材料力学实验

实验一实验绪论一、材料力学实验室实验仪器1、大型仪器：lOOkN(10T)微机控制电子万能试验机；200kN(20T)微机控制电子万能试验机：WEW-300C微机屏显式液压万能试验机；WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机2、小型仪器：弯曲测试系统：静态数字应变仪二、应变电桥的工作原理材料力学实验与材料力学的关系材料力学实验与材料力学的关系材料力学实验的要求1、课前预习2、独立完成3、性能实验结果表达执行修约规定4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接5、应力分析保留小数后一到二位

轴向压缩实验轴向压缩实验—%实验预习1、实验目的I、测定低碳钢压缩屈服点^bcII、测定灰铸铁抗压强度2、实验原理及方法金属的压缩试样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倍〜3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限Q£,都与拉伸时人致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增人，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。实验步骤I、放试样II.计算机程序清零III、开始加载IV、取试样，记录数据二、轴向压缩实验原始数据试样舍称试骏前试样宜径dO(mm)原始横利艾而而积力0(mm)2屈服裁荷FsQKN、最大載荷Fby(KN)低碳钢110.00210.00平均10.0025/r24.15110.00210.00平均10.0025rr54.36指导老师签名：徐浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸三、轴向压缩数据处理测试的压缩力学性能汇总材料力学屈服强度^s(MPa)抗压强度%(MPa)试验后低碳钢试样变形示意图试验后铸铁试样破坏(裂纹)示意图低碳钢306000©铸铁690强度确定的计算过程:浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸实验三轴向拉伸实验—%实验预习1、实验目的（1）、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E；（2）、测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。断后伸长率$和断面收缩率：（3）、测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断II特征。2、实验原理及方法I.弹性模量E及强度指标的测定。（见图）（1）测弹性模量用等增量加载方法：Fo=（10%〜20%）F=,Fn=（70%〜80%）F:加载方案为：Fo=5,Fi=8,F2=ll,F3=14,F4=17,F5=20（单位：kN）数据处理方法：E=f；（GPa,取三位有效数）平均增量法（1）E=皿-M丄（gm）线性拟合法巧W-也凶A””（2）/。—原始标距人””一原始标距范闱内横截面面枳的平均值/△/）”,=以也_叫=o"1）n—引伸计伸长增量的平均值；（2）、强度指标b=匚屈服强度人（N/mm】或MPa）抗拉强度°（N/min2或MPa）II、塑性指标"、V的测定:卜0J23496[39乡弋O/<°弋O/<°4-!AA0BCVavb(c)1234567891^<°厂(a)血试祥J0123456789毀壬I—HH上(6断后伸长率8-1°xlOO%A-A0=——xlOO%断面收缩率血/】一拉断后的标距长度久一原始横截面积的最小值。旳一颈缩处的最小横截面积。2、通过预习回答下列问题（1）如何测定试样的原始横截面面积游标卡尺（2）低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算下屈服阶段（3）对低碳钢试样拉断后的标距测量，什么情况可以直接对接测量？什么情况要求用断II移中法测量？（要仔细阅读标距测量断「1移中法）1/3*10内，否则且测量结果不合格的时候可采用断口移中法测量。二、实验原始数据]2面H)面mzr\均o檢4低碳钢部中21899129919.94200•1029.942299铸铁299.2

