计算机专业专科本科实践活动方案

2013年春季土木工程、建筑施工与管理专业实践活动方案根据开放教育对学生学习的要求，结合我校本学期学生学习需求情况，现将本学期建筑施工专业实践活动安排如下：一、实践目的：为了使我校土木工程本科和建筑施工与管理专科的学员在学习课程知识的同时，对建筑用低碳钢和铸铁的材质性能进一步深入的了解，特安排本次专业实践活动。

二、实践内容：11秋、12春秋、13春土木工程本科学员，以及12春秋、13春建筑施工专科学员，在西安工业大学建工系的建筑材料实验室，根据实践指导教师的要求进行建筑工程金属材料性能的两项实验。

1、金属材料的拉伸实验2、金属材料的扭转实验具体实验内容见所附实验内容。

实践活动结束后，要求每位学员撰写实验报告报告。

三、实践安排时间：本次实践定于5 月19日（周日）上午8：30开始进行。

四、实践地点：西安工业大学未央校区（北三环大明宫后面），教D楼一楼，建材实验室。

乘公交207路区间、336、509、719直达西安工业大学站，下车后到西门进校园。

五、实践要求：本次实践要求以上年级土木本科和建筑专科学员必须按照学校安排，由班主任带领准时参加并签到。

学校将以本次实践每位学员参与情况及实验报告作为依据，对学员的形考实践部分进行评分。

不参与者本学期形考实践部分成绩按“0”计。

董立2013年5月6日附件一：实验内容附件二：实验报告附件一：一、金属材料的拉伸实验1.1.1实验材料拉伸实验的金属材料是：低碳钢和铸铁。

1.1.2实验目的1、测定低碳钢的屈服极限σs 、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ；2、测定铸铁的抗拉强度σb；3、观察、比较塑性材料和脆性材料在拉伸过程中的各种物理现象（包括弹性、屈服、强化和颈缩、断裂等现象）；4、学习、掌握万能试验机和相关仪器的使用方法。

1.1.3实验设备1、万能试验机2、游标卡尺1.1.4实验试件试件的尺寸和形状对实验结果会有所影响。

为了避免这种影响，便于各种材料机械性质的相互比较，国家对试件的尺寸和形状有统一规定[中华人民共和国国家标准《金属材料室温拉伸试验法》（GB/T228-2002）]。

本实验的试件采用国家标准GB/T228-2002所规定的常用的圆形横截面比例试件，直径尺寸d=10mm，试验段长度（标距）l=100mm（见图1-1）。

1.1.5实验原理及方法低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，这类钢材在工程中使用较广，在拉伸试验中表现出的力学性能也最为典型。

本次实验主要测定它的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标。

这些力学性能指标，是由拉伸破坏实验来确定的，可以用材料的拉伸图来描述，实验后，利用所记录的实验数据，绘制出完整的低碳钢的拉伸图曲线（见图1-2）。

图1-1 拉伸实验试件图1-2 低碳钢拉伸图在拉伸实验前，先测定低碳钢试件的直径d0和标距l。

实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内。

然后开动实验机，缓慢加载，同时记录下各个实验阶段的载荷F和相应的拉伸变形量△L，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：图1-3 低碳钢拉伸F-△L曲线（1）弹性阶段（Ob段）在拉伸的初始阶段，F-△L曲线（Oa段）为一直线，说明载荷与变形成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。

线性段的最高点则称为材料的比例极限（σP），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后，F-△L曲线不为直线（ab段），载荷与变形不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，F-△L曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。

卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。

（2）屈服阶段（bc段）过了弹性阶段后，载荷变化很小，只是在某一小范围内上下波动，而变形却急剧增长，这种现象就称为屈服。

使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs），一般取下屈服值作为屈服极限。

当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。

这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。

（3）强化阶段（ce段）经过屈服阶段后，F-△L曲线呈现出上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。

若在此阶段卸载，则卸载过程的F-△L曲线为一条斜线（即d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。

当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，载荷减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地载荷减小至零时消失的应变称为弹性应变。

卸载完之后，立即再加载，则加载时的载荷与变形的关系基本上沿卸载时的直线变化。

因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。

在强化阶段F-△L曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σb ），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。

（4）颈缩阶段（ef段）试样拉伸达到强度极限σb之前，在标距范围内的变形是均匀的。

当应力增大至强度极限σb之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。

颈缩现象出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故F-△L曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。

试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。

这里要注意以下几个问题：1、拉伸图中拉伸变形△L是整个试件的伸长（不仅是标距部分的伸长），并且包括机器本身弹性变形和试件头部在夹板中的滑动等。

2、在弹性阶段，理论上的拉伸曲线应是一段直线，因试件开始受力时，头部在夹板中的滑动很大，所以绘出的拉伸图最初一段是曲线。

3、在屈服阶段，拉伸曲线（b-c）呈水平方向变动，常成锯齿状，由于上屈服点b′受变形速度和试件形状等影响较大，而下屈服点b则比较稳定，故工程上均以b点所对应的载荷作为材料屈服时的载荷Fs，屈服极限按下式计算：σs=F s(MN)/A0(m2)(MPa) （1-1）A-试样的初始横截面积。

