实验一 金属拉实伸验

1、实验一 金属拉实伸验一 实验目的与要求 1观察低碳钢和铸铁在拉伸试验中的各种现象。2测绘低碳钢和铸铁试件的载荷变形曲线（F-l曲线）。3测定低碳钢的拉伸屈服点s、抗拉强度b、伸长率、断面收缩率和铸铁的抗拉强度b。4观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。5比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）的拉伸力学性能。二 实验设备与仪器电子万能试验机，电子式引申计，游标卡尺，钢板尺，两脚扎规。三 实验原理与方法金属材料的屈服点S，抗拉强度b，伸长率和断面收缩率是由拉伸试验测定的。试验采用的圆截面短比例试样按国家标准（GB/T6397-1986）制成，如图1-1所示。这样可以避免试样尺寸和形状

2、的影响而产生的误差，便于各种材料的力学性能相互比较。图中：d0为试样直径，l0为试样标距，（l0=5d0）。国家标准中还规定了其他形状截面的试样，可适应于从不同的型材和构件上制备试样。图1-1金属拉伸试验应遵照国家标准(GB/T228-1987)在万能材料试验机上进行。在试验过程中，与电子万能试验机联机的微型电子计算机的显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线（也称为F-l曲线），低碳钢试样的拉伸曲线（图3-2 a）分为四个阶段弹性、屈服、强化、局部变形阶段。如果在强化阶段卸载，F-l曲线会从卸载点开始向下绘出平行于初始加载弹性阶段直线的一条斜直线，表明它服从弹性规律。如若重新加载，F-l曲线将沿次斜直

3、线重新回到卸载，点，并从卸载点接续原强化阶段曲线继续向前绘制。次种经冷拉伸使弹性阶段加长、弹性极限提高，塑性下降的现象，工程中称为冷作硬化现象。铸铁试样的拉伸曲线（图3-2 b）比较简单，即没有明显的直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试样就突然断裂，断口与截面重合，断口形貌粗糙。抗拉强度b很低，无明显塑性变形。与电子万能试验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试样的屈服载荷FS、最大载荷Fb和铸铁试样的最大载荷Fb。取下试样测量试样断后最小直径d1和断后标距L1，由下述公式（a）可计算低碳钢的拉伸屈服点S、抗拉强度b、伸长率和端面收缩率；铸铁的抗拉强度b。S=， b=，×100，&#

4、215;100 （a）如若实验前将试样的初始直径d0，初始标距长度l0等数据输入微型机算机，微型机算机可绘出应力应变（）曲线，并在实验结束后给出该材料的屈服点S和抗拉强度b。四 实验步骤1 分别测量两种试样的初始直径d0，和初始标距长度l0：在试样标距段的两端和中间三处测量试样直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，做好记录。三处直径的最小值取作试样的初始直径d0。用扎规和钢板尺测量低碳钢试样的初始标距长度l02 熟悉电子万能试验机的操作方法，运行测试应用程序CSS44000，并开启控制器电源。3 在试验机上装卡低碳钢试样：先用上夹头卡紧试样一端，然后提升试验机活动横梁，使试样下端缓慢插入下

5、夹头的V型卡板中，锁紧下夹头。4 在试样的实验段上安装引伸计，注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。5 在微型电子机算机测试应用程序界面中执行以下操作：（1） 设置实验条件，主要有试验形式（如拉伸）、载荷、变形量程、加载速度、试样编号、尺寸、材料等。设置完毕，可自定义文件名并确定工作目录后存盘；（2） 单击界面左侧“试验”按钮，开始试验；（3） 当载荷变形（F-l）曲线进入强化阶段后，单击界面左侧“上升”按钮，进行卸载。当载荷卸至1kN左右时再单击界面左侧“下降”按钮，重新加载。并注意观察低碳钢的的卸载规律和冷作硬化现象。6 继续实验，注意观察试样的变形情况和“颈缩”现象，试样断裂后立即单击应用

