工程力学实验指导书

1、PAGE 仲恺农业工程学院自编教材工程力学实验指导书刘少达 刘岩 编机电工程学院2008年1月印PAGE II学生实验须知实验前必须预习实验指导书中相关的内容，了解本次实验的目的、要求及注意事项。按预约实验时间准时进入实验室，不得无故迟到、早退、缺席。进入实验室后，不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备，损坏仪器要赔偿。保持实验室整洁，不准在机器、仪器及桌面上涂写，不准乱丢纸屑，不准随地吐痰。实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。实验中，若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，排除故障后，方能继续实验。实验过程中，若未按操作规程操作仪器，导致仪器损坏者，将按学校有关规定进行处理。实验过程中，同

2、组同学要相互配合，认真测取和记录实验数据。实验结束后，将仪器、工具清理摆正。不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。实验完毕，实验数据经教师认可后方能离开实验室。10. 实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc196975543 第一章 概 述 PAGEREF _Toc196975543 h 1 HYPERLINK l _Toc196975544 第二章基本实验 PAGEREF _Toc196975544 h 2 HYPERLINK l _Toc196975545 21 低碳钢和铸铁拉伸实验 PA

3、GEREF _Toc196975545 h 2 HYPERLINK l _Toc196975546 22低碳钢和铸铁的压缩实验 PAGEREF _Toc196975546 h 11 HYPERLINK l _Toc196975547 23低碳钢和铸铁的扭转实验 PAGEREF _Toc196975547 h 15 HYPERLINK l _Toc196975548 24梁的纯弯曲实验 PAGEREF _Toc196975548 h 20 HYPERLINK l _Toc196975549 第三章 主要实验设备 PAGEREF _Toc196975549 h 25 HYPERLINK l _To

4、c196975550 31微机控制电子万能试验机 PAGEREF _Toc196975550 h 25 HYPERLINK l _Toc196975551 32微机控制电子式扭转试验机 PAGEREF _Toc196975551 h 39第34页 共 41 页第一章 概 述材料力学实验是材料力学课程教学中的一个重要组成部分。材料力学中的结论及定律，材料的机械性质，都需要通过实验来验证或测定，因些，材料力学实验是工程技术人员和各类工程专业学生所必须掌握的技能之一。一、材料力学实验的内容1材料的力学性能的测定 材料的力学性能是指力或能的作用下，材料在变形、强度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈

5、服极限、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。 2验证已建立的理论 材料力学的一些理论是以某些假设为基础的，例如杆件的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验来验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加深对理论的认识和理解，同时，也验证了所建立的理论和公式。 3应力分析实验 在某些情况下，因构件几何形状不规则或受力复杂等，应力计算并元适用理论，这时利用电测等实验应力分析方法直接测定构件的应力，便成为有效、方便的方法。二、实验前应注意的几个方面 1操作前的准备工作 在做实验之前，先明确实验目的、原理和步骤，了解试件的

6、材料和几何尺寸，对试件应如何加载，以及加多大的荷载，也应事先估算。然后分组，每个小组的成员，必须有试验仪器操作者、电脑操作者、记录者，每个小组的人数一般是36人。 2进行实验 每个小组在进行实验时，应严格遵守实验室守则，严格按照仪器操作规程进行操作。例如，检查试验机测力度盆指针是否对准零点，引伸仪是否安装稳妥，试件装置和加力装置是否正确等，最后还应请指导老师检查，确定无误后方可开动机器。在正常实验中，电脑操作者应小心缓慢对试件加载，记录者及时记录数据和收集数据，小組成员应该积极配合。 3实验结束 实验结束后，应检查数据是否齐全、准确，并注意断电，清理仪器设备，认真完成实验报告。基本实验21 低

7、碳钢和铸铁拉伸实验 第一部分：低碳钢拉伸实验一、实验目的 1验证胡克定律，测定低碳钢的弹性模量E。 2测定低碳钢的屈服极限；强度极限；延伸率；截面收缩率。3观察低碳钢拉伸过程中各个阶段的现象，绘制拉伸的应力应变曲线图。4熟悉材料试验机和其他有关仪器的使用。二、实验设备 1DWD-100型微机控制电子万能试验机 2引伸仪 3游标卡尺三、试件采用圆形截面试件，直径为10。试件等截面的中段用于测量拉伸变形，其长度L0称为“原始标距” ，根据国标规定，取，即为100，两端较粗部分是头部，为装入试验机夹头中承受拉力之用。如图21所示。 图21 四、实验原理低碳钢属塑性材料，在做拉伸实验过程中，其F曲线如

8、图22所示，大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段。 1弹性模量E的测定 试件受到轴向拉力F的作用时，在比例极限内，应力和应变的关系符合虎克定律，弹性模量是应力和应变的比值，即 ：l屈服阶段强化阶段局部变形阶段弹性阶段初始瞬时效应l屈服阶段强化阶段局部变形阶段弹性阶段初始瞬时效应 O 图22 可见，在比例极限内，对横截面面积为的试样施加拉伸载荷F，并测出标距的相应伸长，即可求得弹性模量E。为了验证虎克定律，并提高测L量弹性模量E的精确度，通常采用“增量法”进行实验，也就是把载荷分成若干相等的加载等级，然后逐级加载。测弹性模量时最高载荷Fn为屈服载荷Fs的70%80%，若

