工程力学实验教材

第三章材料的力学性能测定

实验一液压式万能材料试验机的操作实验

一、实验目的

1、熟悉液压式万能材料试验机的拉伸、压缩是试验的具体操作方法；

2、了解液压式万能材料试验机的基本结构和原理。

二、仪器设备

1、液压式万能材料试验机；

2、拉伸、压缩、弯曲、剪切等试样。

三、试验机的操作

⑴液压式万能材料试验机的操作

1、拉伸实验的操作

a.检查各按钮、阀门是否处于关闭状态，启动“电源”；

b.根据试样材料和直径估算最大载荷，选择测量范围，在摆杆上挂上或取下摆锤；并将缓冲阀的转换手柄置于与所选度盘量程相适应的位置上；

c.根据试件的形状和尺寸选配好相应的钳口；

d.装好绘图器的传动装置以及绘图笔和记录纸；

e.启动油泵，打开送油阀使活动平台上升10mm左右，然后关闭送油阀（如果活动平台已在升起位置，则不必先启动油泵送油）；

f.将试样的一端夹于上夹头的钳口中；

g.启动油泵，转动齿杆调整测力指针对准度盘零点；

h.开动下夹头电机，将下夹头升到合适的位置，把试件的另一端夹入下夹头钳口中；

i.调整绘图器的绘图笔使之进入描绘准备状态；

j.缓慢拧开送油阀送油，根据实验加载方案进行加载、卸载；

k.加载完毕，关闭送油阀，停止油泵工作；

l.抬起绘图器的绘图笔；

m.拧开回油阀回油，将从动指针拨回零点；

n. 取下试件，机器复原，结束试验工作。

2、压缩实验的操作

a.检查各按钮、阀门是否处于关闭状态，启动“电源”；

b.根据试件材料和直径估算最大载荷，选择测量范围，在摆杆上挂上或取下摆锤；并将缓冲阀的转换手柄置于与所选度盘相适应的位置上；

c. 装好绘图器的传动装置以及绘图笔和记录纸；

d. 将压缩式样置于下压板中心位置；

e. 启动油泵，转动齿杆调整测力指针对准度盘零点；

f. 调整绘图器的绘图笔使之进入描绘准备状态；

g.若试验机的上压板距离试件的上端面较远，可以迅速打开送油阀送油，让活动平台快速升高，当试件接近上压板时，迅速关小送油阀，减慢平台上升速度，使试验机的上压板与试件上端缓慢平稳接触，逐渐施加载荷至试件破坏；

h. 试件断裂后，关闭送油阀，停止油泵工作；

i. 抬起绘图器的绘图笔；

j．拧开回油阀卸载，将从动指针拨回零点；

k. 取下试件，机器复原，结束实验工作。

四、注意事项

1、一定要注意根据试件尺寸和材料种类估算最大载荷，选择好的量程必须与悬挂摆锤对应；需自动绘图时，事先应将滚筒上的纸和绘图笔安装妥当；

2、开启油泵之前，必须检查送油阀和回油阀是否处于关闭状态；待油泵工作正常后，开启送油阀将活动平台升高约10mm，以消除其自重，然后关闭送油阀；

3、安装拉伸试件时，可开动下夹头升降机以调整下夹头位置，但不能用下夹头升降机给试件加载；

4、缓慢开启送油阀，给试件平稳加载，应避免油阀开启过大进油太快。实验进行中，注意不要触动摆杆或摆锤；

5、实验完毕，关闭送油阀，停止油泵工作。破坏性实验先取出试件，再缓慢打开回油阀将油液放回油箱；非破坏性实验，自然应先开回油阀卸载，才能取下试样。

实验二 金属材料的拉伸实验（一）

一、实验目的

1、 测定低碳钢材料在常温、静载条件下拉伸时的屈服极限ζs ，强度极限ζb ，延伸率δ和断面收缩率ψ；

2、 测定铸铁材料在常温、静载条件下拉伸时的强度极限ζb ；

3、 观察低碳钢、铸铁材料在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-△L 图的特征；

4、比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试样断口情况，分析其破坏原因；

5、了解液压式万能材料试验机的构造原理，熟悉其操作方法。

二、仪器设备

1、液压式万能材料试验机；

2、游标卡尺。

三、试件制备

为了避免试件的尺寸与形状对实验结果的影响和各种材料的力学性能测试结果的相互比较，国家标准对试件的尺寸和形状都作了统一的规定：拉伸试件分为比例和非比例两种。比例试件的尺寸应符合如下关系：

00A K L = (1)

式中 0L ——试件的原始标距，即计算变形的有效长度。长度值由试件此段上的两标距点

确定（见图3-2-1）；

0A ——试件标距段的原始截面面积；

K ——常数，其值可取5.65或11.3，与此对应，试件分别称为长比例试件或短比例

试件。

在特殊的情况下（例如成品型材、板材、管材、线材等），试件的原始标距0L 与原始横

截面面积0A 也可按产品标准或双方协议执行，这类试件称为非比例试件（或定标距试件）。

通常实验所用试件为圆截面试件，因此，上式（1）可改写为

00d k L ⋅= （2）

式中0d 为试件的原始直径，系数k 对应为5或10。本次实验采用圆截面长比例试件，

即取k =10。试件形状如图3-2-1所示。试件两端较粗部分为装入试验机夹头中的夹持部分，

起传递拉力的作用，其尺寸和形状应根据试验机的夹头形式而定，一般要求其长度不小于夹块长度的三分之二。

图3-2-1

四、实验原理

金属材料拉伸时的力学性能指标，是由拉伸实验来确定的。为此，本实验选择低碳钢和铸铁分别作为塑性材料和脆性材料的代表，按照国家标准，利用液压式万能材料试验机上进行拉伸实验来测试和比较两类材料拉伸时的各项力学性能指标。

1、低碳钢的拉伸

由于在试件变形之前，机器的零部件之间和试件与夹具之间有一定的间隙，试验机自动绘图器绘出的拉伸变形△L不仅包括试件的伸长，还包括机器有关部分的间隙和弹性变形以及试件在夹头内的滑动等。所以，实验一开始，试验机自动绘图器就开始绘出曲线。

图3-2-2

施加稍许载荷后，这些间隙将会渐渐消除。试验机自动绘图器绘出一段直线，表明载荷与变形之间满足正比例关系，此阶段为线弹性阶段。为了修正因间隙等而导致的拉伸图最初