工程力学2实验指导书

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1、工程力学实验指导书谢志芬 编桂林电子科技大学机电工程学院力学室2006 年 3 月2-3 碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验（实验一）一、目的1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限 S，强度极限 b，延伸率 和断面收缩率，测定铸铁拉伸时的强度极限 b。2、观察碳钢、铸铁在拉伸过程中的变形规律及破坏现象，并进行比较，使用绘图装置绘制拉伸图（P-L 曲线） 。3、测定压缩时低碳钢的屈服极限 S。和铸铁的强度极限 b。4、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。5、掌握电子万能试验机的原理及操作方法6、了解液压万能试验机的工作原理及操作方法。二、设备微机控制电子万能材料试验机、液压式万能材料试验机、游标

2、卡尺。三、拉伸试祥1. 为使各种材料机械性质的数值能互相比较，避免试件的尺寸和形状对试验结果的影响，对试件的尺寸形状 GB6397-86 作了统一规定，如图 2-3 所示：图 2-3用于测量拉伸变形的试件中段长度（标距 L0）与试件直径 d。必零满足 L0d 0=10 或5，其延伸率分别记做和 10和 52、压缩试样：低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般做成很短的圆柱形，避免压弯，一般规定试件高度 h 直径 d 的比值在下列范围之内：1 3h为了保证试件承受轴向压力，加工时应使试件两个端面尽可能平行，并与试件轴线垂直，为了减少两端面与试验机承垫之间的摩擦力，试件两端面应进行磨削加工，使其光滑。

3、四、实验原理 图 2-4 为试验机绘出的碳钢拉伸 P-L 曲线图，拉伸变形 L 是整个试件的伸长，并且包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动，故绘出的曲线图最初一段是曲线，流动阶段上限 B受变形速度和试件形式影响，下屈服点 B 则比较稳定，工程上均以 B 点对应的载荷作为材料屈服时的载荷 PS，以试样的初始横截面积 A0 除 PS，即得屈服极限： 图 2-4 （2.1） 0AsS屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，载荷到达最大值 Pb，时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力盘的从动针停留在 Pb 不动，主动针则迅速倒退表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。

4、以试样的初始横截面面积 A。除 Pb得强度极限为（2.2） 0APb延伸率 及断面收缩率 的测定，试样的标距原长为 L0拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为 L1延伸率应为（2.3） %0l断口附近塑性变形最大，所以 L1的量取与断口的部位有关，如断口发生于 L 的两端或在 L 之外，则试验无效，应重做，若断口距 L。的一端的距离不在标距长度的中央 区31域内，要采用断口移中的办法；以度量试件位断后的标距，设两标点 CC1之间共有 10 格，断口靠近左段，如图 2-5，从临近断口的第一刻线 d 起，向右取 1025 格，记作 a，这就相当于把断口摆在标距中央，再看 a 点到

5、C1点有多少格，就由 a 点向左取相同的格数，记作 b，令 L表示 C 至 b 的长度， L表示 b 至 a 的长度，则 L2L 的长度中包含的格数等于标距长度内的格数 10，即 L2L =L 1。 图 2-5试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为 A1，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算 A1，然后按下式计算断面收缩率：（2.4）%010铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷 Pb 而突然发生断裂。没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。图 2-6 为低碳钢试件的压缩图，在弹性阶段和屈服阶段，它与拉伸时的形状基本上是一致的，而且 也

6、基本相同，所以说，低碳钢材料在压缩时的 E 和 都与拉伸时大致相s s同，低碳钢的塑性好，由于泊松效应，试件越压越粗，不会破坏，横向膨胀在试件两端受到试件与承垫之间巨大摩擦力的约束，试件被压成鼓形，进一步压缩，会压成圆饼状，低碳钢试件压不坏，所以没有强度极限。图 2-6 图 2-7图 2-7 为铸铁试件压缩图，P- L 比同材料的拉伸图要高 4-5 倍，当达到最大载荷时铸铁试件会突然破裂，断裂面法线与试件轴线大致成 的倾角。这表面，b 045铸铁压缩破坏主要是由剪应力引起的。五、实验步骤拉伸试验步骤：1、试件准备（1）测量试样尺寸 测定试样初始横截面面积 A 时，在标距 L 的两端及中部三个位

7、置上，沿两个互相垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算各横截面面积，取三个横截面面积中的最小值为 A 。2、试验机准备使用电子万能试验机时（1）检查试验机的夹具是否安装好，各种限位是否在实验状态下就位；（2）启动试验机的动力电源及计算机的电源；（3）调出试验机的操作软件，按提示逐步进行操作；（4）安装试件。安装时仅将试件上端夹紧，下端悬空，然后再试件上夹持引伸计；（5）启动下降按钮将试件移下，停止安装好试件，进行调零，回到试验初始状态；（6）根据实验设定，启动实验开关进行加载，注意观察试验中的试件及计算机上的曲线变化；（7）实验完成，保存记录数据，打印实验数据报告；（8）试件破坏后（非破坏性

