本科材料力学实验讲义教学
材料力学实验
§1 拉伸实验
一、实验目的
1、 在比例极限内，验证虎克定律，并测定低碳钢的弹性模量E 。
2、 测定低碳钢的其他机械性质，如屈服极限强度极限延伸率面积收缩率等。
3、 测定铸铁的强度极限。
4、 比较塑性材料和脆性材料的机械性质的特点。 二、实验设备及试件 实验设备仪器 1．万能试验机 2．引伸仪 3．千分卡 4．游标卡尺 实验试件
试件尺寸和开头对实验结果有所影响。为使实验所得结果可以互相比较，要采用标准试件，按国家标准GB228—63规定加工。本实验用园截面试件，形状如图1
图1 标准试件
三、实验原理
1．已知虎克定律关系式为EA
PL L =
? 用引伸仪夹紧试件， 引伸仪标距尺寸为L ，可以连续测量标距尺寸伸△L ，及载荷P ，从拉伸曲线可以看出弹性阶段的应力应变线性关系。由电脑可以算出弹性模量E 。
2．对低碳钢的其他机械性质的测定，如s σ、b σ、δ和ψ等，必须研究实验过程中载荷和变形的关系（拉伸图）及试件的最后破坏形式。
根据屈服载荷P s 和最大载荷P b 来计算屈服极限s σ和强度极限b σ。计算公式如下：
A
P A P b b s s ==
σσ, 根据试验后测出标距的长度L 1及断裂处截面的面积A 1，然后计算延伸率δ和面积收缩率ψ。计算公式如下：
%
100%1001
1?-=?-=
A
A A A
L
L ψδ
3．对铸铁强度极限b σ的测定，由于受力后变形很小，就突然断裂，所以只测定强度极限b σ。即
A
P b
b =
σ。 四、试验步骤:（液压万能实验机） 1．测量试样有关数据。
2．顺序开机，主机电源→计算机→打印机。运行软件进入联机状态。 3．进入试验窗口，选择设置试验方案，输入所需的用户参数。
4．在实验老师指导下安装试样，根据试样长度调整移动横梁位置。启动油泵电机，将转换开关打到“夹头”档。先夹紧试样的一端，然后升降下横梁到适当位置，力值清零（消除横梁和试样及其他附件自重），最后夹紧试样另一端，试样夹紧后把转换开关打到“油缸”档，位置或变形值清零。
5．在实验老师指导下安装引伸计。
6．点击试验窗口的“运行”按扭，进入试验状态，顺时针旋转手动阀手轮进行加载。过屈服阶段后，点击“引伸计切换”按钮，计算机自动切换为位移控制。由实验老师取下引伸计。拉伸继续，直到试样断裂。试样结束时，油泵自动停止。（软件发出指令，防止试验结束后活塞继续上升）。
7．把转换开关打到夹头档，启动油泵，取下试样，再逆时针旋转手动阀手轮，使活塞退到底。
8．测量有关数据，输入计算机。打印实验报告。
试验步骤：（电子万能试验机）
1．测量试样有关数据，检查限位块位置。
2．顺序开机，主机电源→计算机→打印机。运行软件进入联机状态。 3．进入试验窗口，选择设置试验方案，输入所需的用户参数。 4．在实验老师指导下安装试样，根据试样长度调整移动横梁位置。
5．先夹紧试样的一端，力值清零（消除横梁和试样及其他附件自重），然后升降下横梁到适当位置，夹紧试样另一端（按小键盘上“试样保护”让力值接近零点，再按“停止“键）。
6．在实验老师指导下安装引伸计。
7．点击试验窗口的“运行”按扭，进入试验状态，进行加载。过屈服阶段后，点击“引伸计切换”按钮，计算机自动切换为位移控制。由实验老师取下引伸计。拉伸将继续。
五、注意事项
1．实验开始后不要按手动键盘。
2．实验开始后不能点击“发送速度”，“点动速度”按钮。
3．引伸仪使用时要特别小心，过屈服阶段后必须马上取出，以免受损。 六、实验数据记录 1 实验前试件尺寸测量数据
低碳钢试样须量取标距尺寸L ，直径d ，直径测量取三处平均值输入电脑。 2．实验后试件尺寸测量
标距尺寸L ，断裂后直径量二处取平均值。
§2 压缩试验
一、实验目的
1．测定压缩时低碳钢的屈服极限s σ和铸铁的强度极限b σ。 2．观察低碳钢和和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。 二、实验设备和试件 实验设备 1．万能试验机
2．千分卡。 3．游标尺卡 试验试件
低碳钢和铸铁等金属材料的试件一般制成园柱形见图2（a ）。其高度h 与直径d 之比，应为31≤≤
d
h
。 三、实验原理
低碳钢为塑性材料，当试件快达到屈服载荷P s 时，要特别小心地观察测力指针的转动。在缓
慢而均匀地加载下，最初测力指针等速转动，当试件屈服时，测力指针转速明显减慢，或停止。此时载荷即为屈服载荷P s 。低碳钢试件最后压成饼状而不会破裂，所以无法测出最大载荷或求出强度极限b σ。铸铁为脆性材料，因为变形小，难以测定屈服载荷P s 。当试件达到最大载荷时P b ，就突然破裂，可求出强度极限b σ。试件先被压成鼓形，最后沿着与试件轴线成45度左右的斜截面断裂。
四、实验步骤
1．测量低碳钢和铸铁试件的直径。并记录下原始数据。
2．把低碳钢试件放在试验机压座正中，逐渐加力，当变形继续增加而载荷数值变化缓慢时，此时载荷即为屈服载荷P s ，记下读数。继续加工到100kN 以内，使试件从鼓形压扁到饼状为止。
3．把铸铁试件放在试验机压座正中加压，逐渐加力直至试件被破坏为止。记下极限载荷。
4．比较各种破坏形式及进行试验整理和计算。 五、注意事项
1． 试件必须放平，并在压台当中位置上，以免发生偏心。 2． 防止铸铁试件压坏时碎片飞溅伤人。 3． 试验开始后不要按手动键盘。
4．实验开始后不能点击“发送速度”，“点动速度”按钮。 六、实验数据记录
实验前测量有关试样数据，输入电脑。
图 2
实验报告
1． 每组一份打印“低碳钢拉伸试验报告”，“低碳钢压缩报告”，“铸铁拉伸实验报告”，“铸铁压缩实验报告”。
2． 每组交实验报告外每个同学交一份试验报告。 思考题：
1． 弹性阶段与塑性阶段的区别。
2． 脆性材料与韧性材料力学性能有什么区别。 3． 绘制拉伸、压缩试样断口略图。解释断口的原因。 4． 低碳钢和铸铁压缩后为什么成鼓形。 5． 其他自己思考的结论与问题。
§3 扭转实验
一、实验目的
1． 在比例极限内验证扭转虎克定律，测定剪切弹性模量G 。 2． 测定低碳钢的剪切屈服极限s τ和剪切强度极限b τ。 3． 测定铸铁的剪切强度极限b τ。 二、实验设备及工具 1．扭转试验机 2．划线机 3．游标卡尺 三、实验原理
