材料力学实验指导书

1、材料力学实验指导书实验一 拉伸实验拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。 由本实验所测得的结果， 可 以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、 塑性、强度等重要机械性能， 这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。一、实验目的要求测定低碳钢的流动极限S 、强度极限 b、延伸率 、截面收缩率 和铸铁的强度极限 b 。碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（ F L 曲线）。 较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。二、实验设备和仪器材料试验机、游标卡尺、两脚标规等三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形

2、状如图所示。图中工作段长度 l 称为标距，试件的拉伸 变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。图1-1为了使实验测得的结果可以互相比较， 试件必须按国家标准做成标准试件， 即l 5d 或 l 10d 。对于一般板的材料拉伸实验， 也应按国家标准做成矩形截面试件。 其截面面积和试件标 距关系为 l 11.3 A或l 5.65 A， A为标距段内的截面积。四、实验方法与步骤1、低碳钢的拉伸实验 ：）试件的准备： 在试件中段取标距 l 10d 或l 5d 在标距两端用脚标规打上冲眼作 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 d （在每处的两个互相垂

3、 直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。）机的准备； 首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法， 学习试验机的操作规 程。根据低碳钢的强度极限 b 及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择 合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点” ，然后调整试验 机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。）进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外 力F 和变形 L的关系曲线（ F L曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到 A 点时，拉伸图上 OA 段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定 律的弹

4、性变形范围。当载荷增加到 B 点时，测力计指针停留不动或突然下降到 B 点，然后 在小的范围内摆动， 这时变形增加很快， 载荷增加很慢； 这说明材料产生了流动（或者叫屈 服）与 B 点相应的应力叫上流动极限，与 B 相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较 稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以 B 点相对应的载荷值 FS 除以试 FS 件的原始截面积 A 即得到低碳钢的流动极限 S ， S S 流动阶段后， 试件要承受更大的 SA 外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中 C点至 D 点这一 段为强化阶段。当载荷达到最大值Fb （ D 点）时，试件的塑性

5、变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值Fb，用 Fb 除以试件的原始截面积 A ，就得到低碳钢的强度极限 b b Fb / A 。在试件发生“颈缩”后，由 于截面积的减小，载荷迅速下降，到 E 点试件断裂。关闭机器， 取下拉断的试件， 将断裂的试件紧对到一起， 用游标卡尺测量出断裂后试件 标距间的长度 l1 ，按下式可计算出低碳钢的延伸率ll1 100% 。l将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径d1 ，计算出面积 A1 ；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率，A A1 100%从破坏后的低碳钢试件上可以看到， 各处的残余伸

6、长不是均匀分布的。 离断口愈近变形 愈大，离断口愈远则变形愈小， 因此测得 l1 的数值与断口的部位有关。 为了统一 值的计算， 规定以断口在标距长度中央的 1 3区段内为准， 来测量 l 的值，若断口不在 1 3区段内时， 需 要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：设两标点 C 到 C 之间共刻有 n 格，如图 1-4 所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂 试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线 d 起，向右取 n/ 2格，标记为 a ，这就相当于把 断口摆在标距中央，再看 a点至 C1点有多少格，就由 a点向左取相同的格数，标以记号 b ， 令 L 表示 C 到 b 的长度，则 L 2L

7、 的长度中包含的格数等于标距长度内的格数 n ，故 l1 L 2L 。当断口非常接近试件两端， 而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时， 一般认为实验 结果无效，需要重作实验。断口图1-42、铸铁的拉伸实验 ：）试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径 d 取最小值 计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限 b ，估计拉伸试件的最大载荷。）试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同1） 进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷Fb ，观察自动绘图装置上的曲线，如图 1-3 所示。将最大载荷值 Fb 除以试件的原始截面积 A ，就得到铸铁的强度极限 b b Fb / A

