工程力学实验指导书孙凯_副本
10工程力学实验指导书初稿
《理论力学》实验部分实验一：单自由度系统自由振动（无阻尼）一、实验目的1. 记录小阻尼情况下衰减振动的时间――位移曲线，了解阻尼对自由振动的影响。
2. 测量并计算单自由度系统的对数减缩率δ、阻尼系数n 和阻尼比ζ测量系统的固有频率。
3．了解振动实验仪器。
二、实验装置框图和实验原理1.实验框图图1 单自由度自由衰减振动实验框图2.实验原理把质量与钢尺组成的系统视为单自由度系统，在给予一定的初始扰动以后使之产生衰减振动，衰减振动信号经加速度传感器拾振，再经过电荷放大器和信号采集硬件采集后，送入计算机进行显示、记录，并由打印机打印波形和结果。
(1) 单自由度系统在小阻尼下的振动是衰减振动，位移随时间的变化规律为sin()Nt d X Ae t ωθ-=+，时间――位移曲线如后图所示。
利用该曲线可以求出对数减缩率 δ、阻尼系数n 和阻尼比 ζ 对数减缩率为1ln i i A A δ+=，或1ln i i mA m A δ+=（m 为间隔 m 周期）。
(2) 阻尼系数d dn f T δδ==。
(3) 阻尼比2(2)2d nT δζδπζπ===≈。
图2自由衰减振动的加速度波形(4) 加速度随时间的变化规律sin()nt d X A e t αωβ-=+ ，除初相位、幅值不同外，衰减规律与时间――位移曲线相同。
由时间――加速度曲线按相同的方法，也可测量系统的固有频率和阻尼比。
三、实验仪器实验模型；加速度传感器；电荷放大器；信号采集箱和振动信号处理软件；计算机和打印机。
四、实验步骤1. 打开电源总开关；2. 依次打开电荷放大器、信号采集箱、计算机和打印机电源开关；3. 启动振动信号采集系统，设置采集硬件参数，并设采集方式为触发采集；4. 给实验模型一个初始的位移干扰，使其作自由衰减振动；5. 由采集硬件和软件记录自由衰减振动的加速度波形，参看图2。
五、实验数据及结果1.自由衰减振动曲线 (附测试图) 。
工程力学实验指导书
材料力学实验指导书工程训练中心工程力学实验室2005年10月目录第一部分材料的力学性能实验 (3)实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验 (3)实验二低碳钢和铸铁的压缩实验 (10)实验三金属材料的扭转实验 (12)第二部分应力分析实验电测法基础 (14)实验四弯曲正应力测定 (21)实验五薄壁圆管弯扭组合变形应变测定实验 (24)实验六材料弹性模量E和泊松比μ测定实验 (28)材料的力学性能试验材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验，它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数，便于合理地使用材料，保证机器（结构）及其零件（构件）的安全工作。
材料的力学性能试验必须按照国家标准进行。
实验一 低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的1.验证胡克定律，测定低碳钢的弹性常数：弹性模量E 。
2.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力s σ和抗拉强度b σ。
3.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。
4.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度b σ。
5.打印低碳钢和灰铸铁的拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。
二、实验设备和仪器1.CMT5305微机控制万能材料实验机2.CMT5205微机控制万能材料试验机3.游标卡尺等三、实验试样按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。
其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。
如图1-1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。
平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。
圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。
非常经典的工程力学实验指导书+题.
《工程力学》实验指导书主编：2011年11月目录实验一拉伸和压缩实验 (3)实验二梁弯曲正应力实验 (8)实验三金属材料扭转实验 (12)实验一 拉伸和压缩实验 拉伸实验一、实验目的1．观察与分析低碳钢、灰铸铁在拉伸过程中的力学现象并绘制拉伸图。
2．测定低碳钢的σs 、σb 、δ、ψ 和灰铸铁的σb 。
3．比较低碳钢与灰铸铁的机械性能。
二、实验内容 1．低碳钢拉伸实验材料的机械性能指标σs 、σb 、δ 和ψ 由常温、静载下的轴向拉伸破坏试验测定。
整个试验过程中，力与变形的关系可由拉伸图表示，被测材料试件的拉伸图由试验机自动记录显示。
低碳钢的拉伸图比较典型，可分为四个阶段 ：直线阶段OA ——此阶段拉力与变形成正比，所以也称为线弹性变形阶段，A 点对应的载荷为比例极限载荷Fp ；屈服阶段BC ——曲线常呈锯齿形，此阶段拉力的变化不大，但变形迅速增加，此段内曲线上的最高点称为上屈服点B ，，最低点称为下屈服点B ，因下屈服点B 比较稳定，工程上一般以B 点对应的力值作为屈服载荷Fs ；强化阶段CD ——此阶段拉力增加变形也继续增加，但它们不再是线性关系，其最高点D 对应的力值为最大载荷Fb ；颈缩阶段DE ——过了D 点，试件开始出现局部收缩（颈缩），直至试件被拉断。