4、在强化阶段，当试件所受拉力达到最大载荷Fb之前，在标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，在这段曲线的最高点e，拉力达到最大载荷Fb，以下式计算强度极限：σb=F b(MN)/A0(m2)(MPa) （1-2）5、在局部收缩阶段，当拉力达到最大载荷Fb后，试件开始局部伸长和颈缩。

在颈缩发生部位，其横截面面积迅速缩小，继续拉伸所需的载荷也迅速减小，拉伸曲线从e点开始下降，直至点f试件断裂。

此时通过测量试件断裂后的长度l 1和断口处的直径d1，由公式:100100100%100%l l A Al Aδψ--=⨯=⨯和（1-3）即可算出延伸率δ和截面收缩率ψ。

式中: l:试件初始标距长度l1:试件拉断后，重新将断口加以对紧后所量得的标距端点间的长度A1:缩颈处横截面积在测量l1时，要注意这样一种情况:即断口在标距中间1/3范围内，则可以直接测量两端标距间距离为l1，如断口不在标距范围的中间1/3以内，这是，由于在断裂试件的较短一段上，必将受到试件较粗部分的影响，而降低颈缩部分的局部伸长量，从而使δ的数值偏大,此时直接测量的结果不能正确反映材料的延伸率，因此，需要采用“断口移中法”推算出标距l1，具体方法是：设两标点f、f1之间共有10格，断口g点靠近左段，如图2-4所示，取左边标点f至断口间的格数的两倍为nˊ格（应取为整数）的h点，量得fh段的长度为lˊ；再自h图1-5 铸铁拉伸F-△L 曲线1.1.6实验步骤1、试件准备对于低碳钢试件，为便于观察变形沿轴向的分布情况，用刻线机在试件标距范围内每隔大约10mm 刻上分格线，将标距分成十格。

在标距L 0内，用游标卡尺分别测量试件两端及中部三个横截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的直径，每处在相互垂直的两个方向各测一次，取平均值为该处直径，以三处测量结果中的最小值作d 0，计算试件的横截面面积A 0，A 0取三位有效数字，填入实验报告的原始记录表中。

2、开机打开万能试验机主机电源开关，调整到合适的量程并调零，启动油泵。

3、安装试件试件两端头至少2/3长度被夹具夹紧为宜。

夹好上夹头，再夹下夹头。

4、开始测试缓慢加载，分别记录载荷与对应的变形量，直至拉断为止。

5、取下试件将试件取下，观察、比较试件的破坏断口形状，分析破坏原因。

6、工具复原，经指导教师检查后关闭油泵和试验机电源。

7、测量数据将断裂低碳钢试件的两端对齐并尽量挤紧，用游标卡尺测量断裂后标距长度l 1。

测量两端断口的直径，应在每段断口处两个互垂方向各测一次，计算其平均值，取其中最小者计算A 1,测量结果记录在后面的实验报告数据表中。

8、实验数据计算根据实验过程中记录的数据，按照相应公式计算出实验结果，并将该结果填入实验报告的表中。

1.1.7思考题1、从实验现象和实验结果对比低碳钢和铸铁的力学性能。

2、比较低碳钢拉伸、铸铁拉伸的断口形状，分析其破坏的力学原因。

L二、金属材料的扭转实验2.2.1实验材料扭转实验的金属材料是：低碳钢和铸铁。

2.2.2实验目的1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs ，低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb；2、观察低碳钢和铸铁试件扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异；3、了解扭转试验机的操作规程。

2.2.3实验设备1、微机控制扭转试验机2、游标卡尺2.2.4实验试件工程中经常遇到承受扭转作用的构件，特别是很多传动零件都在扭转条件下工作。

测定扭转条件下材料的力学性能，对受扭构件在设计计算和选材方面有着重要的实际意义。

圆柱形试件在纯扭转时，试件表面应力状态如图2-7所示，其最大剪应力和正应力绝对值相等，其夹角成45°，因此扭转实验可以明显地区分材料的断裂方式—拉断或剪断。

如果材料的抗剪强度低于抗拉强度，破坏形式为剪断，断口应与其轴线垂直；如果材料的抗拉强度小于抗剪强度，破坏原因为拉应力，破坏面应是沿45°的方向。

图2-7 圆轴扭转时的表面应力材料的扭转过程可用 M-φ曲线来描述。

M为施加扭矩，φ为试样的相对扭转角。

图2-8、图2-9为两种典型材料（低碳钢和铸铁）的扭转曲线。

低碳钢扭转曲线的直线部分为弹性阶段,此时截面上的剪应力为线性分布，最大剪应力发生在横截面周图2-8 低碳钢扭转曲线图 2-9 铸铁的扭转曲线边处，圆心处剪应力为零，如图2-10（a）所示。

低碳钢扭转时有明显的屈服阶段，但与拉伸实验相比，它的屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的，如图2-10（b）所示。

当横截面全部屈服后，试样才全面进入塑性，扭转曲线图上出现屈服平台,这时，横截面上的剪应力不再成线性分布，可以认为这时整个圆截面皆为塑性区，如图2-10（c）所示，低碳钢试件扭转达到屈服极限。