《工程力学实验范文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程力学实验范文（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工程力学实验范文 力学实验 1 材料的拉伸实验 拉伸实验是对塑性材料和脆性材料在常温静载作用下，测定其力学性能的 试验。试验中测得的力学性能指标，是工程设计以及鉴定工程材料的主要依 据。本试验采用低碳钢和铸铁作为塑性材料和脆性材料的代表，分别进行拉 伸试验。 一、实验目的： (1) 了解材料受拉伸时，力与变形的关系，绘制拉伸图 (F - A I 曲线 ) 。 测定低碳钢的屈服极限 b s 、强度极限 b b 、延伸率 3 和截面收缩率 测定铸铁的强度极限 b b 、延伸率 3 和截面收缩率“ (4) 比较低碳钢与铸铁的力学性能、破环过程和现象。 二、 实验设备： 万能试验机、游标卡尺。 三、
2、试件： 实验表明，试件的尺寸和形状对实验结果有影响，为了避免这种影响和 便于对各种材料力学性能的测试结果可进行比较，国家标准对试件的尺寸、 形状作了统一规定，根据规定，拉伸试件可制成圆形或矩形截面，实验前、 后的试件如图所示。 图 3-1 低碳钢拉伸前后试件比较 其中拉伸试件还可分为比例试件和非比例试件两种。比例试件应符合如 下关系： L K A o 式中 L 为标距即计算长度； Ao - 为初始横截面面积； K 系数，通常为 5 . 65 和 11 . 3 ，前者称短试件，后者称长试件。 对圆形截面： 长试件 L = 10d o 短试件 L = 5d o 对矩形截面： 长试件 L = 11
3、. 3VA o 短试件 L = 5 . 65 V A o 对于非比例试件，例如成品材料型材、板材、管材或细丝等，测试长度 与横截面面积无一定比例关系。 试件两端较粗部分是为装入试验机夹头中的夹持部分，该部分形状视试 验机夹头的要求而定，可制成圆柱形、阶梯形或螺纹形，其长度至少应为试 验机楔形夹具长度的三分之二。 四、实验原理： 1 、低碳钢拉伸： 金属材料拉伸时的力学性能指标，是由拉伸试验来确定的。为此，将试 件按国标规定加工成标准试件，在万能试验机上进行加载试验。 试验时，禾 U 用试验机的绘图装置可以绘出测试材料的拉伸曲线图，下图 为低碳钢的拉伸曲线图（ F-A I ）。 图 3-2 低碳
4、钢拉伸曲线图（ F- A I ） 应当指出，由于在加载的最初阶段，试件夹持部分在夹头内有滑动等因 素，因此绘出的拉伸图的最初一段呈现曲线。但实际上最初这段线条应是直 线，故应将直线部分延长使与 A I轴相交，交点 O 定为坐标原点。 对于低碳钢屈服阶段的 F- A L 图是锯齿形。 B 点为上屈服点，即屈服阶段 中力第一次下降前的最大载荷， 用 F su 来表示，对有明显屈服现象的材料， 一 般只需要测定下屈服点 C ,用 F s 来表示。由于下屈服点比较稳定，工程上均 以此作为材料析 屈服载荷。在屈服阶段中，指针无规则来回摆动，要准确判 读屈服载荷读数有一定的难度，一般的判读是试验机测力指针
5、第一次回转后 所指示的最小载荷为下屈服点载荷。过了屈服阶段，继续加载曲线上升，至 载荷达到最大值 D 点，此时也是试件的名义应力达到最大值。过了 D 点，拉 伸曲线开如下降，测力指针开始倒退，这时可观察到试件在某一截面附近产 生局部变形，即颈缩现象出现，直至 E 点试件断裂。 2 、铸铁拉伸 图 3-3 铸铁拉伸曲线图( F- I ) 铸铁为脆性材料。试件受拉伸后、通过绘图器绘出的铸铁拉伸图如图所示。 图中其拉伸的最初阶段也没有直线段，说明在载荷很小的情况下，弹性变形 的增长也不与载荷成正比。 铸铁试件在拉伸过程中变形很小， 没有屈服现象和颈缩现象，当载荷达到 最大值时，断裂突然发生。因此，对
