材料力学实验

1、目录拉 伸 实 验2压 缩 实 验5弯 曲 实 验8扭 转 实 验13压 杆 稳 定 实 验17组 合 变 形 实 验22叠 梁 弯 曲 实 验26套 装 弹 簧 变 形 实 验28偏 心 拉 伸 实 验31金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）34梁 的 主 应 力 实 验41冲 击 实 验47拉 伸 实 验一实验目的：1.学习了解电子万能试验机的结构原理，并进行操作练习。2.确定低碳钢试样的屈服极限、强度极限、伸长率、面积收缩率。3.确定铸铁试样的强度极限。4.观察不同材料的试样在拉伸过程中表现的各种现象。二实验设备及工具：    电子万能

2、试验机、游标卡尺、记号笔。三试验原理：塑性材料和脆性材料拉伸时的力学性能。塑性材料和脆性材料在拉伸试验中，显示出来的力学性能有显著的不同。 塑性材料如低碳钢在拉伸试验的位伸图中，明显地会出现四个阶段：第一阶段，图中为一斜直线称为弹性阶段，与P成正比例关系。通常说弹性范围内指的就是这一阶段。第二阶段，图中出现平台或波动屈服阶段。规定这一段首次下降的最小荷载与初始截面积之比： 称为屈服强度。第三阶段，钢材内部组织发生变化，抵抗变形能力又重新提高，称为强化阶段。第四阶段，图中，表现从最高点下降，同时试件在某一处出现相对明显缩小部分颈缩阶段，最后，出现断裂。 其它塑性材料在进行拉伸试验时，大体上也经历

3、这四阶段。但只是有些材料四个阶段不明显。脆性材料则变形很小，没有四个阶段，是一条较短曲线。自试验开始，在很小变形下就出现断裂。故只有最大荷载，也就是说只有强度极限： 四实验步骤1.低碳钢实验（1）量直径、画标记：用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。用记号笔在试样中部画一个或长的标距，作为原始标距。（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。（3）调整试验机并对

4、试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；根据计算出加载速度，其中为试样中部平行段长度，当测定下屈服强度和抗拉强度时，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷；在加载过程中，注意观察屈服载荷的变化，记录下屈服载荷的大小，当载荷达到峰值时，注意观察试样发生的颈缩现象；直到试样断裂后按下“停止”键。（4）试样断裂后，记录下最大载荷。从夹头上取下试样，重新对好，量取断后标距和断口处最小直径。2.铸铁实验（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直

5、径。（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，加紧试样。（3）调整试验机并对试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；，根据计算出加载速度，其中为试样中部平行段长度，当只测定抗拉强度时，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷；直到试样断裂后按下“停止”键。（4）试样断裂后，记录下最大载荷。五实验记录试样低碳钢铸铁实验前实验后实验前实验后形状    直径（第1次）无直径（第2次）&

6、#160; 无直径（第3次）  无标距长度无屈服载荷无极限载荷 六数据处理 七实验结论 八预习思考题1.为什么拉伸试样两端较粗，中间较细？中间和两端采用光滑曲线过度，而不是直角连接？这样便于试件的安装，中间和两端采用光滑曲线是为了防止应力集中而导致扭断。2.什么是屈服点？在拉伸实验中应该如何读取屈服载荷？如果没有明显的屈服点应该怎样处理？试样在拉伸时，应力超过材料弹性极限后，材料刚要开始发生塑性形变的最小应力叫做屈服点。材料表面出现45°方向的滑移线时的载荷即为屈服载荷。取极限强度的85%作为屈服点3.在低碳钢拉伸实验中，在

7、试样中部平行段上做了一个或长的标距，这是用来干什么的？如果试样中部平行段长度小于，怎么办？如果试样中部平行段长度大大地长出，又怎么办呢？为了使实验测得的结果可以相互比较，试件必须按国家标准作成标准试件，4.如果拉伸试样是屈服失效，请用最大剪应力理论分析一下，试样的可能断口形状。最大剪应力应是与试件断面平行，如果是屈服失效，则端口形状应是平面。5.如果拉伸试样是断裂失效，请用最大拉应力理论分析一下，试样的可能断口形状。根据最大拉应力理论，如果试件是断裂失效，则会出现=45°时，拉应力最大，这时断口形状应是45°斜面。6.什么是塑性材料？什么是脆性材料？伸长率5%的材料称为塑性