9、低碳钢的直径为10，则Fn不超过15KN。实验时，从F0到Fn逐级加载，各级载荷增量为。对应着每个载荷Fi（i1，2， ，n），就有相应的伸长，与的差值即为变形增量，它是引起的伸长增量，为引伸仪中的千分表读数、算得的增量， K为引伸仪的放大倍数。在逐级加载中，若等到的各级基本相等，就表明变形与拉力P成线性关系，符合虎克定律。 完成一次加载，将得到Fi和的一组数据，按弹性模量平均法，对应于每一个可以求得相应的单项弹性模量，则 ( i1，2， ，n)则n个的算术平均值:即为材料的弹性模量。用增量法进行试验，还能判别加载、引伸仪的安装及读数有无错误。若伸长增量不按一定规律变化，说明试验不正常，应进行

10、检查。2屈服极限，强度极限的测定弹性阶段过后，进入屈服阶段，电脑显示器显示的F曲线出现屈服台阶，曲线中所指的最低载荷即为屈服载荷。根据定义，屈服极限可由下式求出：式中为试件的初始横载面面积。屈服阶段过后，进入强化阶段，试件因塑性变形后其内部的晶体结构得到了调整，抵抗继续变形的能力有所增强。当达到最大载荷Fb时，在试件的某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这表明已经进入局部变形阶段，然后，试件被拉断，此时所指的载荷即为极限载荷，根据定义，强度极限可由下式求出：式中为试件的初始横载面面积。3延伸率和截面收缩率的测定根据定义：；其中为试件拉断后测试标距范围长度，称为断后标距；则为试件断口处的最

11、小面积。为了方便测量断后标距，试件在试验前应在其表面划上等距离并与试件轴线相垂直的标记线，例如每相距10划上一段，如图23(a)所示。试件拉断后，把试件拼接起来。从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长是不均匀的，靠近断口处伸长较多。因此，测得的数值与断口部位有关。为了保证的准确性，应该使断口位于测量范围的中部，用游标卡尺测量10格的长度即为，如图23(b)所示。如果无法使断口位于测量范围的中部，就要采用断口移中的办法来决定。断口移中的方法是：在靠近断口处的一个划线口，向断裂试件中较短一段的标点a数一下共有多少格，例如有2格。如图23(c)。然后向断裂试件较长的一段数相同的2格，记为c，

12、则ac段的长度为共有4格。还应再数格。我们从c向试件较长的一段再数6格的一半即3格，记为d，则cd长度为。这样所包含的格数即为10格，此时，显然，这样的测量方法可保证断口在测量段的中间，使较为准确。 图23五、实验步骤实验必须按步骤进行，次序为试件和试验机准备、安装试件及引伸仪、试验（加载、观察、记录）、测量、整理数据等。1试件准备（1）沿试件标距的范围内，用划线机每隔10刻划标记线。（2）在试件标距范围内分别测量试件的两端及中间三个位置的直径。为保证精确度，每一截面取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算其平均值，以三截面中最小处的平均值作为计算直径，再算出试件的初始横截面面积。2试验机准备（

13、1）连接电源，开机（试验机与计算机）；（2）在计算机上，打开实验软件，点击“联机”按扭，实现试验机与计算机联机；点击 “载荷清零”按扭，实现试验机载荷清零。 （3）试样录入，点击“试样录入”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，准确填写实验信息。（4）参数设置，点击“参数设置”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，填写以下实验参数：初试验值，根据试件极限载荷的大小与试验机的最大试验力确定，要求该数值大于试件极限载荷，不大于试验机的最大试验力。本次实验所用试验机的最大试验力为100000N（100000N =100kN=10吨）；初试验速度，一般取0.51mm/min引伸仪摘除提示，规定变形量，一般取1

14、2mm；结束条件，一般取30；选择“上空间拉伸”、 “停车不返回”、“使用引伸仪”等选项。3安装试件及引伸仪首先安装试件，并夹紧；然后在试件中部安装引伸仪（用于低碳钢拉伸实验），并将变形或位移调零。4开始试验（1）选择编号，选择刚刚设置的试验编号并选择在实验过程中希望看到的实验曲线；（2）查看信息是否正确。（3）线。（5）试件断裂后，试验结束；注意保存数据文件。记录屈服力、最大力、弹性模量（作为计算弹性模量的参考值）。（6）从试验图形曲线上读取所需数据。也可以点击“数据管理”按扭，进入数据管理界面，查看原始数据并按增量法重新计算弹性模量，或重新读取所需数据。（7）结束试验。退出实验程序，取下试

15、件。5测量（量取并记录断后标距和断口直径）（1）为了计算延伸率，需按实验原理第3点介绍的方法测量拉断后试件标距范围内的长度。（2）为了计算试件的截面收缩率，将断裂试件的两端尽量对紧，用游标卡尺测量断口颈缩处最小直径。为保证精确度，需在两个互相垂直的两个方向各测量一次，并取平均值计算出试件断口处的截面最小面积。6试验完毕，关闭试验机、电脑。清理现场，工具复位。7整理数据，完成实验报告。第二部分：铸铁拉伸实验一、实验目的1测定铸铁的拉伸强度极限2观察铸铁拉伸的破坏现象，并与低碳钢拉伸的破坏现象比较。二、实验设备 1DWD-100型微机控制电子万能试验机 2游标卡尺三、试件 采用圆形截面试件，两端较

