？2 实验一 拉伸实验拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。

由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。

一、实验目的要求1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。

2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F L -∆曲线）。

3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。

二、实验设备和仪器万能材料试验机、游标卡尺、分规等。

三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。

图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。

为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即5l d =或10l d =。

对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。

其截面面积和试件标距关系为l =l =A 为标距段内的截面积。

四、实验方法与步骤3 1、低碳钢的拉伸实验（1）试件的准备：在试件中段取标距10l d =或5l d =在标距两端用分规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d （在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。

（2）试验机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。

根据低碳钢的强度极限b σ及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。

（3）进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F 和变形L ∆的关系曲线（F L -∆曲线）如图所示。

从图中可以看出，当载荷增加到A 点时，拉伸图上B '段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定律的弹性变形范围。

当载荷增加到B '点时，测力计指针停留不动或突然下降到B 点，然后在很小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动（或者叫屈服）,与B '点相应的应力叫上流动极限，与B 相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。

以B 点相对应的载荷值S F 除以试件的原始截面积A 即得到低碳钢的流动极限S σ，S S F Aσ=流动阶段后，试件要承受更大的外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C 点至D 点这一段为强化阶段。

当载荷达到最大值b F （D 点）时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。

此时记下最大载荷值b F ，用b F 除以试件的原始截面积A ，就得到低碳钢的强度极限b σb b /F A σ=。

在试件发生“颈缩”后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，到E 点试件断裂。

关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度1l ，按下式可计算出低碳钢的延伸率δ %1001⨯-=ll l δ。

将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径1d ，计算出面积1A ；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率ψ，%1001⨯-=AA A ψ4图1-2 图1-3从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。

离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得1l 的数值与断口的部位有关。

为了统一δ值的计算，规定以断口在标距长度中央的31区段内为准，来测量l 的值，若断口不在31区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：设两标点C 到C '之间共刻有n 格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d 起，向右取2/n 格，标记为a ，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a 点至1C 点有多少格，就由a 点向左取相同的格数，标以记号b ，令L '表示C 到b 的长度，则L L ''+'2的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n ，故L L l ''+'=21。

当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验结果无效，需要重作实验。

2、铸铁的拉伸实验 （1）试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d 取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限b σ，估计拉伸试件的最大载荷。

（2）试验机的准备：与低碳钢拉伸实验相同。

进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。

记录最大载荷b F ，观察自动绘5 图装置上的曲线，如图1-3所示。

将最大载荷值b F 除以试件的原始截面积A ，就得到铸铁的强度极限b σ，A F /b b =σ。

因为铸铁为脆性材料，在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。

五、预习要求阅读教材中材料力学性能的有关部分，准备好测试记录表格。

六、思考题（1）低碳钢拉伸图可分为几个阶段？每一阶段，力与变形有何关系？出现什么现象？（2）低碳钢和铸铁在拉伸时可测得哪些力学性能指标？用什么方法测得？教学后记：6实验二纯弯梁试验一、本实验主要内容通过实验研究纯弯梁弯曲其正截面的应力分布规律，验证弯曲正应力公式。

二、实验目的与要求1. 测定梁在纯弯曲时某一截面上的应力及其分布情况。

2. 观察梁在纯弯曲情况下所表现的虎克定律，从而判断平面假设的正确性。

3. 进一步熟悉电测静应力实验的原理并掌握其操作方法。

三、实验重点难点1、如何保证实验过程中梁的弯曲为纯弯曲。

2、采集数据时，对数据的读取。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、启发、演示、辩论等；实验前对学生进行实验的理论指导和提醒学生实验过程的注意事项。

