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1、建筑工程技术专业实验指导书材料力学实验指导书适用专业：建筑工程技术实验项目一：低碳钢的拉伸实验一、实验目的1、 了解微机控制万能材料试验机的工作原理，演示试验机的基本操作方法；2、 测定低碳钢的抗拉强度b、屈服强度S、伸长率及截面收缩率；3、 观察低碳钢在拉伸过程中的现象和试样的破坏特征，分析断口破坏原因，绘制拉伸曲线图及断口示意图。二、实验设备万能材料试验机、游标卡尺、直尺。三、实验原理图1-1 低碳钢拉伸试件图根据国标GB228-99金属拉伸试验方法中的规定，进行试件的加工和测量。金属材料拉伸实验常用的试件形状如图1-1所示，图中L0段称为标距，一般所说试件的变形就是指这一段的变形。Lc是
2、平行长度，两端是试验机夹持的部分。试件在拉伸时，其尺寸、形状对实验结果有较大的影响，为了使实验测得的结果可以互相比较，必须按国家标准GB6397-99金属拉伸试验试样的规定，按标准制作试样。拉伸试样一般分为比例和定标距两种试样，表1-1给出圆形截面和矩形截面比例试样的国标规定，供读者参考。对于一般板材仍按国家标准制成矩形截面试样时，截面面积A和试件标距L的关系为L=11.3（长试件）或5.65（短试件）。表1-1 比例及非比例试件试 件名 称圆形试件直径d(mm)截面面积A(mm2)标距长度L(mm)断后伸长率（%）圆形试件长1078.5410d=10010短1078.545d=505矩形试件
3、长任意11.310短任意5.655将低碳钢试件置于试验机中拉伸，其拉伸图如图1-2所示:A点以前，杆件仅有弹性变形，且P和L成线性关系，即遵守虎克定律：图1-2 低碳钢拉伸-图L= （1-1）A点以后，曲线不再保持直线，至B点开始屈服，以后成锯齿形，B点为载荷下降的最低点。B点的数值与试件加载速度、试件形式等有关，而B点的数值比较稳定，工程上常取B点的载荷作为屈服载荷。因此屈服应力s=Ps/A。到C点，材料强化，曲线继续上升，至D点试件开始出现颈缩，载荷达到最大值Pb，抗拉强度为：b= （1-2）试件断裂后，用游标卡尺量得标距间长度L1和试件收缩处面积A1,则可得试件的塑性性能：100% （1
4、-3）100% （1-4）四、实验步骤1、试件准备1）在试件中段取标距L=10d(100mm)（低碳钢试件），用试样划线机将其划分为等份。2）在试件标距范围内用游标卡尺测量中间和两端三处直径，每处在互相垂直的两个方向上个测量直径一次，选取平均直径最小的一组作为计算截面面积用。 3）根据PMAX=bA，估计拉断试件所需要的最大载荷。2、试验机的准备 1）学习试验机的操作规程 2）根据估算的最大载荷选用相应的测力度盘和摆锤，开机将试验机上工作台上升10mm左右，把试件安装在试验机的上夹头上，调整指针对零点。3）移动下工作台，安装好试件（注意，如果试件被夹紧后，对于30吨以上的试验机，不可再按动下工
5、作台的上升或下降按钮，否则回烧坏下工作台的控制电机）。 4）安装好自动绘图装置。3、进行实验 用规定的速度进行加载（低碳钢拉伸实验，弹性范围内其加载速度为9.8N/mm2/s，屈服后的加载速度为0.5N/mm2/s），试件受力后使试验机测力指针均匀地转动，由自动绘图器可观察到试件受力和变形的关系。当测力指针不动或摆动时，说明材料发生流动（屈服），注意观察测力指针倒退的最小值并记录下来，作为实验的流动荷载PS。当流动阶段结束而到达D点时，测力指针开始回落，D点的数值即为极限荷载Pb，此时试件开始发生颈缩，直到E点，试件最后断裂。五、实验记录及结果1、修正拉伸图：应该指出，绘图器所绘制的拉伸图其变