8、材料，伸长率5%的材料称为脆性材料。九分析思考题1拉伸实验中你是怎样测量试样直径的？为什么采用这种方法？你有其他方法测量直径吗？你的依据是什么？利用游标卡尺，在试件上三个不同位置各垂直测量两次直径，取其平均值的最小值作为试件的直径。这样做的目的是消除偶然性误差，保证试件直径测量的准确性，保证实验结果的有效性。也可以采用螺旋测微器进行同样的测量。2.两种试样的断口形状是什么样的？怎样解释这种结果？低碳钢塑性大，拉伸时经变形延长断裂的过程。所以断口变形严重，细长。铸铁件塑性极差，一般不变形，断口呈突然整齐断裂。3.通过拉伸实验你觉得低碳钢的塑性性能如何？你的依据是什么？铸铁呢？低碳钢属于塑性材料，

9、拉伸过程中有明显的屈服阶段，有明显的颈缩间断（又称断裂阶段）。铸铁属于脆性材料，拉伸过程中没有明显的屈服阶段，没有明显的颈缩间断。4.低碳钢的极限载荷是断裂时的载荷吗？在颈缩阶段，试样的应力是增大还是减小？不是，此时试件已经发生缩颈，其最小截面面积小于初始测量截面面积。所需要的拉力相应减小，其应力也相应减小5.结合你已经做过的拉伸、压缩实验，请分析低碳钢的载荷-位移曲线有什么共同点和不同点？低碳钢在拉伸和压缩过程中都经历屈服点，并且在图像上都有一段荷载基本不变（小范围的波动），但其长度有所变化的阶段。并且经过计算可以发现，压缩时的弹性模量和屈服极限s都与拉伸时大致相同。6.对于拉伸实验，你有什

10、么体会？你有什么建议？压 缩 实 验一实验目的：1.学习了解电子万能试验机的结构原理，并进行操作练习。2.确定压缩时低碳钢试样的屈服极限和铸铁试样的强度极限。3.观察不同材料的试样在压缩时的变形和破坏现象。二实验设备及工具：    电子万能试验机、游标卡尺。三试验原理：    塑性材料和脆性材料压缩时的力学性能。（既在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。）四实验步骤1.低碳钢实验（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样中部位置互相垂直地测量2次直径。取其平均值。（

11、2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置能满足试样高度的要求，把试样放在两压板的正中间位置上。（3）调整试验机并对试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；根据计算出加载速度，其中为试样高度，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷；在加力过程中，注意观察屈服载荷的变化，记录下屈服载荷的大小，由于低碳钢压缩时没有强度极限，不会断裂，因此，在记录下屈服点对应的载荷后，就可以停止加载了，按下“停止”键。（4）试样断裂后，手动立柱上的“上升”键，使活动横梁上升，取出试样。（5）观察试

12、样屈服后的形状。2.铸铁实验（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样中部位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值。（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置能满足试样高度的要求，把试样放在两压板的正中间位置上。（3）调整试验机并对试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；根据计算出加载速度，其中为试样高度，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷；直到试样断裂后按下“停止”键。（4）试样断裂后，记录下最大载荷，手动立柱上的“上升”键，使活动横梁上升，取出试样。（5）观察试样

13、断裂后的形状。五实验记录试样低碳钢铸铁直径载荷破坏形式     六数据处理七实验结论 八预习思考题1.做压缩实验时，为什么要将试样放在两压板正中间位置上？如果放偏了，会产生什么后果？2.脆性材料压缩时有那些失效的形式？3.低碳钢压缩的失效形式是什么样的？能测定其抗压强度吗？为什么？ 低碳钢是塑性材料，在单向应力状态下，其失效形式为屈服，失效判据为=s,压缩时无抗压强度。在进行压缩实验时，低碳钢达到屈服点后不断强化，由于压缩变形使试样的横截面积不断增大，尽管载荷不断增大，但是直至将试样压成饼形也不会发生断裂破坏，因此无法测量低碳钢的抗压

14、强度。4.如果压缩试样是剪应力破坏，请分析一下，试样的可能断口形状。 5.万能试验机控制电脑显示屏的“峰值”表头，在低碳钢和铸铁的压缩实验中各有什么作用？6.如果试样上、下表面不规整，对测得实验数据有什么影响？九分析思考题1.压缩实验中你是怎样测量试样直径的？为什么采用这种方法？2.圆形横截面压缩试样的高度与直径的比值应该在什么范围内？矩形横截面压缩试样呢？金属的压缩试件一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5-3倍。其他形状的试件一般采用立方体。3.在作压缩实验时，为什么要严格控制施加载荷速度？4.两种材料试样的断口形状是什么样的？怎样解释这种结果？铸铁的端口基本为整齐的平面