6、程序界面左侧“结束实验”按钮。7 插好引伸计销钉后拆卸引伸计。然后取下试样，测量端面最小直径d1，断后标距长度L1。8 将铸铁试样装卡在试验机的卡板中（与低碳钢试样测量、装卡方法相同）。重复实验步骤45，进行铸铁试样拉伸实验。9 在实验教师指导下读取实验数据，打印曲线。10 经实验指导教师检查实验结果后，结束实验并整理实验现场。五 实验注意事项 1 为避免损伤试验机的卡板与夹头，同时防止铸铁试样脆断飞出伤及操作者，应注意装卡试样时，横梁移动速度要慢，使试样下端缓慢插入夹头的V型卡板中，不要顶撞卡板顶部；试样下端不要装卡过长，以免顶撞夹头内部装配卡板用的平台。2 为保证实验顺利进行， 试验时要读

7、取正确的试验条件，严禁随意改动计算机的软件配置。3 装卡、拆卸引伸计时，要注意插好定位销钉，实验时要注意拔出定位销钉，以免损坏引伸计。六 思考题1 根据低碳钢和铸铁的拉伸曲线比较两种材料的力学性能。 2 为什么试验时加载速度要缓慢？3 为什么拉伸试验必须采用标准试样或定标距试样？4 什么是卸载规律和冷作硬化现象？试举例说明冷作硬化现象的工程应用。实验二 金属压缩试验一 实验目的与要求 1测定低碳钢的压缩屈服点s和铸铁的抗压强度b。4观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因。5分析比较低碳钢、铸铁两种材料拉伸和压缩力学性能的异同。二 实验设备和仪器WE60液压式万能材料试验机，游标卡尺。三 实验原理

8、和方法金属材料的压缩屈服点s和铸铁的抗压强度b。按试验规范(GB/T7314-1987)要求，压缩试样应制成短圆柱形（参看图21）。分析和实验均表明，压缩试验时，试样的上、下端面与试验机支承垫之间会产生很大的摩擦力，这些摩擦力将阻碍试样上部和下部产生横向变形，致使测量得到的抗压强度偏高。 图2-1因而应采取措施（磨光或加润滑剂）减少上述摩擦力。注意到试样的高度也会影响实验结果，当试样高度h0增加时，摩擦力对试样中段的影响减少，对测试结果影响较小。此外，如若试样高度直径比（h0/d0）较大，极易发生压弯现象，抗压强度测量值也不会准确。所以压缩试样的 高度与直径的比值（h0/d0）一般规定为1h0

9、/d03。此外，还须设法消除压缩载荷偏心的影响。进行低碳钢压缩试验时，为测取材料的压缩屈服点s，应缓慢加载使试验机测力指针匀速转动，同时仔细观察测力指针的短暂停顿或摆动现象，此阶段的最小载荷即为屈服载荷F。材料屈服之后开始强化，由于压缩变形是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强度，压缩试验载荷-变形曲线。 铸铁压缩试验时，随着载荷的增加，破坏前试样也会产生较大的变形，直至被压成“微鼓形”之后才发生断裂破坏，破坏的最大载荷即为断裂载荷Fb。破坏断口与试样加载轴线约成45角，因此，可知上述破坏试由最大切应力引起的。仔细观察

10、试样断口的表面，可以清晰地看到材料受剪切错动的痕迹。四 实验步骤1 测量试样尺寸：用游标卡尺测量试样高度h0，测量试样两端及中部三处截面的直径，每处直径为相互垂直方向的平均值，取三处直径中的最小值为初始直径d0，并用其计算截面初始面积A0。2 根据材料的抗压强度和截面面积估算最大载荷，选择试验机测力度盘，并配挂相应的重锤。开启试验机油泵，旋开送油阀将活动平台抬升到适当位置，关闭送油阀。调整测力度盘的测力指针到“零”点，并使从动指针与测力指针靠拢、并齐。3 把低碳钢试样放置在试验机球形支乘座的中心位置上，试样上下一般都要放置坚硬平整的垫块，用以保护试验机压头及支乘座，并可调整试验区间的高度，减少