16、粗部分是头部，为装入试验机夹头中承受拉力之用。如图21所示。四、实验原理铸铁属脆性材料，在拉伸断裂以前所能发生的变形是很小的，无屈服阶段和颈缩现象，其F曲线如图24所示。FF OOLL图24铸铁拉伸实验中，只有一个强度特征值，即拉断时的应力强度极限根据定义，可由下式求出：式中A0为试件初始横载面面积，Fb为材料拉断时的极限载荷。五、实验步骤实验必须按步骤进行，次序为试件和试验机准备、安装试件及引伸仪、试验（加载、观察、记录）、测量、整理数据等。1试件准备测量试件的两端及中部共三个位置的直径，为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算其平均值，以三截面中最小处的平均值作为计算

17、直径，再算出试件的初始横截面面积，无需在试件上刻线。2试验机准备（1）连接电源，开机（试验机与计算机）；（2）在计算机上，打开实验程序，点击“联机”按扭，实现试验机与计算机联机；点击 “载荷清零”按扭，实现试验机载荷清零。 （3）试样录入，点击“试样录入”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，准确填写实验信息。（4）参数设置，点击“参数设置”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，填写以下实验参数：初试验值，根据试件极限载荷的大小与试验机的最大试验力确定，要求该数值大于试件极限载荷，不大于试验机的最大试验力。本次实验所用试验机的最大试验力为100000N（100000N =100kN=10吨）；初试验速

18、度，一般取0.5mm/min；引伸仪摘除提示，规定变形量，一般取0.51.5mm结束条件，一般取30；选择“上空间拉伸”、 “停车不返回”、“使用引伸仪”等选项。3安装试件及引伸仪首先安装试件，并夹紧；然后在试件中部安装引伸仪，并将变形或位移调零。4开始试验（1）选择编号，选择刚刚设置的试验编号并选择在实验过程中希望看到的实验曲线；（2）查看信息是否正确。（3）开始试验，点击“开始试验”按扭；（4）在实验过程中动态选择实验曲线。（5）试件断裂后，试验结束；注意保存数据文件。记录最大力。（6）从试验图形曲线上读取所需数据。也可以点击“数据管理”按扭，进入数据管理界面，查看原始数据并按增量法重新计

19、算弹性模量，或重新读取所需数据。（7）结束试验。退出实验程序，取下试件。5测量（量取并记录断后标距和断口直径）（1）为了计算延伸率，需按实验原理第3点介绍的方法测量拉断后试件标距范围内的长度。（2）为了计算试件的截面收缩率，将断裂试件的两端尽量对紧，用游标卡尺测量断口颈缩处最小直径。为保证精确度，需在两个互相垂直的两个方向各测量一次，并取平均值计算出试件断口处的截面最小面积。6试验完毕，关闭试验机、电脑。清理现场，工具复位。7整理数据，完成实验报告。六、思考题（1）从实验现象和实验结果对比低碳钢和铸铁的力学性能。（2）测定E时为何要选取初试验值？为什么使用增量法计算弹性模量？（3）实验时如何确

20、定低碳钢的屈服强度？（4）（5）试验速率的控制对试验结果是否有影响？如何影响？七、实验报告内容1.实验目的；2.实验设备；3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。4实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验所得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。八、实验记录参考表格1、低碳钢表1-1 试件原始尺寸记录表标距L0（mm）直径（mm）横截面面积A0（mm2）横截面1横截面2横截面3（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均表1-2弹性模量原始数据记录表载荷 (kN)变形读数FFLi (L)i变形增量平均值(l)

21、/弹性模量E（GPa）表1-3 实验后结果数据记录表强度指标屈服载荷Fs(kN)极限载荷Fb(kN)屈服强度s (MPa)极限强度b (MPa)塑性指标L1（mm）Lac（mm）Lcd（mm）断后标距（L1）（mm）断后收缩率（%）断口直径d1（mm）090断面收缩率（%）2、铸铁表1-4 试件原始尺寸记录表直径（mm）横截面面积A0（mm2）横截面1横截面2横截面3（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均表1-5 实验后结果数据记录表强度指标极限载荷Fb(kN)抗拉强度b（MPa）22低碳钢和铸铁的压缩实验一、实验目的 1测定压缩时低碳钢的屈服极限；和铸铁的强度极限。2观察低碳钢和铸

22、铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。3熟悉微机控制电子万能试验机的使用方法。 二、实验设备 1DWD-100微机控制电子万能试验机 2游标卡尺 三、试件根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般采用圆柱形试件，如图25(a)所示。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3:2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2:1。d0d0铸铁O(a)(b) 铸铁O(a)(b)低碳钢低碳钢图25四、实验原理1低碳钢压缩实验低碳钢在压缩时的曲线如图25(b)所示，图中还用虚线绘出了低碳钢在拉伸时的曲线，从这两条曲线可以看出，在屈服阶段以前，它们基本上是重合的，这说明低碳钢在压缩时的弹性模量E和屈服极限服

23、极限以后，因低碳钢试件的轴向长度不断缩短，受压面积越来越大，直到被压成鼓形而不产生断裂，如图26(a)所示。FF OOL(a)(c)(b)L(a)(c)(b)图26如果载荷足够大（例如加至2000KN），试件可被压成饼状，所以无法测定材料的压缩强度极限，故一般来说，钢材的力学性能主要是用拉伸实验来确定，并认为屈服极限为低碳钢压缩时的强度特征值： 式中为试件初始横载面面积，为低碳钢压缩时的屈服载荷。必须指出低碳钢压缩时的屈服阶段并不象拉伸时那样明显，因此在确定时要特别小心地观察。在缓慢而均匀地加载下，屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横