6、铸铁只测定其最大载荷，即可得到强度 极限。 五、实验步骤 低碳钢拉伸： 1 、试件准备 米用长试件 (L = 10d) 。 用游标卡尺在试件标距两端和中间部位 ， 分别沿相互垂直的两个方向各测 量一次直径，并计算这三处的平均值，取其最小者作为试件直径 d ，并计算 出试件的横截面面积 A o 。 2 、试验机准备 根据低碳钢的强度极限 (T b 和横截面面积 A o ,估算出试验所需的最大载荷 F b ,选择合适的测力度盘，并配以相应的摆锤。 将缓冲器调至适当位置， 调整 测力指针使其对准零点,调整好绘图装置。 3 、 安装试件 先把试件夹持在试机的上夹头内,再将下夹头移动至试件所需的夹持位
7、置,并把试件下端夹紧。 4 、 进行实验 开动实验机,缓慢匀速加载,随时观察测力指针与绘图笔的移动情况 。 对低碳钢试件，分别判读出 F su ， F SL 并记录，继续加载，观察曲线变化规律， 直至载荷达到最大值。这时测力指针倒退，则可由副针读取最大载荷 F b ，仔 细观察颈缩现象的发生和发展。试件拉断后,取出试件观察断口。 5 、延伸率和截面收缩率的测定 为了测定延伸率,将拉断试件的两端对齐并尽量靠紧,由于断口附近塑 性变形最大，所以拉断后的新长度 L 的量取与断口的部位有关， L 可用下述 方法之一测定。 (1) 直测法 ：如果断口到邻近标记点的距离大于 L/3 时可用时可用游标 卡尺
8、直接测量两端点间的距离。 (2) 移中法：如果断口到邻近标距离小于或等于 L/3 ，则应按下述方法确 定拉断后试件标距部分的长度 L 。 利用试验前将试件等分刻画的 10 个小格，在拉断后的长段上，由断口处 取基本等于短段的格数,定出 B 点,若长段内所余格数为偶数时。接着取所 余格数的一半得 C 点，则移动中后的新长度 L 为： L=1 、 + 21 。 当长段所余格数为奇数时,接着取所余格数减 1 后的一半得 C 点、加 1 后一半得 C i 点，如图 2-4(C) 所示，则移中后的新长度 L 为： L i =1 、 + 21 +a 当断 口 非常靠近试件两端或在试件标距外时,认为试验结果
9、无效需重作 试验。 为了测定截面收缩率,应将两段试件紧密地对接在一起,在断口颈缩处 沿两个互相垂直方向各测量一次直径，算出平均值即为拉断后新直径 d ,用 来计算断口处横截面面积 A 。 铸铁拉伸 (1) 试件准备与尺寸测量；调整测力盘指针归零；装夹试件；准备好绘图 装置等试验步骤均同低碳钢拉伸试验。 (2) 进行试验。开机，缓慢加载，直至试件拉断，读出并记录最大载荷值， 此即为铸铁的强度极限载荷 F b 。 (3) 取出试件，仔细观察断口并与低碳钢拉伸试件断口比较。 (4) 试验结束后，取下绘出的拉伸图纸，注明坐标及绘图比例。将试验机 的机构，部件复原，清理试验现场。 下图为脆性材料(铸铁)
10、拉伸实验前后的试件图。它在拉伸过程中没有 塑性破坏现象，所以它的断裂面是沿着横截面断裂的。 图 3-4 铸铁拉伸前后试件比较 六、实验结果处理 (1) 根据测得的屈服载荷 F s 和最大载荷 F b 计算屈服极限 b S 和强度极限 ( T b 屈服极限： F s s _ ( MPa ) A 0 强度极限： F b b 一( MPa ) 根据试验前后的试件标距长度和截面面积、计算出低碳钢的延伸率 S 和截面收缩率“。 I 延伸率： -100% L A A 截面收缩率： 0 100% A (3) 计算结果保留三位有效数字。 七、实验报告 实验报告建议采用表格或图形的形式表达，并附以必要的文字说明