11、空行程。4 缓慢匀速加载，仔细观察度盘测力指针的短暂停顿或摆动，摆动的最低示值即为屈服载荷FS。材料屈服之后继续加载，直到将试样压成“饼形”后停机，观察试样的变形。5 铸铁压缩试验的步骤与低碳钢压缩相同。但铸铁破坏是脆断，为防止试样压断时可能由碎屑崩出，试验前应在试样周围加设有机玻璃防护罩。铸铁压缩试验只能测得试样的断裂载荷Fb。注意观察试样断裂后的变形和断口的表面形貌。6 根据实验中测得的数据，由式S=FS/A0计算低碳钢的压缩屈服点，由式b =Fb/A0计算铸铁的抗压强度，其中A0为试样截面原始面积。7 经实验指导教师检查实验结果后，结束实验并整理实验现场。五 实验注意事项铸铁压缩试验加载

12、前要设置好试验机的有机玻璃防护罩，以免金属碎屑飞出发生危险。六 思考题 1比较铸铁的抗拉强度和抗压强度并分析脆性材料的力学性能特点。2 为什么无法测取低碳钢的抗压强度？3 由低碳钢和铸铁的拉伸、压缩试验结果，比较塑性材料与脆性材料的力学性质。4为什么铸铁试样压缩时沿着与加载轴线约成450的斜截面破坏？实验三 材料弹性模量E和泊松比µ测定试验一 实验目的和要求1 测定常用材料（钢材40Cr,青铜H62）的弹性模量E和泊松比µ。2 验证单向拉伸胡克定律.3学习掌握电测法的基本原理和电阻应变仪的操作。4 学习用最用小二乘法处理实验数据。二 实验设备和仪器WE60液压式万能材料试验

13、机，静态数字电阻应变仪，板试件实验装置一套，游标卡尺。三 实验原理和方法材料在比例极限范围内，应力和应变呈线性关系，即=E式中，比例系数E称为材料的弹性模量，显然可由下式计算E （a）设试件的初始面积为A0，在轴向拉力F作用下，横截面上的正应力为把上式代入（a）式中可得 （b）只要测得试件所受的载荷F和与之对应的应变，就可由式（b）计算出弹性模量E。受拉试件轴向伸长，必然引起轴向缩短。设轴向应变为，横向应变为/。试验表明，在弹性范围内，两者之比为一常数。该常数称为横向变形系数或泊松比，用µ表示，即 （c）轴向应变为和横向应变为/的测试方法，可在板试件中央前后的两面沿着试件轴线方向贴应

14、变片R和R，沿着试件横向贴应变片R和R，补偿块上贴有4枚规格相同的温度补偿片。为了消除试件处曲率和加载可能存在偏心引起的弯曲影响，采用全桥接线法，图3-8分别是测量轴向应变为和横向应变为/的测量电桥。根据应变电测基础，试件的轴向应变和横向应变是每台应变仪应变值读数的一半，即 试验时，为了验正胡克定律，采用等量逐级加载法，分别测量在相同载荷增量F作用下的轴向应变增量和横向应变增量/。若各级应变增量大致相同，这就验证了胡克定律。四 实验步骤1 测量试件尺寸。在试件工作段的上、中、下三个部位测量横截面面积，取它们的平均值作为试件的初始横截面积A0。2 拟订实验方案。1）确定试样允许达到的最大应力值（

15、取材料屈服点S的7080）及所需的最大载荷值。 2）根据最大载荷选取试验机度盘，并确定初载荷（一般取试验机所用度盘量程的10）。3）根据初载荷和最大载荷值以及其间至少应有8级加载的原则，确定每级载荷的大小。3 准备工作。把试件安装在试验机的上夹头内，调整试验机零点。将贴好的电阻应变片接到两台应变仪上。 4 试运行。开动试验机，加载至接近最终载荷值，然后卸载至处载荷以下（勿卸尽）。观察试验机和应变仪是否处于正常工作状态。5 正式实验。加载至初载荷，记下载荷值以及两个应变仪的读数r、/r。以后每增加一级载荷，记录一次载荷值及相应的应变仪读数r、/r，直至最终载荷值。以上过程重复三遍。五 实验结果处