8、 。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。实验二 压缩实验在工程实际中， 有些构件承受压力， 而材料由于载荷形式的不同其表现的机械性能也不 同，因此除了通过拉伸实验了解金属材料的拉伸性能外， 有时还要作压缩实验来了解金属材 料的压缩性能， 一般对于铸铁、 水泥、砖、石头等主要承受压力的脆性材料才进行压缩实验， 而对于塑性金属或合金进行压缩实验是主要目的是为了材料研究。 例如灰铸铁在拉伸和压缩 时的强度极限不相同， 因此工程上就利用铸铁压缩强度较高这一特点用来制造机床底座、 床 身、汽缸、泵体等。、实验目的和要求）测定在压缩时低碳钢的流动极限 S

9、 ，及灰铸铁的强度极限 b 。）观察它们的破坏现象，并比较这两种材料受压时的特性。、实验准备：材料试验机、游标卡尺1 hd 3三、试件金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如图所示，并制定四、实验方法与步骤1低碳钢的压缩实验）试件准备：用游标卡尺测量试件的直径 d 。）试验机的准备： 首先了解试验机的基本构造原理和操作方法， 学习试验机的操作规 程。选择合适的测力刻度盘，配置相应的摆锤，开动机器，将刻度盘指针调到零点，然后将 试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，使试件承受轴向压力。）进行实验： 开动机器， 使试件缓慢均匀加载，低碳钢在压缩过程中产生流动以前基 本情况与拉伸时相同，载荷到达B 时，

10、测力盘指针停止不动或倒退，这说明材料产生了流动，当载荷超过 B 点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐明显地增大，试件最后被 压成鼓形而不断裂， 故只能测出产生流动时的载荷 FS，由 S FS / A得出材料受压时的流 动极限而得不出受压时的强度极限。2、铸铁的压缩实验铸铁压缩与低碳钢的压缩实验方法相同， 但铸铁受压时在很小的变形下即发生破坏， 能测出 Fb，由 b Fb/ A得出材料强度极限。铸铁破坏时的裂缝约与轴线成 45 角左右。五、注意事项损坏）试件一定要放在压头中心以免偏心影响 ）在试件与上压头接触时要特别注意减小油门， 使之慢慢接触， 以免发生撞击， 机器。）铸铁压缩时，应注意安

11、全，以防试件破坏时跳出打伤。六、讨论题）低碳钢压缩图与拉伸图有何区别？说明什么问题？ ）铸铁的破坏形式说明什么问题？）碳钢压缩后为什么成鼓形？实验三 弹性模量 E 的测定实验、实验目的要求：）在比例极限内测定低碳钢的弹性模量 E）验证虎克定律、原理拉杆拉伸时伸长变形L 与拉伸载荷F 之间的关系，在比例极限范围内应符合虎克定律：由 L FL 可得出： E FLEA LA式中： F 拉伸载荷，L 引伸计标距E 材料弹性模量A 试件的横截面积F量表右标杆左标杆 右标杆定位螺钉 活动下刀口 试样 底板F上刀口L 标距长度内的伸长量三、实验设备材料试验机、蝶式引伸计、游标卡尺四、蝶式引伸计简介仪器结构如

12、图）整上刀口位置，使上下刀口间的距离等于标距值。）松开紧固螺钉调整量表位置，使下刀口底面与底板上定位螺钉接触， 顶尖与量表测量平面接触。测拉伸变形时，量表起始位置应在指针正向行程 0.1mm 以上， 然后固定好量表罩圈在需要的位置上。）握住蝶式引伸计， 压缩弹簧使两刀口分开夹持在试件上， 如夹紧力不够可调整连接 板簧帽。）如需要增强上刀口夹紧力时， 在标杆上使用夹紧架， 其位置应以尽量靠近上刀口处， 夹紧力也可通过簧帽调正。当试件受力后，原标距伸长，上刀口不动，下刀口绕中点转动，由于杠杆比为1： 1，从千分表上可读出变形值，伸长量取两表数值的平均值进行计算。六、实验方法与步骤）测量试件尺寸（直

13、径）试件装于试验机上，加预载 2kN ，然后将蝶式引伸计装于试件上。）转动引伸计的调节螺钉，使千分表的小针在0.6 左右，而千分表的大指针为零。2kN）开动机器， 缓慢加载， 并记录千分表的读数， 在 3kN 时记初读数， 以后每增加 记一次读数，至 13kN 为上，停机。七、实验数据整理GPaF L F LE( L A) ( L) P A上式中 （ L）P 的单位应该用mm ，而表中 （ L） P为千分表格数， 千分表1 格为11000mm 。实验四 扭转实验在实际工程机械中， 有很多传动轴是在扭转情况下工作， 设计扭转轴所用的许用剪应力， 是根据材料在扭转破坏实验时，所测出的剪切流动极限S