图1-1为低碳钢拉伸图。
图1-1 图1-2F2．灰铸铁拉伸实验对于灰铸铁，由于拉伸时的塑性变形极小，在变形很小时就达到最大载荷而突然断裂，没有明显的屈服和颈缩现象，其强度极限即为试件断裂时的名义应力。
图1-2为铸铁拉伸图。
三、实验仪器、设备1．600KN 微机屏显式液压万能试验机； 2．游标卡尺。
四、实验原理1．根据低碳钢拉伸载荷F s 、F b 计算屈服极限σs 和强度极限σb 。
2．根据测得的灰铸铁拉伸最大载荷F b 计算强度极限σb 。
3．根据拉断前后的试件标距长度和横截面面积，计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。
%100001⨯-=L L L δ %100010⨯-=A A A ψ五、实验步骤（一）实验准备1．打开计算机，双击计算机桌面上的TestExpert 图标，试验软件启动。
10工程力学实验指导书封面
工程力学实验指导书皖西学院建筑与土木工程学院土木工程教研室杨富莲编二Ｏ一Ｏ年十月前言《理论力学》实验部分本实验在传统振动实验的基础上，利用计算机技术辅助振动实验。
将振动物体的振动信号，通过传感器拾取，经放大器放大，然后送入计算机，在动态分析软件的帮助下，显示振动波形，进行振动数据处理，再通过打印机打印、记录波形。
可在时间过程中观察分析振动信号（即时域分析），又可观察分析振动信号随频率变化的情况（即频域分析）。
为了提高实验设备的使用效率，我们采用组合式的实验装置。
通过试件的简单换装，可以在一个振动台上进行转换，实现多个振动实验。
通过实验了解工程上进行振动实验和测试的仪器设备、测试方法和传感器的使用。
从而开阔眼界，提高运用所学理论解决工程实际问题的能力，因而也是进行素质教育的重要方法。
随着静态设计计算理论与方法的成熟，动态设计计算理论与方法将成为热点，但后者比前者要复杂得多。
与动态设计相关的振动实验，由于单组实验所需设备多，投入经费多，在高校多以少组数的方式开设该实验。
近年来，随着振动实验相关设备价格的下降和工程设备设计的需要，越来越多的高校开设了振动实验课，有的高校还把振动实验作为特色实验、创新实验，甚至作为基金项目开展振动实验模型、振动教学软件的研究。
因此，我校开设理论力学振动实验，将有着重要的理论和实践意义。
《材料力学》实验部分实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。
例如材料力学中应力－应变的线性关系就是胡克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。
不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面，因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。
在解决工程设计中的强度、刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数，这些常数只有靠材料试验才能测定。
工程力学实验指南
工程力学实验指导书仲恺农业工程学院机电工程系2008.1前言材料力学是研究工程材料力学性能和构件强度、刚度和稳定性计算理论的科学，主要任务是按照安全、适用与经济的原则，为设计各种构件（主要是杆件）提供必要的理论和计算方法以及实验研究方法。
要合理地使用材料，就必须了解材料的力学性能，各种工程材料固有的力学性质要通过相应的试验测得，这是材料力学实验的一个主要任务。
另外，材料力学的理论是以一定的简化和假设为基础。
这些假设多来自实验研究，而所建立理论的正确性也必须通过实验的检验，这是材料力学实验的第二个任务。
材料力学实验的第三个任务是通过工程结构模型或直接在现场测定实际结构中的应力和变形，进行实验应力分析，为工程结构的设计和安全评估提供可靠的科学依据。
从以上所述各项任务中，不难看到材料力学实验的重要性，它与材料力学的理论部分共同构成了这门学科的两个缺一不可的环节。
学生在学习并进行材料力学实验时，应注意学习实验原理、试验方法和测试技术，逐步培养科学的工作习惯和独立分析、解决问题的能力，要善于提出问题，勤于思考，勇于创新。
这样才能牢固地掌握材料力学课程的基本内容，为将来参加祖国社会主义现代化建设打下坚实的基础。
指导书中将实验内容分为“基本实验”和“选做实验”两个层次，这样既可保证实验教学的基本要求，又可根据不同的需求进行选择，以期在培养学生的综合分析能力和创新能力方面发挥重大作用。
本实验指导书中难免存在缺点和错误之处，请师生们指正，以便今后进一步修改和完善。
基本实验 1低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验一、实验目的1．试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。
2．测定该试样所代表材料的P S、P b和ΔL等值。
3．对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。
4．学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。
工程力学实验指导书(建环)