6、形L是整个试件的伸长，并包括试件在夹具中的滑动，试件在开始受力时在夹具中有滑动现象，故绘出的拉伸图最初一段是曲线，必须加以修正，即将拉伸图直线部分向下延长，使它与横坐标相交，次交点即为原点。2、 对于拉断后的低碳钢试件，要分别求断后的试件的标距L1和颈缩处的最小直径d1。根据GB228-87中的规定，测量断后的标距和颈缩的直径方法为：1）将断后的试件在断口处紧密地对接起来。2）断口若在中间的三分之一处时（将原标距分为三等份，两端的三分之一和中间的三分之一），则可用直接测量法进行测量，即测量最外端两线之间的距离。3）如果断口发生在两端的三分之一处时，则许用“移位法”进行测量，其方法是：（1）在长
7、段上从断口处0取基本等于短段处格数B点，若从长段处B点到所余格数为偶数时，则取所余格数的一半得C点，此时的断后标距为：L1=AB+2BC。（2）在长段上从断口处0取基本等于短段处格数B点，若从长段处B点到所余格数为数时，则取所余格数加1和减1的一半得C和C1点，则断后的标距为：L1=AB+BC+BC1。4）测定断面收缩率，在试样颈缩的最小处两个互相垂直的方向上测量其直径d1，计算其断面收缩率。5）若断口发生在标距以外，一般认为实验结果无效，必须重新做实验。六、实验报告要求1、 按照实验报告内容认真填写实验目的、实验设备及绘制实验前后的试样图、拉伸曲线图及试样断口示意图。2、 根据实验报告中的计
8、算公式，将测试数据逐步代入公式，写出计算步骤，计算所求量的结果。3、 分析试件断裂的原因。思考题1、 怎样测取低碳钢材料的下屈服点、伸长率和截面收缩率及抗拉强度？2、 根据实验确定塑性材料的力学性能？3、 试从低碳钢的破坏断口特征说明基本破坏形式的特点？4、 试件的直径相同而标距长度不同，试件的伸长率和截面收缩率是否相同？实验项目二: 铸铁的拉伸与压缩实验一、实验目的1、测定铸铁的抗拉强度和抗压强度。2、观察铸铁拉伸和压缩时的变形和破坏现象。二、实验设备万能材料试验机、游标卡尺、直尺。三、实验原理 根据国标GB228-99金属拉伸试验方法中的规定，进行试件的加工和测量。金属材料拉伸实验常用的试
9、件形状同实验项目一低碳钢拉伸试样。按国标GB7314-87金属压缩试验方法的规定，图2-1 金属压缩试件图金属的压缩试样多采用圆柱体，试样的长度L一般为直径d的2.5 3.5倍，如图2-1所示。试样的两端面加工应尽量光滑，以减少摩擦力对横向变形的影响。铸铁试件的拉伸图如图2-2，整个拉伸过程中的变形很小，无屈服、颈缩现象，拉伸图无直线段，曲线很快达到最大拉力，试件突然断裂，断裂载荷为Pb，抗拉强度为: b= （2-1）以铸铁为代表的脆性材料，由于塑性变形很小，所以尽管有端面摩擦，鼓胀效应确不明显。而是当应力达到一定的值后，试样在与轴线大约成450550的方向上发生破裂，其破坏示意图和压缩曲线见
