材料力学实验1

实验项目1、压缩试验2、拉伸试验3、低碳钢弹性模量E

的测定4、扭转试验5、低碳钢剪切弹性模量G

的测定6、纯弯曲梁变形实验7、纯弯曲梁正应力实验8、弯扭联合作用下主应力和内力的测定9、压杆稳定实验压缩试验一、试验目的

1、测定低碳钢的压缩屈服极限σsc。

2、测定铸铁的抗压强度极限σbc。

3、观察两种材料的变形破坏现象，并进行比较。二、试验设备

1、液压式万能试验机型号:微控电液伺服万能试验机（300KN）

2、游标卡尺压缩试验微控电液伺服万能试验机（300KN）压缩试验三、试验方法

1、试件：根据国家标准《金属压缩试验方法》采用圆柱体试件，试件的抗压能力与试件高度h和直径d

的比值有关，应满足1≤h/d≤3的要求范围。

试件截面尺寸：

低碳钢：d0=15mmh0=20mm

铸铁：d0=15mmh0=30mm

d0h0标准试样压缩试验2、受力分析：低碳钢：P↓→P-△L（曲线呈线性）→Psc（屈服荷载）→P↑（进入强化后愈压愈扁，压缩曲线逐渐上升，最后压成鼓状。从而无法测定其压缩强度极限。

低碳钢试件受压前后对比图

PDlPscO低碳钢受压P—△l曲线图压缩试验铸铁：P↓→△L（变形小）→P↑→Pbc→破坏、呈

45°~55°斜截面而破坏，其抗压强度极限为拉伸时的4～5倍，因此只适合作受压构件。

铸铁试件受压前后对比图OPDlPbc铸铁受压P—△l

曲线图压缩试验四、试验结果处理

1、低碳钢压缩屈服极限

2、铸铁抗压强度极限

3、绘出低碳钢和铸铁两种材料试验前后的草图拉伸试验一、试验目的

1、测定低碳钢的屈服极限σs

（σsu、σsl）、强度极限

σb，延伸率δ和截面收缩率ψ。

2、了解低碳钢材料受拉时、力与变形的关系，并绘制拉伸图（P—ΔL曲线）二、试验设备

1、液压式万能试验机试验机型号:微控电液伺服万能试验机（300KN）

2、游标卡尺拉伸试验三、试验方法

1、根据国家标准《金属拉伸试验方法》、试样从截面形式上可采用矩形截面和圆形截面两种形式，从标距上又可把试件分为10d0

长试件和5d0

短试件。

l0=10d0l0=5d012345678910圆形截面试件试件截面尺寸：d0=10mml0拉伸试验2、拉伸试验过程拉伸试验中的四个阶段弹性阶段——（P—△L呈线性）屈服阶段——（Psu、Psl、记录试件的上下屈服荷载）强化阶段——（试件将出现最大荷载值、并记录Pb

）颈缩阶段——（观察试件局部收缩的现象）

ODl

PPslPsuPpPb拉伸试验

3、断后测量新的直径d1和长度l1

直径d1——测量断口处的最小直径。长度l1——测量的方法可分为两种：

a、当断口到标距处的距离＞l0/3时，采用直测法。

b、当断口到标距处的距离≤l0/3时，采用断口移中法。

直径的量取方法长度的量取方法拉伸试验四、数据处理

上屈服极限下屈服极限强度极限延伸率面积收缩率低碳钢弹性模量E的测定一、试验目的

1、拉伸时在比例极限内，验证胡克定律，并测定低碳钢的弹性模量E。

2、学习引伸仪的使用方法。二、试验设备

1、液压式万能试验机型号:微控电液伺服万能试验机（300KN）

2、蝶式引伸仪三、试验方法

1、试件：直径d0=15mm

（拉伸试件）低碳钢弹性模量E的测定2、当试件受轴力P作用是、某一截面的应力表达式可表示为：将两式合并后可得弹性模量E的表达式为：式中P、A0、l0为已知量，△l为未知量，其中△l——可用引伸仪来测量其大小。或低碳钢弹性模量E的测定引伸仪——碟式引伸仪（原理）△ll0△lPP固定刀刃活动刀刃千分表引伸仪表架引伸仪原理图低碳钢弹性模量E的测定