15、，断面法线与轴线成45度的倾角。而低碳钢试样最后会越压越遍，无法得到其压缩时的强度极限和断口。 5.通过拉伸、压缩实验，请你总结一下低碳钢的抗拉、抗压强度的大小关系。同样地，请总结一下铸铁抗拉、抗压强度的大小关系。6.对于压缩实验，你有什么体会？你有什么建议？弯 曲 实 验一实验目的：1.了解应变片、应变仪的基本工作原理。2.学习电测法测定应力的基本原理和方法。3.确定弯曲梁横截面上的正应力大小，并与理论值进行比较。4.学习实验数据处理及作图方法，确定弯曲梁横截面上的应力分布规律。5.测量简支梁的挠度，并与理论值进行比较。二实验设备：1.XL3418型多功能实验台一套2.XL2101型程控静态

16、电阻应变仪一台3.XL2116A型测力仪一台，XL1155-1t型应变式传感器一只。4.挠度计、百分表三试验原理：   1）参阅材料力学、工程力学课程的教材及其他相关材料。2）弯曲梁实验装置如图：图示AB梁为两端铰支的四点弯曲矩形截面钢梁，在距两端支座为a处，分别作用等量的力。梁的AB段为纯弯曲，其弯矩为。为了实测正应力，在梁的AB段内分别沿横截面表面均匀粘贴57个电阻应变片。当梁受到载荷F作用时，可从电阻片的变形测得各点的应变值。在比例极限范围内，应力与应变之间存在着正比关系，即=E·。因而通过测得应变值便可计算出该点正应力的数值。CD梁为两端铰支的三点弯曲矩形

17、截面钢梁，在距两端支座为a1处，作用有载荷F。在距支撑点X距离远处分别沿横截面表面均匀粘贴57个电阻应变片，其弯矩为。为了实测正应力，当梁受到载荷F作用时，可从电阻片的变形测得各点的应变值。在比例极限范围内，应力与应变之间存在着正比关系，即=E·。因而通过测得应变值便可计算出该点正应力的数值。关于应变片和应变测量电路的原理，参见静态电阻应变仪。（请自己编写）四实验步骤1.量尺寸根据实验需要（三点弯曲、四点弯曲或纯弯曲实验），量取弯曲梁的相关尺寸，以及加力点、支撑点的距离。2.将挠度仪和百分表安装被测梁上，调整百分表零点。3.将应变片导线分别接到应变仪的桥路上（注意应变片编号与应变仪通

18、道编号的关系）。4.打开应变仪电源开关，当程序结束后，按下“自动平衡”键使应变仪各通道清零。5.打开测力计电源开关，确定档位（SCLY-2数字测力计选20KN档，XL2116A测力仪选N档）。在确认没有给弯曲梁加力的情况下，按下“清零”键。6.逐级加载，每增加0.5KN记录一次应变仪各测点的读数以及百分表读数。载荷加至4KN后，卸载。7.根据应变仪读数和百分表读数分别计算出各点读数差与算术平均值，然后计算应力值和挠度值。8.根据实验数据处理要求，绘制弯曲梁横截面上的应力分布图。五实验记录1.梁的有关数据：梁的宽度 b=      &#

19、160;               高度 h=梁的有效长度 LS=                 挠度的有效长度Le=加力点到支撑点A的距离a=        加力点到支撑点B的距离a=加力点到支点C的距离 a1=支点C到应变

20、片的距离 X=弹性模量 E=2.实验记录载荷通道通道通道通道通道通道通道百分表读数测点1测点2测点3测点4测点5测点6测点7FC1c1C2c2C3c3C4c4C5c5C6c6C7c7CC                                  

21、60;                                                 

22、60;                                                 

23、60;                  平均值         六数据处理 七实验结论 八预习思考题1.被测弯曲钢梁在跨距内可以移动吗？其结果会怎么样？2.如果加载前应变仪显示有数字怎么办？3.电阻应变片是由金属泊膜或电阻丝制成，测量应变时电阻丝是有电流通过的；弯曲实验中钢梁也是金属的，由于电阻应变片直接粘

24、贴在钢梁表面，所以实验时钢梁中也有电流通过，这是正常现象，不会影响测量结果。你同意这种看法吗？为什么？ 4.如果应变仪的一个窗口显示数字“-200”，这是什么意思？5.弯曲正应力的大小是否会受材料弹性模量的影响？为什么？6.为什么要把温度补偿片贴在与被测弯曲梁相同的材料上？九分析思考题1.在弯曲实验中，应变仪采用全桥测量还是半桥测量？2.如果应变片的灵敏系数是2.0，而应变仪却选定是2.1，实验测出的结果是大了？还是小了？3.怎样使用等值增量方法处理实验结果？4.主要引起实验误差有哪些因素？5.应变片除了可以测量应力外，还可以做什么？ 6.对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？&