在材料的剪切比例极限内，扭转角公式为：
P
n GI l M 0
=
? 式中M n 为扭矩，I P 为圆截面的极惯性矩。同样采用增量法，逐级加载。如每增加同样大小的扭矩△M n ，扭转角的增量△?基本相等，这就验证了剪切虎克定律。根据测得的各级扭转角增量△?i ，可用下式算出相应的剪切弹性模量：
P
i n i I l M G ??0
=
（1）
式中下标i 为加载级数（i ＝1，2，···，n ）
继续利用扭转机的自动绘图器记录?-n M 曲线，其结果如图3所示。
当扭矩达到一定数值时，试件横截面边缘处的剪应力开始达到剪切屈服极限s τ，这时的扭矩叫M P ，在扭矩超过M P 后，横截面上的剪应力的分布不再是线性的（图的右方两图）。在园轴的外部处理，材料发生屈服形成环行塑性区，同时?-n M 图变成曲线（见图3）。
此后，随着试件继续扭转变形，塑性区不断向圆心扩展，?-n M 曲线稍微上升，直至B 点趋于平坦，扭矩度盘上指针几乎不动或摆动，指针摆动的最小值既是试件全部屈服所对应的扭矩M s ，这时塑性区占据了几乎全部截面（图4右图）。s τ近似等于：
p
s
s W M ?=
43τ （2）
图 4 低碳钢圆轴在不同扭矩下剪应力分布图
式中316
d W p π
=
是试件的抗扭截面模量。
试件再继续变形，材料进一步强化，达到?-n M 曲线上的C 点，试件发生断裂。由扭矩标盘上的随动指针读出最大扭矩M b 。与式（2）相似，可得：
p
b
b W M ?
=43τ （3）
s
铸铁的?-n M 曲线如图5所示，从开始受扭，直到破坏，近似为一直线。故近似的按弹性应力公式计算
p
b
b W M =
τ （4） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态（图6）。在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应力τσ=1、τσ-=3的作用。低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故从横截面剪断，而铸铁的抗拉能力较抗剪能力弱，故沿着与1σ方向成正交的方向拉断。
四、实验步骤
Ⅰ．低碳钢试件的扭转实验
1．测量试件的直径d ，应量三处，每处在相互垂直的方向各量一次，取平均值，最好以其中最小一处的平均直径作为计算直径。
2．用划线器沿试件的轴线方向划几条相距为5mm 的直线，在试件中部划数条多了个距离的横截面周界线，以便观察变形及破坏情况。
3．将试件装在扭转机上，先把试件装入固定握紧器中拧紧，然后调整活动握紧器装入试件的另一端，拧紧握紧器。
4． 将图纸安置在绘图器上。 5． 进行试验
用慢速（或手摇装置）逐渐加至初载荷，记下此时扭角的读数。然后等量逐级加载，每增加一次扭矩△M n ，记扭角读数一次，加载到M P 为止。
开始加载时，就应使自动绘图器也同时工作。当?-n M 图开始由直线转变成曲线时，即表示扭矩已达到M P 。
图 5 铸铁的M n —φ曲线
图 6 纯剪应力状态
继续缓慢加载，注意观察试验机扭矩度盘上的指针，若它停止转动，即说明材料发生屈服，记录此时的扭矩M s 。
经过屈服阶段后，即可快速加载直至剪断为止，停车。由随动指针读出最大扭矩M b ，并记录之。
6．结束工作。
Ⅱ．铸铁试件的扭转实验
进行步骤与低碳钢相同，全部扭转过程均用手动，指针扭断，停车。记下断裂时的扭矩值M b 。
五、实验结果处理
1．以扭矩M n 为纵坐标，扭转角?为横坐标，作弹性阶段的?-n M 图，观察是否为一直线，以验证比例极限内的扭转角公式。
2．按式（1）计算每次的剪切弹性模量G i ，再取其算术平均值
n
G
G n
i i
∑==
1
（5）
得到剪切弹性模量G 的最后结果，式中n 为加载级数。
3．用式（2）和（3）分别求出低碳钢的s τ和b τ，利用式（4）求出铸铁的b τ。 4．后绘出两种材料的断口图形，并解释其断裂原因。根据自动绘图器绘出图，比较两种材料的机械性质的特点
§4 纯弯曲正应力分布规律实验
一、实验目的
1、用电测法测定梁纯弯曲时沿其横截面高度的正应变（正应力）分布规律；
2、验证纯弯曲梁的正应力计算公式。 二、实验仪器和设备
1、多功能组合实验装置一台；
2、TS3860型静态数字应变仪一台；
3、纯弯曲实验梁一根。
4、温度补偿块一块。 三、实验原理和方法
弯曲梁的材料为钢，其弹性模量E=210MPa ，泊松比μ=0.28。用手转动实验装置上面的加力手轮，使四点弯上压头压住实验梁，则梁的中间段承受纯弯曲。根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到纯弯曲正应力计算公式为：
x
M
y I σ=
（6） 式中：M 为弯矩；x I 为横截面对中性轴的惯性矩；y 为所求应力点至中性轴的距离。由上式可知，沿横截面高度正应力按线性规律变化。
实验时采用螺旋推进和机械加载方法，可以连续加载，载荷大小由带拉压传感器的电子测力仪读出。当增加压力P ?时，梁的四个受力点处分别增加作用力/2P ?，如图7示。
为了测量梁纯弯曲时横截面上应变分布规律，在梁纯弯曲段的侧面各点沿轴线方向布置了5片应变片（见图7）（其中：b=20mm ，h=25mm ，C=126.7mm ），各应变片的分布为：1#在二分之一h 处，2#、3#在上下对称于1#的四分之一h 处，4#、5#在弯曲梁的上下表面。
图7 纯弯曲梁
如果测得纯弯曲梁在纯弯曲时沿横截面高度各点的轴向应变，则由单向应力状态的虎克定律公式E σε=，可求出各点处的应力实验值。将应力实验值与应力理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式。
四、实验步骤
1、检查矩形截面梁的宽度b 和高度h 、载荷作用点到梁支点距离c ，及各应变片到中性层的距离i y 。
2、检查压力传感器的引出线和电子秤的连接是否良好，接通电子秤的电源线。检查应