三、数据处理（-）低碳钢拉伸弹性模量E的测定引伸仪标I®Le=50mm;AF=3kN載荷（kN）伸K变形（第一次）伸氏变形（第二次）读数6(mm)6(M)(mm)读数6(mm)S(AL)(mm)初載Fo=40.03430.00850.03890.0084Fi=70.04280.04730.00920.0089F2=100.05200.05620.00950.0094F3=130.06150.06560.00920.0094耳“60.07070.07500.00930.0092F5=190.08000.0842（二）E值弹性模量平均法:Ei3x103x50x10"379.48x10-6x0.00845x10-3=223.345GPaE23x103x50x10779.48x10-6x0.00905x107Ei3x103x50x10"379.48x10-6x0.00845x10-3=223.345GPaE23x103x50x10779.48x10-6x0.00905x107=208.538GPa3x103x50x10"379.48x10-6x0.00945x10"3=199.711GPaE4=3x10E4=3x103x50x10"379.48X10一6x0.0093x10一3=202.932GPa3X1O3X5OX1O"379.48X10一6x0.00925x103X1O3X5OX1O"379.48X10一6x0.00925x10一3=204.029GPaE1+E2+E3+E4+E55207.711GPa浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸(三)强度指标和塑性指标的测定试样载荷记录试样上屈服载荷FedkN)卞屈服载荷Fg(kN)屈服强度4(MPa)最大载荷心(KN)抗拉强度%(MPa)低碳钢26.9021.50270.5034.39432.69铸铁一—一16.52210.90指导老师签名：徐拉断后试样尺寸记录低碳钢缩颈处直径du(mm)缩颈处横截面面积力U(mm)2标距段长度L1(mm)99.816.4232.56直接测量得：124.36mm26.46或N-n为奇数测得:平均6.44或N・n为偶数测得材料的塑性指标<5、中(修约后值)材料名称断后伸长率6<%)断而收缩率屮(%)试验后试样破坏(断口)示意图低碳钢24.6%59%口a铸铁强度和断面收缩率确定的计算过程:6.4499低碳钢:(rs=^=270.5MPaab=字低碳钢:(rs=^=270.5MPaab=字=432・69MPa铸铁：ab=^=210.90MPa力0124.36-99.8x100%=x100%=24.6%(P=—x100%=————(P=—x100%=——————x100%=59%Z1/X-T*O思考题1、测定E时为何要加初载荷F0,限制最高载荷Fn?采用分级加载的目的是什么？为了减小误差。分级加载目的是使测得的弹性模量E减小误差，同时验证材料是否处于弾性状态,以保证实验结果的可集性。—、实验预习I、实验目的1、掌握扭转试验机操作。2、低碳钢的剪切屈服极限T轧3、低碳钢和铸铁的剪切强庭极限Tb。4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及贯破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。II、实验原理及方法低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图(a)所示。图1.低碳钢材料的fll转图低碳钢材料的扭转屈服极限G=器，抗扭强度6=誥,其中坷=竽为抗扭截面模量。16铸铁试件受扭时.在很小的变形卜就会发生破坏，其扭传图如图3所示。O卩图久铸铁材料的扭转图

图4.低碳钢和铸铁的扭转缩口形状低碳钢实验步骤：1、测量试样；2、检查设备线路，并打开设备电源以及配套软件操作界面：3、安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧，再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的V形块上，使卡盘和V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧；4、将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零；5、记录实验数据；6、实验结束后，取下试件，观察试样破坏断II形貌，打印实验结呆，关闭软件，关闭电源。铸铁实验步骤：与低碳钢扭转实验步骤相同。铸铁是脆性材料，只需记录试件的最人扭矩无需安装扭角测量装置。二、实验原始数据试样名称试验前试样直径do(mm)抗扭截面概量mm3下屈服扭矩Ts(N・m)最大扭矩低碳钢10.00196.3537.5496.25铸铁10.00196.3558.88指导老师签名：徐三、数据处理测试的压缩力学性能汇总材料名称剪切屈服强度"(MPa)抗扭强度6(Mpa)低碳钢试样试验后破坏(断口)示意图铸铁试样试验后破坏(断口)示意图低碳钢143.39367.65铸铁224.9011浙江大学城市学院实验报告纸浙江大学城市学院实验报告纸强度确定的计算过程:低碳钢:铸铁：3x66=强度确定的计算过程:低碳钢:铸铁：3x66=丽=3xTb3x37.544x196.35x10-93x96.254x196.35x10一93x58.884x196.35x10-9=143.39MPQ=367・65MPa=224.90MPQ四、思考题1、低碳钢扭转时圆周线和纵向线如何变化？这一现象说明什么？2、比较低碳钢和铸铁两种材料的T4曲线，观察两种材料的扭转破坏断口，分析各自的破坏原因。1、低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线，此后经历人量塑性变形并沿横截面断裂，纵向线扭转了一定角度，圆周线和纵向线都偏移了一定角度，但圆筒沿轴线及周线的长度都没有变化。说明了扭转平面假设的正确性。2、低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断II形貌有很人的差别。低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断II较为平齐，可知为剪切破坏。铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最人拉应力作用面，断II较为粗糙，因而最犬拉应力造成的拉伸断裂破坏。浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸实验五低碳钢切变模量G的测定I、实验目的1、测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G；2、了解扭角仪的原理。II.实验原理及方法电测法机测法电测法扭如抬爪務原艸机测法电测法G厶扭如抬爪務原艸机测法电测法G厶T纯剪切GyWt图（c）半桥接法图（c）半桥接法%=一5厂勺G_A7_AT平均增量法一时厂必仏6Lo（标矩）=100mm,§（表分表读数）1/lOOniin嗨1b,-一一极惯性矩平均增量法G=WAT扭矩增量1p•帥1,A平均扭转角注意：每加一级磁码需轻敲击一下加力杆以克服变形传递时的机械间隙。