五、作业与习题布置1、影响实验结果的主要因素有哪一些？7实验二：纯弯梁实验一、实验目的：1、测定梁在纯弯曲时某一截面上的应力及其分布情况。

2、观察梁在纯弯曲情况下所表现的虎克定律，从而判断平面假设的正确性。

3、进一步熟悉电测静应力实验的原理并掌握其操作方法。

4、实验结果与理论值比较,验证弯曲正应力公式σ=My/Iz的正确性。

5、测定泊松比μ。

二、实验梁的安装示意图1.纯弯梁的正应力的分布规律实验装置其装置如图2-1所示。

2.纯弯梁的安装与调整：在如图2-1所示位置处，将9.拉压力传感器安装在8.蜗杆升降机构上,拧紧，将2.支座(两个)放于如图所示的位置,并对于加力中心成对称放置,图2-1 纯弯梁实验安装图将纯弯梁置于支座上,也称对称放置,将4.加力杆接头(两对)与6.加力杆(两个)连接,分别用3.销子悬挂在纯弯梁上,再用销子把11.加载下梁固定于图上所示位置,调整加力杆的位置两杆都成铅垂状态并关于加力中心对称。

摇动7.手轮使传感器升到适当位置，将10.压头放如8 图中所示位置,压头的尖端顶住加载下梁中部的凹槽,适当摇动手轮使传感器端部与压头稍稍接触。

检查加载机构是否关于加载中心对称,如不对称应反复调整。

注意：实验过程中应保证加载杆始终处于铅垂状态,并且整个加载机构关于中心对称,否则将导致实验结果有误差，甚至错误。

3.纯弯梁的贴片：5＃、4＃分别位于梁水平上、下平面的纵向轴对称中心线上，1＃片位于梁的中性层上,2＃、3＃片分别位于距中性层和梁的上下边缘相等的纵向轴线上,6＃片与5＃片垂直，如图2-3所示。

图2-3 纯弯梁贴片图三、实验原理图2-4为试样受力图为了测量应变随试样截面高度的分布规律，应变片的粘贴位置如图2-3所示。

这样可以测量试件上下边缘、中性层及其他中间点的应变，便于了解应变沿截面高度变化的规律。

表2-1原始参数表材料弹模(GPa)几何参数应变片参数应变仪灵敏系数K仪b（cm）h（cm） a（cm）灵敏系数K片电阻值(Ω)碳钢210 2.0 4.0 10.0 2.00 120 2.0图2-4 纯弯梁受力图9 由材料力学可知，矩形截面梁受纯弯时的正应力公式为式中：M 为弯矩； y 为中性轴至欲求应力点的距离；312z bh I =为横截面对z 轴的惯性矩。

本实验采用逐级等量加载的方法加载，每次增加等量的载荷⊿P ，测定各点相应的应变增量一次，即：初载荷为零，最大载荷为4kN ，等量增加的载荷⊿P 为500N 。

分别取应变增量的平均值(修正后的值) 实ε∆，求出各点应力增量的平均值实σ∆。

把测量得到的应力增量实σ∆与理论公式计算出的应力增量理σ∆加以比较，从而可验证公式的正确性，上述理论公式中的M ∆按下式求出：材料力学中还假设梁的纯弯曲段是单向应力状态，为此在梁上（或下）表面横向粘贴6＃应变片，可测出ε，式中μ：梁材料的泊松比可由（ε横 /ε纵）计算得到μ，从而验证梁弯曲时近似于单向应力状态。

材料的弹性模量E 值和泊松比μ值。

四、实验步骤1、确认纯弯梁截面宽度 b=20mm,高度 h=40mm ，载荷作用点到梁两侧支点距离a=100mm 。

2、将传感器连接到BZ 2208-A 测力部分的信号输入端，将梁上应变片的公共线接至应变仪任意通道的A 端子上，其它接至相应序号通道的B 端子上，公共补偿片纵横纵εεμε∆∆=∆∆=A P E zI y M ⋅=理σa P M ⋅=∆∆21z I y M ⋅=∆σ∆理实实ε∆σ∆⋅=E10接在公共补偿端子上。

检查并纪录各测点的顺序。

3、打开仪器设置仪器的参数，测力仪的量程和灵敏度设为传感器量程、灵敏度。

4、本实验取初始载荷P0=0.5KN （500N ），Pmax=2.5KN(2500N)，ΔP=0.5KN(500N)，以后每增加载荷500N ，记录应变读数εi ，共加载五级，然后卸载。