变仪的工作状态是否良好。然后把梁上的应变片按序号接在应变仪上的各不同通道的接线柱A 、B 上，公共温度补偿片接在接线柱B 、C 上。相应电桥的接线柱B 需用短接片连接起来，而各接线柱C 之间不必用短接片连接，因其内部本来就是相通的。因为采用半桥接线法，故应变仪应处于半桥测量状态。应变仪的操作步骤见应变仪的使用说明书。
3、根据梁的材料、尺寸和受力形式，估计实验时的初始载荷0P （一般按s P σ1.00=确定）、最大载荷m ax P （一般按s P σ7.0max ≤确定）和分级载荷P ?（一般按加载4~6级考虑）。
本实验中取P 0=0.5KN ，ΔP=0.5KN ，Pmax=2KN ，分四次加载，在P 0处将应变仪调零，实验时逐级加载，并记录各应变片在各级载荷作用下的读数应变。
五、实验结果的处理
1、按实验记录数据求出各点的应力实验值，并计算出各点的应力理论值。算出它们的相对误差。
2、按同一比例分别画出各点应力的实验值和理论值沿横截面高度的分布曲线，将两者进行比较，如果两者接近，说明弯曲正应力的理论分析是可行的。
实验记录和计算数据表格可参考表1、表2和表3。
表1 应变片至中性层的距离（mm ）（见实物弯曲梁上的标注）
b= 9.4mm; h= 39.5 mm; c= 126.5mm 。
表2 应变片在各级载荷下的读数应变
表3 各测试点应力实验结果 单位：MPa
§5弯扭组合变形薄壁筒应力测量实验
一、实验目的
1、用电测法测定平面应力状态下主应力的大小及方向，并与理论值进行比较；
2、测定弯扭组合变形杆件中分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的应力，并确定内力分量弯矩、剪力和扭矩的实验值。
二、实验仪器和设备
1、多功能组合实验装置一台；
2、弯扭组合变形实验量一根；
3、TS3860型数字应变仪一台。 三、实验原理和方法
弯扭组合薄臂圆筒实验梁是由薄壁圆筒、扇臂、手轮、旋转支座等组成。实验时，转动手轮，加载螺杆和载荷传感器都向下移动，载荷传感器就有压力电信号输出，此时电子秤数字显示出作用在扇臂端的载荷值。扇臂端的作用力传递到薄壁圆筒上，使圆筒产生弯扭组合变形。
薄壁圆筒材料为钢，其弹性模量E=210GPa ，泊松比μ=0.28，圆筒外径Ф=35，壁厚T =2.4mm ，L1=155，L2=165如图8所示。
薄壁圆筒弯扭组合变形受力简图如图4所示。截面I —I 为被测位置，由材料力学可知， 该截面上的内力有弯矩、剪力和扭矩。取其前、后、上、下的A 、C 、B 、D 为四个被测点，其应力状态如图9所示。每点处按45-?、0?、45+?方向粘贴一个三轴45? 应变花(见图10(a))。
图8 薄壁圆筒受力图 图9 ABCD 点应力状态 实验内容和方法如下： 1、确定主应力大小及方向
弯扭组合变形薄壁圆筒表面上的点处于平面应力状态，先用应变花测出三个方向的线应变，随后算出主应变的大小和方向，再运用广义虎克定律公式即可求出主应力的大小和方向。
由于薄壁圆筒上的点处于平面应力状态且材料为钢，与应变片灵敏系数的标定条件不符，故应进行横向效应的修正。此时只要将主应力公式中的弹性模量E 、泊松比μ用表观弹性模量a E 、表观泊松比a μ代替即可得到修正的主应力公式。a E 、a μ的表达式按式(7)、式(8)分别为
0(1)
1a H E E
H μμ
-=- （7）
1a H
H μμμ
-=
- （8）
式中：E 、μ——分别为薄壁圆筒材料的弹性模量和泊松比；
0μ——应变片灵敏系数标定梁材料的泊松比。标定粱材料为钢，00.286μ=； H ——应变片横向效应系数（H=0.02，由于H 值较小也可以不做修正）。
参考教材中三轴45?应变花的计算结果，根据被测点三个方向的应变值45ε-、0ε、45
ε可得到修正的主应力计算公式为
14545221[()12a a a E μσεεσμ-+=-+- （9） 4545
004545
22tg εεφεεε---=
-- （10）
2、确定单一内力分量及其所引起的应变
（1）将B 、D 两点0?方向的应变片按图10(b)接成半桥线路进行半桥测量，由应变仪读数应变Md ε即可得到B 、D 两点由弯矩引起的轴向应变M ε
2
Md
M εε=
（11）
将上式代人M M EW ε=中，可得到截面I —I 的弯矩实验值为
2
Md EW
M ε=
（12）
（2）剪力Q 及其所引起的应变的测定
将A 、C 两点45?方向和45-?方向的应变片按图10(c)接成全桥线路进行全桥测量。由应变仪读数应变Qd ε可得到剪力引起的剪应变Q γ的实验值为
2
Qd
Q εγ=
（13）
将式(13)代入下式
4(1)
Q EA
Q γμ=+
即可得到截面I —I 的剪力实验值为
8(1)
Qd EA
Q εμ=
+ （14）
(3)扭矩n M 及其所引起应变的测定
将A 、C 两点45?方向和45-?方向的应变片按图10(d)接成全桥线路进行全桥测量。由应变仪读数应变nd ε可得到扭矩引起的剪应变n γ的实验值为
2
nd n εγ=
（15）
将式(15)代人下式
2(1)
n p
n EW M γμ=
+
即可得到截面I —I 的扭矩实验值为
4(1)
nd p
n EW M εμ=+ （16）
（b）弯矩
（c）剪力
（d）扭矩
图10 薄壁圆筒布片及接线图
四、实验步骤
1、将载荷传感器电源及信号线与数字电子秤连接。
2、打开电子秤及应变仪电源，检查仪器的工作是否正常。
3、将薄壁圆筒上的应变片按不同测试要求接入应变仪，组成不同的测量电桥。
(1)将A、B、C、D各点的应变片按半桥接线法依次接入应变仪进行单臂测量。各应变片共用1～2个公共温度补偿片。
(2)将B、D两点0?方向的应变片按图10(b)接成半桥线路进行半桥测量。
-?方向的应变片按图10(c)接成全桥线路进行全桥测量。
(3)将A、C两点45?方向和45
应变仪具体操作参见TS3860数字应变仪使用说明书。
-?方向的应变片按图10(d)接成全桥线路进行全桥测量。
(4)将A、C两点45?方向和45
应变仪具体操作参见TS3860数字应变仪使用说明书。
5、预加载荷0.05KN，记录应变仪的初读数，再按0.15KN、0.25KN分级加载（
ΔP=0.1KN），加3级，并记录各级载荷下应变仪的读数应变。
五、实验结果的处理
算出下列数据的实验值.
