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1、材料力学实验材料力学实验( (一一) )低碳钢、铸铁轴向拉伸低碳钢、铸铁轴向拉伸及弹性模量及弹性模量E E测定实验测定实验绪论绪论1 1、材料力学是一门研究、材料力学是一门研究构件承载能力构件承载能力的科学。材料力学不研究的科学。材料力学不研究力的外效应力的外效应， 而只研究其而只研究其内效应内效应，即不考虑固体在外力作用下的运动效应而只考虑固，即不考虑固体在外力作用下的运动效应而只考虑固 体的体的变形状态变形状态，因此，在材料力学研究中，不能将固体作为刚体，而要，因此，在材料力学研究中，不能将固体作为刚体，而要 将其作为将其作为变形体变形体。2 2、材料力学研究的对象称为、材料力学研究的对象
2、称为构件构件构件构件，而构件均由固体材料制成。在外力和温度而构件均由固体材料制成。在外力和温度 等外界因素作用下，一切固体都将发生变形，故构件一般都是变形固体。等外界因素作用下，一切固体都将发生变形，故构件一般都是变形固体。3 3、构件、构件 ：组成机械零件或构筑物的：组成机械零件或构筑物的杆件杆件统称为构件。统称为构件。 对构件的三项基本要求：对构件的三项基本要求： 具有足够的具有足够的强度强度：构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。：构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。 具有足够的具有足够的刚度刚度：构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。：构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。 满足满足稳定
3、性稳定性：构件在某种外载作用下，保持其原有的平衡状态能力。：构件在某种外载作用下，保持其原有的平衡状态能力。4 4、材料力学的、材料力学的任务任务： 1 1）研究材料的力学性能）研究材料的力学性能 ； 2 2）研究构件的强度、刚度和稳定性；）研究构件的强度、刚度和稳定性； 3 3）合理解决安全与经济之间的矛盾。）合理解决安全与经济之间的矛盾。在实验研究基础上，进行理论分析是完成材料力学任务所必需的途径和手段。在实验研究基础上，进行理论分析是完成材料力学任务所必需的途径和手段。一、材料力学实验的意义：一、材料力学实验的意义：1 1、材料力学实验是非常重要的实践性环节，因为我们在对构件进行理论分析
4、时，、材料力学实验是非常重要的实践性环节，因为我们在对构件进行理论分析时，往往是把往往是把实际问题抽象为理想的计算模型实际问题抽象为理想的计算模型，再根据科学的，再根据科学的假设假设，推导出一般性公，推导出一般性公式。然而，这些简化和假设是否正确，理论计算公式能否在设计中应用式。然而，这些简化和假设是否正确，理论计算公式能否在设计中应用 ，必须通，必须通过实验来验证。过实验来验证。2 2、我们解决工程构件设计中的、我们解决工程构件设计中的强度、刚度和稳定性强度、刚度和稳定性等问题时，首先就要知道等问题时，首先就要知道反应这些材料的反应这些材料的力学性能参数力学性能参数，而这些力学性能参数也必须
5、通过实验来测定。，而这些力学性能参数也必须通过实验来测定。3 3、在实际工程中有许多构件的、在实际工程中有许多构件的几何形状几何形状非常复杂或者构件所受的非常复杂或者构件所受的外力外力非常复杂非常复杂或者工程构件的或者工程构件的边界条件边界条件不清楚，难以用材料力学理论来求解或根本就没有解时，不清楚，难以用材料力学理论来求解或根本就没有解时，在这样的情况下，就更需要用力学实验的方法来寻求解答即在这样的情况下，就更需要用力学实验的方法来寻求解答即实验应力分析实验应力分析。4 4、通过实验培养严肃认真的工作态度，实事求是的科学工作作风。培养独立分析、通过实验培养严肃认真的工作态度，实事求是的科学工