24、截面增大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷Fb，因而也得不到强度极限，所以在实验中是以变形来控制加载的。 2铸铁的压缩实验铸铁是典型的脆性材料，在压缩时并无屈服阶段，其F曲线如图26(b)所示，当对试件加至极限载荷时，试件在压缩变形很小时就突然发生剪断破坏，断面与试件轴线的夹角大约为4055，如图26(c)所示。此时力值迅速下降，读取最大的载荷Fb值，即可确定铸铁的强度极限： 式中为试件初始横载面面积，为铸铁压缩时的极限载荷。由实验表明，铸铁的抗压能力比其抗剪能力好，而且在受压时的强度极限比受拉时的要高34倍，故铸铁只适用于受压构件。五、实验步骤1试件准备测量试件中间处的

25、直径，在互相垂直的两个方向各测量一次，以其平均直径计算出试件的初始横截面面积，再测量试件高度。2试验机准备（1）连接电源，开机（试验机与计算机）；（2）在计算机上，打开实验程序，点击“联机”按扭，实现试验机与计算机联机；点击 “载荷清零”按扭，实现试验机载荷清零。 （3）试样录入，点击“试样录入”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，准确填写实验信息。（4）参数设置，点击“参数设置”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，填写以下实验参数：初试验值，根据试件极限载荷的大小与试验机的最大试验力确定，要求该数值大于试件极限载荷，不大于试验机的最大试验力。本次实验所用试验机的最大试验力为100000N（100

26、000N =100kN=10吨）；初试验速度，一般取0.5mm/min；结束条件，一般取30；选择“下空间压缩”、 “停车返回”、“不使用引伸仪”等选项。3安装试件将试件放在试验机下压板中心处。4开始试验（1）选择编号，选择刚刚设置的试验编号并选择在实验过程中希望看到的实验曲线；（2）查看信息是否正确；（3）开始试验，点击“开始试验”按扭；（4）在实验过程中动态选择实验曲线；（5）低碳钢试件达到压缩变形量的限值或铸铁试件断裂后，试验结束；注意保存数据文件，记录最大力。（6）从试验图形曲线上读取所需数据；也可以点击“数据管理”按扭，进入数据管理界面，查看原始数据并按增量法重新计算弹性模量，或重新

27、读取所需数据。（7）结束试验；退出实验程序，取下试件。5试验完毕，关闭试验机、电脑。清理现场，工具复位。6整理数据，完成实验报告六、思考题（1）为何低碳钢压缩时测不出破坏载荷，而铸铁压缩时测不出屈服载荷？（2）根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸破坏作比较。（3）通过拉伸与压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别。（4）通过拉伸与压缩实验，比较铸铁的强度极限在拉伸和压缩时的差别。七、实验报告内容1.实验目的；2.实验设备；3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。4实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验

28、所得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。八、实验记录参考表格表2-1 试件原始尺寸材 料高度（mm）直径d（mm）最小横截面面积A0（mm2）横截面1横截面2横截面3（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）平均低碳钢铸 铁表2-2 实验数据和计算结果材 料屈服载荷(kN)屈服极限(MPa)最大载荷(kN)强度极限(MPa)破坏形式简图低碳钢铸铁低碳钢/铸 铁/23低碳钢和铸铁的扭转实验 一、实验目的 1测定低碳钢的剪切屈服极限及剪切强度极限。2测定铸铁的剪切强度极限。 3观察低碳钢和铸铁扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异。4了解扭转试验机的操作规程。 二、

29、实验设备 1ND-1000型微机控制电子式扭转试验机2游标卡尺 三、试件采用圆形截面试件，如图27所示，在试件表面画上一条纵线，以便观察试件的扭转变形。纵线纵线 图27四、实验原理工程中经常遇到承受扭转作用的构件，特别是很多传动零件都在扭转条件下工作。测定扭转条件下的力学性能，对零件等受扭的构件在设计计算和选材方面有重要的实际意义试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。1低碳钢扭转实验低碳钢试件在发生扭转变形时，其T曲线如图28所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，

30、相应地有三个强度特征值：剪切比例极限、剪切屈服极限和剪切强度极限。对应这三个强度特征值的扭矩依次为Tp、Ts、Tb。TTOO图28在比例极限内，T与成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。如图29(a)所示，随着T的增大，开始进入屈服阶段，横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图29(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T仍可增加，T的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，如图29(c)所示。ssss (a) (b) (c)图29在T出现屈服平台，由此可读出屈服扭矩Ts，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出：式

31、中为试件的抗扭截面系数。 屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值Mb进入断裂阶段，试件被剪断，此时可根据最大扭矩读数，用下式计算低碳钢扭转的剪切强度极限： 2铸铁扭转实验：铸铁在扭转实验时，变形很小就突然断裂，其T曲线如图210所示。TTO图210从开始受扭，直到破坏，近似为一直线。没有屈服阶段和强化阶段，唯一的强度特征值是剪切强度极限可按线弹性公式计算求出，即：3试件的破坏现象分析：试件受扭，材料处于纯剪切应力状态，在试件的横截面上作用有剪应力，同时在与轴线成45的斜截面上，会出现与剪应力等值的主拉应力和主

32、压应力，如图211(a)所示。454521454521 (a) (b) (c)图211低碳钢的抗剪能力比抗拉和抗压能力差，试件将会从最外层开始，沿横截面发生剪断破坏，如图211(b)所示，而铸铁的抗拉能力比抗剪和抗压能力差，则试件将会在与杆轴成45的螺旋面上发生拉断破坏，如图211(c)所示。五、实验步骤1、试件准备：（1）测量试件等截面范围两端及中间共三处截面的直径。为保证精确度，每一截面均取互相垂直的两个方向各测量一次，并计算平均值，以三截面中最小处的平均值来计算初始横截面面积A0。（2）用笔在试件表面等距离画46条纵向线，812条横向线。2试验机准备（1）连接电源，开机（试验机与计算机）