14、 ，或剪切强度极限 b 而求得的。一、实验目的要求）低碳钢的剪切流动极限 S 、剪切强度极限 b 、及铸铁的剪切强度极限 b 。 ）观察断口情况，进行比较和分析。二、实验设备和仪器扭转试验机、划线仪、游标卡尺等三、扭转试件根据国家标准，一般采用圆截面试件，标距 L 100mm ，标距部分直径 d 10mm 。 如图 4-1 所示。图 4-1四、实验方法与步骤1、低碳钢试件的扭转：）试件的准备： 在试件标距内的中间和两端三处测量直径， 取最小值作为直径尺寸 d ，计算抗扭截面系数。 WP 1 d 3 P 16）试验机的准备； 首先了解扭转机的基本构造原理和操作方法， 学习掌握扭转机的操 作规程。

15、根据材料性质，初步估所需最大扭矩，选择合适的测力表盘，配置相应的摆锤，测 力指针调到“零点” 。b图 4-2图 4-3）进行实验：将低碳钢试件装夹到试验机上，用“手动”对试件缓慢均匀地加扭矩，加在 试件上的扭矩 M n 和扭转角 的关系曲线，如图 4-2 所示。当扭矩增加到 A 点，（即 Mn M p ）时，图 4-2 中OA段为直线，表明此阶段内载荷与试件变形之间成比例关系， 扭矩超过 M p后。试件截面的外缘外处，材料发生流动形成环形塑性区，同时 M n 图曲 线稍微上上升，达到 B 点趋于平坦，这时测力指针几乎不动，这说明塑性区已扩展为整个 截面，材料发生流动，记录下此时的扭矩 M b

16、。在达到 M S时，假定截面上各点的剪应力同时达到流动极限S（理想塑性） ，断面上 S 均匀分布，从而推导计算流动极限的近似公式如下：MS F ( SdA)式中 S 是常数，dA 2 d所以R R 22 d 2 S 2d2R4S 3Wp S故屈服极限3MS4Wp式中： Wp16d2R3若试件继续变形，材料进一步强化，当达到M n上的 C 点时，试件破坏，扭矩表盘上的指针可读出最大扭矩 M b ，与屈服时的塑性变形过程相似，可得 试件断裂后，立即关闭机器，取下试件。3Mb4Wp2、铸铁试件的扭转：铸铁的扭转实验方法与步骤与低碳钢相同，因铸铁扭转在变形很小的情况下就被扭断， 铸铁的 Mn 曲线如图

17、 4-4 所示 由图可知， 铸铁扭转由开始直到破坏近似一直线， 其剪切强度极限因铸铁试件在断裂前呈脆 性破坏，故可近似应用弹性公式计算Wp五、注意事项：）用手动变电器加扭矩时，一般将手摇柄取下，以免发生事故。）在变速进，一定先停车，后调矩。）试件在夹紧时，用手搬套筒搬手，而不要产生冲力。4）铸铁扭转时，要加防护罩，以免破碎试件飞出打伤人。六、讨论题总结低碳钢和铸铁两种材料在拉伸、压缩和扭转时的强度以及破坏断口的情况进行比较分析，说明原因。实验五 梁的弯曲正应力实验、实验目的和要求）用电测法测定纯弯曲梁受弯曲时 A A（或 B B ）截面各点的正应力值，与理论 计算值进行比较。）了解电阻应变仪的

18、基本原理和操作方法、实验设备CM-1C 型静态电阻应变仪，纯弯曲梁实验装置三、弯曲梁简图：图 5-1已知 : L 630mm 、 a 160mm 、 b 20mm 、 h 40mm 、 c h/6 、 E 200GPa在梁的纯弯曲段内 A A（或 B B ）截面处粘贴七片电阻片， 即 R1 、 R2 、 R3 、 R4 、 R5 、R6 、 R7 。 R4贴在中性层处，实验时依次测出1、2、3、4、5、6、7 点的应变，计算出应力。四、测量电桥原理应端图 5-2构件的应变值一般均很小，所以，应变片电阻变化率也很小，需用专门仪器进行测量， 测量应变片的电阻变化率的仪器称为电阻 变仪，其测量电路为