二、实验原始数据切变模量G试验试样尺寸及有关参数试样直径d/mm试样标距l0/mm加力杆力臂长度a/mm扭角指示器中心髙度b/mm应变计灵敏系数k10.00100500602.142、切变模量G试样结果施加扭矩扭角指示器百分表读数l/100mm应变电测法应变仪读数“£T(N.m)读数G（格）AC：=Ci+1一Ci读数可g=ff+1一SiT\=9.8x0.53636301299r2=2x9.8X0.572600T3=3x9.8x0.510937903303片=4x9.8x0.5145361203300Ts=5x9.8x0.5181361502299平均增疑AT=4.9=^=36.5(l/100mm)(A£j)m=^=300.25MeG(GPa)机测法*X严咖电测法％（竄=阳•沁G取三位有效数字。浙江大学城市学院实验报告纸浙江大学城市学院实验报告纸三、数据处理IP=fIP=fAp2dA=^=9.18x10~10m4Wt=—=1.96x10~7m3c16A（pm=g）7—0.006G亠］IpMm厂ATG=lOOxb4.9X100X10-3=83・2GP39.8X1O_1°XO.OO69.8x0.51.96X10一7x300.25x10—683.3GP。1、比较机测法和电测法测1、比较机测法和电测法测G的结果，对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。电测法的灵敏度高，精确度也比较高，可以实测，遥测。高温，高压，动态等特殊工作条件都可以使用，而缺点是不能测出构件内部的应变，也不能准确地反映应变分部的急剧变化。而机测法操作简单但是精度不高O浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸1212实验六纯弯曲梁的正应力实验—、实验预习I实验目的1、初步掌握电测方法和多点测量技术；2、测定梁在纯弯和横力弯曲卜•的弯曲正应力及其分布规律。II实验设备实验六纯弯曲梁的正应力实验—、实验预习I实验目的1、初步掌握电测方法和多点测量技术；2、测定梁在纯弯和横力弯曲卜•的弯曲正应力及其分布规律。II实验设备1、电子万能试验机或简易加载设备；2、电阻应变仪及预调平衡箱；3、进行截面钢梁。m实验原理理论上两个不同截面贴片位置受到的弯矩和应力分别为：纯弯曲：M冷Fa；皿厂土警=土譽横力弯曲：=±^；ain/4=±令产实验时，只要测得载荷下各待测应变片的应变&即可由胡克定律算出各测点实测应力＜1=E£从而和理论值进行比较。实验采用等增量加载法，取最大载荷心ax=5000/V(产生的应力小于材料的屈服极限)，分五级加载(n=5)，则载荷增量为AF=1000NoIV本次实验应变仪选用1/4组桥方式，画出相应的外接应变片接线图和电路原理图V根据梁的尺寸和载荷，用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=lkN时，横截面上、下边缘及距离中性层h/4处的应力，并用胡克定律估算梁上应变片在F=lkN时的应变值知1/4=v=y==^=9375Mpa12=y=i(p3My9.375MPa橫截面上下边缘如2=f=y=而耘=18・8MPd12ame4=EAS4=41.85xIO"6x215=8.9MPa<rme5=E^£avs=81.5xIO-6x215=17.5MPa浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸二、实验数据钢梁几何尺寸bhLaCkE2011111140111111600nmi200nun30mm2.19215GPa应变读数£及应变读数增量△占匚总表测点号1233，44r5应变仪通道号12345678"^4EAfE£ArAr£Ae£bwrAeEAr第0KN0•920-410-210-1509025052067次测1KN-92-41-21-159255267-88•44•54-1210305485量2KN•180•85•75-271955106152-86-36-61-11103254803KN-266・121•1362987160232-86-39-72-10113354854KN•352・160・218-4840120214317・84•35•61・862649755KN・436-19S・279-56461S42633920KN0-860-350-960-120110310560861KN•86-35-96-1211315686-87-35-68•983253842KN・173-70-164•211963109170-87・34-57-9103552843KN-260-104・221•302998161254-85-36-42-873451854KN•M45-140•263・3336132212339-86-39-48-653549845KN-431•179・311-4441167261423应变读数増总的平均值M-86.7-47.706541.8581.5组别号：方婕陈宇超宣哲何恺杰指导老师签名：徐三、数据处理1、横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN时的实测应力增量。