1、A、B、C、D四点的主应力大小及方向。
2、截面上分别由弯矩、剪力和扭矩所引起的最大应力值。
3、截面I—I上的内力分量弯矩、剪力和扭矩值。
实验记录和计算数据表格可参考表4、表5、表6和表7。
表4 A、B、C、D各点的读数应变
表5 弯矩、剪力和扭矩引起的应变
表6 A、
B、C、D各点的实验应力数据
低碳钢和铸铁拉伸试验报告
专业级班姓名学号指导教师(签字) 实验日期
一、试验目的
二、思考题
1、弹性阶段与塑性阶段的区别。
2、从试验现象及结果，比较塑性材料和脆性材料的机械性质的特点。[注]生产试验须按国家标准GB228-63规定执行。
3、画出试样断后形状图。
低碳钢和铸铁压缩试验报告
专业级班姓名学号指导教师(签字) 实验日期
一、试验目的
二、思考题
1、低碳钢和铸铁试件压缩后为什么成鼓形？
2、为什么铸铁试件沿着与轴线约成45 倾斜的截面破坏？
3、画出试样压缩变形后形状图。
低碳钢和铸铁扭转试验报告
专业级班姓名学号
指导教师(签字) 实验日期
一、试验目的
二、思考题
1、低碳钢和灰铸铁试件扭断时断口不同，说明什么问题？
2、根据拉伸、压缩和扭转三种试验的结果，综合分析低碳钢和灰铸铁的机械性能。
3、画出试样扭断后形状图。
材料力学实验报告标准规定答案解析
力学实验报告标准答案
长安大学力学实验教学中心 目录 、拉伸实验? 、压缩实验? 三、拉压弹性模量E测定实验? 四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验? 五、扭转破坏实验-10
六、纯弯曲梁正应力实验? 12 七、弯扭组合变形时的主应力测定实验? 15 八、压杆稳定实验"8
、拉伸实验报告标准答案实验目的: 见教材 实验仪器 见教材实验结果及数据处理：例:（一）低碳钢试件
服应力 (T s = P s /A _273.8 _MP a 屈度极限 (T b = P b /A _411.3 MP a 强试验前 试验后 最小平均直径d= 10.16 mm 最小直径d= 10.15 mm 截面面积A= 81.03 mm 2 截面面积A1= 80.91 mm 2 计算长度L= 100 mm 计算长度L 忤 100 mm 试验前草图 试验后草图 1 ' 1 ''1 1 最大载荷P b =__14.4 KN P s =_22.1 KN P b =_33.2 ____ KN 塑性指标： 伸长率 厘100% L 68.40 % 33.24 % A A 1 面积收缩率 - 100% A 低碳钢拉伸图:
强度极限c b= P b / A = _ 177.7 — M P a 问题讨论： 1、为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件，材料相同而长短不同的试件 延伸率是否相同？ 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关，同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分，在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件，这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的（横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外）. 2、分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性，低碳钢延伸率大表现为塑性；低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状，且有45 0的剪切唇， 断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织
材料力学实验指导书
材料力学实验指导书 §5 梁弯曲正应力电测实验指导书 1、概述 梁是工程中常用的受弯构件。梁受弯时，产生弯曲变形，在结构设计和强度计算中经常要涉及到梁的弯曲正应力的计算，在工程检验中，也经常通过测量梁的主应力大小来判断构件是否安全，也可采用通过测量梁截面不同高度的应力来寻找梁的中性层。 2、实验目的 1、用应变电测法测定矩形截面简支梁纯弯曲时，横截面上的应力分布规律。 2、验证纯弯梁的弯曲正应力公式。 3、观察纯弯梁在双向交变加载下的应力变化特点。 3、实验原理 梁纯弯曲时，根据平面假设和纵向纤维之间无挤压的假设，得到纯弯曲正应力计算公式为： Z I My =σ 式中：M —弯矩 Z I —横截面对中性层的惯性矩 y —所求应力点的纵坐标（中性轴为坐标零点）。 由上式可知梁在纯弯曲时，沿横截面高度各点处的正应力按线性规律变化，根据纵向纤维之间无挤压的假设，纯弯梁中的单元体处于单纯受拉或受压状态，由单向应力状态的胡克定律E *εσ=可知，只要测得不同梁高处的ε，就可计算出该点的应力σ，然后与相应点的理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式。 4、实验方案 4.1实验设备、测量工具及试件： YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm 游标卡尺、四点弯曲梁试件（图5.1）。 YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、分析等。 图5.1实验中用到的纯弯梁，矩形截面，在梁的两端有支撑圆孔，梁的中间段有四个对称半圆形分配梁加载槽，加载测试时，两半圆型槽中间部分为纯弯段，在纯弯段中间不同梁高部位、在离开纯弯段中间一定距离的梁顶及梁底、在加工有长槽孔部位的梁顶及梁底均粘贴电阻应变片。 4.2 装夹、加载方案 安装好的试件如图5.2所示。试验时，四点弯曲梁通过销轴安装在支座的长槽孔内，形成滚动铰支座。梁向下弯曲时，荷载通过分配梁等量地分配到梁上部两半圆形加载槽，梁向上弯曲时，荷载通 过分配梁等量地分配到梁下部两半圆形加载槽，分配梁的两个加载支滚，一个为滚动铰支座，一个为 图5.1 四点弯曲梁试件
材料力学实验报告册概要
实验日期_____________教师签字_____________ 同组者_____________审批日期_____________ 实验名称：拉伸和压缩试验 一、试验目的 1.测定低碳钢材料拉伸的屈服极限σs 、抗拉强度σb、断后延伸率δ及断 面收缩率ψ。 2.测定灰铸铁材料的抗拉强度σb、压缩的强度极限σb。 3.观察低碳钢和灰铸铁材料拉伸、压缩试验过程中的变形现象，并分析 比较其破坏断口特征。 二、试验仪器设备 1.微机控制电子万能材料试验机系统 2.微机屏显式液压万能材料试验机 3.游标卡尺 4.做标记用工具 三、试验原理（简述） 1
四、试验原始数据记录 1.拉伸试验 低碳钢材料屈服载荷 最大载荷 灰铸铁材料最大载荷 2.灰铸铁材料压缩试验 直径d0 最大载荷 教师签字：2
五、试验数据处理及结果 1.拉伸试验数据结果 低碳钢材料： 铸铁材料： 2.低碳钢材料的拉伸曲线 3.压缩试验数据结果 铸铁材料： 3
4.灰铸铁材料的拉伸及压缩曲线： 5.低碳钢及灰铸铁材料拉伸时的破坏情况，并分析破坏原因 ①试样的形状（可作图表示）及断口特征 ②分析两种材料的破坏原因 低碳钢材料： 灰铸铁材料： 4
6.灰铸铁压缩时的破坏情况，并分析破坏原因 六、思考讨论题 1.简述低碳钢和灰铸铁两种材料的拉伸力学性能，以及力-变形特性曲线 的特征。 2.试说明冷作硬化工艺的利与弊。 3.某塑性材料，按照国家标准加工成直径相同标距不同的拉伸试样，试 判断用这两种不同试样测得的断后延伸率是否相同，并对结论给予分析。 5