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、实验目的和要求1、 观察低碳钢和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和截面收缩率φ3、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和使用方法。
二、实验装置和原理实验仪器设备：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和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 和铸铁试件的最大载荷Fb 。
图1—2三、实验步骤和数据处理实验步骤：1．测量试件的初始直径d0和初始标距长度l0：在试件标距段的两端和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。
工程力学实验
实验一 金属材料常规力学性能综合测定实验
一．实验目的
1．测定拉伸时低碳钢的 s 、 b 、 、 ；铸铁的 b ；测定压缩时铸铁的 b 和低碳钢的 s 。
2．初步掌握金属材料机械性能的测试方法。 3．观察、比较、总结低碳钢与铸铁材料力学性能的特点与差别。
二．实验设备和试件 1．游标卡尺。 2．金属拉伸试样标距仪。 3．WE-10A 万能材料试验机。 4．低碳钢、铸铁拉伸试件。 5．铸铁压缩试件。
4
是由剪应力引起的破坏。断口中心部分与轴线垂直，这显然是由三向拉应力引起的破坏。 ② 铸铁的拉伸断口形式与轴线垂直的平断口，这是由于铸铁的抗拉能力最差，是由拉应力引起的
破坏。 ③ 低碳钢压缩成鼓形。由于低碳钢压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机支
承垫板间存在磨擦力，约束了这种横向变形，故试样出现显著的鼓胀。 ④ 铸铁的压缩断口与轴线大约成 450～550 的方向上发生破裂。这是由于脆性材料的抗剪强度低于
5% 为塑性材料； 5% 为脆性材料
测量 L1 时，请注意断口要移中的问题。
2．铸铁的拉伸
铸铁拉伸没有屈服极限，只有唯一指标是强度极限
3. 低碳钢的压缩
bL
FbL A0
低碳钢的压缩与拉伸类似，只是没有强度极限，只有屈服极限
4. 铸铁的压缩
sc
Fsc A0
铸铁的压缩只有强度极限
L1 L0 100% L0
A0 A1 100% A0
强度极限
bL
FbL A0
⑶ 低碳钢压缩
屈服极限
SC
FSC A0
⑷ 铸铁的压缩
强度极限
bC低碳钢和铸铁拉断后的断口有何不同，为什么？ 2．试根据拉伸、压缩实验结果，综合分析低碳钢与铸铁的力学性能。
工程力学B(二)实验指导书
《工程力学B(二)》实验指导书高孟芬编闽南理工学院光电与机电工程系2012年2月前言一、实验的内容材料力学实验是学习材料力学课程的重要组成部分，是理论联系实际的实践性教学环节，对于提高学生的实践能力、设计能力和创新能力具有重要意义。
材料力学实验内容具体包括以下三个方面。
1、测定材料的力学性质材料的各项强度指标，如屈服极限、强度极限等，以及材料的弹性性能指标，如弹性极限、弹性模量、泊松比等，都是设计构件的基本参数和依据，而这些指标一般是试验来测定的。
2、验证理论材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般性结论和公式。
但是这些假设和结论是否正确，理论公式能否应用于实际之中，必须通过实验来验证。
3、实验应力分析工程上很多构件的形状和受载情况都比较复杂，单纯依靠理论计算不易得到满意的结果，必须用实验的方法来了解构件的应力分布规律，从而解决强度问题，这种办法称为实验应力分析。
目前实验应力分析的方法很多，这里只介绍应用较广的电测法。
通过材料力学的实验课，要求学生初步掌握变形和应变的基本测试方法及主要测试仪器的操作规程，以及实验结果整理方法等基本内容。
二、实验要求材料力学试验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，因此，实验时应注意以下几个方面。
1、实验前的准备工作实验课前，每位学生都必须进行充分的预习和实验准备，明确本次实验目的、原理和实验步骤，了解所使用的试验机、仪器等的基本构造原理，熟悉实验规则和仪器设备的操作规程，拟定好加载方案，并应写出预习报告。
实验小组成员应明确分工，以便在实验中分别进行受力、变形等参数的记录。
2、进行实验实验过程中应精心操作，细心观察，测量和记录各种实验现象和数据。
若出现异常现象应及时报告实验指导老师，并作好原始记录。
3、撰写实验报告在实验结束时要及时编写实验报告。
实验报告包括：实验名称、实验日期、实验者及同级组人员、实验目的及装置、使用的仪器设备、实验原理及方法、实验数据及其处理、计算和实验结果分析。
《工程力学》实验指导书
《工程力学》实验指导书上海海洋大学金属材料拉伸实验一、实验目的1．测定低碳钢（如Q 235钢这种典型塑性材料）的下列力学性能指标：下屈服强度R ec （或称屈服极限、屈服点σs ）、抗拉强度R m （或强度极限σb ）、断后伸长率A 和断面收缩率z 。
2．测定铸铁（典型脆性材料）的抗拉强度R m （或强度极限σb ）。
3．观察塑性与脆性两种材料在拉伸过程中的各种现象。
4．比较并分析低碳钢和铸铁的力学性能特点与断口破坏特征。
二、实验仪器和设备1．万能材料试验机，拉力试验机，电子式拉力试验机。
2．电子引伸计。
3．游标卡尺。
4．试样划线器。
三、实验试样大量实验表明，实验时所用试样的形状、尺寸、取样位置和方向、表面粗糙度等因素，对其性能测试结果都有一定影响。
为了使金属材料拉伸实验的结果具有符合性与可比性，国家制订有统一标准。
本实验按照GB/T228-2002 eqv ISO6892—1998《金属材料 室温拉伸试验方法》第六章试样的要求制备试样。
