工程力学实验指导书..

实验一：

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σs、σb、ψ、δ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、掌握微机控制电液伺服万能试验机的使用方法及其工作原理。

二、仪器设备和量具

微机控制电液伺服万能试验机，材料试验机，数显压力实验机，游标卡尺。

三、低碳钢的拉伸和压缩实验

1．低碳钢的拉伸实验

在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中，观察屈服（流动）、强化、颈缩、断裂等现象；绘制p——ΔL曲线如图2—1（a）所示；记录试件的屈服抗力P s和最大抗力P b。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。

图2—1 低碳钢拉伸图及压缩图

强度指标：

屈服极限 4

,2

d A A P s s πσ==其中 强度极限 A

P b

b =σ 塑性指标：

延伸率 %1001⨯-=L L

L δ 断面收缩率 %1002

2

12⨯-=d

d d ψ

2．低碳钢的压缩实验

实验前，测量试件的直径d 和高度h 。实验时，观察低碳钢试件压缩过程中的现象，绘出P —ΔL 曲线，测定试件屈服时的抗力P s ，从而计算出低碳钢的屈服极限：

A

P s

s =

σ 四、灰口铸铁的压缩实验

实验前测定试件的直径d 和高度h 。实验时观察灰口铸铁试件在压缩过程中的现象，尤其是断口形状；绘出P ——ΔL 曲线如图2—2（b ）所示；记录压缩破坏时的最大抗力P b ，计算灰口铸铁压缩强度极限。即

A

P b b =σ

图2—2 灰口铸铁压缩图

五、实验操作

1．准备工作

（1）打开试验机总电源，打开电脑。

（2）测量拉伸试样的标距长度L和直径d，测量低碳钢压缩试样的长度H和直径d，作好原始数据的记录。

2．安装试件

将试件夹持于材料试验机的上夹头中，为了夹持方便可用向下或向上运行调节下夹头的位置，使下拉伸夹头能夹住试件时立即停机。

将横梁速度转到2mm/min挡，然后把试件夹持于下夹头中（此时试件可能已受到了夹紧过程中少量的轴力，故不要再调整仪器荷载的零点）。

3．打开液压泵和控制器电源，运行测试软件，新建实验数据。

4．对显示数据清零，点击“实验”，打开控制单元，选择“速度控制”，控制速度以5mm/min为宜（在2～10 mm/min速度范围内可任意选择），开始实验。

5．加载试验

注意观察实验过程中的试件变形情况和“力-位移”曲线的变化情况。

在此实验中注意弹性范围和屈服现象，记下屈服时的荷载。屈服段之后，可提高加载速度，按下5mm/min键或按下10mm/min。注意观察材料的强化和颈缩现象，记录荷载极限值。

6．仪器复原

实验完后要使仪器复原，关闭实验机控制器，关闭油泵电源，关闭测试软件，整个实验结束后关闭总电源。

7．普通材料实验机操作步骤

（1）测量试件原始尺寸（直径和标距）

（2）安装试件，贴记录纸，安装记录笔

（3）刻度盘调零，加载（静载）

（4）记录屈服时的拉力（F1）

（5）继续加载，直至出现明显的局部变形后断裂，记录最大拉力（F2）

（6）拆下试件和记录纸，测量断裂后最小截面尺寸和断后标距

8．低碳钢压缩实验

其操作步骤与拉伸时基本相同，不同之处有：

（1）试件放于下压头的中心处，转动上压头手轮，使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。

（2）输入原始数据（直径），关闭回油阀，按下“试验”按钮，清零。

（3）按“启动”按钮，缓慢打来进油阀（注意控制加载速率），使上压头接触试样，控制进油阀开度，使加荷速率控制在8N/s以内。

（4）试样不会断裂，当压力达到500左右，即可停止实验，记录最大压力。

（5）打开回油阀，取出试件，关闭试验机电源。

9．铸铁压缩实验

操作步骤与低碳钢压缩相同，不同的是试件破断后停机。

六、预习思考题

1．低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大载荷P b小，按公式σ=P/A0计算，断裂时的应力比σb小，为什么应力减小后反而断裂。

2．压缩时为什么必须将试件对准试验机压头的中心位置，如没有对中会产生什么影响？

3．说明压缩过程中铸铁和低碳钢变形特点和破坏情况。

实验二

扭转试验

一、试验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs 。和剪切强度极限近似值τb 。

2、测定铸铁的剪切强度极限τb 。

3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。

二、设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺

三、试验原理 1、低碳钢试样

对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-φ曲线（见图1）。最初材料处于

图1 低碳钢是扭转试验

弹性状态，截面上应力线性分布，T-φ图直线上升。到A 点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs 。以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-φ图

呈曲线上升。至B 点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩T s 。再以后材料强化，T-φ图上升，至C 点试样断裂。在试验全过程中，试样直径不变。断口是横截面（见图2a ），这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。

图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状

据屈服扭矩 p

s

W T 43s =

τ （2-1） 按式2-1可计算出剪切屈服极限τs 。 据最大扭矩T b 可得：p

b

b W T 43=

τ （2-2） 按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb 。

说明：（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到τs 后推导出来的。公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai 公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。 （2）国标GB10128-88规定τs 和τb 均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以