七、小结（结论、心得、建议等）6
材料力学实验讲义
金属材料的拉伸、压缩实验指导书 张雅琴编 北京化工大学
目录实验一金属材料的拉伸实验 实验二金属材料的压缩实验
实验一金属材料的拉伸实验 金属材料的拉伸实验是研究金属材料力学性能的最基本的实验。方法简单，数据可靠，一些工矿企业、研究所一般都用此类方法对金属材料进行出厂检验或进厂复检，用测得的各项指标来评定材质和进行强度、刚度计算。因此，对金属材料进行轴向拉伸实验具有工程实际意义。 不同材料在轴向拉伸过程中会表现出不同的力学性质和现象。低碳钢和铸铁分别是典型的塑性材料和脆性材料。低碳钢材料具有良好的塑性，在拉伸实验中的弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段尤为明显和清楚。铸铁材料受拉时处于脆性状态，其破坏是由拉应力拉断。 金属材料拉伸实验是指在室温条件下，将缓慢施加的单向拉伸载荷作用于表面光滑的拉伸试件上，来测定材料力学拉伸性能的方法。最常用拉伸试件的形状和尺寸如图1-1所示。 (a) (b) 图1-1 (a) 圆形试样(b) 矩形试样 若采用光滑圆柱试件，试件的标矩长度L 0比直径d 要大的多;通常L >5d ,以使试件横 截面上的应力均匀地分布,实现轴向均匀加载.试件做成圆柱形是便于测量径向应变,试件的加工也比较简单。当测量板材拉伸性能和带材的拉伸性能时,也可以采用板状试件，如图 1-1(b)所示。但试件的标矩长度L 0应满足下列关系：L =5.65A 或11.3 A ；其中A 为试件 的初始横截面积。 上式中的规定对应于圆柱试件中的L 0=5d ，L =10 d 。拉伸试件的几何形状，尺寸及允 许的加工误差，在国家标准GB228—2002中作了相应的规定。金属材料拉伸实验是材料的力学性能实验中最基本最重要的实验,是工程上广泛使用的测定力学性能的方法之一。
材料力学性能静拉伸试验报告
静拉伸试验 一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备 微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样 本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。 四、实验原理 按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。 试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。 脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远 小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10 l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备 用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：
《材料力学》实验报告
材料力学 实验报告 对应课程 学号 学生 专业 班级 指导教师 成绩总评 学年第学期
目录 1.低碳钢及铸铁拉伸破坏实验???????????????(3 ) 2.低碳钢及铸铁压缩破坏实验???????????????(8 ) 3.引伸计法测定材料的弹性模量??????????????( 12 ) 4.低碳钢及铸铁扭转破坏实验???????????????(15) 5.载荷识别实验?????????????????????( 19) 成绩总评定 : 拉伸压缩测E扭转载荷识别
低碳钢及铸铁拉伸破坏实验 实验日期： 同组成员： 一、实验目的及原理 二、实验设备和仪器 1、试验机名称及型号： 吨位： 精度： 2、量具名称： 精度： 三、实验步骤 （一）、低碳钢、铸铁拉伸实验步骤：
四、试样简图 低碳钢试样 实验前实验后试 样 简 图 铸铁试样 实验前实验后试 样 简 图
五、实验数据及计算 低碳钢拉伸试验 （一）试件尺寸 (a)试验前 试件标直径d0( mm )最小横截距 横截面 1横截面 2横截面 3面面积L0平平平A (1)（2）(1)（2）（1） ( 2)02 ( mm )均均均( mm ) (b)试验后 断后标断口直径 d 1 ( mm )距 L1 12平均( mm )断口（颈缩处）最小横截面面 积 A1 ( mm2 ) 屈服极限：强度极限：断后延伸率： F s s (MPa) A0 F b b (MPa) A0 ( L 1 L O ) 100% L0
A0 A1100% 断面收缩率： A0 铸铁拉伸试验 (a)试验前 试件标直径d0( mm )最小横截距 横截面 1横截面 2横截面 3面面积L0平平平A (1)（2）(1)（2）（1） ( 2)02 ( mm )均均均( mm ) (b)试验后 F b 强度极限：b(MPa ) （二）绘出低碳钢的“力—位移、及铸铁的“ 力－位移”曲线低碳钢铸铁
8学时实验--材料力学8学时实验讲义
材料力学实验讲义
§1-1 金属材料的拉伸实验 一、试验目的 1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度R eH，下屈服强度R eL和抗拉强度R m 。 2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。 3．测定铸铁的抗拉强度R m。 4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁的拉伸过程及破坏现象，并比较其机械性能。 5．学习试验机的使用方法。 二、设备和仪器 1．试验机（见附录）。 2．电子引伸计。 3．游标卡尺。 三、试样 (a) b h l0 l (b) 图1-1 试样 拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。我国国标GB/T228－2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图（1-1）所示。它们均
由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样破坏时断口在平行部分。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距，记作l 0，通常在其两端划细线标志。 国标GB/T228-2002中，对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。 四、实验原理 低碳钢（Q235 钢）拉伸实验（图解方法） 将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-ΔL 曲线），如图（1-2）。观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。 屈服阶段反映在F-ΔL 曲线图上为一水平波动线。上屈服力eH F 是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。下屈服力eL F 是试样在屈服期间去除初始瞬时效应（载荷第一次急剧下降）后波动最低点所对应的载荷。最大力R m 是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。相应的强度指标由以下公式计算： 上屈服强度R eH ：0 S F R eH eH = （1-1） 下屈服强度R eL ：0 S F R eL eL = (1-2 ) 抗拉强度R m ： 0 S F R m m = （1-3） 在强化阶段任一时刻卸载、再加载，可以观察加载、御载规律和冷作硬化现象。 在F m 以前，变形是均匀的。从F m 开始，产生局部伸长和颈缩，由于颈缩，使颈缩处截面减小，致使载荷随之下降，最后断裂。断口呈杯锥形。 测量断后的标距部分长度L u 和颈缩处最小直径d u ，按以下两式计算其主要塑性指标：