拉伸试样系由夹持、过渡和平行三部分构成。
试样两端较粗段为夹持部分，其形状和尺寸可依实验室现有使用试验机夹头情况而定；试样两夹持段之间的均匀部分为实验测试的平行部分；而夹持与平行二部分之间为过渡部分，通常用圆弧进行光滑连接，以减少应力集中。
拉伸试验可分为机加工试样和不经机加工的原状全截面试样。
通常采用机加工的圆形截面试样如图1（a ）所示，亦可采用矩形截面试样如图1（b ）所示。
图中L c 为试样平行段长度，L 0为试样原始标距（或称测量伸长变形的工作长度），d 为圆形试样平行部分的原始直径，a 为矩形试样平行部分的原始厚度，b 为矩形试样平行部分的原始宽度，S 0为试样平行部分原始横截面面积，r 为过渡弧半径。
拉伸试样分为比例和非比例标距两种。
比例试样系按公式0S K L =计算确定的试样，式中系数K 通常为5.65或11.3，前者称为短试样，后者称为长试样。
工程力学实验指导书(五个).
工程力学实验指导书（电测实验）能源工程学院二00九年三月力学实验规则及要求一、作好实验前的准备工作（1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。
（2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。
（3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。
二、严格遵守实验室的规章制度（1）课程规定的时间准时进入实验室。
保持实验室整洁、安静。
（2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。
（3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。
（4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。
三、认真做好实验（1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。
（2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。
（3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。
四、实验报告的一般要求实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。
通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。
因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。
目录第一章绪论 (1)§1-1实验的内容 (1)§1-2试验方法和要求 (1)第二章实验设备及测试原理 (2)§2-1组合式材料力学多功能实验台 (2)§2-2电测法的基本原理 (3)第三章材料力学电测实验 (8)实验一材料弹性模量E的测定 (8)实验二纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验......1 3 实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定..............1 5 实验四偏心拉伸实验 (20)第一章绪论§1-1实验的内容实验教学作为材料力学课程的一个重要组成部分，对于提高学生实践能力、设计能力具有重要意义，电测实验具体包含以下两个方面内容：1、验证理论材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般公式，如纯弯曲梁和纯扭转圆轴（或筒）等的分析都使用了平面假设。
《工程力学》实验指导书
工程力学实验指导书力学与机械学研究所编天津理工大学机械工程学院2005.7学生实验守则1．学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到早退。
2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。
3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。
不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。
4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师指导。
未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。
5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。
不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。
6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。
若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。
7．实验完毕，应主动清理实验现场。
经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。
在规定时间内交指导教师批改。
9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。