8、试验应先卸载） ，断开控制器并关闭，关闭动力系统及计算机系统，清理还原。使用液压万能试验机时（1）调整试验机 按 2-1 的要求调整检查万能材料试验机，根据Pbb。估计试件的最大载 Pb，按最大载荷数值为度盘测力范围的 40-80的标准来选择度盘和与其相匹配的摆锤，并调整示力指针为零。（2）安装试样 先将试件安装在试验机上夹头内，再移动下夹头使之达到适当位置，须注意使试样垂直，并把试样下端夹紧。（3）检查及预拉 请教师检查以上实验步骤完成情况。开动试验机，并使自动绘图器工作。预加少量载荷（勿使应力超过比例极限） ，然后卸载接近零点，以检查试验机是否处于正常状态。 （4）进行试验打开送油阀，用慢

9、速加载，缓慢而均匀地使试件产生变形，注意观察测力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象，以测力指针停止转动的载荷或指针多次回转时，第一次回转后的最小载荷作为屈服点载荷 Ps，并注意观察是否出现滑移线。屈服后在强化阶段任一点处，停止加载，然后卸载，再重新加载，以观察冷作硬化现象。继续加载直至试件断裂。在断裂前注意观察颈缩现象。此时拉力达到最大载荷，测力指针开始回转，而副针停留位置的读数，即最大载荷 Pb，试件断裂后停机，取下试件。铸铁试验只要记下最大载荷及绘出拉伸图。取下自动绘图仪所绘的拉伸曲线图纸，以便写实验报告时参考。（5）试验结束 打开回油阀，将载荷卸掉，清理实验现场。压缩试验步骤：1

10、、测量试样尺寸， 测量试样两端及中间等三处截面的直径，取三处中最小一处的平均直径 作为计算原截面积 之用。0d0A2、调整试验机，选择测力度盘，调整指针对准零点，并调整自动绘图器。电子万能试验机按软件操作指南步骤进行。3、安装试样，将试样两端面涂上润滑油，然后准确地放在试验机活动台支承垫的中心上。4、检查及试车液压试验机试车时将试验机活动台上升，试件亦随之上升，当试件上端面接近承垫时应减慢活动台上升速度，避免突然接触引起剧烈加载，当试件与上承垫刚接触时，将自动绘图笔调整好，使它处于工作状态，用慢速预加少量载荷。然后卸载近零点，以检查试验机工作是否正常。5、进行试验对于抵碳钢试件，缓慢而均匀地加

11、载，注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上所描的曲线，以便及时而正确地读出屈服载荷 ，并把它记录下来，算出屈服极限SS （2.5）0APS对于铸铁试件，缓慢而均匀地加载，同时使用自动绘图装置绘出 P- 曲线，直到试L件破裂为止，记下破坏载荷 ，并算出强度极限 ：bPb（2.6） 0Ab6、结束工作打开回油间，将载荷卸掉，取下试件，使试验机复原。六、注意事项1、试验时，必须严格遵守试验机的操作规程，液压试验机工作台升降电机只能用于升降工作台，不能用于加荷。2、电子万能试验机的试验程序设定后，不能随意改动。在实验过程中操作软件一定要按部就班，以免产生误操作，损坏试验机。3、压缩试件要尽量放在压板中心

12、，以免载荷偏心。4、如果在试验过程中，由于某种特殊或意外的原因，液压试验机油泵突然停止工作，此时应将负荷卸掉使油压降低。检查后，重新开动油泵进行试验，不应在高压下起动，以免发生意外损坏。七、实验报告试验结果应以表格或图线的形式表达，并附以必要的文字说明，包括下列内容：料力学性能指标： S、 b、 的计算。将 P-L 实验曲线转换成 - 曲线，将上述机械性能指标标注在曲线上，要有数值和单位。画出试件断口形状图。比较两种材料的机械性能特点，并分析其破坏原因。八、预习及思考讨论题预习本节及2-1，并回答以下思考题。（1）参考试验机自动绘图仪绘出的拉伸图，分析从试件加力至断裂的过程可分为哪几个阶段?

13、相应于每一阶段的拉伸曲线的特点和物理意义是什么？（2） S和 b是不是试件在屈服和断裂时的真实应力？为什么？（3）由拉伸试验测定的材料机械性质在工程上有何实用价值？（4）试验时如何观察碳钢的屈服极限？（5）WE-30 液压试验机上的两个马达各有何用途？能否用工作台升降电机对试件加载？（6）拉伸和压缩时,低碳钢的屈服点是否相同，铸铁的强度极限是否相同？（7）压缩试件为什么要做成短而粗的圆柱形，长了会有什么影响？（8）铸铁试件压缩破坏时断裂面法线与试件轴线夹角约成多少？为什么？3-6 弯曲正应力实验（实验二）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

14、弯曲梁的正应力计算公式。3、初步掌握电测方法。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=210GPa，泊松比 =0.29。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：（3.14） xMyI式中：M 为弯矩； 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xI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 时，梁的四个受力点处分别增加作用力 ，如图P/2P3-16 所示。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 3-16） （其中：b=10.8 mm; h=40 mm; C=121 mm） ，各应变片的粘贴高度见弯曲梁上各点的标注。此外，在梁的上表面沿横向粘贴了第 6 片应变片。如果