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1、工程（建筑）力学实验指书班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 土木工程学院力学实验室二00六年十月目 录前言实验规则1实验一金属拉伸试验2实验二 金属压缩试验7实验三 金属扭转试验10实验四 电测应力分析13附录一、万能实验机简介18附录二、扭转实验机简介22附录三、材料力学多功能实验装置简介24附录四、DH3818静态应变仪简介25附录五、常用工程才料的力学性质和物理性质前言是材料力学课程的重要组成部分材料力学实验，是理论研究和解决工程实际问题的手段。材料力学的基本任务是对各类型的构件作强度，刚度及稳定的计算和分析（包括用实验方法）。这些计算和分析是工程技术人员在保证安全和最经济的使用材
2、料前提下，为构建选择材料和尺寸的必要基础。材料力学实验包括以下三方面的内容：第一、 研究和检验材料的力学性能（机械性能），就是材料必须具有的抵抗外力作用而不超过允许变形或不破坏的能力，这种能力表现为材料的强度、刚度、韧性、弹性及塑性等。第二、验证材料力学的理论和定律，材料力学的理论，往往到一定的简单假设为基础，这些假设多来自实验观察，而所建立的理论的正确性也必须经过实验的检验，因此验证理论的正确性也是材料力学实验的重要内容之一。第三、实验应力分析，即采用电测法，初步掌握电测法的基本原理和方法，验证梁弯曲时正应力的分布和电测主应力实验学习用电测法定平面应力状态下的主应力大小和方向。根据生产实际的
3、需要和课程的特点安排了一些典型的实验项目，以期达到开发学生智力、分析问题和解决实际的能力。材料力学实验包括学习实验原理、方法和技术、机器设备的原理和使用方法。材料力学性能测定，验证材料力学理论和实验应力分析。结合不同实验，让学生亲自动手，学会运用不同的设备，以培养学生的实验能力，为以后从事实际工作和科学研究打下坚实的基础。实验规则一、 每次实验前要做好准备，必须做到：1、 复习有关理论知识。2、 阅读实验指导书，基本上了解实验目的，内容、程序及有关仪器设备的主要原理和使用方法。3、 实验前指导教师按上述要求，检查学生准备情况，不合格者不得参加实验。二、 按照实验课程表所指定的时间，准时进入实验
4、室，不得迟到早退。三、 以小组为单位，在老师的指导下进行实验。1、 实验小组长负责保管所有用具，组织分工，按实验步骤操作规程进行实验。2、 小组成员要有分工，并要互相配合，认真地进行实验，不得独自的无目的地随意动作，以保证实验正常进行。四、 严格遵守操作规程，爱护实验设备。1、 对仪器设备的使用方法不清楚时，应向指导教师提出询问，避免造成设备损坏。2、 按规定的实验步骤进行实验，不得随意改变实验方法和步骤。3、 对所用仪器，工具要注意保持整洁，不得随意乱丢。4、 实验中遇到异常情况或仪器损坏，小组长应立即报告指导教师进行处理，不得使用非指定仪器。五、 实验准备完毕请指导老师检查允许后方可开动机
5、器进行实验六、 遵守课堂纪律，保持实验室内安静和清洁实验完必要整理机器、工具、桌椅，按规定位置摆放好。七、 实验数据要有指导教师检查后，学生才可离开实验室。按规定时间提交实验报告，报告要独立完成，书写工整，计算、图表等要清晰整齐。实验一金属拉伸试验拉伸试验是检验金属材料力学性能普遍采用的一种极为重要的基本试验。金属的力学性能可用强度极限b、屈服极限s、延伸率、断面收缩率和冲击韧度k五个指标来表示。它是机构设计的主要依据。在机构制造和建筑工程等许多领域，有许多机械零件或建筑构件是处于受拉状态，为了保证构件能够正常工作，必须使材料具有足够的抗泣强度，这就需要测定材料的性能指标是否符台要求，其测定方
6、法就是对材料进行拉伸试验，因此，金属材料的拉伸试验及测得的性能指标，是研究金属材料各种使用条件下，确定其工作可靠性的主要工具之一，是发展新金属材料不可缺少的重要手段，所以拉伸试验是测定材料力学性能的一个基本试验。一、实验目的1、测定低碳钢在拉伸过程中的几个力学性能指标：屈服极限s、强度极限b、延伸率、断面收缩率。铸铁的b 。2、观察低碳钢、铸铁在拉抻过程中的各种现象，绘制拉伸图(PL图)由此了解试件变形过程中变形随荷载变化规律，以及有关的一些物理现象。3、观察断口，比较低碳锕和铸铁两种材料的拉伸性能。4、了解拉仲试验原理和方法，掌握万能材料试验机的操作要领、锻炼实验技能。二、试验设备仪器及量具
7、液压万能材料试验机，划线台，游标卡尺；小直尺。三、试件金属材料拉伸试验常用圆形试件。为了使实验测得数据可以互相比较，试件形状尺寸必须按国家桶准GB22876的规定制造成标准试件。如因材料尺寸限制等特殊情况下能做成标准试件时，应按规定做成比例试件。图1为圆形截面标准试件和比例试件的国标规定。对于板材可制成矩形截面。园形试件标距L。和直径之比，长试件为Lodo10，以10表示，短试件为Lodo=5以s表示。矩形试件截面面积Ao和标距Lo之间关系应为 或 试件两端为夹持部分，因夹具类形不同，圆形试件端部可做成圆柱形，阶梯形或螺纹形如图1。四、实验原理材料的机械性能指标s、b、是由拉伸破坏实验来确定的