材料力学性能拉伸试验报告
材料力学性能拉伸试验报告 材化08 李文迪 40860044
[试验目的] 1. 测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能。 2. 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。 [试验材料] 通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作，测试过程执行GB/T228-2002:金属材料室温拉伸试验方法： 1.1试验材料：退火低碳钢，正火低碳钢，淬火低碳钢的R4标准试样各一个。 1.2热处理状态及组织性能特点简述： 1.2.1退火低碳钢：将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，保温一段时间后，缓慢而均匀 的冷却称为退火。 特点：退火可以降低硬度，使材料便于切削加工，并使钢的晶粒细化，消除应力。1.2.2正火低碳钢：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温后在空气中冷却称为正 火。 特点：许多碳素钢和合金钢正火后，各项机械性能均较好，可以细化晶粒。 1.2.3淬火低碳钢：对于亚共析钢，即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃，在此 温度下保持一段时间，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却（水冷或油冷），使奥氏体来不及分解而形成马氏体组织，称为淬火。 特点：硬度大，适合对硬度有特殊要求的部件。 1.3试样规格尺寸：采用R4试样。 参数如下：
1.4公差要求 [试验原理] 1.原理简介：材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的，由试验可知弹性阶段 卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。当负荷增加到一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台，即荷载不增加的情况下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。此时可记录下屈服强度R 。当屈服到一定 eL 程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。此阶段：强化后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。但是断裂后的残余变形比原来降低了。这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象称为冷作硬化。当荷载达到最大值Rm后，试样的某一部位截面开始急剧缩小致使载荷下降,至到断裂。 [试验设备与仪器] 1.1试验中需要测得： （1）连续测量加载过程中的载荷R和试样上某段的伸长量（Lu-Lo）数据。（有万能材料试验机给出应力-应变曲线） （2）两个个直接测量量：试样标距的长度 L o；直径 d。 1.2试样标距长度与直径精度：由于两者为直接测量量，工具为游标卡尺，最高精度为 0.02mm。 1.3检测工具：万能材料试验机 WDW-200D。载荷传感器，0.5级。引伸计，0.5级。 注1：应力值并非试验机直接给出，由载荷传感器直接测量施加的载荷值，进而转化成工程应力，0.5级，即精确至载荷传感器满量程的1/500。 注2：连续测试试样上某段的伸长量由引伸计完成，0.5级，即至引伸计满量程的1/50。
材料力学实验报告答案
篇一：材料力学实验报告答案 材料力学实验报告 评分标准拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（p－δl曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm 三、实验数据（2分） 四、实验结果处理（4分） ?s??b? psa0pba0 ＝300mpa 左右＝420mpa 左右 ＝20～30％左右＝60～75％左右 ?? l1?l0 ?100％ l0a0?a1 ?100％ a0 ?＝ 五、回答下列问题（2分，每题0.5分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同？为什么？相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机（0.5分） 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm （0.5分） 三、实验数据（1分）四、实验结果处理（2分） ?b? pb =740mpaa0 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫？
材料力学实验报告
青岛黄海学院实验指导书 课程名称：材料力学 课程编码： 04115003 主撰人：吕婧 青岛黄海学院
目录 实验一拉、压实验 (1) 实验二扭转实验 (6) 实验三材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (8) 实验四纯弯曲梁的正应力实验 (12)
实验一低碳钢拉伸实验 一、实验目的要求： （一）目的 σ、延伸率δ,截面收缩率ψ。 1．测定低碳钢的屈服极限σS,强度极限 b σ,观察上述两种材料的拉伸和破坏现象,绘制拉伸时2．测定铸铁的强度极限 b 的P-l?曲线。 （二）要求 1．复习讲课中有关材料拉伸时力学性能的内容;阅读本次实验内容和实设备中介绍万能试验机的构造原理、操作方法、注意事项,以及有关千分表和卡尺的使用方法。 2．预习时思考下列问题:本次实验的内容和目的是什么?低碳钢在拉伸过程中可分哪几个阶段,各阶段有何特征?试验前、试验中、试验后需要测量和记录哪些数据?使用液压式万能试验机有哪些注意事项? 二、实验设备和工具 1．万能实验 2．千分尺和游标卡尺。 3．低碳钢和铸铁圆形截面试件。 三、实验性质： 验证性实验 四、实验步骤和内容： （一）步骤 1．取表距L =100mm.画线 2．取上,中,下三点,沿垂直方向测量直径.取平均值
3．实验机指针调零. 4．缓慢加载,读出 s P .b P .观察屈服及颈缩现象,观察是否出现滑移线. 5．测量低碳钢断裂后标距长度1l ,颈缩处最小直径1d （二）实验内容： 1．低碳钢试件 (1)试件 (2)计算结果 屈服荷载 s P =22.1KN 极限荷载 b P =33.2KN 屈服极限 s σ=s P /0A =273.8MPa 强度极限 b σ=b P /0A =411.3MPa 延伸率 δ=(1l -0l )/0l *100%=33.24% 截面收缩率ψ=(0A -1A )/0A *100%=68.40% (3)绘制低碳钢P~ l ? 曲线
材 料 力 学 性 能 实 验 报 告.
