工程力学实验指导

实验一 拉伸实验

拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。

一、实验目的要求

1) 测定低碳钢的流动极限 S、强度极限 b、延伸率 、截面收缩率 和铸铁的强度极限 b。

2) 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F L曲线）。

3) 比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。

二、实验设备和仪器

材料试验机、游标卡尺、两脚标规等

三、拉伸试件

金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l称为标距，试件的拉伸

为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即l 5d或l 10d。

对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为l 11.3A或l 5.A，A为标距段内的截面积。

四、实验方法与步骤

1、低碳钢的拉伸实验：

1) 试件的准备：在试件中段取标距l 10d或l 5d在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d（在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。

2) 试验机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限 b及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。

3) 进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F和变形 L的关系曲线（F L曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到A点时，拉伸图上OA段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定律的弹性变形范围。当载荷增加到B 点时，测力计指针停留不动或突然下降到B点，然后在小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动（或者叫屈服）与B 点相应的应力叫上流动极限，与B相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以B点相对应的载荷值FS除以试件的原始截面积A即得到低碳钢的流动极限 S，

后，试件要承受更大的外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C点至D点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值Fb（D点）时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值Fb，用Fb除以试件的原始截面积A，就得到低碳钢的强度极限 S FSA流动阶段 b b Fb/A。在试件发生“颈缩”后，由于截面积的减小，载荷迅速下降，到E点试件断裂。

关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度l1，按下式可计算出低碳钢的延伸率

l1 l 100%l。

将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径d1，计算出面积A1；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率 ，

A A1 100%A

从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得l1的数值与断口的部位有关。为了统一 值的计算，规定以断口在标距长度中央的区段内为准，来测量l的值，若断口不在区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：

设两标点C到C 之间共刻有n格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d起，向右取n/2格，标记为a，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a点至C1点有多少格，就由a点向左取相同的格数，标以记号b，令L 表示C到b的长度，则L 2L 的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n，故l1 L 2L 。

当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验

2、铸铁的拉伸实验：

1) 试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d取最小值计算

试件截面面积，根据铸铁的强度极限 b，估计拉伸试件的最大载荷。

2) 试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同

3) 进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷Fb，观察自动绘图

装置上的曲线，如图1-3所示。将最大载荷值Fb除以试件的原始截面积A，就得到铸铁的强度极限 b b Fb/A。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。

实验二 压缩实验

在工程实际中，有些构件承受压力，而材料由于载荷形式的不同其表现的机械性能也不同，因此除了通过拉伸实验了解金属材料的拉伸性能外，有时还要作压缩实验来了解金属材料的压缩性能，一般对于铸铁、水泥、砖、石头等主要承受压力的脆性材料才进行压缩实验，而对于塑性金属或合金进行压缩实验是主要目的是为了材料研究。例如灰铸铁在拉伸和压缩时的强度极限不相同，因此工程上就利用铸铁压缩强度较高这一特点用来制造机床底座、床身、汽缸、泵体等。

一、实验目的和要求

1) 测定在压缩时低碳钢的流动极限 S，及灰铸铁的强度极限 b。

2) 观察它们的破坏现象，并比较这两种材料受压时的特性。 二、实验准备：

材料试验机、游标卡尺

三、试件 h 3d 金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如图所示，并制定1

四、实验方法与步骤

1、低碳钢的压缩实验

1) 试件准备：用游标卡尺测量试件的直径d。

2) 试验机的准备：首先了解试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。选择合适的测力刻度盘，配置相应的摆锤，开动机器，将刻度盘指针调到零点，然后将试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，使试件承受轴向压力。

3) 进行实验：开动机器，使试件缓慢均匀加载，低碳钢在压缩过程中产生流动以前基本情况与拉伸时相同，载荷到达B时，测力盘指针停止不动或倒退，这说明材料产生了流动，当载荷超过B点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐明显地增大，试件最后被压成鼓形而不断裂，故只能测出产生流动时的载荷FS，由 S FS/A得出材料受压时的流动极限而得不出受压时的强度极限。

2、铸铁的压缩实验

铸铁压缩与低碳钢的压缩实验方法相同，但铸铁受压时在很小的变形下即发生破坏，只能测出Fb，由 b Fb/A得出材料强度极限。

铸铁破坏时的裂缝约与轴线成45 角左右。

五、注意事项

1) 试件一定要放在压头中心以免偏心影响

2) 在试件与上压头接触时要特别注意减小油门，使之慢慢接触，以免发生撞击，损坏机器。

3) 铸铁压缩时，应注意安全，以防试件破坏时跳出打伤。

六、讨论题

1) 低碳钢压缩图与拉伸图有何区别？说明什么问题？

2) 铸铁的破坏形式说明什么问题？

3) 低碳钢压缩后为什么成鼓形？

实验三 扭转实验

在实际工程机械中，有很多传动轴是在扭转情况下工作，设计扭转轴所用的许用剪应力，是根据材料在扭转破坏实验时，所测出的剪切流动极限 S，或剪切强度极限 b而 …… 此处隐藏：2334字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……