25、#160; 扭 转 实 验一实验目的：1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。3.确定铸铁试样的剪切强度极限。4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。二实验设备及工具： 扭转试验机、游标卡尺、扳手。三试验原理： 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。）四实验步骤1.a低碳钢实验（华龙试验机）（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个

26、位置的平均值中取最小值作为试样的直径。（2）安装试样：启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。（3）调整试验机并对试样施加载荷：在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突

27、然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。（4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩。从夹头上取下试样。（5）观察试样断裂后的形状。1.b低碳钢实验（青山试验机）（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。（2）安装试样：启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，用扳手顺时针旋转，夹紧试样。（3）调整试验机并对试样施加载荷：在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、夹头间转角、切应变

28、1、切应变2、试验时间的零点；选择“实验方案1”；用鼠标“新建”，在下拉菜单中，依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“塑性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后，点击“确定”；鼠标点“开始”键，就给试样施加扭矩了；在加载过程中，注意观察试样屈服时扭矩的变化，并记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“停止”键，使试验机停止转动。（4）试样断裂后，取下试样，从峰值中读取最大扭矩。（5）观察试样断裂后的形状。2.a铸铁实验（华龙试验机）（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取

29、其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。（2）安装试样：启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。（3）调整试验机并对试样施加载荷：在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择 “教学铸铁试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停

30、止转动。（4）试样断裂后，从夹头上取下试样，读取峰值表中最大扭矩。（5）观察试样断裂后的形状。2.b低碳钢实验（青山试验机）（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。（2）安装试样：启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，用扳手顺时针旋转，夹紧试样。（3）调整试验机并对试样施加载荷：在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、夹头间转角、切应变1、切应变2、试验时间的零点；选择“实验

31、方案1”；用鼠标“新建”，在下拉菜单中，依次输入“试验编号”、“实验员”、“钢筋长度”、在“实验材料”中选择“脆性”、“材料形状”中选择“实心”和“钢筋直径”等信息后点击“确定”；鼠标点“开始”键，就给试样施加扭矩了；当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“停止”键，使试验机停止转动。（4）试样断裂后，取下试样，从峰值中读取最大扭矩。（5）观察试样断裂后的形状。 五实验记录试样低碳钢铸铁直径（第1次）直径（第2次）直径（第3次）屈服载荷极限载荷破坏形状注：低碳钢的剪切流动极限和强度极限的计算公式中应该乘一系数3/4。原因是这样：圆周扭转在弹性范围内剪应力分布如图a所示，对于塑性材料，当扭矩增

32、大到一定数值后，试样表面应力先达到流动极限，并逐渐向内扩展，形成环形塑性区，如图b所示。若扭矩逐渐增大，塑性区也不断扩大。当扭矩达到时，横截面上的剪应力都近似达到如图c所示，在这种剪应力分布下，流动时剪应力公式为。在扭矩继续增加时，试样继续变形，材料进一步强化，当试样扭断时，整个横截面上的剪应力都达到，此时最大扭矩为，因此剪切强度极限和流动极限一样，近似地.由于铸铁是脆性材料，应力在横截面上从开始受力直至破坏都保持为线性分布，当试样边缘上的剪应力达到时，此时最大扭矩为，故仍有弹性阶段的应力公式计算强度极限。六数据处理七实验结论八预习思考题1.为什么扭转试样两端较粗，中间较细？中间和两端采用光滑

33、曲线过度，而不是直角连接？2.在计算低碳钢屈服强度和极限强度的公式中为什么会出现3/4，而不是其他系数呢？3.如果扭转试样是屈服失效，请用最大剪应力理论分析一下，试样可能的断口形状。4.如果扭转试样是断裂失效，请用最大正应力理论分析一下，试样可能的断口形状。5.安装扭转试样为什么要“把试样水平地放在两夹头之间”？6.低碳钢试样在扭转时的变形要经历哪3个阶段？九分析思考题1.扭转实验中你是怎样测量试样直径的？为什么采用这种方法？2.两种试样的断口形状分别是什么样的？怎样解释这种结果？3.铸铁试样扭转破坏断口的倾斜方向与施加扭矩的方向有无直接关系？为什么？4.通过你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验，