10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章程预以赔偿。
目录引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(4)实验一金属拉伸实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(5)实验二金属压缩实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(8)实验三金属（园轴）扭转试验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(17)引言一、工程力学实验的重要性：工程力学主要是研究工程实际问题中构件的强度、刚度和稳定性的学科。
工程力学实验指导书样本
工程力学实验指导书武汉科技学院机电工程学院目录实验一低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验 (1)实验二梁弯曲的正应力实验 (5)实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定 (8)实验四纯扭转实验 (11)附录 ................................................................1、组合式材料力学多功能实验台 (13)2、电测法的基本原理 (15)实验一低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验一．实验目的1.用引伸计测定塑性材料的弹性模量;2.测定塑性材料的上下屈服强度R eH , R eL 、抗拉强度Ｒm 、断后伸长率Ａ和截面收缩率Ｚ;3.测定脆性材料的抗拉强度Ｒm ;4.观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象, 并比较它们力学性质的差异;5.绘制两种材料的应力-伸长率曲线;6.了解材料试验机微机数据采集系统的构造和工作原理, 掌握其使用方法。
二．实验仪器、设备万能材料试验机, 引伸计, 力传感器, 材料试验机微机数据采集系统、游标卡尺等。
试件最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形, 如图1-1a、 b所示。
夹持bldl0 l 0(a) (b)图1 试件的截面形式试样分为夹持部分、 过渡部分和待测部分( l) 。
标距( l 0) 是待测部分的主体, 其截面积为S 0。
按标距( l 0) 与其截面积( S 0) 之间的关系, 拉伸试样可分为比例试样和非比例试样。
按国家标准GB228- 的规定, 比例试样的有关尺寸如下表1-1。
表1-1三．实验原理（一）塑性材料弹性模量的测试:在弹性范围内大多数材料服从虎克定律, 即变形与受力成正比。
纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E, 也叫杨氏模量。
因此金属材料拉伸时弹性模量E 地测定是材料力学最主要最基本的一个实验。
测定材料弹性模量E 一般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, 其荷载与变形关系为:00ES FL L ∆=∆若已知载荷ΔF 及试件尺寸, 只要测得试件伸长ΔL 或纵向应变即可得出弹性模量E 。
工程力学实验指导书.pdf
三、使用人必须严格遵守仪器操作规程，在指导教师的指导进行操作 仪器设备，严禁擅自拆卸或改装仪器设备。发生故障、事故要立即报告， 不得隐瞒，否则一切后果由当事人承担。
四、 使用人如违反规定而损坏仪器设备或降低使用性能时，需在登记 表中做出明确记录并由当事人、指导教师及实验室管理员签字确认；同时 根据情节轻重给予批评或处分，情节严重者按照相关规定予以经济或者行 政处罚。
1.1.2 实验内容
1、观察电子万能试验机的结构，了解其简单工作原理； 2、使用电子万能试验机完成拉伸实验。
1.1.3 实验用设备仪器及材料
准备工作：电子万能试验机、标准试件、游标卡尺。
1.1.4 实验原理
1、拉伸实验原理 单向拉伸试验是在常温下以缓慢均匀的速度对专门制备的试件施加轴向载荷，在 试件加载过程中观测载荷与变形的关系，从而决定材料有关力学性能。通过拉伸试验 可以测定材料在单向拉应力作用下的弹性模量及屈服强度、抗拉强度、延伸率、截面 收缩率等指标。 2、低碳钢材料拉伸时的力学性能 根据低碳钢的应力-应变曲线的特点，对照其在实验过程中的变形特征，将其整个 拉伸过程依次分为弹性、屈服、强化和缩颈四个阶段。 （1）弹性阶段。该阶段的特点是试件的变形只有弹性变形，即在这个阶段上任一 点卸载，应力-应变曲线会严格沿着原曲线返回到 0 点，试件的变形全部消失。在应力 达到弹性阶段的最大应力值时称为弹性极限。 当应力超过弹性极限后，若再卸载，则试件的一部分变形随之消失，而另一部分 变形则不能消失。前者就是弹性变形，而后者称为塑性变形。 （2）屈服阶段。当应力超过弹性极限并增加到某一数值时，应力-应变曲线形成 一段近于水平的锯齿形曲线。再此阶段内，应力值再微小范围内上下流动，几乎没有 增加，而应变却增加的很快，这表明材料已暂时失去了抵抗变形的能力。这种现象称 为材料的屈服或流动。 （3）强化阶段。经过屈服阶段以后，由于塑性变形使材料内部的晶体结构得到了 调整，其抵抗变形的能力又有所回去。要使材料继续变形，就必须加大载荷使应力增 大，这种现象称为材料的强化。强化阶段的最高点所对应的应力值称为材料的强度极 限。 强度极限是材料所能承受的最大应力，因而也是衡量材料强度的又已重要指标。 （4）缩颈阶段。应力达到最大值以后，试件的变形集中于某一局部区域，其横截 面急剧缩小，形成瓶颈状，称为缩颈现象。由于缩颈部分横截面面积急剧缩小，使试 件继续伸长所需的拉力也随之迅速下降，直至试件被拉断。 试件拉断后，弹性变形消失，而塑性变形却残留下来。材料在外力作用下产生塑 性变形而不断裂的能力，称为材料的塑性。 伸长率是以百分比表示的试件单位长度的塑性变形量，即