11、。拉 伸试验报告推荐以下格式。 材料力学实验报告 （ 供参考 ） 实验名称： 实验目的： 实验设备： 1 、实验记录及计算结果 （1） 试件尺寸 （2） 实验数据及计算结果 低碳钢实验 屈服点载荷： F s = （ T ） = （ N ） 最大载荷： F b = （ T ） = （ N ） F s 屈服极限： s （ MPa ） = A 0 F b 强度极限： b （MPa ） = A 0 I L L 延伸率： 100% = L A A 截面收缩率： 100% = A o 铸铁实验 最大载荷： F b = （ T ） = （ N ） F b 强度极限： b （MPa ） = A 0 2. 绘制
12、 F- L 曲线及断口形状 （ 定性画出，但不能失真 ） 3. 必要的文字说明 实验日期；试验温度及试验参照执行的标准等。 八、分析与思考题 比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性能。 拉伸时低碳钢的屈服高、低点如何确定？ 低碳钢拉断时的应力是否就是强度极限？ （4） 低碳钢拉伸时分为几个阶段 ？ 各是什么 ？ 各阶段有何特征 ? 2 材料的压缩实验 有些工程材料在拉伸和压缩时所表现的力学性质并不相同，因此，有必 要通过压缩试验来测定材料受压缩时的力学性能和破坏现象，并且多用于测 定脆性材料，如铸铁、混凝土、砖、石等材料的力学性能。 一、 实验目的 测定低碳钢的压缩屈服极限 d S 和铸铁的抗压强度极
13、限 b b 。 (2) 观察比较低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。 二、 实验设备 (1) 万能试验机。 (2) 游标卡尺。 三、 实验原理 低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般制成圆柱形， 如图 2-5 所示。试 件受压时，两端面与试验机上、下支承垫间的摩擦力约束试件的横向变形， 影响试件的强度。随着比值 h 。 /d o 的增加，端面摩擦力对试件中部的影响将会 减弱，抗压强度降低。但 h o /d o 比值也不能过大，否则将引起失稳，因此，抗 压能力与试件高度 h o 和直径 d o 的比值 h o /d o 有关。由此可见，压缩试件只有在 相同的试验条件下，才能对不同材料的
14、压缩性能进行比较。金属材料压缩试 验所用试件，通常规定为 1w d/h w 3 。 低碳钢为塑性材料，受压后试件高度不断缩短，横截面面积增加，承载 力随之增大，试件形成桶状如图( a )所示，直至压成饼状而不致断裂，因此 不能测得其压缩强度极限，只能测得屈服极限。 图 3-5 材料压缩破坏图 铸铁为脆性材料，当试件受压后变形不大时即破裂 上图 (b) 故仅能测得强 度极限。 实验方法及步骤 低碳钢压缩屈服极限: 旦（ MPa ） A o 低碳钢试件 (1) 用游标卡尺测量出试件的直径和高度，并做好记录。 (2) 将试件安装于试验机上、下支承垫之间 ( 图 2-5) ，并注意使试件直立端 正，保持球形支承垫的润滑、灵活。 (3) 装好自动绘图装置，选择压缩曲线纵横坐标比例尺。 (4) 打开进油阀、缓慢加载。注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上的 压缩图，当过比例极限荷载 F a 后，开始出现变形增长较快的一小段，测力指 针转动减慢，出现短时停顿或倒退现象， 这时表示达到屈服荷载 F s, 如图 2-7(a) 所示。此后，图形沿曲线断续上升，这是因为塑性变形迅速地增长，试件截 面面积也随之增大，增大的面积能承受更大的荷载。因此，确定 F a 时要特别 小心地观察、判读。有时由于指针速度的减慢不