34、请总结一下低碳钢抗拉、抗压、抗剪强度的大小关系。同样地，请总结一下铸铁的抗拉、抗压、抗剪性能。5.结合你已经做过的拉伸、压缩、扭转实验，请分析低碳钢的载荷-变形曲线有什么共同点。6. 对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？压 杆 稳 定 实 验一实验目的：1. 观察压杆丧失稳定的现象。2. 用绘图法测定两端铰支压杆的临界荷载，并与理论值进行比较。二实验设备及工具：电子万能试验机、程控电阻应变仪三试验原理：对于两端铰支受轴向压力的细长杆，根据欧拉公式，其临界荷载为式中为最小惯性矩，l为压杆长度。当时压杆保持直线形式，处于稳定平衡。当时，压杆即丧失稳定而弯曲。对于中柔度压杆，其临界应力公式为式

35、中a、b为常数。由于试样的初曲率往往很难避免，所以加载时压力比较容易产生偏心，实验过程中，即使压力很小时，杆件也发生弯曲，其挠度也随着荷载的增加而不断增加。本实验采用由碳钢制成的矩形截面的细长试件，表面经过磨光，试件两端制成刀刃形，如图a所示：实验前先在试样中间截面的左右两侧各贴一个应变片1和2，以便测量其应变,见图b，假设压杆受力后向左弯曲，以和分别表示压杆中间截面左、右两点的压应变，则除了包括由轴向力产生的压应变外，还附加一部分由弯曲产生的压应变，而则等于轴向力产生的压应变减去由弯曲产生的拉应变，故略小于。随着弯曲变形的增加，与差异愈来愈显著。当时，这种差异尚小，当F接近时，迅速增加，迅速

36、减小，两者相差极大。如以载荷F为横坐标，压应变为纵坐标，可绘出-F和-F曲线（见下图所示）。由图中可以看出，当达到某一最大值后，随着弯曲变形的继续发生而迅速减小，朝着与曲线相反的方向变化。显然，根据此两曲线作出的同一垂直渐近线AB，即可确定临界荷载的大小。以载荷P为横坐标，压应变为纵坐标，人工绘制-P和-P曲线，两曲线的同一垂直渐近线与力轴的交点，即为临界荷载 四实验步骤1.测量试样尺寸，在试样的两端及中部分别测量试样的宽度和厚度，取用三次测量的算术平均值2.启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置相对比较小，把试样放在两压槽的正中间位置上

37、。3.将应变片分别接在应变仪2个通道上。4.打开应变仪电源开关，当程序结束后，按下“自动平衡”键使应变仪各通道清零。5.调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点，选择0.02mm/min的速度，并输入计算机，按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷。6.每增加一定量载荷，记录一次应变仪读数。当一通道的应变读数迅速增加时，而另一通道应变读数不再增加，说明它已经达到应变最大值，读取载荷对应的应变值，直到规定的变形为止。按下“停止”键。五实验记录1.试样的尺寸：长度 长度 长度宽度 宽度 宽度厚度 厚度 厚度 2.实验记录：载荷载荷增量应 变 仪 读 数FF测点1测点2C1C2六数据处理

38、七实验结论八预习思考题1.为什么压杆试样两端制成刀刃形？2.安装试样前，调整试验机上下压头位置时，为什么中间不能有试样？3.压杆实验为什么加载速度这么慢？4.为什么压杆试样尺寸测量三次，数据处理时使用算术平均值？5.为什么说试样厚度对临界载荷影响极大？九分析思考题1.本次实验使用的试样是细长杆还是中柔度杆呢？为什么？2.本次实验是直接得到的临界力吗？3.产生实验结果误差的主要因素有哪些？4.失稳现象与屈服现象本质上有什么不同？5.对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？ 组 合 变 形 实 验一实验目的：1.学习组合变形情况下的应力测定方法。2. 熟悉应变仪全桥测量原理及接桥方法3. 对在弯

39、扭组合受力状态下的薄壁圆管，分别测定其弯曲正应力和扭转剪应力，并与理论值比较。二实验设备：多功能实验台、程控静态电阻应变仪、数字测力仪。三试验原理： 1）参阅材料力学、工程力学课程的教材及其他相关材料。2）组合变形实验装置如图：测试的试样为薄壁圆管，其长度为，一端固定在铸铁框架上，另一端通过扇形加力臂上的钢丝绳对薄壁圆管试样施加载荷。在钢丝绳与加载手柄之间连接一个力传感器，通过数字测力计把传感器的信号显示出来。在试样的上下边缘对称位置，粘贴互相垂直的鱼尾应变花2片，如图所示。当试样受到F力作用时，薄壁圆管试样上的应变片均受到弯曲与扭转应变，即。在比例极限内，应力与应变之间存在着正比关系，即=E