8、，实验时万能材料试验机自动给出载荷与变形关系的拉伸图(PL图)如图2所示，观察试样和拉伸图可以看到下列变形过程。1、弹性阶段 OA 2、屈服阶段 BC3、强化阶段 CD4、颈缩阶段 DE 由实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。此吁可记录下屈服点Ps。当屈服到一定程度后，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
9、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Pb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，这一阶段叫颈缩阶段。实验中可测得：Ps一屈服荷重。Pb 最大荷重。L1一断后标距部分长度。A1一断后最细部分截面积。由此可计算1、屈服极限：2、强度极限：3、延伸率：4、截面收缩率： 其中A、L均为拉伸前试件的截面面积及标距。五、低碳钢的拉伸步骤1、试件的准备，试件中段取标距L=50mm，在标距两端刻线（或冲眼）做为标志。用游标卡尺在试件标距范围内，测量中间和两端三处直径d0。取最小值作为计算截面面积用。2、试验机的准备（液压万能试验机构造
10、原理参看附录一）：首先学习试验机操作规程。估计低碳钢b，计算打断试件所需的最大荷载。根据最大荷载选定试验机测力表盘和锤锤A、B、C、并调节缓冲手柄到相应的位置。按需要放大倍数调节好自动绘图器，装上绘图纸，以备画出PL曲线。装好试件，调整指针对准零点。3、检查试车：由教师检查以上准备情况，开动试验机，加少量荷载（勿使超过比例极限）检查试验机，绘图机构工作是否正常。然后卸载（可保留少量荷载），视情况指针调零。4、进行试验：慢速加载。使试验机指针缓慢均匀的转动。自动绘图装置可绘出试件受力和变形的关系图，如图1。观察测力盘指针转动情况，当指针不动或摆动，倒退时，说明材料发生流动（屈服）测力指针倒退的最
11、小值。即为流动荷载Ps，如图BC段，试验者应记录下此值，以备计算屈服点应力值s流动阶段结束，试件可以继续承受更大的外力和发生变形，称为强化阶段如图C至D段。D段所对应的荷载即试件能承担的最大荷载Pb，试验者记录好Pb，值以备计算。当荷载达到Pb之后，试件开始颈缩，测力指针开始回转，表明试件承载能力减少，到E点断裂。5、试验结束关闭试验机，取下试件和图纸，打开试验机回油阀，使试验机回到原位。6、测量试件：将断裂试件紧对在一起，测量端口处直径d1,在断口两个互相垂直方1/3处区段内。可直接量取；若不在此区，按国家标准采用断口移中办法，计算L1的长度。具体方法是：如图3所示，断口靠近左端部，在靠近断
12、口端部处测量长度a，应使断口靠近a之中部，然后紧靠a测量距离b，b之格数为：（nm）/2,n为L内总格数，m为a所占格数，则试件拉断后正确计算长度为1、b的格数为偶数量 L1=a2b （如图3）2、b的格数为奇数量 L1=ab1b2 （如图4） 图四六、铸铁拉伸试验步骤 1、试件的准备：测量试件中间和两端之处直径d，取最小值计算截面积2、试验机准备：估计铸铁b值，估算拉断试件最大荷载。试验机调整与低碳钢拉伸试验相同。3、检查及试车：与低碳钢拉伸试验相同。4、进行试验：开动好试验机。用慢速加载直到试件断裂，记录最大荷载Pb值。观察自动绘图器上的曲线。5、试验结束：关闭试验机，取下试件，使试验机回
13、原位。6、测量试件：测量断裂后试件的直径和长度，可以发现O，O。7、计算铸铁拉伸强度极限： 七、结束工作1、清理并复原试验机、工具和现场。2、描下拉伸曲线，按要求填写试验报告，整理数据，写出结论。八、思考题：1、低碳钢拉伸图大致可分几个阶段?每个阶段力和变形有什么关系?2、低碳钢和铸铁两种材料断口有什么不同?它们的力学性能有何不同?(比较强度和塑性)3、拉伸试验为什么要采用标准试件?4、试件载面直径相同而标距长度不同，试件的延伸率和载面收缩率是否相同?5、施工中为什么把10以下的钢筋拉伸？实验二 金属压缩试验工程上除了有许多受拉构件外，还有许多构件是承受压力酌，如机座、桥墩：屋柱等，其材料的强
14、度指标必须通过压缩试验测得。通过压缩试验可与拉伸试验相比较。例如，由拉、压试验知道灰铸铁在拉伸、压缩、弯曲时的强度极限各不相同。工程上就利用铸铁压缩强度高这一特点，用它制造机床底座，泵体等受压构件。(一)低碳钢的压缩试验 图1一、实验且的1、测定压缩时的屈服极限s。2、验证低碳钢在压缩时的虎克定律。二、设备万能材料试验机、游标卡尺。三、试件柱形(图1)，规定1 3，试件不能太细或太短，因减少试件端面与垫板间摩擦约束力对试件承载能力的影响，试件两端面加工光洁度要高一些(一般要为79)，试验时接触面要适当润滑。试件和机器平台间加球形垫板，以便压力自动调中。四、试验步骤 图2l、用游标卡尺测量试件直径，估计最大荷 裁，选择测力度盘及相应摆锤，方法与拉伸试验相同。2、安放试件，注意使荷载对中，试验机调零3、均匀加载，注意记下Ps值。低碳钢试件压缩时有较短的屈服过程图2，不如拉伸时指针有明显的波动现象。因此试验时要注意观察，测力度盘指针停顿或稍后退时，此时指针所示荷载即为屈服荷载Ps值，应立即记下，以便计算s值。由于低碳刚是塑性材料，屈服之后继续加载，试件截面逐渐增大，试件被压成饼而不断裂，故无压缩强度极限