工程力学实验指导书(全)
工程力学实验指导书班级：学号：姓名：南昌大学工程力学实验中心目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验 2 实验二金属材料的压缩试验 6 实验三复合材料拉伸实验8 实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定14 实验五电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验18 实验六弯曲正应力电测实验21 实验七叠（组）合梁弯曲的应力分析实验24 实验八弯扭组合变形的主应力测定27实验九偏心拉伸实验31 实验十偏心压缩实验34 实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验37 实验十三冲击实验40 实验十四压杆稳定实验44 实验十五组合压杆的稳定性分析实验47 实验十六光弹性实验50 实验十七单转子动力学实验56 实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比实验61实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验一、实验目的与要求1．观察低碳钢和铸铁在拉伸试验中的各种现象。
2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F―Δl曲线)。
3．测定低碳钢的拉伸屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ、断面收缩率δ和铸铁的抗拉强度σb。
4．测定低碳钢的弹性模量E。
5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。
6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。
二、实验设备和仪器1．微机控制电子万能试验机。
2．电子式引伸计。
3．游标卡尺。
4．钢尺。
三、实验原理与方法金属材料的屈服点σs、抗拉强度σb、伸长率ψ和断面收缩率δ是由拉伸试验测定的。
试验采用的圆截面短比例试样按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。
这样可以避免因试样尺寸和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：d0为试样直径，l0为试样的标距，并且短比例试样要求l0=5d0。
国家标准中还规定了其他形状截面的试样，可适用于从不同的型材和构件上制备试样。
图1-1金属拉伸试验应遵照国家标准(GB/T 228-2002)在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与微机控制电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―Δl 曲线)，如图1-2所示。
工程力学实验指导书孙凯副本
工程力学实验指导书编著：张功学陕西科技大学二 00 六年十二月3.1 资料的拉伸实验拉伸实验是对塑性资料和脆性资料在常温静载作用下，测定其力学性能的试验。
试验中测得的力学性能指标，是工程设计以及判定工程资料的主要依照。
本试验采纳低碳钢和铸铁作为塑性资料和脆性资料的代表，分别进行拉伸试验。
一、实验目的：(1)认识资料受拉伸时，力与变形的关系，绘制拉伸图(F－l 曲线 ) 。
(2)测定低碳钢的折服极限σ S、强度极限σ b、延长率δ和截面缩短率ψ。
(3)测定铸铁的强度极限σ b、延长率δ和截面缩短率ψ(4)比较低碳钢与铸铁的力学性能、破环过程和现象。
二、实验设施：全能试验机、游标卡尺。
三、试件：实验说明，试件的尺寸和形状对实验结果有影响，为了防备这类影响和便于对各样资料力学性能的测试结果可进行比较，国家标准对试件的尺寸、形状作了一致规定，依据规定，拉伸试件可制成圆形或矩形截面，实验前、后的试件以以下图。
图 3-1低碳钢拉伸前后试件比较此中拉伸试件还可分为比率试件和非比率试件两种。
比率试件应切合以下关系：L K A0式中L ——为标距即计算长度；A 0——为初始横截面面积；K ——系数，往常为 5． 65 和 11． 3，前者称短试件，后者称长试件。
对圆形截面：长试件短试件L ＝ 10d0 L ＝ 5d0对矩形截面：长试件短试件L＝ 11． 3√A0 L＝5．65√A 0关于非比率试件，比如成品资料型材、板材、管材或细丝等，测试长度与横截面面积无必定比率关系。
试件两头较粗局部是为装入试验机夹头中的夹持局部，该局部形状视试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形、阶梯形或螺纹形，其长度起码应为试验机楔形夹具长度的三分之二。
四、实验原理：1、低碳钢拉伸：金属资料拉伸时的力学性能指标，是由拉伸试验来确立的。
为此，将试件按国标规定加工成标准试件，在全能试验机长进行加载试验。