19、惠斯顿电桥， 如图所示。 如图所示，电桥四个桥臂的电阻分别为 R1 、 R2、R3和R4，在 A 、C端接电源， B、D 为输出端。设 A 、 C 间的 电压降为 U则 经 流 电 阻 R1 、R4 的电流 分 别 为 I1UR1 R2I 4 U，所以 R1、 R4两端的电压降分别为R3 R4U ABI 1 R1R1 U ， U ADR4U 所以B、D 端的输出电压为R1 R2R3 R4UU AB U ADR1 UR4UR1 R3 R2 R4UAB AD R1R2R3 R4( R1 R2 )( R3 R4 )当电桥输出电压 U 0时，称为电桥平衡。故电桥平衡条件为 R1R3 R2R4或 R1

20、R4设 R2 R3 电桥在接上电阻 R1、R2、R3和 R4时处于平衡状态，即满足平衡条件。当上述电阻分别改 变 R1、 R2、 R3 和 R4时(R1 R1 )( R3 R3) (R2R2 )( R4R4 )UU(R1R1 R2R2 )(R3R3 R4R4 )略去高阶微量后可得(当 R1 R2 R3 R4 时)UUR1R2 (R1 R2 )2UR1 R2R3 R44 R R R R上式代表电桥的输出电压与各臂电阻改变量的一般关系。在进行电测实验时， 有时将粘贴在构件上的四个相同规格的应变片同时接入测量电桥，当构件受力后，设上述应变片感受到的应变分别为1 、 2 、 3 、 4 相应的电阻改变

21、量分别为 R1、 R2、 R3 和 R4 ，应变仪的读数为4UKU1234以上为全桥测量的读数，如果是半桥测量，则读数为4UKU所谓半桥测量是将应变片 R3和R4放入仪器内部， R1和R2测量片接入电桥， 接入 A、B 和B 、 C 组成半桥测量。五、理论和实验计算理论计算1,7M、 2,6WZM c2IZ3,5M c1IZ40其中： WZbh26IZ bh3IZZ 12实验值计算：R1ABR1CD1D2D3图 5-3实验六 弯扭组合应力测定实验、实验目的要求）用电测法测定圆杆 M M （或 N N ）截面危险点的主应力大小和方向；和理 论值比较。）用电测法测定 M M （或 N N ）截面处

22、于纯剪状态下的一点的最大剪应力、实验装置 ：已知材料，弹性模量E 200GPa 泊松比：0.28空心圆杆 连接器立柱底坐图 6-1380R1MR5R4R3 R6R2M200F3440简图弯矩图()扭矩图()弯曲正应力分布M扭扭M扭转剪力分布M横向剪切应力分布三、应力状态分析）由应力状态分析可知 A A 主应力最大， A 点的应力有 弯 和 扭 ，在测量时可以分别测量，其 A 点的应力状态可以分解成如图所示图 6-3）在 A点，弯曲应力 弯 最大，而切应力 剪 0，而 扭对轴向应变无关， 所以测 弯时只要在 A 点（ A 点）轴向布片就可以测出 弯）测 扭 时因为 扭 在横截面周边处都相等， 在

23、纵向截面处不但有 扭 而且还有弯曲剪应力引起的 剪。根据图， B、B 的应力状态分析，为了测出 扭和 max，在 B点和 B 点 处与轴线成 45 ，各贴两片电阻片，电阻片布片如图所示扭弯图 6-4四、测试方法根据应力状态， 可分别把弯曲的应变、扭转的应变、扭转和剪切的组合应变、剪切应变 测出来， 再分别求出各种变形下的应力， 最后根据公式求出主应力的大小、 方向和最大切应 力。1、测弯曲正应力弯）接线：半桥互补，将 R1为工作片， R2为补偿片接入电桥中进行温度补偿， ：因 R1、 R2 的增量等值同向接相邻桥臂，故抵消，应变读数d 1 （ 2） 2 ，读数应变值扩大 2 倍，扭转剪切变形下

