《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。一般来说，它是先进行实验，然后根据实验中的现象，作出一些假设并加以简化，最后再进行理论分析，得出公式和结论。但所推导出的一般性公式是否正确，还要用实验验证。所以，工程力学实验不仅是建立理论的基础，而且也是检验理论的重要方法，是材料力学中不可缺少的一个部分。

二、工程力学实验的内容：

1、测定材料的机械性能（即力学特性）

在构件设计中，要合理地选择材料，必须知道各种材料的机械性能的指标（如弹性模量、强度极限等），这些数据只有依靠实验（如拉伸、压缩实验等）才能得到。

2、验证已建立的理论

工程力学的一些理论是以假设为基础而导出的，例如杆件弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，可进一步加深对理论的认识和理解。至于对新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。

3、应力分析实验

工程上很多实际构件的形状和工况比较复杂，构件内部的应力大小及分布情况，单纯依靠理论计算难以解决，这时可用实验方法进行测定，称为实验应力分析，主要方法有电测法、光测法等。

另外，按测试方法和所用仪器、设备的不同，可将材料力学实验分为机测、电测、光测等类型。

三、工程力学实验的要求：

工程力学实验所用的设备属于较大型设备，且仪器种类多，完成一次实验往往需要数人配合进行。所以，实验中除各人充分发挥独立工作能力外，还要求相互协调配合，统一行动，不可各行其事，无组织地进行。否则，不仅会导致实验失败，而且易发生事故。

实验一 金属拉伸实验

(一)、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、测定铸铁的强度极限σb 。

3、观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化和颈缩等现象)，并绘制拉伸曲线图(P —∆L 曲线)。

4、比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的机械性能，并分析断口形状。 (二)、设备及量具

液压式（或电子）万能试验机、游标卡尺等。 (三)、试件及实验原理

1、试件：试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果具有一定的影响，为了避免这种影响，便于各种材料力学性质的数据互相比较，所以对试件的尺寸和形状，国家标准 (GB228--76)作了明确的规定(参看书中有关章节)

2、实验原理：材料的机械性质(σs 、σb 、δ、ψ是由拉伸破坏试验来确定的)。试验时，利用试验机的自动绘图器可绘出如下图所示低碳钢拉伸图。

在拉伸试验过程中，记下与材料的σs 、σb 、δ、ψ相应的载荷值和在试件断裂后量取的标距L 1及最小截面面积A 1，按下列计算公式计算这些值：

11

- 100% 100%s b s b P P L L A A A A L A

σσδψ-=

==⨯=⨯；；；

(四)、实验步骤

低碳钢试件

1、试件准备：

在试件两端，根据标距长度要求，打两个浅的冲眼，作为标距长度的标志，两标志之间的联线应平行于试件的轴线。

用游标卡尺在试件的标距长度范围内，测量两端及中间这三个截面的直径，测量时沿互相垂直的两个直径方向各测量一次，并取得其平均值。用所测得的三个平均值中的最小值计算试件的横截面积A ，计算A 时取二位有效数字。

2、试验机准备：

熟悉万能试验机的操作规范。

根据低碳钢的σb和A估计试件的最大载荷，然后相应配置摆锤和选用相应的示力盘。并调整测力指针，对准零点。拨动从动针使之与主动针靠拢，同时调整自动绘图装置。

3、安装试件：

先把试件安装在试验机的上夹头内，再移动下夹头到适当位置，把试件夹紧。

4、检查及调试

完成上述步骤后，开动机器，预加少量载荷，然后卸载接近零点，以检查试验机、自动绘图装置等工作情况是否正常。

5、进行试验

开动机器，用慢速加载，使试件缓慢而均匀地产生变形，继续增加载荷，当测力指针倒退或停止不动或来回摆动，以及自动绘图装置所绘的曲线出现水平或锯齿形曲线时，说明试件已发生屈服，记录下测力指针退回到最低位置时的屈服载荷P s。

过屈服阶段后，即可用较大的速度加载，直到试件断裂为止，停机并记录从动针指出的最大载荷P b。

试验过程中，应注意观察测力指针的转动，自动绘图的情况和相应的试验现象。

6、试验结果

取下试件，将断裂试件的两段对接在一起，用游标卡尺测量拉断后两冲眼之间的长度L1，并测量断口(颈缩处)的直径d1，在断口处沿两个互相垂直方向各测量d1一次，计算其平均值。

从自动绘图仪上取下拉伸曲线(P—∆L)图纸。

7、若断口不在标距长度中部三分之一区段内，需采用断口移中的办法(即借计算法将断口移至中间)，以计算试件拉断后的标距长度l1。采用断口移中法时，试验前要将试件标距等分为十个格。试验后将拉断的试件断口对紧，见图。以断口O为起点，在长段上取基本等于短段的格数得B点。当长段所余格数为偶数时(图a)，然后量取长段所余格数的一半得出C点，将BC段长度移到试件左端，则移位后的l1，在长段上取基本等于短段格数得B点后，若长段所余格数为奇数时(图b)，可在长段上量取所余格数减1之半得C点，再量取所余格数加1之半得C1点，则移位后的l1，为

l1=AB+BC+BC1

为什么要将断口移中呢?这是因为断口靠近试件两端时，在断裂试件的较短一段上，必将受到试件头部较粗部分的影响，而降低颈缩部分的局部伸长量，从而使延伸率δ的数值偏小，用断口移中的办法可在一定程度上弥补上述偏差。当断口非常靠近试件两端，而其与