40、·通过测得的应变值便可计算出该点的应力数值。在理论课中已经学习了强度理论，也了解受弯扭组合变形的应力状态，因此也就可以分析出各应变片感受的应变关系，我们利用电桥输出特性，通过巧妙的全桥接桥方式，就可以只测出由扭矩产生的应变或由弯矩产生的应变，即读=4弯或读=4扭，在测量由弯矩产生的应变时，根据应力状态理论可知，所以对于由弯矩产生的0o方向的应变即为，由虎克定律得到弯曲正应力。在测量由扭矩产生的应变时，取薄壁圆管试样上测点处单元体，如下图所示的应力状态其中有：，在比例极限内，近似地同时，所以 故，由于，所以。在弯扭组合变形实验中，使用的是互相垂直的鱼尾应变花，其贴片方向且与轴线成

41、77;450，故=45o，则 ， 即R=245o 。由剪切虎克定律得到扭转剪应力。四实验步骤 1.量取试样相关尺寸，加载力臂，2.根据电测原理、电桥输出特性，通过讨论分析弯曲正应变和扭转剪应变的全桥接桥方式。3.按照第二步分析的结果，将应变片接入应变仪。4.打开电源开关，当程序结束后，用通道切换键，找到你所接入的通道，按下“自动平衡”键使应变仪通道清零。5. 打开测力计电源开关，确定档位（SCLY-2数字测力计选20KN档，XL2116A测力仪选N档）。在确认没有给薄壁圆管试样梁加力的情况下，按下“清零”键。6.逐级加载，每增加0.1KN记录一次应变仪的读数，载荷加至0.4KN后，卸载。7.在

42、完成弯曲应变测量后，从第三步重复，测量扭转应变。五实验记录1.试样及装置的相关数据： 内径d= 外径D=弯矩力臂RW= 扭矩力臂RN=弹性模量E= 泊松比=2.实验记录：载荷测弯曲正应变时测扭转剪应变时应变仪读数C读数差C应变仪读数C读数差C平均值六数据处理七实验结论八分析思考题1.如果再给你2个电阻，2个温度补偿片，阻值均为R，你还可以采用什么接桥方式，来完成本次实验测量？请详细阐述其中一种方法？2.对于本次实验，你有什么体会？你有什么建议？九实验报告要求请在实验报告中阐述你设计的接桥方式，画出示意图，详细推导其原理。叠 梁 弯 曲 实 验一实验目的：1.分析和解释叠梁的应力应变分布状态。2

43、.讨论并建立叠梁的力学模型，推导出应力应变的计算公式。3.确定叠梁（自由叠梁、约束叠梁）横截面上的应力，并与理论值比较，画出应力分布曲线。二实验设备：多功能实验台、程控静态电阻应变仪、测力仪。三试验原理：1.请自行参阅教材及其他相关资料，了解叠梁弯曲原理，自己编写。2.叠梁形状及尺寸：四实验步骤 参考弯曲实验，自己设计实验步骤五实验记录自己设计实验记录表格。弹性模量：钢210GPa；铝70GPa六数据处理七实验结论八思考题你对本次实验有什么感想和体会？对实验内容要求有什么建议和意见？九实验说明及要求1.每组人数2人，自由选择实验台。2.共有三种叠梁类型：钢钢自由叠梁，钢铝自由叠梁，钢钢约束叠梁

44、。对于钢铝自由叠梁，根据钢和铝谁上谁下又分为二种：钢铝自由叠梁、铝钢自由叠梁。3.实验内容必须涵盖三种类型叠梁的数据，在实验报告中，必须含有自由叠梁类型和约束叠梁类型的分析与结论。4.实验报告内容详尽，阐述明确，论证充分。套 装 弹 簧 变 形 实 验一实验目的：1. 了解弹簧变形特征，分析弹簧受力状态，掌握套装弹簧的应力、刚度、剪切模量以及稳定性的计算方法。2. 确定铁路车辆用弹簧的应力、刚度、和剪切弹性模量，以及压力与变形经验关系公式。3.确定套装弹簧的刚度，以及套装弹簧的承载力，并与单只弹簧进行比较。二实验设备： 电子万能试验机、静态电阻应变仪。三试验原理：1弹簧应力： 沿弹簧轴线作用压

45、力，图a所示，在簧丝横截面上有一个通过截面形心的剪力和一个扭矩，根据平衡条件，。对于簧丝横截面来说，与剪力对应的剪应力均匀地分布在横截面上，而与扭矩对应的剪应力则沿簧丝半径方向成三角形分布，其边缘剪应力最大，如图b、c所示。因此，对于弹簧簧丝横截面上任意一点的总应力应该是剪力和扭矩两种剪应力的矢量和，即 。 在上述分析中，应考虑弹簧簧丝实际上是一个曲杆，用直杆的公式计算簧丝应力将会引起误差，特别是在较小时，即簧丝曲率较大时，误差的影响尤为显著。因此，在计算弹簧簧丝横截面上剪应力时，要考虑曲率等因素对簧丝边缘最大剪应力的影响，必须对弹簧簧丝横截面上剪应力公式加以修正。即，其中，曲率系数 ，C为弹