24、不改变轴的长度，所以测出的是弯曲变形下的应变值，d）计算 弯 E E d22、测扭转切应力 扭）接线：半桥互补将 R5 作为工作片， R4 作为补偿片接入电桥中如图， R4 、 R5 皆与轴向成 45 ，应变读数 d 5 （ 4 ） 2 ，由剪力产生的应变量等值同向，R4 、 R5 接相邻桥臂故抵消了，所以测得的应变数为扭转时产生的应变值。）计算E E d扭扭 12(1 )3、测横向力引起的剪切应力）接线： 半桥互补，同上， R3、 R5皆与轴线成将R5作为工作片 （在B 点），R3为补偿片（在 B点）接入电桥。45 ，由于 R3 、 R5 受扭后应变量等值同向，接在相邻桥臂故抵 消，而由横力

25、引起的剪切，在 R3、 R5受剪后，应变量等值反向，布在桥相邻边，应变读数d 3 ( 5) 2R5图 6-5剪B点B点EE）计算： 剪 E E dR3扭R5剪剪R5R5扭剪dM弯D扭WPB点R3Mn3D23 (14)32WPD3 (1 4)P 16图 6-74、测扭剪组合（即最大切应力）max 扭 剪五、实验步骤）测 弯 时将 R1、R2 接入电桥中调节电桥平衡（按操作规程）分级加载四次，记下每次加载相应的应变值。六、 附 理论计算公式1、计算弯曲正应力弯2、计算扭转切应力扭B点）接线：半桥互补，将R5 为工作片，R6为补偿片接入电桥中（同上） ， R5、 R6皆与轴向成 45 ，应变读数d

26、5 ( 6) 2）按上述方法依次接线测出剪应力扭 、 剪 、 max 的应变值，因 剪 很小 ，所以测的应变值可能很小，不必怀疑。）关闭电源，卸载，整理仪器。2扭弯2 扭3、求 A 点的主应力大小和方向1 、 2 、tg24、求最大切应力maxmax式中：QSzmaxI ZbSz max12IZ64(1实验七 切变模量 G的测定、实验目的要求在比例极限内验证扭转虎克定律 ,测定切变模量 G二、实验设备和仪器扭转试验机、游标卡尺、扭角仪等三、实验原理在低碳钢试件上安装扭角仪（图 7-1）以测量扭转角，按选的标距 L0 ，将扭角仪的 A 、 B 两个环分别固定在标距的两端截面上，若这两截在发生相对

27、转动，千分表就表示出标距， 试件中心轴线为 b分别在 A（或 B ）截面上点的相位移 故 A 、 B横截面的相对扭转角为 （在材料的剪切比例极限内） ：d图 7-1M0L0GIp式中 M 0为扭矩， I p为圆截面的极惯性矩。同样采取增量法， 逐级加载， 如每增同样大小的 扭矩 M0 ，扭转角的增量基本相等，这就验证了虎克定律，根据测得的各级扭转角增量 ，可用下式算出相应的切变模量：GM nL0Gi Ip式中下标 i 为加载级数（ i =1,2 n ）。四、实验步骤）用划线机在试件两端划标距为 L0 的圆周线，用游标卡尺在标距两端及中间三处互 垂方向各测量试件直径，并记在试件尺寸表中。）据材料

28、的剪切比例极限 p 和扭角仪量程拟定加载方案，确定最终扭矩值，加载次 数和扭矩增量 M n 。）据拟定的加载方案，选择测扭矩度盘的量程。）安装试件和扭角仪将试件装入试验机夹头，然后把A、B 环固定在标距两端的圆周线上，将千分表固定在 A 环上，最后用游标卡尺测量试件轴线到千分表顶杆的实际距离 b。）预加一定的载荷 （略小于最终载荷） ，卸载检查试验机和扭角仪是否处于正常状态。）用手摇逐级加载，每增加一级 Mn ，读一次扭角仪读数，并记录直至最终载荷。实验八 冲击实验在实际工程机械中，有许多构件常受到冲击载荷的作用,机器设计中应力求避免冲击波负荷 ,但由于结构或运行的特点 ,冲击负荷难以完全避免