6、作作风。培养独立分析问题、解决问题的能力，培养实验动手能力。问题、解决问题的能力，培养实验动手能力。 二、材料力学实验的主要内容二、材料力学实验的主要内容（1 1）测定材料的力学性能测定材料的力学性能 a a、为构件设计提供材料的力学性能参数；、为构件设计提供材料的力学性能参数； b b、材料材质复验；、材料材质复验； c c、评定材料的热处理工艺、焊接工艺；、评定材料的热处理工艺、焊接工艺； d d、构件失效分析；、构件失效分析； e e、研究新型合金材料；复合材料。、研究新型合金材料；复合材料。（2 2）验证材料力学理论验证材料力学理论验证现有理论验证现有理论验证新建立的理论验证新建立的理
7、论修正、发展现有理论修正、发展现有理论（3 3）实验应力分析实验应力分析 特点：特点：只要是变形固体，不管结构形状、受力如何复杂，也不只要是变形固体，不管结构形状、受力如何复杂，也不必准确了解边界条件，在某些特殊条件下，用实验方法甚至能比理论计必准确了解边界条件，在某些特殊条件下，用实验方法甚至能比理论计算方法更简便、更迅速、更准确地提供结果。算方法更简便、更迅速、更准确地提供结果。验证理论有三层意义验证理论有三层意义三、实验目的：三、实验目的：1 1、测定低碳钢的弹性模量、测定低碳钢的弹性模量 、下屈服强度、下屈服强度 、抗拉强度、抗拉强度 断后伸长率断后伸长率 、断面收缩率、断面收缩率 ；
8、2 2、测定铸铁的抗拉强度、测定铸铁的抗拉强度 、断后伸长率、断后伸长率 ；3 3、描述并分析低碳钢和铸铁试样断口特点；、描述并分析低碳钢和铸铁试样断口特点；4 4、比较这两种材料的力学性能。比较这两种材料的力学性能。四、实验步骤四、实验步骤: :5 5、取下试样，观察并描述试样破坏后断口特征并分析破坏原因。、取下试样，观察并描述试样破坏后断口特征并分析破坏原因。4 4、测定试样断后缩颈处最小直径、测定试样断后缩颈处最小直径 ；断后标距；断后标距 ；1 1、测定试样的原始直径、测定试样的原始直径 、原始标距原始标距 ；2 2、装夹试样，、装夹试样，启动试验机，启动试验机，进行加载，测定低碳钢拉
9、伸时的进行加载，测定低碳钢拉伸时的 屈服力屈服力 ；最大力；最大力 ；测定铸铁拉伸最大力；测定铸铁拉伸最大力 ；3 3、测定低碳钢的弹性模量、测定低碳钢的弹性模量 ；五、实验设备和仪器五、实验设备和仪器: :1.CMT51051.CMT5105电子式万能试验机；电子式万能试验机；2. SCDY-12. SCDY-1型双侧电子引伸计；型双侧电子引伸计；3. 0.01mm3. 0.01mm数字游标卡尺；数字游标卡尺；双双侧侧电电子子引引伸伸计计4 4、试样标距打点器。、试样标距打点器。六六、实验材料和、实验材料和试样试样: :低碳钢、铸铁拉伸采用比例标准低碳钢、铸铁拉伸采用比例标准圆形圆形试样试样
10、标距 l0d0同种材料的断后伸长率不仅取决于材质，而且还取决于试样的标距同种材料的断后伸长率不仅取决于材质，而且还取决于试样的标距 七、七、实验原理及实验原理及步骤：步骤：1 1、启动试验机，打开相应程序、启动试验机，打开相应程序2 2、装夹试样及引伸计（、装夹试样及引伸计（点击力和变形清零后再点击加载点击力和变形清零后再点击加载）双双侧侧电电子子引引伸伸计计3 3、先点击停止，取下引伸计；再点击框图，最后点击加载。、先点击停止，取下引伸计；再点击框图，最后点击加载。再点击框图再点击框图先点击停止先点击停止最后点击加载最后点击加载卸载线与加载线重合卸载线与加载线重合4 4、低碳钢拉伸曲线、低碳