10、图2-3。用使试样破坏的最大压力值Pmax除以原截面面积A0即得铸铁抗压强度：图2-3 铸铁压缩-图图2-2 铸铁拉伸-图 （2-2）四、实验步骤1、用游标卡尺在试样两端及中间处两个相互垂直的方向上测量直径，并取其算术平均值，选用三处测量最小直径来计算横截面面积A0。 2、根据铸铁的抗拉、抗压强度估计值选择试验机的示力盘，按照试验机的要求调整测力指针对“零”。1、 调整好绘图仪。2、 将试样两端涂上润滑剂后，把试样准确地放在试验机的支撑板中心处。3、 调整好试验机夹头间距，按国标GB7314-87规定中的加载速度进行加载。4、 对于铸铁压缩实验，加载到试样破坏时（可听见响声）立即停止实验，以免
11、试样进一步被压碎和试验机发生碰撞事故。5、 按照规定将试验机复原。五、实验记录及结果2、 修正拉伸图：应该指出，绘图器所绘制的拉伸图其变形L是整个试件的伸长，并包括试件在夹具中的滑动，试件在开始受力时在夹具中有滑动现象，故绘出的拉伸图最初一段是曲线，必须加以修正，即将拉伸图直线部分向下延长，使它与横坐标相交，次交点即为原点。3、 对于拉断后的低碳钢试件，要分别求断后的试件的标距L1和颈缩处的最小直径d1。根据GB228-87中的规定，测量断后的标距和颈缩的直径方法为：1）将断后的试件在断口处紧密地对接起来。2）断口若在中间的三分之一处时（将原标距分为三等份，两端的三分之一和中间的三分之一），则
12、可用直接测量法进行测量，即测量最外端两线之间的距离。3）如果断口发生在两端的三分之一处时，则许用“移位法”进行测量，其方法是：（1）在长段上从断口处0取基本等于短段处格数B点，若从长段处B点到所余格数为偶数时，则取所余格数的一半得C点，此时的断后标距为：L1=AB+2BC。（2）在长段上从断口处0取基本等于短段处格数B点，若从长段处B点到所余格数为奇数时，则取所余格数加1和减1的一半得C和C1点，则断后的标距为：L1=AB+BC+BC1。4）测定断面收缩率，在试样颈缩的最小处两个互相垂直的方向上测量其直径d1，计算其断面收缩率。5）若断口发生在标距以外，一般认为实验结果无效，必须重新做实验。六
13、、实验报告要求1、 根据实验报告要求填写实验目的、实验设备；2、 根据实验记录计算铸铁的抗拉强度和抗压强度；3、 根据拉伸和压缩实验过程中材料的变形及破坏现象，绘制拉伸和压缩曲线图及断口示意图，分析铸铁断口破坏原因。思考题1、 放置压缩试样的支承垫板的底部为什么制作成球形？2、 为什么铸铁试样压缩破坏时，破坏面常发生在与轴线大致成450550的方向上？3、 试比较塑性材料和脆性材料在拉伸时的变形及破坏形式有什么不同？实验项目三：低碳钢弹性常数电测实验一、实验目的1、测定低碳钢的弹性模量。2、测定低碳钢的泊松比。3、验证虎克定律。二、实验设备和仪器数字式智能静态电阻应变仪、游标卡尺、弹性模量测试
14、试样、拉压力传感器、材料力学多功能实验台（如图3-1所示）等。三、实验原理1、实验原理 图3-1实验装置示意图1）、弹性模量 测定金属材料的弹性模量一般采用拉伸实验，实验试样的尺寸规格参照GB6397-86，本实验采用的试样为矩形试样，试样规格及应变片布置方式如图3-2所示。图3-2试样及布片图根据虎克定律的关系式： （3-1）为了验证材料在比例极限内受力与变形的线形关系，实验采用等量增载法加载，简称增量法，既将欲加的最终荷载分成若干等份进行逐级加载，每增加一个P，由应变仪的显示窗口读出一个相应的应变量，如果每次的应变量相同，就证明了虎克定律的正确性。设试样的截面面积为A，每次力的增量为P，则弹性模量的计算为： （3-2） 2）泊松比 当拉杆内的应力不超过材料的比例极限时，它的纵向应变和横向应变的绝对值之比为一常数，此比值称为横向变形系数或泊松比，其关系式为：