29、，例如内燃机膨胀冲程中气体爆炸推 动活塞和连杆， 使活塞和连杆之间发生冲击， 火车开车、 停车时， 车辆之间的挂钩也产生冲 击，在一些工具机中，却利用冲击负荷实现静负荷难以达到的效果，例如锻锤、冲击、凿岩 机等，为了了解材料在冲击载荷下的性能，我们必须作冲击实验。一、实验目的）了解冲击实验的意义，材料在冲击载荷作用下所表现的性能 ）测定低碳钢和铸铁的冲击韧度值k 。二、实验设备和仪器摆式冲击试验机、游标卡尺等三、基本原理）冲击实验是研究材料对于动荷抗力的一种实验， 和静载荷作用不同， 由于加载速度 快，使材料内的应力骤然提高， 变形速度影响了材料的机构性质， 所以材料对动载荷作用表 现出另一种

30、反应。 往往在静荷下具有很好塑性性能的材料， 在冲击载荷下会呈现出脆性的性 质。）此外在金属材料的冲击实验中， 还可以揭示了静载荷时， 不易发现的某结构特点和 工作条件对机械性能的影响（如应力集中，材料内部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状 态以及热处理情况等） ，因此它在工艺分析比较和科学研究中都具有一定的意义四、冲击试件工程上常用金属材料的冲击试件一般在带缺口槽的矩形试件， 做成制品的目的是为了便 于揭露各因素对材料在高速变形时的冲击抗力的影响。 并了解试件的破坏方式是塑性滑移还 是脆性断裂。但缺口形状和试件尺寸对材料的冲击韧度k 值的影响极大，要保证实验结果能进行比较，试件必须严格按照冶

31、金工业部的部颁布标准制作。故测定 k 值的冲击实验实 质上是一种比较性实验，其冲击试件形状如图所示。.1.010.1.01400.5552图 8-1五、冲击实验形式）简梁式弯曲冲击实验）肱梁式弯曲冲击实验）拉伸冲击实验简梁式弯曲冲击实验工程中最常用六、实验方法与步骤）测量试件尺寸，要测量缺口处的试件尺寸。 ）首先了解摆锤冲击试验机的构造原理和操作方法， 掌握冲击试验机的操作规程， 定要注意安全。）整冲击试验机指针调到“零点”根据试件材料估计所需破坏能量，先空打一次，测 定机件间的摩擦消耗功。）将试件装入在冲击试验机上， 简梁式冲击实验应使没有缺口的面朝向摆锤冲击的一 边，缺口的位置应在两支座中

32、间，要使缺口和摆锤冲刃对准。将摆锤举起同空打时的位置， 打开锁杆。使摆锤落下，冲断试件，然后刹车，读出试件冲断时消耗的功，以下式可计算出 材料的冲击韧度值 kW N mk2A mmW 冲断试件时所消耗的功； A 试件缺口横截面积图 8-2七、注意事项：人就在实验过程中要特别注意安全， 绝对禁止把摆锤举高后安放试件， 当摆锤举高后， 离开摆锤摆动的范围，在放下摆锤之前，应先检查一下有没有人还未离开，以免发生危险。八、讨论题）低碳钢和铸铁在冲击作用下所呈现的性能是怎样的？）材料冲击实验在工程实际中的作用如何？实验九 疲劳实验在机器中有很多元件如轴、 齿轮、 弹簧等都是在循环载荷下工作的， 在重负载

33、荷下零件 在低应力下发生脆性现象叫金属疲劳。 疲劳断裂与静荷断裂不同， 很多构件在多次反复应力 作用下， 会在远低于材料的强度极限时就发生突然的脆性破坏， 断前没有明显的宏观塑性变 形，很难事先观察和预防，具有很大的危险性，因此研究材料的疲劳破坏规律，防止构件的 疲劳失效就尤为重要。 疲劳实验就是测定材料对重复载荷的抗力， 作为在交变应力下合理选 择材料和设计零件的强度依据。一、实验目的）了解疲劳实验的使用方法）测定材料在弯曲时疲劳极限-1 的方法。二、实验设备和仪器弯曲疲劳试验机三、基本原理）疲劳极限是材料在交变应力作用下， 能无限次承受应力变化而不破坏的最大应力值。 但因实际实验不可能使试