46、簧指数 ，为弹簧中径，为簧丝直径。）2.弹簧变形：弹簧在轴向压力作用下，沿轴线方向总缩短量就是弹簧的变形。为了测的弹簧变形量，在弹簧上下表面安装垫板，在弹簧两侧安装百分表（或大变形位移计），使百分表的顶杆垂直于垫板，触头与垫板紧密接触，当弹簧受力变形后，直接从百分表上（或应变仪上）测得弹簧的变形。而弹簧的刚度就是压力与变形之比。根据实验数据确定出压力与弹簧变形的经验公式（用线性回归法）。3.剪切弹性模量： 分析簧丝受力情况，在弹簧的内、外侧对称贴一对鱼尾应变化。由于在组合变形实验中，我们已经掌握应变仪全桥测量的原理，那么，通过恰当的接桥方式，我们可以得到扭转剪应变扭 ，根据应力状态分析、计算，

47、得出扭与剪应变的关系，从而得到剪切弹性模量。4.稳定性检验： 根据国家标准的要求，弹簧在受到压缩时，它的细长比必须满足一定的要求，弹簧细长比由公式计算 ，为弹簧自由高，为弹簧中径。压缩弹簧的细长比：（两端固定），（一端固定，一端回转），（两端回转），如果不能满足这个条件时，还需对弹簧进行稳定性检验。 临界荷载的计算公式为 其中为弹簧的临界荷载，为不稳定系数，为弹簧的刚度。四实验步骤1.弹簧实验（1）量直径：用钢直尺测量大弹簧中径，小弹簧中径；用游标卡尺量取大弹簧簧丝的直径，小弹簧簧丝的直径。（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间

48、的位置能满足弹簧高度的要求，把弹簧放在两压板的正中间位置上。（3）安装百分表（或大变形位移计）。（4）将应变片组桥，接在应变仪上。（5）调零： 调整电子万能试验机负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；调整百分表零点；按下应变仪“自动平衡”键，使应变仪清零。（6）按下显示屏中的“开始”键，给弹簧施加载荷；载荷每增加一定值时，记录百分表读数（或位移计读数），应变仪读数。（7）实验结束时，按下“停止”键。手动立柱上的“上升”键，使活动横梁上升，直到试验力显示0以后，取下百分表（或位移计），拆下应变片连线，取出弹簧。2.套装弹簧实验（1）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或

49、“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下压板之间的位置能满足弹簧高度的要求，把套装弹簧放在两压板的正中间位置上。（2）安装百分表；如果使用大变形位移计，将位移计导线连接到应变仪上。（3）调零： 调整电子万能试验机负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；调整百分表零点；或按下应变仪“自动平衡”键，使应变仪清零。（4）按下显示屏中的“开始”键，给套装弹簧施加载荷；载荷每增加一定值时，记录百分表读数（或位移计读数）。（5）实验结束时，按下“停止”键。手动立柱上的“上升”键，使活动横梁上升，直到试验力显示0以后，取下百分表（或拆下位移计的连线），取出套装弹簧。五实验记录 自己设计实验记录表格六

50、数据处理七实验结论八思考题你对本次实验有什么感想和体会？对本次实验有什么建议和意见？偏 心 拉 伸 实 验一实验目的：1.学习曲杆受到拉伸的原理，掌握其横截面上的应力分布原理。2.确定低碳钢试样（直杆、大曲率杆、小曲率杆）横截面上应力，并与理论值进行比较，画出应力分布曲线图。3.通过比较确定在同一载荷下，不同杆件中性层位置的变化。说明原因。二实验设备及工具：    电子万能试验机、程控静态电阻应变仪。三试验原理：   参考材料力学、工程力学课本关于偏心拉伸（拉弯组合变形）的叠加原理，同时参考曲杆拉伸时横截面应力分布原理（写出应力计算公式以及中性

51、层公式）。以及相关的书籍介绍，自己编写。试样尺寸及形状：四实验步骤1. 安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。2.调整试验机并对试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；选择加载速度3.将应变片分别接在应变仪的通道上。（注意，应变片编号与通道号的关系）4.打开应变仪电源开关，当程序结束后，按下“自动平衡”键使应变仪各通道清零。5.按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷。每增加一定载荷，记录一次应变读数。6.实验结束后，按下“停止”键。