33、；（2）在计算机上，打开实验程序，点击“联机”按扭，实现试验机与计算机联机；点击 “载荷清零”按扭，实现试验机扭矩清零。 （3）试样录入，点击“试样录入”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，准确填写实验信息。（4）参数设置，点击“参数设置”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，填写以下实验参数：初试验值，根据试件极限扭矩的大小与试验机的最大扭矩试验力确定，要求该数值大于试件极限扭矩，不大于试验机的最大扭矩试验力。本次实验所用试验机的最大扭矩为1000N.m；初试验速度，一般取90-200o/min；结束条件，一般取30；选择“扭转方向”等。3安装试件将试件装在试验机两夹头之间，并紧固试件安装，同时将

34、变形或扭转角调零。4开始试验（1）选择编号，选择刚刚设置的试验编号并选择在实验过程中希望看到的实验曲线；（2）查看信息是否正确；（3）开始试验，点击“开始试验”按扭；（4）在实验过程中动态选择实验曲线；（5）试件断裂后，试验结束；注意保存数据文件，读出最大扭矩Tb并记录。（6）从试验图形曲线上读取所需数据；也可以点击“数据管理”按扭，进入数据管理界面，查看原始数据并按增量法重新计算弹性模量，或重新读取所需数据。（7）结束试验；退出实验程序，取下试件。5试验完毕，关闭试验机、电脑。清理现场，工具复位。6整理数据，完成实验报告六、思考题（1）安装试件时，为什么试件的纵轴线与试验机夹头的轴线要重合？

35、（2）试件受扭时，表层的材料处于什么应力状态（3）低碳钢拉伸和扭转的断裂方式是否一样？破坏原因是否相同？（4）铸铁在压缩和扭转时，断口外缘都与轴线成45，破坏原因是否相同？1、试件所受扭矩的中心线就是试件的轴线。所加的外力矩的中心线是试验机夹头的轴线。若两者不重回，则加在试件上的外力矩就不等于试验机所显示的力矩大小，所测出的值就是错误的。2、处于扭转切应力状态。3、低碳钢拉伸和扭转时断裂方式不一样。拉伸的断裂方式是拉断，试件受正应力。表现为断裂截面收缩、断裂后试件总长大于原试件长度。扭转的断裂方式是剪断，试件受切应力。表现为试样表面的横向与纵向出现滑移线，最后沿横截面被剪断，断裂截面面积不变，

36、试件总长不变。4、铸铁压缩破坏时，断口方位角约为55-60，在该截面上存在较大的切应力，所以，其破坏方式是剪断。扭转时，所受的外力也是剪力，所以，破坏方式与压缩时相同，为剪断。七、实验报告内容1.实验目的；2.实验设备；3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。4实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验所得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。八、实验记录参考表格表3-1 试件原始尺寸材 料高度（mm）直径d（mm）Wt（mm3）标距长度l（mm）横截面1横截面2横截面3（1）（2）平均（1）（2）平均（1）（2）

37、平均低碳钢铸 铁表3-2 扭转实验实验数据材 料计算直径d(mm)屈服扭矩Ts(Nm)最大扭矩Tb(Nm)扭转角()低碳钢铸 铁/表3-3 扭转实验计算结果材 料扭转屈服极限s(MPa)扭转强度b(MPa)低碳钢铸 铁/24梁的纯弯曲实验一、实验目的1测定直梁纯弯曲时横截面正应力分布规律，并与理论计算结果进行比较，以验证弯曲正应力公式。2观察直梁纯弯曲受力条件下的变形特征.3了解用电阻应变片引伸计测量试件的变形方法。 二、实验设备 1DWD-100型微机控制电子万能试验机或夜压万能材料实验机2电阻应变片引伸计或静态应变测试仪3游标卡尺三、试件 采用低碳钢矩形截面直梁，宽为b，高为h，弹性模量E

38、为210 Gpa。根据实验室的实验条件确定实验加载点，采用单点或两点加载进行实验。单点加载的力学模型如图212 (a) 所示，两点加载的力学模型如图212 (b) 所示。FABFABll/2FABlaFa图212 (a) 图212 (b)四、实验原理梁发生纯弯曲变形时，横截面上正应力在理论上沿梁的截面高度y成斜直线规律变化，其计算公式为：式中，M为梁横截面上的弯矩，Iz为梁横截面对中性轴（z轴）的惯性矩。加载之前，在梁发生纯弯曲变形的两个侧面，沿梁的横截面高度，每隔刻划平行线，其中11、55分别位于梁的上下边缘，33位于中性层处，22、44分别位于中性层以上或以下而与中性层距离相等，力学模型如

39、图213所示。b1 12 23 34 45 5b1 12 23 34 45 5图213这些线段表示梁的纵向纤维，若沿这些线段贴上电阻应变片，梁发生纯弯曲时，这些线段的长度将会发生改变，贴在其上的电阻应变片的长度随之发生改变而导致电阻值的变化，可以通过电阻应变片引伸计或静态应变测试仪测出各处的应变，根据胡克定律，即可求出实验应力：实验时仍采用“增量法”，每增加等量的载荷P，测定各测点相应的应变增量一次，取应变增量的平均值，依次求出各点应力增量：把与理论计算公式算出的应力增量加以比较，从而验证理论计算公式的正确性，式中的。对实验值与理论值进行比较，计算出截面上各测点的应力增量实验值与理论值的相对误