34、件进行无限次循环作用，常规定循环数 N 作为实验基数，对黑色 金属 N 5 30 10 6，所以实际上求得的疲劳极限是指受N 次循环的重复， 而试件不发生疲劳破坏的最大应力值，常称为名义持久极限。）疲劳实验有拉压、扭转、弯曲的，有对称循环的或不对称循环的。由实验知对称循 环是最危险的循环， 测得的疲劳极限最低。 本次实验是最基本的应用最广的 “在对称循环下 转梁式弯曲疲劳实验” ，测得的疲劳极限 -1 ，而其它荷重下的疲劳极限 -1 用经验公式推求。）转梁式弯曲疲劳实验常用的有简梁式和肱梁式， 如图所示。 简梁式的试件受纯弯曲 作用，上部受压，下部受拉，因载荷静止不动，当试件旋转半周进，应力就

35、改变，故试件旋 转一周进，试件内各点应力就奖反复地做一次循环变化。 最大应力幅发生在试件最小直径处。 肱梁式的试件除受弯曲作用外，尚有剪力作用，但通常此剪力可忽略不计。图 9-2）测定疲劳极限通常是根据在 610 根相同试件所做一系列而得，在每一根试件下施加的载荷值不同，开始先在第一根试件上施加最大荷重约等于 0.5 0.6 b 的最大应力 1 ， 试件断裂后，由疲劳机的循环次数表可以得知此试件破坏时的循环次数N1 在以后各根试件所承受的应力逐根减少 2 4kg mm 2 下重复进行同样实验，测得不同的破坏循环次数 N2、 N3 。随着荷重的降低，试件发生破坏时的循环次数将随着增加，由此可在以

36、应 力 为纵坐标， 循环次数 N 为横坐标的平面上做出一条曲线如图 11-3 所示。 当某一根试件 的循环次数 N 超过基数 N 107 后尚未破坏，则相应的应力i 即接近疲劳极限，如与相近的破坏应力的差值不大于 1kg mm2 则此应力 i 即认为是所求的 1 。）由于材料的疲劳抗力与材料试件形状、尺寸要求、加工精度、实验的工作条件、加 载荷变形的形式等很多因素有关， 进行实验需要用较多试件和时间， 因此完成一个实验最少 也得用一周时间。因此本次实验只作示范表演，使同学们了解疲劳极限的测量方法。1212334455676NO7N1 N2 N3 N4N5N6N 107图 9-3）疲劳实验对试件

37、的要求比较严格， 同一组试件必须同一规格， 而且是同一炉冶炼的， 试件表面要求精密加工， 经过磨光和抛光，表面无刀痕损伤， 试件要严格保证同心度， 以消 除应力集中的影响，四、实验方法与步骤）用千分尺测量直径三次，以最小直径来计算面积，）了解疲劳试验机的构造原理和操作方法， 掌握疲劳机制操作规程。 安装试件， 先不 加载荷，将机器进行试转，检查运转是否正常，有无振动噪音，连接是否紧密牢固。）高速计数器至零或记下初读数， 加上预计荷重按下电钮旋转调速电阻， 启动电机使 转速缓慢增加。 ，决不能超过额定电压。）试件断裂后，关闭电门，记下计数器读数，卸下试件。图 9-4实验十 光弹性认识实验、实验目的）一般光弹仪的结构 ,及偏振场的类型。）掌握等差线、等倾线的概念）初步了解光弹基本原理和方法、光弹仪结构及偏振场的类型图 10-1S光源Q2 波片W冷却水槽A分析镜（检偏振镜）L1准光镜L2成象透镜P起偏振镜F滤色镜Q1波片R光M模型及加载架T投影在做光弹实验时，通常需做以下调整步骤：）调整各光学元件的上下位置及镜面方位， 使各镜片中心轴位于一条直线上， 为判别 此点只在光源 S在T 上投影呈正圆即可。）调整 P、Q1、Q2、 A的相对角度，分别