以下图为低碳钢的拉伸试验时，利用试验机的画图装置能够绘出测试资料的拉伸曲线图，曲线图〔 F- l 〕。
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工程力学实验指导书编著：张功学陕西科技大学二00六年十二月3.1 材料的拉伸实验拉伸实验是对塑性材料和脆性材料在常温静载作用下，测定其力学性能的试验。
试验中测得的力学性能指标，是工程设计以及鉴定工程材料的主要依据。
本试验采用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，分别进行拉伸试验。
一、实验目的：(1)了解材料受拉伸时，力与变形的关系，绘制拉伸图(F －Δl 曲线)。
(2)测定低碳钢的屈服极限σS 、强度极限σb 、延伸率δ和截面收缩率ψ。
(3)测定铸铁的强度极限σb 、延伸率δ和截面收缩率ψ (4)比较低碳钢与铸铁的力学性能、破环过程和现象。
二、实验设备：万能试验机、游标卡尺。
三、试件： 实验表明，试件的尺寸和形状对实验结果有影响，为了避免这种影响和便于对各种材料力学性能的测试结果可进行比较，国家标准对试件的尺寸、形状作了统一规定，根据规定，拉伸试件可制成圆形或矩形截面，实验前、后的试件如图所示。
图3-1 低碳钢拉伸前后试件比较其中拉伸试件还可分为比例试件和非比例试件两种。
比例试件应符合如下关系：A K L式中 L ——为标距即计算长度；A 0——为初始横截面面积；K ——系数，通常为5．65和11．3，前者称短试件，后者称长试件。
对圆形截面：长试件 L ＝10d 0短试件 L ＝5d 0 对矩形截面：长试件 L ＝11．3√A 0 短试件 L ＝5．65√A 0对于非比例试件，例如成品材料型材、板材、管材或细丝等，测试长度与横截面面积无一定比例关系。
试件两端较粗部分是为装入试验机夹头中的夹持部分，该部分形状视试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形、阶梯形或螺纹形，其长度至少应为试验机楔形夹具长度的三分之二。
四、实验原理：1、低碳钢拉伸：金属材料拉伸时的力学性能指标，是由拉伸试验来确定的。
为此，将试件按国标规定加工成标准试件，在万能试验机上进行加载试验。
试验时，利用试验机的绘图装置可以绘出测试材料的拉伸曲线图，下图为低碳钢的拉伸曲线图（F-Δl）。
图3-2 低碳钢拉伸曲线图（F-Δl）应当指出，由于在加载的最初阶段，试件夹持部分在夹头内有滑动等因素，因此绘出的拉伸图的最初一段呈现曲线。
但实际上最初这段线条应是直线，故应将直线部分延长使与Δl轴相交，交点O定为坐标原点。
对于低碳钢屈服阶段的F-ΔL图是锯齿形。
B点为上屈服点，即屈服阶段中力第一次下降前的最大载荷，用F SU来表示，对有明显屈服现象的材料，一般只需要测定下屈服点C，用F S来表示。
由于下屈服点比较稳定，工程上均以此作为材料析屈服载荷。
在屈服阶段中，指针无规则来回摆动，要准确判读屈服载荷读数有一定的难度，一般的判读是试验机测力指针第一次回转后所指示的最小载荷为下屈服点载荷。
过了屈服阶段，继续加载曲线上升，至载荷达到最大值D点，此时也是试件的名义应力达到最大值。
过了D点，拉伸曲线开如下降，测力指针开始倒退，这时可观察到试件在某一截面附近产生局部变形，即颈缩现象出现，直至E点试件断裂。
2、铸铁拉伸图3-3 铸铁拉伸曲线图（F-Δl）铸铁为脆性材料。
试件受拉伸后、通过绘图器绘出的铸铁拉伸图如图所示。
图中其拉伸的最初阶段也没有直线段，说明在载荷很小的情况下，弹性变形的增长也不与载荷成正比。
铸铁试件在拉伸过程中变形很小，没有屈服现象和颈缩现象，当载荷达到最大值时，断裂突然发生。
因此，对铸铁只测定其最大载荷，即可得到强度极限。
五、实验步骤低碳钢拉伸：1、试件准备采用长试件(L＝10d)。
用游标卡尺在试件标距两端和中间部位,分别沿相互垂直的两个方向各测量一次直径，并计算这三处的平均值，取其最小者作为试件直径d，并计算出试件的横截面面积A0。
2、试验机准备根据低碳钢的强度极限σb和横截面面积A0，估算出试验所需的最大载荷F b，选择合适的测力度盘，并配以相应的摆锤。
将缓冲器调至适当位置，调整测力指针使其对准零点，调整好绘图装置。
3、安装试件先把试件夹持在试机的上夹头内，再将下夹头移动至试件所需的夹持位置，并把试件下端夹紧。
4、进行实验开动实验机，缓慢匀速加载，随时观察测力指针与绘图笔的移动情况。
对低碳钢试件，分别判读出F SU，F SL并记录，继续加载，观察曲线变化规律，直至载荷达到最大值。
这时测力指针倒退，则可由副针读取最大载荷F b，仔细观察颈缩现象的发生和发展。
试件拉断后，取出试件观察断口。
5、延伸率和截面收缩率的测定为了测定延伸率，将拉断试件的两端对齐并尽量靠紧，由于断口附近塑性变形最大，所以拉断后的新长度L’的量取与断口的部位有关，L’可用下述方法之一测定。
（1）直测法：如果断口到邻近标记点的距离大于L/3时可用时可用游标卡尺直接测量两端点间的距离。
（2）移中法：如果断口到邻近标距离小于或等于L/3，则应按下述方法确定拉断后试件标距部分的长度L’。
利用试验前将试件等分刻画的10个小格，在拉断后的长段上，由断口处取基本等于短段的格数，定出B点，若长段内所余格数为偶数时。
接着取所余格数的一半得C点，则移动中后的新长度L’为：L’ =l、+ 2l〞。
当长段所余格数为奇数时，接着取所余格数减1后的一半得C点、加1后一半得C1点，如图2-4(C)所示，则移中后的新长度L’为：L1 =l、+ 2l〞+a当断口非常靠近试件两端或在试件标距外时，认为试验结果无效需重作试验。