材料 学性能实院系：材料学院姓名：王丽朦学号：200767027 验报力告 实验目的： 通过拉伸试验掌握测量屈服强度，断裂强度，试样伸长率，界面收缩率的方法；通过缺口拉伸试验来测试缺口对工件性能的相关影响； 通过冲击试验来测量材料的冲击韧性； 综合各项试验结果，来分析工件的各项性能； 通过本实验来验证材料力学性能课程中的相关结论，同时巩固知识点，进一步深刻理解相关知识； 实验原理： 1)屈服强度 金属材料拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观的塑性变形的一种标志。弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡，表现在试验过程中的现象为，外力不增加即保持恒定试样仍能继续伸长，或外力增加到某一数值是突然下降，随后，在外力不增加或上下波动情况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。呈现屈服现象的金属材料拉伸时，试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点，记作σs； 屈服现象与三个因素有关：(1)材料变形前可动位错密度很小或虽有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所钉扎；(2)随塑性变形发生，位错快速增殖；(3)位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。影响屈服强度的因素有很多，大致可分为内因和外因。 内因包括：金属本性及晶格类型的影响；晶界大小和亚结构的影响；还有溶质元素和第二相的影响等等。通过对内因的分析可表征，金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺都可使屈服强度产生明显变化。 外因包括：温度、应变速率和应力状态等等。总之，金属材料的屈服强度即受各种内在因素的影响，又因外在条件不同而变化，因而可以根据人们的要求予以改变，这在机件设计、选材、拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。 2)缺口效应 由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的“缺口效应”，从而影响金属材料的力学性能。 缺口的第一个效应是引起应力集中，并改变了缺口前方的应力状态，使缺口试样或机件所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态，也就是出现了σx（平面应力状态）或σy与σz（平面应变状态），这要视板厚或直径而定。
材料力学扭转实验实验报告
扭 转 实 验 一．实验目的： 1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。 二．实验设备及工具 扭转试验机，游标卡尺、扳手。 三．试验原理： 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。） 四．实验步骤 1.a 低碳钢实验（华龙试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。 （3）调整试验机并对试样施加载荷： 在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。 （4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩 。从夹头上取下试样。 （5）观察试样断裂后的形状。 1.b 低碳钢实验（青山试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，s τb τb τ 0d S M b M 0d
材料力学实验资料——电测法
实验三 扭转实验 一、实验目的 1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s τ和抗扭强度b τ。 2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度b τ。 3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.扭转试验机 2.游标卡尺 三、实验试样 按冶金部标准采用圆形截面试件，两端成扁圆形。如图1所示。 图1 扭转试件图 圆形截面试样的直径mm 10=d ，标距d l 5=或d l 10=，平行部分的长度为mm 20+l 。若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。 由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。 四、实验原理与方法 1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为
p es s 43W M = τ （１） 式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩s T 后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为 p eb b 43W M =τ （２） 对上述两公式的来源说明如下： 低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的?-e M 图如图12所示。当达到图中A 点时，e M 与?成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩ep M ，如图13a 所示，则扭转屈服应力为 p ep s W M = τ （３） 经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图2b 所示。若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图2c 所示的情况，对应的扭矩s T 为 图1 低碳钢的扭转图 s s s （a ） （b ） （c ） 图2 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布 （a ）p T T =；（b ）s p T T T <<；（c ）s T T = s p s 3 d/2 2 s d/2 0 s s 3 4 12 d 2d 2ττπρρπτρπρρτW d T == ==? ? 由于es s M T =，因此，由上式可以得到
材料力学性能实验报告
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___ 指导教师签字：成绩： 实验一金属拉伸实验 Metal Tensile Test 一、实验目的Experiment Objective 1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率 φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。 3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。 二、实验概述Experiment Summary 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。 三、实验用设备The Equipment of Experiment 拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力
实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。 （一）加载部分The Part of Applied load 这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。 当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。 （二）测力部分The Part of Measuring Force 加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。 四、试样Sample 拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。 图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸
材 料 力 学 实 验 报 告
材料力学实验报告 专业: 班级: 姓名: 济南大学土建学院力学实验室
2008年1月 试验报告须知 一、实验报告是实验者最后交出的成果，是实验资料的分析总结，应严肃认真地完成实验报告、认真填好实验目的、试验用材料、实验用器具，等内容。 二、要认真如实地填写试验数据，填写后的试验数据须经教师认可。 三、要严格按照实验步骤进行试验。试验报告应当数据完整，图表清晰整洁、字体清楚、美观。 四、报告中“思考习题”项空白不够用时，可自己用白纸书写贴入该栏。
目录 试验一拉伸试验 (4) 试验二压缩试验 (7) 试验三弹性模量E试验 (9) 试验四扭转试验 (12) 试验五纯弯曲梁正应力试验 (14) 试验六弯扭组合主应力试验 (17)
试验一常温下静载金属拉伸性能试验报告日期年月日姓名：同组人实验室温度℃教师签字成绩 一、实验目的 二、实验仪器设备 试验机名称型号 低碳钢选用量程 kN读数精度 kN 铸铁选用量程kN读数精度kN 量具名称读数精度 mm 三、原始数据记录
低 碳 钢 材 料 数 据 记 录 铸 铁 试 样 原 始 数 据 四、数据处理（计算结果保留到整数位） 1） 低碳钢拉伸 （ 1MPa=1 2 mm N ） 屈服极限 0A P S S = σ= 强度极限 0 A P b b = σ= 延伸率 () %1000 01?-= L L L δ=
截面收缩率 () () %100%1002 2 120 01?-= ?-=d d d A A A ψ= 2） 铸铁拉伸 强度极限 0 A P b b = σ= 低 碳 钢 材 料 计 算 结 果 五、简答下列问题 1、画出两种材料拉伸曲线图（P-△L ） 2、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。
金属材料力学性能实验报告
金属材料力学性能实验报告 姓名：班级：学号：成绩： 实验名称实验一金属材料静拉伸试验 实验设备1）电子拉伸材料试验机一台，型号HY-10080 2）位移传感器一个； 3）刻线机一台； 4）游标卡尺一把； 5）铝合金和20#钢。 试样示意图 图1 圆柱形拉伸标准试样示意图 试样宏观断口示意图 图2 铝合金试样常温拉伸断裂图和断口图 （和试样中轴线大约成45°角的纤维状断口，几乎没有颈缩，可以知道为切应力达到极限，发生韧性断裂）