40、差，即 从而验证弯曲公式的正确性。五、实验步骤（如实验条件发生变化，按老师课前讲解的步骤进行该实验）1试件准备（1）领取试件，用棉纱擦去试件表面的油污；（2）测量试件的尺寸；（3）在试件互相垂直的两个表面上用画线笔按图213所示画水平的纵向线与垂直的横向线。2试验机准备（1）连接电源，开机（试验机与计算机）；（2）在计算机上，打开实验程序，点击“联机”按扭，实现试验机与计算机联机；点击 “载荷清零”按扭，实现试验机载荷清零。 （3）试样录入，点击“试样录入”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，准确填写实验信息。（4）参数设置，点击“参数设置”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，填写以下实验参数：初

41、试验值，本实验载荷加载采用等增量法，取初试验值等于载荷增量值；初试验速度，一般取0.1引伸仪摘除提示，规定变形量按要求设置；结束条件，一般取30；选择“下空间压缩”、 “停车返回”、“使用引伸仪”、“开环”等选项。3安装试件及引伸仪首先安装试件，并夹紧；然后在试件中部安装引伸仪（只用于低碳钢拉伸实验），并将变形或位移调零。4开始试验（1）选择编号，选择刚刚设置的试验编号并选择在实验过程中希望看到的实验曲线；（2）查看信息是否正确。（3）开始试验，点击“开始试验”按扭；（4）在实验过程中按老师要求进行逐级加载，本实验载荷加载采用等增量法，根据试件的材料、尺寸，选取适宜的载荷增量值（5）（6）从试

42、验图形曲线上读取所需数据，或点击“数据管理”按扭，进入数据管理界面，查看原始数据或重新读取所需数据。（7）结束试验。退出实验程序，取下试件。5观察与再次实验（1）观察试件表面画线是否恢复原状。（2）将试件转过900放置（即b与h换位），然后重复上述的实验过程，注意观察试件的变形情况有何不同。6试验完毕，关闭试验机、电脑。清理现场，工具复位。7整理数据，完成实验报告六、思考题(1) 试验为何采用“等增量法”加载？为何取各测点应变增量的算术平均值作为实验值？(2) 电阻应变计是布设在梁的表面上，为什么把测得的表面上的应变看做是梁横截面上的应变？其依据是什么？(3) 如果梁采用的是拉压不等强度材料(

43、)，其弯曲正应力在整个横截面上的分布曲线较之拉压等强度材料梁将会有何变化？(4 )如果改变梁的跨度，在载荷相同情况下，弯曲变形程度会发生怎样的变化？七、实验报告内容1.实验目的；2.实验设备；3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。4实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验所得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。八、实验记录参考表格表4-1原始参数表材 料弹模(GPa)几何参数应变片参数应变仪灵敏系数 K仪b（mm）h（mm）a（mm）灵敏系数 K片电阻值()低碳钢矩形直梁表4-2 测点位置测点编号12345测

44、点至中性层的距离 y(mm)材料力学实验中，纯弯曲梁正应力实验中影响结果的主要因素？应变片的方向和上下位置，是否进行温度补偿梁的摆放位置、下端支条位置，加载力位置，是否满足中心部位的纯弯表4-3 实验记录载荷(kN)测点的应变读数 ()PP12345012345应变增量平均值表4-4 实验结果测 点 编 号12345应变修正值应力实验值()应力理论值()误差 ()第三章 主要实验设备31微机控制电子万能试验机测定材料力学性能的主要设备是材料试验机，能兼作拉伸、压缩、弯曲等多种实验的材料试验机称为万能材料试验机，它有液压式、机械式、电子机械式等类型。目前实验室最常用的是电子式万能材料试验机，它也

45、有许多不同的型号，但构造原理基本上是一样的，现以国产WDW系列为例，图31为这一系列中最常见的WDW-100型电子万能材料试验机，其结构简图如图32所示。图3-1 WDW-100型电子万能材料试验机一、电子万能试验机组成：电子万能试验机主要由主机和控制计算机、打印机组成。主机是试验机的重要部分。原理：主机的动力源是一个电动机，通过减速装置和丝杠带动活动横梁向上或向下运动，使试件产生拉伸或压缩变形。安装在活动横梁上的力传感器测量试件变形过程中的力值，即载荷值；同时，丝杠的转动带动主机内部一个光电编码器，通过控制器换算成活动横梁的位移值。力值和位移值在主机控制面板的液晶显示屏上显示为“试验力”和“

46、位移”。活动横梁的移动速度可以通过控制面板的操作键控制：F3键增加速度；F4键减小速度。活动横梁的移动方向由控制面板上的方向键控制： 键向上运动（试件拉伸）； 键向下运动（试件压缩）； 键停止。活动横梁的位移值可以近似表示试件的变形，但精确的变形测试要用变形传感器（又称引伸计）。将引伸计固定在试件上，可以测量引伸计标距范围内的变形量，精确到0.001mm ，控制面板的液晶显示屏上显示“变形”。所有操作和参数显示也可以在控制计算机上进行。试验机的立柱、上横梁和主机箱组成刚性框架结构，可以保证试验机足够的刚度。限位销用于活动横梁的移动限位，当活动横梁碰触限位销时将自动停机。限位销的作用是使活动横梁