为了测定截面收缩率，应将两段试件紧密地对接在一起，在断口颈缩处沿两个互相垂直方向各测量一次直径，算出平均值即为拉断后新直径d’，用来计算断口处横截面面积A’。
铸铁拉伸(1)试件准备与尺寸测量；调整测力盘指针归零；装夹试件；准备好绘图装置等试验步骤均同低碳钢拉伸试验。
(2)进行试验。
开机，缓慢加载，直至试件拉断，读出并记录最大载荷值，此即为铸铁的强度极限载荷F b 。
(3)取出试件，仔细观察断口并与低碳钢拉伸试件断口比较。
(4)试验结束后，取下绘出的拉伸图纸，注明坐标及绘图比例。
将试验机的机构，部件复原，清理试验现场。
下图为脆性材料（铸铁）拉伸实验前后的试件图。
它在拉伸过程中没有塑性破坏现象，所以它的断裂面是沿着横截面断裂的。
图3-4 铸铁拉伸前后试件比较六、实验结果处理(1)根据测得的屈服载荷F s 和最大载荷F b 计算屈服极限σS 和强度极限σb 屈服极限：）（MPa A F ss 0=σ 强度极限：）（MPa A F bb 0=σ (2)根据试验前后的试件标距长度和截面面积、计算出低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。
延伸率：%100'⨯-=L LL δ截面收缩率：%1000'0⨯-=A A A ψ(3)计算结果保留三位有效数字。
七、实验报告实验报告建议采用表格或图形的形式表达，并附以必要的文字说明。
拉伸试验报告推荐以下格式。
材料力学实验报告 (供参考)实验名称： 实验目的： 实验设备：1、实验记录及计算结果 (1)试件尺寸(2) 实验数据及计算结果 低碳钢实验屈服点载荷： F s = （T ）= （N ） 最大载荷 ： F b = （T ）= （N ） 屈服极限 ：）（MPa A F ss 0=σ= 强度极限：）（MPa A F bb 0=σ= 延伸率：%100'⨯-=LL L δ=截面收缩率： %1000'0⨯-=A A A ψ=铸铁实验最大载荷： F b = （T ）= （N ） 强度极限：）（MPa A F bb 0=σ= 2. 绘制F-ΔL 曲线及断口形状(定性画出，但不能失真) 3. 必要的文字说明实验日期；试验温度及试验参照执行的标准等。
八、分析与思考题⑴比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能。
⑵拉伸时低碳钢的屈服高、低点如何确定？ ⑶低碳钢拉断时的应力是否就是强度极限？(4)低碳钢拉伸时分为几个阶段?各是什么?各阶段有何特征?3.2 材料的压缩实验有些工程材料在拉伸和压缩时所表现的力学性质并不相同，因此，有必要通过压缩试验来测定材料受压缩时的力学性能和破坏现象，并且多用于测定脆性材料，如铸铁、混凝土、砖、石等材料的力学性能。
一、实验目的(1)测定低碳钢的压缩屈服极限σS 和铸铁的抗压强度极限σb 。
(2)观察比较低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。
二、实验设备(1)万能试验机。
(2)游标卡尺。
三、实验原理低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如图2-5所示。
试件受压时，两端面与试验机上、下支承垫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，端面摩擦力对试件中部的影响将会减弱，抗压强度降低。
但h0 /d0比值也不能过大，否则将引起失稳，因此，抗压能力与试件高度h0和直径d0的比值h0 /d0有关。
由此可见，压缩试件只有在相同的试验条件下，才能对不同材料的压缩性能进行比较。
金属材料压缩试验所用试件，通常规定为1≤d/h≤3。
低碳钢为塑性材料，受压后试件高度不断缩短，横截面面积增加，承载力随之增大，试件形成桶状如图（a）所示，直至压成饼状而不致断裂，因此不能测得其压缩强度极限，只能测得屈服极限。
图3-5 材料压缩破坏图铸铁为脆性材料，当试件受压后变形不大时即破裂[上图(b)]故仅能测得强度极限。
一、实验方法及步骤低碳钢试件(1)用游标卡尺测量出试件的直径和高度，并做好记录。
(2)将试件安装于试验机上、下支承垫之间(图2-5)，并注意使试件直立端正，保持球形支承垫的润滑、灵活。
(3)装好自动绘图装置，选择压缩曲线纵横坐标比例尺。
(4)打开进油阀、缓慢加载。
注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上的压缩图，当过比例极限荷载F a后，开始出现变形增长较快的一小段，测力指针转动减慢，出现短时停顿或倒退现象，这时表示达到屈服荷载F s，如图2-7(a)所示。
此后，图形沿曲线断续上升，这是因为塑性变形迅速地增长，试件截面面积也随之增大，增大的面积能承受更大的荷载。
因此，确定F a时要特别小心地观察、判读。
有时由于指针速度的减慢不十分明显，故常要借助绘出的F-ΔL曲线来判断F b到达的时刻。
图3-6 低碳钢和铸铁的压缩曲线铸铁试件(1)试验机，试件准备同前。
(2)安装试件同前。
(3)加载。
铸铁试件无屈服阶段，故只能测得其破坏荷载，如图2-7(b)所示。
破坏主要是剪应力引起的，记录此时的最大荷载F b 。
(4)取下试件进行观察比较。
五、实验结果处理 根据记录数据，计算出：低碳钢压缩屈服极限：）（MPa A F ss 0=σ 铸铁的抗压强度：）（MPa A F bb 0=σ 式中 A 0——为试验前试件的横截面面积。
六、实验报告材料力学实验报告 实验名称： 实验目的： 实验设备：实验记录及计算结果： (1)试件尺寸(2) 实验数据和计算结果 七、分析与思考题⑴分析铸铁试件压缩时沿轴线约成45°角的破坏原因。