16、理1 用方格纸做出弹性阶段的-和-/曲线，将每个实验点都点在图上，然后拟合成直线，并注意原点位置的修正。2 采用平均法和最小二乘法的数值分析方法，确定E和µ的数值。1） 平均法 2） 最小二乘法 3) 按规定格式写出实验报告。报告中的各类表格、曲线、装置简图和原始数据应齐全。五 思考题1 弹性模量E的意义及用途。2 试件上所加初载荷的大小对测定弹性模量E值有无影响？3 如何验证胡克定律。实验四 金属扭转实验一 实验目的 1 观察低碳钢和铸铁的扭矩-扭转角曲线（T-曲线）及变形现象和破坏形式。2 测定低碳钢的剪切屈服极限s和剪切强度极限b。3 测定铸铁的剪切强度极限b。二 实验设备和仪

17、器扭转实验机，游标卡尺等。三 实验原理和方法遵照国家标准（GB/T10128-1988）扭转试验可采用圆截面试样，试样形状如图4-1所示。试样中段是测试段，两端的夹持部分铣削为平面，以防止试验时试样在卡头中打滑。图4-1圆截面试样在扭转时，横截面边缘上任一点处于纯剪切应力状态。由于纯剪切应力状态是属于二向应力状态，两个主应力的绝对值相等，大小等于横截面上该点处的剪应力，1与轴线成45°角。试样扭转时横截面上有最大剪应力，而45°斜截面上有最大拉应力，由此可以分析低碳钢和铸铁扭转时的破坏原因。由于低碳钢的抗剪强度低于抗拉强度，试样横截面上的最大剪应力引起沿横截面剪断破坏；而铸

18、铁抗拉强度低于抗剪强度，试样由与轴线成45°的斜截面上的1引起拉断破坏。在低碳钢试件受扭过程中，试验机自动绘制出T-曲线，T-曲线也叫扭矩图，如图4-2所示。图中起始直线段OA表示试件在这个阶段中的Tp与成正比，截面上的剪应力是线性分布，如图4-3（a）所示。此时截面周边上的剪应力达到了材料的剪切屈服极限s。由于这时截面内部的剪应力小于s，故试件仍具承载能力，T-曲线呈继续上升的趋势。扭矩超过Tp后，截面上的剪应力分布不再是线性的，如图4-3（b）所示。在截面上出现了一个环壮塑性区，并随着T的增长，塑性区逐步向中心扩展，T-曲线稍微上升，直至B点趋于平坦，截面上各点材料完全达到屈服，

19、扭矩度盘上的指针几乎不动或摆动的最小值即为屈服扭矩Ts，如图4-3（c）所示。图 4-2根据静力平衡条件，可以求得s与Ts的关系为将式中dA用环壮面积元素2d表示，则有故剪切屈服极限为 （a）式中，是实心试件的抗扭截面模量。图 4-3继续给试件加载，试件再继续变形，材料进一步强化。从图3-11看出，当扭矩超过Ts后，增加很块，而T增加很小，BC近似一条不通过坐标原点的直线。在C点时，试件被剪断，由测力度盘上的副指针可读出最大扭矩Tb。与式（）相似，可得剪切强度极限为 (b)但是，为了试验结果相互之间的可比性，根据国标（GB/T10128-1988）规定，低碳钢扭转屈服点和抗扭强度采用下式计算，

20、 （c）铸铁材料的T-曲线，从开始受扭直到破坏，近似为一直线，故近似地按弹性应力公式计算 （d） 四 实验步骤1 试件准备。测量试件直径d：取三个截面，每个截面沿相互垂直的方向测两次后取其平均值。同时在低碳钢试件表面上画一条纵向线和两条圆周线，以便观察扭转变形。2 试验机准备。根据剪切强度极限b估计最大扭矩Tb，并选择合适的测力度盘。3 加载实验。打开自动绘图装置的开关，启动驱动夹头对试件施加扭矩（弹性阶段、屈服阶段加载速度要缓慢）进行实验。注意观察扭矩值和记录曲线。当试件进入强化阶段后，可适当提高加载速度。4 试件被扭断后停机，取下试件，注意观察试件破坏断口形貌。5 仪器设备恢复原壮，情理现

