基础力学试验

基础力学实验中心
实验地点：一楼实验大厅 分成两个大组 每个大组分成若干小组 试验完成后两大组互换
下面开始动手实验吧！
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2、分析比较两种材料扭转破坏断口形状
扭转测G试验
3、测定碳素结构钢剪切弹性模量G
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二、实验仪器设备
1、NY-4型台式扭转测G仪 2、游标卡尺 3、扭转试验机
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三、实验原理
1、扭转测G 圆轴受到扭转作用时，当剪应力在比例极限范围 内，胡克定律的扭转表达式：
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三、实验原理
2、扭转破坏实验
T
Tb TS
T
Tb


碳素结构钢扭转图
铸铁扭转图
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三、实验原理
对于碳素结构钢，其扭转应力分别计算如下：
Tb b Wt
Ts s Wt
而铸铁则只有最大剪切应力 其中：Ts —— 屈服点扭矩 Tb —— 最大扭矩
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一、实验目的
1、了解冲击试验的意义和用途 检验材料动态力学性能的重要手段 暴露出材料在静荷载作用下所检验不出的内 部缺陷（如夹杂、收缩孔、晶粒大小等） 低温冲击试验可以显示出临界温度和韧脆转 变温度 2、测定碳素结构钢和铸铁的冲击功
反复进行三次
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四、实验步骤
3、扭转破坏试验（一般金属材料：试验温度10～350C）
对碳素结构钢试样 测量试样尺寸 用信号笔沿试样轴向画一条直线 将试样夹持到扭转试验机上 施加扭矩 记录屈服点扭矩和最大扭矩（图解法［仲裁］、指针法） 扭转速度：屈服前30～300/min，屈服后不大于7200/min 对铸铁试样 步骤同上 无屈服点扭矩
TL GI p
式中： T —— 扭矩。 L —— 梁截面距离。 —— 两截面相对扭转角。 d I p —— 圆截面极惯性矩（ 32 ）。 G —— 剪切弹性模量
4
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三、实验原理
由上式得到
TL G Ip
TLe G I p
当采用NY-4型测G仪进行实验时，采用等间距加 载法，则变为
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四、实验步骤
4、断口分析 观察两种材料扭转破坏的断口 根据断口分析材料的扭转破坏原因
450
碳素结构钢断口
铸铁断口
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五、实验数据后处理
1、求出测G所得数据差值ΔA，并求出 2、计算相对扭转角增量值 。 A Kb 3、计算G。 G
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六、思考题
1、联系两种材料拉、压破坏断口形状，说明材料破 坏的原因？
2、为什么测量材料弹性模量指标和测量材料强度指 标所用的直径计算方法不同？
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第二部分 冲击演示试验
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第一部分 扭转破坏试验、扭转测G试验
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一、试验目的
扭转破坏试验
1、测定碳素结构钢扭转屈服点、抗扭强 度，测定铸铁的抗扭强度，观察碳素结构 钢的扭转变形
TL I p
A 。
标准规定用最小二乘法拟合直线
4、计算碳素结构钢扭转屈服点、抗扭强度；计算铸铁的 抗扭强度。
s
Ts Wt
b
Tb Wt
d3
（抗扭截面模量）
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Wt
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五、实验数据后处理
5、数值修约要求 G：修约到 100MPa 强度：0～200MPa >200～1000MPa >1000MPa 剪切应变：修约到 0.5％ 修约到 1MPa 修约到 5MPa 修约到 10MPa
Wt
d3
16
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四、实验步骤
1、测量直径 在标距范围内，量测左、中、右三个截面，每 一个截面测量2次，在互相垂直的方向上量测，取平 均值作为该截面直径 （1）测G试验： 取3个截面尺寸的平均值作为计算直径。 （2）扭转破坏试验： 取3个截面尺寸的最小值作为计算直径。
式中： T —— 扭矩增量，测G仪加力臂长（200mm） —— 相对扭转角增量（单位：弧度） Le —— 标距长度（150mm）
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三、实验原理
扭转角增量的测量 实验值： 角度＝弧长／半径 小变形状态
A Kb
角度≈弦长／半径
式中： A —— 测G仪百分表读数增量 K —— 百分表放大倍数（100倍） b —— 百分表离试样轴线距离（100mm）
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三、实验试样
标准夏比（charpy）冲击试样
冲击时试样处于简支状态
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四、实验仪器
标准打击能量： 300J（10J）和150J（10J） 打击瞬间摆锤的冲击速度： 5.0～5.5m/S
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二、实验原理
1、能量守恒原理 2、工程中衡量材料抗冲击能力的指标 冲断试件所需要能量的多少 （即冲击吸收功） 3、一般采用摆锤式冲击试验机来测定
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二、实验原理
4、摆锤式试验机原理
将冲击摆锤扬起一定高度， 然后释放 在冲断试样后，摆锤还能 摆起一定的高度 两次高度之差的势能完全 被试件所吸收，此即称为 冲击功 K = GH0－ GH1 KV2、KU2、KV8、KU8
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the 2nd mechanics test 扭转测G冲击试验
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本次试验所涉及理论课内容
材料力学教材 第4章 扭转 第4.4节 圆轴扭转时的应力 第4.5节 圆轴扭转变形 第13章 动荷问题 第13.3节 冲击应力和变形 国家标准 GB/T10128－2007 金属材料 室温扭转试验方法 GB/T229－2007 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法
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四、实验步骤
2、测G试验的加载制度 分为两类方法：图解法和逐级加载法
分四级加载（不规范，标准为不少于5级）
ΔF＝5N Fmax ＝20N（不准超载，否则不是小变形） 在每级荷载中记录百分表读数（加载后10S内读数） 将测试数据记录于原始数据记录表中