52、7.卸载。按下“上升”键，看到载荷显示为0时，按下“停止”键。8.取下试样。五实验记录      自己设计实验记录表格六数据处理 七实验结论  八思考题你对本次实验有什么感想和体会？对本次实验有什么建议和意见？金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）本试验方法是以国家标准GB/8653-88金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）为蓝本编写的，内容部分进行了删选，基本保持了国家标准原有形式。本试验方法仅限学习力学试验的学生教学使用。如果要进行科学研究试验或鉴定性试验等，请详细参阅国家标准G

53、B/8653-88金属杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比试验方法（静态法）。一适用范围：此试验方法适用于室温下用静态法测定金属材料弹性状态的杨氏模量、弦线模量、切线模量和泊松比。二试验原理：  1、参阅材料力学、工程力学课程的教材及其他相关材料，有关“材料的力学性质”章节。  2、本试验使用电子万能试验机对试样施加轴向力，在其弹性范围内测定相应的轴向变形和横向变形，以便测定定义中的一项或几项力学性能。  注：轴向力：沿试样纵轴方向施加的拉伸力或压缩力。      轴向变形：在平面内平行于试样纵轴方向长度的伸长或缩

54、短。      横向变形：在平面内垂直于试样纵轴方向长度的伸长或缩短。      电子万能试验机的介绍及操作方法，参见“实验设备”网页。三定义：1、平行长度（）：试样两头部或夹持部分（不带头试样）之间的平行长度。  2、试样原始标距（）：在试样上用以测量试样长度变化的两标记间原始长度。  3、引伸计标距：用引伸计测量试样变形时所使用试样部分的长度（此长度与引伸计的原始标距长度相同，一般不应大于试样原始标距（），但不小于试样直径或宽度）。    1

55、）轴向引伸计标距（）：测量试样轴向变形的引伸计标距。2）横向引伸计标距（）：测量试样横向变形的引伸计标距。  4、应力（标称应力）（）：试验时轴向力除以试样原始横截面积的商。  5、应变（标称线应变）：试样在轴向力作用下其原始线性尺寸单位长度的变化。    1）轴向应变（）：在平面内平行于试样纵轴方向的线应变。2）横向应变（）：在平面内垂直于试样纵轴方向的线应变。  6、杨氏模量（）：轴向应力与轴向应变成线性比例关系范围内的轴向应力与轴向应变之比。     有许多金属材料，其拉伸杨氏模量与压缩杨

56、氏模量有差别，应注意区分。    1）拉伸杨氏模量（）：轴向拉伸应力与轴向拉伸应变成线性比例关系范围内的轴向拉伸应力与轴向拉伸应变之比。2）压缩杨氏模量（）：轴向压缩应力与轴向压缩应变成线性比例关系范围内的轴向压缩应力与轴向压缩应变之比。7、弦线模量（）：在弹性范围内轴向应力-轴向应变曲线上任两规定点之间弦线的斜率。  8、切线模量（）：在弹性范围内轴向应力-轴向应变曲线上任一规定应力或应变值处的斜率。     注：弦线模量、切线模量适用于呈非线性弹性状态的金属材料。  9、泊松比（）：轴向应力与轴向应变

57、成线性比例关系范围内横向应变与轴向应变之比的绝对值。四符号和说明符号单位说明a0mm矩形试样原始厚度b0mm矩形试样平行长度部分的原始宽度d0mm圆形试样平行长度部分的原始直径Lcmm试样平行长度L0mm试样原始标距Lelmm轴向引伸计标距Letmm横向引伸计标距Lelmm试样轴向变形Letmm试样横向变形lmm轴向变形增量tmm横向变形增量S0mm2试样平行长度部分的原始横截面积FN轴向力FN轴向力增量N/mm2轴向应力N/mm2轴向应力的平均值EN/mm2杨氏模量EtN/mm2拉伸杨氏模量EcN/mm2压缩杨氏模量EchN/mm2弦线模量EtanN/mm2切线模量l%轴向应变t%横向应变%轴向应变的平均值%横向应变的平均值%斜率变度系数-泊松比-相关系数-数据对数目-从1累加符号五试样  1、试样形状和尺寸：1）圆形和矩形拉伸试样：见拉伸试验方法（一三）。2）圆形和矩形压缩试样：见压缩试验方法。3）通过协商可以采用其他类型的试样。2、头部带承载销孔的矩形拉伸试样，销孔中心与标距部分的宽度的中心线偏离应不大于标距部分宽度的0.005倍。  3、