图3 正火态20#钢常温拉伸断裂图和断口图 （可以明显看出，试样在拉断之后在断口附近产生颈缩。断口处可以看出有三个区域：1.试样中心的纤维区，表面有较大的起伏，有较大的塑性变形；2.放射区，表面较光亮平坦，有较细的放射状条纹；3.剪切唇，轴线成45°角左右的倾斜断口） 原始数据记录 表1 正火态20#钢试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 左 中 右 平均值 9.90 10.00 10.00 9.97 9.92 10.00 10.00 10.00 10.00 9.92 左 中 右 平均值 8.70 8.72 8.68 8.69 8.68 8.70 8.70 8.64 8.72 8.70 表2 时效铝合金试样的初始直径测量数据（单位：mm ） 两试样的初始标距为050 L mm 。 表3 铝合金拉断后标距测量数据记录（单位：mm ） AB BC AB+2BC 平均 12.32 23.16 58.64 58.79 24.02 17.46 58.94 测量20#钢拉断后的平均标距为u L =69.53 mm ，断口的直径平均值为u d =6.00 mm 。 测量得到铝合金拉断后的断面直径平均值为7.96mm 。
材力实验讲义B_---少学时和工程力学,2014-3-7
实验一材料在轴向拉伸、压缩和扭转时的 力学性能 预习要求： 1、预习教材中有关材料在拉伸、压缩、扭转时力学性能的内容； 2、预习本实验内容及微控电子万能试验机的原理和使用方法； 一、实验目的 σ，强1、观察低碳钢在拉伸时的各种现象，并测定低碳钢在拉伸时的屈服极限 s σ，延伸率δ和断面收缩率ψ； 度极限 b 2、观察铸铁在轴向拉伸时的各种现象； 3、观察低碳钢和铸铁在轴向压缩过程中的各种现象； 4、观察低碳钢和铸铁在扭转时的各种现象； 5、掌握微控电子万能试验机的操作方法。 二、实验设备与仪器 1、微控电子万能试验机； 2、扭转试验机； 3、50T微控电液伺服万能试验机； 4、游标卡尺。 三、试件 试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果有影响。为了便于比较各种材料的机械性能，国家标准中对试件的尺寸和形状有统一规定。根据国家标准（GB6397—86），将金属拉伸比例试件的尺寸列表如下： d0=10mm，标距l0=100mm.。 本实验的压缩试件采用国家标准（GB7314-87）中规定的圆柱形试件h/d0=2,
d 0=15mm, h =30mm (图二)。 本实验的扭转试件按国家标准（GB6397-86）制做。 四、实验原理和方法 （一）低碳钢的拉伸试验 实验时，首先将试件安装在试验机的上、下夹头内，并在实验段的标记处安装引伸仪，以测量试验段的变形。然后开动试验机，缓慢加载，同时，与试验机相联的微机会自动绘制出载荷—变形曲线（F —?l 曲线，见图三）或应力—应变曲线（σ—ε曲线，见图四）。随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能： 1、线性阶段 在拉伸的初始阶段，σ—ε 曲线为一直线，说明应力σ与应变ε成正比，即满足胡克定律。线性段的最高点称为材料的比例极限（σp ），线性段的直线斜率即为材料的弹性模量E 。 若在此阶段卸载，应力应变曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe ）。一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。 2、屈服阶段 超过比例极限之后，应力与应变不再成正比，当载荷增加到一定值时，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象称为屈服。使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs ）。 图二 图一 ?l F 图三 σ σσσ图四
材料力学实验报告答案
材料力学实验报告答案 Prepared on 22 November 2020
材料力学实验报告 评分标准 拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（P－ΔL曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度0.02 mm 三、实验数据（2分）
四、实验结果处理 （4分） 0A P s s = σ ＝300MPa 左右 0 A P b b = σ ＝420MPa 左右 ％10000 1?-= L L L δ ＝20～30％左右 ％＝ 1000 1 0?-A A A ψ ＝60～75％左右 五、回答下列问题（2分，每题分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。 略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同为什么 相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。 压缩实验报告 一、实验目的（1分）
1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb 。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备 （1分） 机器型号名称电子万能试验机 （分） 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm （分） 三、实验数据（1分） 四、实验结果处理 （2分） A P b b = σ =740MPa 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。 略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。 略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫
材料力学实验指导书
工程力学实验指导书 主讲：林植慧 机械与汽车工程学院 SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING
实验一, 二 低碳钢(Q235钢)、铸铁的轴向拉伸试验 一、实验目的与要求 1．观察低碳钢(Q235钢)和铸铁在拉伸试验中的各种现象。 2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F ―Δl 曲线)及应力―应变曲线(σ―ε曲线)。 3．测定低碳钢拉伸时的比例极限P σ，屈服极限s σ、强度极限b σ、伸长率δ、断面收缩率ψ和铸铁拉伸时的强度极限b σ。 4．测定低碳钢的弹性模量E 。 5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。 6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。 二、实验设备、仪器和试件 1．微机控制电子万能试验机。 2．电子式引伸计。 3．游标卡尺。 4．低碳钢、铸铁拉伸试件。 三、实验原理与方法 材料的力学性能主要是指材料在外力作用下，在强度和变形方面表现出来的性质，它是通过实验进行研究的。低碳钢和铸铁是工程中广泛使用的两种材料，而且它们的力学性质也较典型。 试验采用的圆截面短比例试样按国家标准（GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》） 制成，标距0l 与直径0d 之比为5100 0或=d l ，如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。图中：0d 为试样直径，0l 为试样的标距。国家标准中还规定了其他形状截面的试样。 图 1-1 金属拉伸试验在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与电子万能试验机联机的计算机显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―l ?曲线)，如图1-2所示。低碳钢试样的拉伸曲线(图1-2a)分为弹性阶段，屈服阶段，强化阶段及局部变形阶段。如果在强化阶段
材料力学性能实验(2个)讲解
《材料力学性能》实验教学指导书 实验总学时：4 实验项目：1.准静态拉伸 2. 不同材料的冲击韧性 材料科学与工程学院实验中心 工程材料及机制基础实验室
实验一 准静态拉伸 一、实验目的 1．观察低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）在准静态拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象），并绘制拉伸图。 2．测定低碳钢的屈服极限σs ，强度极限σb ，断后延伸率δ和断面收缩率ψ。 3．测定铸铁的强度极限σb 。 4．比较低碳钢和铸铁的力学性能的特点及断口形貌。 二、概述 静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验。一方面，由静载拉伸试验测定的力学性能指标，可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据，具有重要的工程实际意义。另一方面，静载拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律，也是研究材料力学性能的基本试验方法。 静载拉伸试验，通常是在室温和轴向加载条件下进行的，其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合，载荷缓慢施加。 在材料试验机上进行静拉伸试验，试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂，可得出一系列的强度指标（屈服强度s σ和抗拉强度b σ）和塑性指标（伸长率δ和断面收缩率ψ）。通过试验机自动绘出试样在拉伸过程中的伸长和负荷之间的关系曲线，即P —Δl 曲线，习惯上称此曲线为试样的拉伸图。图1即为低碳钢的拉伸图。 试样拉伸过程中，开始试样伸长随载荷成比例地增加，保持直线关系。当载荷增加到一定值时，拉伸图上出现平台或锯齿状。这种在载荷不增加或减小的情况下，试样还继续伸长的现象叫屈服，屈服阶段的最小载荷是屈服点载荷s P ，s P 除以试样原始横截面面积Ao 即得到屈服极限s σ： s s A P = σ 试样屈服后，要使其继续发生变形，则要克服不断增长的抗力，这是由于金属材料在塑性变形过程中不断发生的强化。这种随着塑性变形增大，变形抗力不断增加的现象叫做形变强化或加工硬化。由于形变强化的作用，这一阶段的变形主要是均匀塑性变形和弹性变形。当载荷达到最大值b P 后，试样的某一部位截面积开始急剧缩小，出现“缩颈”现象，此后的变形主要集中在缩颈附近，直至达到 P b 试样拉断。P b 除以试样原始横截面面积A 0即得到