11、钢拉伸曲线显示屈服力显示屈服力F FS S用鼠标指向锯齿波最低点，屏幕显示屈服载荷值用鼠标指向锯齿波最低点，屏幕显示屈服载荷值5 5、下屈服点测定、下屈服点测定显示最大力显示最大力F Fb b用鼠标指向曲线最高点，屏幕显示最大载荷值用鼠标指向曲线最高点，屏幕显示最大载荷值6 6、最大载荷测定、最大载荷测定7 7、弹性模量测定、弹性模量测定nm显示显示n n点、点、m m点点的力值和变形的力值和变形先点击变形图先点击变形图弹性模量弹性模量E E的测定的测定: :材料在线弹性范围内，其应力、应变成正比关系式中Le50mm是引伸计的刀口间距双双侧侧电电子子引引伸伸计计实验原理：实验原理：O F在变形
12、图上测E (实验前变形窗口清零）D DLnm用鼠标分别点直线上n和m两点，屏幕上分别显示n点和m的变形及力值。刀口刀口低碳钢拉伸曲线低碳钢拉伸曲线O FD DlFb用鼠标指向曲线最高点，屏幕显示最大载荷值用鼠标指向锯齿波最低点，屏幕显示屈服载荷值Fs卸载线：卸载和加载线重合注意：oe段(oa段；ae段)、ec段、cb段、bk段的各段含义这段表示什么FbFs8 8、铸铁拉伸曲线、铸铁拉伸曲线用鼠标指向曲线的最高点，屏幕显示最大载荷值用鼠标指向曲线的最高点，屏幕显示最大载荷值力值：15032N铸铁拉伸过程比较简单，可近似认为经弹性阶段直接过渡到断裂铸铁拉伸过程比较简单，可近似认为经弹性阶段直接过渡
13、到断裂显示最大力显示最大力F Fs s铸铁拉伸曲线铸铁拉伸曲线FmO Fl用鼠标指向曲线的最高点，屏幕显示最大载荷值用鼠标指向曲线的最高点，屏幕显示最大载荷值铸铁拉伸过程比较简单，可近似认为经弹性阶段直接过渡到断裂Fm八、实验原始数据：八、实验原始数据：1 1、低碳钢拉伸实验数据：、低碳钢拉伸实验数据：2 2、测量弹性模量、测量弹性模量E E实验数据：实验数据： 3 3、铸铁拉伸实验数据：、铸铁拉伸实验数据：最大力下屈服力断后标距断后最小直径原始标距原始直径两点变形差值n点的变形m点的变形两点力的差值n点的力值m点的力值最大力断后标距原始标距断后直径原始直径十一、实验计算公式：十一、实验计算公
14、式：1 1、低碳钢材料：、低碳钢材料：下屈服强度下屈服强度：抗拉强度：抗拉强度：断后伸长率：断后伸长率：断面收缩率：断面收缩率：2 2、弹性模量：、弹性模量：3 3、铸铁材料：、铸铁材料：抗拉强度：抗拉强度：断后伸长率：断后伸长率：（式中（式中 是引伸计的刀口间距）是引伸计的刀口间距）十二、问题讨论和分析：十二、问题讨论和分析：1 1、低碳钢拉伸试件断口特点：、低碳钢拉伸试件断口特点：2 2、铸铁拉伸试件断口特点：、铸铁拉伸试件断口特点：铸铁试样断口呈凹凸不平整颗粒状，整个断面大约于试样铸铁试样断口呈凹凸不平整颗粒状，整个断面大约于试样轴线垂直。没有颈缩现象，是典型的脆性断裂（轴线垂直。没有颈
15、缩现象，是典型的脆性断裂（被拉断被拉断） 。低炭钢试样断口呈杯椎状，有颈缩现象。断口中部区域粗低炭钢试样断口呈杯椎状，有颈缩现象。断口中部区域粗糙呈脆性断裂（糙呈脆性断裂（被拉断被拉断），断口外围光滑，是塑性变形区），断口外围光滑，是塑性变形区域，有域，有4545度的剪切唇（度的剪切唇（被剪断被剪断）。）。拉断拉断剪断剪断十三、实验报告要求十三、实验报告要求1 1计算材料强度指标及塑性指标，低碳钢弹性模量计算材料强度指标及塑性指标，低碳钢弹性模量E E；4 4描述低碳钢和铸铁试样断口特描述低碳钢和铸铁试样断口特征并绘出示意图；征并绘出示意图；3 3比较低碳钢和铸铁材料拉伸力学性能比较低碳钢和铸铁材料拉伸力学性能 （即抗拉强度和塑性的比较）；（即抗拉强度和塑性的比较）；2 2强度指标以强度指标以MPaMPa为单位；弹性模量以为单位；弹性模量以GPaGPa为单位为单位 并保留并保留3 3位有效数字；位有效数字；5 5、实验结果分析。、实验结果分析。手动控制盒手动控制盒楔形夹具楔形夹具电电源源开开关关移动横梁移动横梁电子万能材料试验机电子万能材料试验机CMT5105