当试件在外力作用下、试件将伸长△l，则引伸仪上的千分表将有一读数为B，

即:B=K·△l△l=B/K

（K=1000)

l0=100mm

式中K——放大倍数l0——引伸仪标距

所以一般微小变形可通过引伸仪的千分表放大后读出。低碳钢弹性模量E的测定3、加载方法的确定：

1）反推法：即已知σp反推Pp

2）试验法：在拉伸试验中确定Ps,在取Ps的70-80%作为拟定的试验荷载，并将此荷载进行整级化。

4、逐级加载法：

把最终载荷分成相等的若干等份，在按相应的等份进行逐级加载来测量试件变形。低碳钢弹性模量E的测定载荷P/KN载荷增量

△P/KN引伸仪读数增量△B

引伸仪读数B左右左右2010251553055555

本次实验拟定的载荷：最大30KN、每次5KN一级、共6级4182546143113167614601513664051148015121115低碳钢弹性模量E的测定

求伸长量的平均值：

4、数据处理

将所测得的三组数据选一组最好的填入实验报告，代入公式进行计算。扭转试验一、试验目的

1、测定低碳钢剪切屈服极限τs、剪切强度极限τb

。

2、测定铸铁剪切强度极限τb

。二、试验设备

1、扭转试验机：型号:

微机控制电子扭转试验机微机控制电子扭转试验机（500NM）扭转试验三、实验原理及方法

圆轴在承受扭转时，试件表面为纯剪切应力状态，试件的断裂方式为我们分析材料的破坏原因提供了直接的有效依据，因此我们常用扭转试验来研究不同材料在纯剪切作用下的机械性质。1、试件截面尺寸：

低碳钢：

d0=10mm

l0=100mm

铸铁：

d0=10mm

l0=100mm扭转试验2、试验方法：

试件在受扭过程中我们常采用Mn-φ曲线来描述试件受扭。

低碳钢：将试件装入试验机，沿试件长度方向用粉笔在试件上画一直线以便观察受扭变形过程。

扭转试验Mn＜MpτmaxMnMn=MsMnτsMs＞Mn＞MpMnτs

横截面上的剪应力成线性分布最大剪应力发生在横截面的周边处。

剪应力分布不再是线性，外边缘首先到达屈服，形成环形塑性区。

随着扭转变形的增加，塑性区不断向圆心扩展，直至全截面几乎都是塑性区为止。ΦMSMbMn低碳钢Mn—Φ曲线Mp扭转试验τmax从低碳钢扭断试件的截面分析可得：

当α=0°时、此时截面上的剪应力达到最大、破坏形式为剪断，破坏是从外表面开始沿横截面方向剪断。扭转试验铸铁试件：试验步骤与低碳钢试验相似，受扭过程中变形很小即发生断裂、其Mn—φ曲线近似一斜直线。

ΦMbMn低碳钢Mn—Φ曲线σ3σ1扭转试验

从铸铁扭断试件的截面分析可得：

当α=±45°时、此时截面上的拉应力达到最大、破坏形式为拉应力达到最大而破坏，破坏方式为拉断。四、数据结果处理

剪切屈服极限：

剪切强度极限：其中Wn为抗扭截面模量剪切弹性模量G的测定一、实验目的：

在比例极限内验证虎克定律，并测定低碳钢的剪切弹性模量G。二、实验设备：

1）扭转测G试验仪。

2）百分表。三、实验原理及方法：试验装置尺寸：

试件直径

d0=10mm

计算长度

L0=100mm

力臂长度

a=200mm

百分表与试件中心间距

b=100mm扭转测G试验装置剪切弹性模量G的测定

通过理论学习知道、在比例极限内扭转角φ的计算公式可表达为。

变换后可得剪切弹性模量G的表达式

式中、Mn、L0、IP

为已知，φ是未知量。剪切弹性模量G的测定

未知量φ我们可以通过安装在扭角仪上的百分表测得扭角仪的相对位移δ，则相对转角φ=δ/b（弧度）δφb扭转测G试验装置原理图PbδΦL0a剪切弹性模量G的测定

加载方法：采用增量法加载

最大载荷20N、每级5N、共四级。

扭矩Mn/N·m扭矩增量

扭矩读数增量扭转角读数δ（格）千分表读数△Mn/N·m△δ（格）110×0.25×0.21