工程力学实验指导书

1、实验一：低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2测定该试样所代表材料的s、b、等值。 3对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。 4学习、掌握微机控制电液伺服万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具 微机控制电液伺服万能试验机，材料试验机，数显压力实验机，游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1低碳钢的拉伸实验 在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中，观察屈服（流动）、强化、颈缩、断

2、裂等现象；绘制pL曲线如图21（a）所示；记录试件的屈服抗力Ps和最大抗力Pb。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。图21 低碳钢拉伸图及压缩图 强度指标： 屈服极限 强度极限 塑性指标： 延伸率 断面收缩率 2低碳钢的压缩实验 实验前，测量试件的直径d和高度h。实验时，观察低碳钢试件压缩过程中的现象，绘出PL曲线，测定试件屈服时的抗力Ps，从而计算出低碳钢的屈服极限： 四、灰口铸铁的压缩实验 实验前测定试件的直径d和高度h。实验时观察灰口铸铁试件在压缩过程中的现象，尤其是断口形状；绘出PL曲线如图22（b）所示；记录

3、压缩破坏时的最大抗力Pb，计算灰口铸铁压缩强度极限。即图22 灰口铸铁压缩图 五、实验操作 1准备工作 （1）打开试验机总电源，打开电脑。 （2）测量拉伸试样的标距长度L和直径d，测量低碳钢压缩试样的长度H和直径d，作好原始数据的记录。 2安装试件 将试件夹持于材料试验机的上夹头中，为了夹持方便可用向下或向上运行调节下夹头的位置，使下拉伸夹头能夹住试件时立即停机。将横梁速度转到2mm/min挡，然后把试件夹持于下夹头中（此时试件可能已受到了夹紧过程中少量的轴力，故不要再调整仪器荷载的零点）。3打开液压泵和控制器电源，运行测试软件，新建实验数据。4对显示数据清零，点击“实验”，打开控制单元，选择

4、“速度控制”，控制速度以5mm/min为宜（在210 mm/min速度范围内可任意选择），开始实验。 5加载试验 注意观察实验过程中的试件变形情况和“力-位移”曲线的变化情况。 在此实验中注意弹性范围和屈服现象，记下屈服时的荷载。屈服段之后，可提高加载速度，按下5mm/min键或按下10mm/min。注意观察材料的强化和颈缩现象，记录荷载极限值。 6仪器复原实验完后要使仪器复原，关闭实验机控制器，关闭油泵电源，关闭测试软件，整个实验结束后关闭总电源。7普通材料实验机操作步骤（1）测量试件原始尺寸（直径和标距）（2）安装试件，贴记录纸，安装记录笔（3）刻度盘调零，加载（静载）（4）记录屈服时的拉

5、力（F1）（5）继续加载，直至出现明显的局部变形后断裂，记录最大拉力（F2）（6）拆下试件和记录纸，测量断裂后最小截面尺寸和断后标距 8低碳钢压缩实验 其操作步骤与拉伸时基本相同，不同之处有： （1）试件放于下压头的中心处，转动上压头手轮，使上压头逐渐接近试样。但不能接触试样。 （2）输入原始数据（直径），关闭回油阀，按下“试验”按钮，清零。 （3）按“启动”按钮，缓慢打来进油阀（注意控制加载速率），使上压头接触试样，控制进油阀开度，使加荷速率控制在8N/s以内。（4）试样不会断裂，当压力达到500左右，即可停止实验，记录最大压力。（5）打开回油阀，取出试件，关闭试验机电源。 9铸铁压缩实验操

6、作步骤与低碳钢压缩相同，不同的是试件破断后停机。六、预习思考题 1低碳钢试样拉伸断裂时的载荷比最大载荷Pb小，按公式=P/A0计算，断裂时的应力比b小，为什么应力减小后反而断裂。 2压缩时为什么必须将试件对准试验机压头的中心位置，如没有对中会产生什么影响？ 3说明压缩过程中铸铁和低碳钢变形特点和破坏情况。实验二扭转试验 一、试验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服极限s。和剪切强度极限近似值b。 2、测定铸铁的剪切强度极限b。 3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。 二、设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、试验原理 1、低碳钢试样 对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T

7、-曲线（见图1）。最初材料处于图1 低碳钢是扭转试验弹性状态，截面上应力线性分布，T-图直线上升。到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限s。以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-图呈曲线上升。至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。再以后材料强化，T-图上升，至C点试样断裂。在试验全过程中，试样直径不变。断口是横截面（见图2a），这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。 图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状据屈服扭矩 （2-1）按式2-1可计算出剪切屈服极限s。 据最大扭矩Tb可得： （2-2）按式2-2可计算

8、出剪切强度极限近似值b。 说明：（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到s后推导出来的。公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。 （2）国标GB10128-88规定s和b均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。 II、铸铁试样 铸铁的曲线如图3所示。呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。断裂面粗糙，是与轴线约成45°角的螺旋面（见图1-3-2b）。这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度b。 图3 铸铁扭转曲线图四、试验步骤 1、测量试样尺寸 以最小横截面直径计算截面系数（抗扭截面模量）Wp。 2、试验机准备 刻度盘指针调零指针调零，安装绘图记录纸，安装记录笔。 3、安装试样，用粉笔在试样上画一母线，用以观察试样变形情况。 4、测试 对低碳钢试样，起先缓慢加载，注意观察绘图和载荷指针转动情况。待记录下屈服扭矩Ts后改用快速加载，直至断裂记录下最大扭矩Ts。 对铸铁试样，慢速加载，注意观察绘图、载荷指针