47、在一定的试验范围内移动而不会发生上下夹头之间发生碰撞事故，是实验过程中的保护措施。图3-2 WDW-100型电子万能材料试验机系统示意图二 电子万能试验机操作1 开机与关机顺时针转动主机上的电源开关锁钥匙，主机加电。同时，控制器自检，这时控制面板的液晶显示屏上显示“系统自检，请稍后”。自检完成后显示屏显示如图，试验机进入正常工作状态。关机时，将电源开关锁钥匙逆时针转动，主机自动断电。！急停开关：主机座上的红色按钮。当工作中出现操作失误，或控制器锁死，致使控制面板上的按钮失效时，按下急停开关。这时，主机进入断电保护状态，钥匙开关也不能使主机加电。待故障排除后，逆时针转动急停开关后放松，按钮自动弹

48、起，主机方可进行正常加电操作。2清零当显示屏显示正常操作界面后，在不加载（零载荷）的状态下，“试验力”、“位移”、“变形”显示如果不为零，需要进行手动清零。按数字“0” 将进行“位移”清零。按数字“1” 将进行“试验力”清零。按数字“2”将进行“变形”注：只有安装引伸计后，才有必要进行“变形“清零；清零操作也可以在试验中进行，但“试验力”清零通常应在不受力，即“零载荷”状态下进行，以保证试验中载荷的基准值；当清零操作后，显示出现与零值较大的偏差时，可以重复清零。如果反复清零仍有较大的数值显示，应停止进一步的操作，报告老师进行处理。通常，由于系统漂移，显示并不是绝对零值。一般稳定在一个很小的数值

49、范围内即可。 清零操作也可以在控制计算机上进行。3试验速度调整与方向控制如前所述，试验机加载过程是通过活动横梁的移动进行的，即所谓“等位移加载”。因此，活动横梁移动速度（单位：mm/min）的快慢，决定加载速率的大小；而移动方向决定加载方向。“速度”和“方向”可以在控制面板上调整。速度调整：按“F3”键横梁移动速度增加；按“F4”键横梁移动速度减小。当安装试件前，可以适当提高横梁移动速度至50 200mm/min ；试验时横梁移动速度应调整至！注意：在试验开始前，必须检查横梁移动速度设定，严禁设定高速度进行试验。加载方向：按 键时，横梁开始向上移动（拉伸试验）；按 键时，横梁开始向下移动（压缩

50、试验）；按 键时，横梁停止。在试验进行中，可以按 F3键 或F4键进行速度微调。在试验进行中禁止在、方向键之间直接切换。需要改变方向时，应先按停止键。 试验速度调整与方向控制也可以在控制计算机上进行。三拉伸试件的安装拉伸试件如图示1按 键，使横梁向上移动，当上下夹头间的距离大约在2530cm时，按 键。2放松上下夹头的试件锁紧把手，将试件自然放入下夹头中。3设定横梁速度50100mm/min，按 键，向下移动横梁。在距离试件上端1cm左右时按 键。4设定横梁速度为10mm/min ，用手将试件提起使试件夹持段进入上夹头，然后按 键，继续向下移动横梁，观察试件夹持段完全进入上下夹头时按 键。5首

51、先自然旋紧下锁紧把手，然后交替旋紧上、下锁紧把手，直至锁紧把手旋不动时，表明试件已被锁紧。 6试件预加载。安装好试件后，需要进行预加载，目的是消除安装间隙。方法如下：设定横梁速度0.05mm/min，观察显示“试验力”符号和大小。当绝对值超过100N时，可以通过按 ，键调整。一般地，“试验力”符号为“-”时，表明试件受压缩预紧，应按 键；“试验力”符号为“+”时，表明试件受拉伸预紧，应按 键。当试验力绝对值较小时，按数字“1”键进行试验力调零。按 键，加载至5kN然后按 键卸载至零，反复进行三次。按数字“1”键进行试验力调零。四引伸计安装引伸计如图示，是一种精确测量试件变形的装置。主要参数有：

52、标距：引伸计两刃口间的距离（50mm）。试验机显示的“变形量”即为此距离间的变形。最大测量变形量：引伸计最大可测量变形量（5mm）。灵敏度系数：被测变形量与输出电信号电压值之间的比例系数，为一常数。试验机出厂时配置了引伸计，并已标定了灵敏度系数，作为系统参数存入系统控制器，一般使用不需改变。需要注意的是，不同引伸计的灵敏度系数是不同的，也就是说，不同试验机所配置的引伸计不能互换！注意：引伸计属于精密器件，使用时应轻拿轻放，安装时，应按操作顺序进行。引伸计安装与调零：1将定位销插入限位杆与弹性臂的缝隙并用手固定。2将引伸计刃口靠置于试件试验段中部位置。3用橡皮筋将上、下弹性臂与试件固定，然后拔除

53、定位销。4按控制面板数字“2”在变形测量完毕后，应及时将引伸计摘下。测量时注意变形量不能超过引伸计的测量范围，以免损坏引伸计。五利用计算机操作试验机试验机的控制操作（横梁移动，横梁速度控制，调零，读数据等）都可以在控制计算机上进行。此外，控制计算机还可以试验项目管理，录入试验初始参数，程序控制试验进程，实时显示试验曲线。试验结束后，可以根据试样初始参数和试验数据计算并保存材料参数，可根据需要输出试验报告等。 启动试验机控制程序在系统界面上，双击“P_Main”图标，启动控制程序，显示“用户登录”界面。提示输入“用户名”和“密码”，非管理员用户直接点击“确定”进入主控制界面，如图2。单击“联机”

