《建筑力学》实验指导书

《建筑力学》实验指导书

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PS 、Pb 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。

二、仪器设备和量具

电子万能材料试验机，x -y 函数记录仪，钢板尺，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，卸载规律、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Ps 和最大抗力Pb 。试件断裂后，测量断口处的最小直径d 1和标距间的距离L 1。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 %100110⨯-=L L L δ

断面收缩率 %

1002212⨯-=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Ps ，从而计算出低碳钢的屈服极限：

σs s P A =

四、灰口铸铁的拉伸和压缩实验

1．灰口铸铁的拉伸实验

实验前测定试件的直径d 。试件在拉伸过程中注意观察与低碳钢拉伸试验中不同的现象（如变形小、无屈服、无颈缩、断口平齐等）；绘出P ——ΔL 曲线如图2—2（a ）所示；记录断裂时的最大抗力Pb ，从而计算出灰口铸铁的拉伸强度极限： A P b

b =σ。

图2—2 灰口铸铁拉伸图及压缩图

2．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Pb ，计算灰口铸铁压缩强度极限。即

A P b b =

σ

五、实验操作

1．准备工作

（1）打开试验机总电源和负载测量单元、位移测量单元、x -y 记录仪的电源开关进行预热。

（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．安装试件和调整荷载单元

（1）调整荷载测量单元。按下传感器选择键：“拉”。根据低碳钢（A3）试件直径为10mm 的承载力，大约在40kN 左右即可拉断，故选择50kN 为满量程，按下50kN 键。然后调整荷载的零点，检查标定值。 （2）将试件夹持于材料试验机的上夹头中，为了夹持方便可用速度100mm/min 或250mm/min 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．安装位移计和夹式引伸计

（1）低碳钢试件拉伸时，把夹式引伸计直接安装在试件上。试件受拉力后，标距内的伸长量通过夹式引伸计转换为电量，经放大后输入给x -y 函数记录绘制曲线图（力输入信号线接入y 座标，伸长输入信号线接入x 座标）。

（2）做灰口铸铁拉伸、压缩实验和低碳钢压缩实验时，用固定在动横梁上的位移计。先关闭支持平台的磁性开关使之失磁，将平台支持住位移计芯轴并使其上下移动，使x -y 函数记录仪上画笔接近零位时，打开磁性开关固定于柱上（平台须基本水平）。

（3）实验时，位移计将试验机动横梁下降量作为试件的伸长量或压缩量转变为电压，

经放大后把电压信号输入给x-y函数记录仪绘图。

4．调整x-y函数记录仪

（1）将纸放到x-y记录仪的画板上摆正，纸开关置于HOLD吸住记录纸。

（2）检查或调整量程旋钮Y2或Y1坐标应置于10mV/cm。输入开关置于MEAS，调节POSITION使画笔到下边缘某零位置。

（3）检查或调整x轴的量程旋钮应置于50mV/cm，将x轴的输入开关置于MEAS，调节POSITION旋钮使笔架移到图纸左边某零点位置。

（4）最后将笔开关置于DOWN，放下笔准备绘图。

5．加载试验

（1）检查速度选择键应置于2mm/min（在2～10 mm/min速度范围内可任意选择）；荷载单元应为拉传感器，量程50kN；x-y记录仪的笔已在左下角放下。

（2）按横梁下降开关，即开始加载实验。

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，尤其是要使x-y记录仪的笔开关置于UP，Y2或Y1轴和x轴的输入开关置于ZERO以防止画笔乱画乱动。

7．铸铁拉伸试验

操作步骤与低碳钢试验基本相同，不同之处有：

（1）速度选择置于2mm/min直至断裂。

（2）在实验中注意读取荷载极限值。

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，移动横梁使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。

（2）调好荷载单元，用压力传感器，量程为100kN。

（3）用速度2mm/min加压，使上压头接触试样（荷载单元可显2～3kN的预压力）。然后安装位移传感器芯轴支持平台。

（4）试验速度在屈服前用2mm/min，屈服后用5mm/min。

（5）试样不会断裂，曲线画到一定程度即可结束试验；在实验中注意读取屈服时的荷载值。

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。

10．其它

（1）两根拉伸试件的P——ΔL曲线绘在一张图纸上，两根压缩试件的P——ΔL 曲线绘在一张图纸上。因为它们的坐标相同好作比较。

（2）全部实验完毕后，机器和仪器的各开关按键应置于原始位置，然后关掉电源。

六、预习思考题

1．试比较低碳钢和铸铁在拉伸时的力学性能。

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．说明铸铁和低碳钢断口的特点。

4．低碳钢和铸铁在拉伸、压缩中，各要测得哪些数据？观察哪些现象？