21、场，检查实验记录是否齐全，并请实验指导教师签字。五 实验结果处理1 计算低碳钢材料的扭转屈服极限和强度极限：屈服极限 ， 强度极限 2 计算铸铁的强度极限： 3 画出两种材料的扭转曲线及断口草图，说明其特征并分析破坏原因。4 按规定格式写出实验报告。六 实验注意事项低碳钢试件在弹性阶段、屈服阶段加载速度要缓慢，进入强化阶段后可适当提高加载速度。铸铁试件应始终采用缓慢加载。七 思考题1 为什么低碳钢试件扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试件是与试件轴线成45°螺旋断裂面？2 根据低碳钢和铸铁拉伸、压缩、扭转实验的强度指标和断口形貌，分析总结两类材料的抗拉、抗压、抗剪能力。实验五 弯曲正应

22、力电测实验 一、实验目的1.熟悉电测法的基本原理和静态电阻应变仪的使用方法。2.测量矩形截面梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律。3.比较正应力的实验测量值与理论计算值的差别。 二、实验设备和仪器1.多用电测实验台。2.YJ-25型静态电阻应变仪。3.游标卡尺。 三、实验原理及方法实验装置如图5-1所示，矩形截面梁采用低碳钢制成。在梁承发生纯弯曲变形梁段的侧面上，沿与轴线平行的不同高度的线段、（线位于中性层上，线位于梁的上表面，线位于梁的下表面，和、和各距线等距，其距离分别用和表示）上粘贴有五个应变片作为工作片，另外在梁的右支点以外粘贴有一个应变片作为温度补偿片。将五个工作片和温度补偿片的引线

23、以半桥形式分别接入电阻应变仪后面板上的五个通道中，组成五个电桥（其中工作片的引线接在每个电桥的和端，温度补偿片接在电桥的和端）。当梁在载荷作用下发生弯曲变形时，工作片的电阻值将随着梁的变形而发生变化，通过电阻应变仪可以分别测量出各对应位置的应变值。根据胡克定律，可计算出相应的应力值式中，为梁材料的弹性模量。梁在纯弯曲变形时，横截面上的正应力理论计算公式为式中：为横截面上的弯矩；为梁的横截面对中性轴的惯性矩；为中性轴到欲求应力点的距离。图5-1 四、实验步骤1.测量矩形截面梁的各个尺寸，预热电阻应变仪和载荷显示仪。2.将各种仪器连接好，各应变片按半桥接法接到电阻应变仪的所选通道上。3.逐一调节各

24、通道的电桥平衡。4.摇动多用电测实验台的加载机构，采用等量逐级加载（可取），每增加一级载荷，分别读出各电阻应变片的应变值。5.记录实验数据。6.整理仪器，结束实验。 五、注意事项1.加载时要缓慢，防止冲击。2.读取应变值时，应保持载荷稳定。3.各引线的接线柱必须拧紧，测量过程中不要触动引线，以免引起测量误差。实验六 弯扭组合变形的主应力测定实验 一、实验目的1.了解实验应力分析的基本理论和方法。2.测量在弯扭组合变形下薄壁圆筒表面指定点的主应力大小和方向。3.测量在弯扭组合变形下薄壁圆筒表面指定点与弯矩、扭矩和剪力分别对应的应力。 二、实验设备和仪器1.弯扭组合变形实验装置。2.YJ-25型静态电阻应变仪。3.游标卡尺。 三、实验原理及方法实验装置如图6-1所示，圆筒的外径，内径，材料为铝合金。通过转动加载手轮进行加载，采用等量逐级加载，载荷大小由数字显示仪显示，根据载荷大小可计算出指定横截面上的弯矩、剪力和扭矩。图6-1 薄壁圆筒弯扭组合变形实验装置图6-2 b点的应力状态1.测量主应力选择横截面上的、两点进行测量，点的应力状态如图6-2所示，根据理论分析可知，正应力为式中