54、按钮，控制程序与主机建立联系。这时，主机显示屏显示“PC-CONTROL”，参数显示与控制操作转移到控制程序主界面上。这时，“联机”按钮变为不可选，“脱机”按钮变为可选。如果单击“脱机”按钮，则恢复图2界面，控制重新转移到主机控制面板上。试验机清零与参数设定 在图2界面上可以看到与主机控制面板上显示屏相同的试验参数（括号内是主机控制面板上显示屏上的显示项目）：负荷（试验力，单位：N）；轴向变形（变形，单位：mm）；位移（位移，单位：mm）；横梁速度（速度，单位：mm/min）。另外，还有“横向变形”：测量试件的横向变形（要求安装专用横向位移传感器）；“时间”：显示试验时间；“力峰值”：自动保存

55、试验力的最大值。在“负荷”、“轴向变形”、“位移”等显示项目旁边都有“清零”按钮，在联机状态下，单击时可以完成对应项目的显示清零工作。横梁移动速度的调整在界面右侧下方“横梁速度”调整栏内，用鼠标选中原数据，直接输入新的速度值（mm/min）单击“确定”即可。试验方式的确定做“拉伸试验”时，单击界面右侧“横梁状态”栏中的“上升”按钮，该按钮变为闪烁显示，横梁做上升运动。单击“停止”按钮，“上升”按钮停止闪烁，横梁停止运动。做“压缩试验”时，单击界面右侧“横梁状态”栏中的“下降”按钮，该按钮变为闪烁显示，横梁做下降运动。单击“停止”按钮，“下降”按钮停止闪烁，横梁停止运动。 ！注意：禁止直接从“上

56、升”状态切换到“下降”状态！试件参数录入在主界面上单击“试样录入”按钮，弹出如图3的“参数录入”对话框。其中有“*”号的项目为必选。当有“*”号的项目输入后，“输入试样参数”栏打开，可以输入试件的参数。其中“试验编号”项为程序自动生成，不需输入。如图4，试样录入工作完成后，检查无误，可单击“保存”，保存试验参数；也可单击“取消”，重新录入。参数保存后，单击“关闭”，返回主界面。试验参数录入试验参数录入是为试验机预先指定一工作程序，使其自动完成试验过程。在试验参数录入前，必须联机，并且完成试样参数录入。 图5对于“金属拉伸试验”的参数设置如下：第一步中设置界面如图6。设置项目包括：“预载荷”：从

57、选定的载荷值开始试验数据记录和绘制试验曲线；输入“200”。此设置用于减小试验初始阶段的误差。“横梁控制”：包括横梁速度和方向设置；“横梁速度”输入“0.5”，拉伸试验时选择“向上运动”。此项设置为程序指定默认的横梁运动速度和方向，在试验中可以在主界面上不停机重新设定速度。 “返车”：选“停车后不返回”“引伸计”：选择“使用引伸计”“小变形”“小变形摘除提示”。“规定变形量：”输入“0.18”。我们使用的小变形引伸计仅用于线弹性阶段的变形测量，过大的变形极易损坏引伸计。因此，设定此项后，试验中达到“规定变形量”设定值时，程序自动给出提示，要求摘除引伸计。对于低碳钢拉伸实验，规定变形量不应超过0

58、.2mm 。“第一步”设置完成；单击“下一步”进入图7设置界面此项设置给出需要计算的材料参数，根据试验项目选定。在拉伸试验中需要计算“弹性模量”，单击改选项，选择“自动计算”；在“选择计算方法”栏中选择“拟合法”；在“输入自动计算条件”中“始点”输入“40”，“末点”输入“50”。“始点”和“末点”是指引伸计总测量值的百分值，此项的设定关系到弹性模量计算的精度，因此选择线弹性变形曲线的中段计算。这是因为变形曲线中段线性度较好，计算较准确。而变形曲线初始阶段受机器间隙的影响，往往存在非线性现象（试验前加一定的预载荷可以减小这种情况）；变形曲线末阶段，材料接近屈服，往往也会出现非线性。对低碳钢拉伸

59、试验，选择变形曲线的30%60%段计算弹性模量较合理。单击“下一步”进入图8的设置界面。此项设置确定实验结束条件。通常只选“断裂百分比”，选2030%；“最大负荷值”，选45000N。单击“下一步”进入图9的设置界面。“选择传感器”：取默认值，即“测力传感器额定值”：50，000N测力传感器；“小变形额定值”：5.00mm引伸计。此项设置随机器所配传感器而定，禁止随意改动！单击“下一步”进入图10的设置界面，取默认值。此项设置绘图坐标增量值，各项单位是：负荷：N；位移：mm；变形：mm；时间：sec；应力：1N/m2；应变：10-6 。试验曲线是试验时在主界面上实时显示的。通过主界面左侧“选择

60、曲线”下拉菜单，可以选择“负荷-位移曲线”等显示项目。“试验参数”设置完成后，选择“关闭”退回主菜单；也可选择“上一步”修改参数。开始试验参数设置完毕，仔细检查无误后，可以开始试验。在联机状态下，单击“试验开始”按钮，试验机将按给定的试验方式和速率加载，拉伸试验时“上升”按钮闪烁；压缩试验时“下降”按钮闪烁。同时，实时的显示给定类型的曲线。试件断裂后，单击“试验结束”按钮，试验机自动保存试验数据，显示设定的材料参数。在试验开始后，一般不能中途人为的通过按“停止” 或“试验结束”按钮来终止试验，否则将不能保存完整的试验数据。在试验进行中，可以随时改变显示曲线的类型和试验速度。单击主界面左侧“选择