横截面上边缘是1测点号，下边缘是5测点号。离中性层crmel=E^savl=86.7xIO-6x215=18.6MPacrme5=E、S5—81.5xIO-6x215=17.5MPacrme2==47.7x10-6x215=10.2MPa2、误差计算（中性层的应力计算绝对误差，其他为相对误差）%屮=¥=昼二0.000000106=9・375MPa12横截面上下边缘如1/2=¥=云=0.000000106=18・8MPa12<rme4=EAfav4=41.85XIO-6x215=8.9MPa°me5=^^£av5=81.5XIO-6x215=17.5MPaxlOO%xlOO%测点号12345相对误差％（绝对误差）1%8%0.655%7%（1）分析你的原始数据记录，总结你这次测量数据的偏差情况。从处理的数据来看，上边缘的误差最小，其他误差也较小，因此本次测量数据的偏差不大，二次在相同AF下测量的结果△£也较为相近。（2）整理实验数据时，对中间几个测点，应取前后两枚应变片应变的平均值。试问在实测中这一平均值可用什么方法直接得到？怎么组桥？请画出测量桥的电路原理图。在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的，因为如果将前后2枚应变片组成半桥测量的话，其应变值刚好互相抵消了。只有上下2枚应变片浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸是可以组成半桥来直接测量的，一个受拉，一个受压，更改下方式或系数就可以直接得到其平均值。实验七弯扭组合变形的主应力测定I实验目的1＞测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力；2、测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。II实验原理1、弯矩M测定。ES温度影响不用考虑T=E8)-WtES温度影响不用考虑T=E8)-Wt4(1+“)TE®r=er.=——=皿(1+//)4(1+〃)，可得Wt=^(D4-d4)+45°A450应变片组成全桥，可以测得扭矩。

III理论计算载荷为9.8N时圆管各测量点（有III理论计算载荷为9.8N时圆管各测量点（有2点）的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X轴的方位）A：一二二二lOMPaWz~J(D4-d4)"^x(0.034844-0.0344)MzFaD9.8x0.5x0.03484「“小t=—二j二7=6.34MPaWpJ(DM4)^x(0.034844-0.0344)启+J§)2+r2=13.07MPaa3=--(-)2+i2=-3.07MPa32#2tan2a0=y妒-25.9。浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸MFID9.8x0.4x0.034844„==10Mr3^(D4-d4)—^x(0.034844-0.0344)J£J4bFaD9.8X0.5X0.03484WzT=^==^x(0.0348^-0.034^=6,34MPa1616叭=孑+J(p2+r2=3.07MPa+r2=-13.07MPatan2cr0=1.268a0=25・9。IV本实验所用应变花的布片示意图和简要说明(要求设定的X轴与上述“3”的设定一致)。)A.B两点各贴・45・•0。•45。应变花。」约定儿4为45。，2、5为0。o3、6为・45。二、实验原始数据试样尺寸及相关常数豔号外径D(mm)径mm)内d(扭矩力臂a(mm)E)性量Gp弹模<a)酸眩If1NO.4434.840034.040000502282•o142.三、数据处理测点编号Ax()°A245°/l3-45v应变读数w£2w第次F=00-17056063F二9.8N-175863F=19.6N-39-221095212461F=29.4N-61-221645418763F=39.2N-83-222175324760第F=00-24052061F=9.8N•245261F=19.6N-46-221035112160F=29.4N-69-231565318160F=39.2N-92-232085224362应变读数増城平均值•225361测点编号Bz应变读数EeAe第次F=00-510•45024F=9.8N-51-4524F=19・6N-103-52•90-454723F=29.4N・155-51・135-457124F=39.2N・205-50・179-459322第次F=00-520-48021F=9.8N-52-4821F=19.6N-105-53-92-444524F=29.4N■158-53-137-456722F=39.2N・210•52・185•489023应变读数增*平均值-52•4623应变读数及应变读数增星汇总农（表中应变读数増址均収報数值）根据你的实测应变增量值，计算载荷为9.8N时圆管测量点的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X轴的方位）14.18MPG14.18MPG=¥土乎x脸一54尸+(20.5+54尸｛；；二器爲S=賞;;2X(73.73X10-6+0.28X(-32.23X10~6))202x1041匚02語X(0.28X73.73x10-6+(-32.23))=-2.54MPatan2a()=—1.24=>=—25.6C二^^±¥*J(・52+45尸+(23+45)25=33.84“ms3=-62.84“m202x104ra,八5=]_0282x(33-84x10~6+0.28x(-62.84x10~6))=3.56MPq202X104罠A5=1x((-62.84x10一6)+0.28x(33.84xIO"6))=-11.70MPa1—0.28^tan2a0=—1.23=>a0=—25.4°实验八压杆稳定实验—、实验预习I实验目的1、观察压杆的失稳2、测定两端较支压杆的临界压力3、观察改变支座约束对压杆临界压力的影响II设备及装置1、带有力传感和显示器的简易加载装置或万能电子试验机2、数字应变仪3、人量程百分表及支架4、游标卡尺及卷尺5、试样，压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆，截面为矩形，两端加工成带有小圆弧的刀刃，在试样中点的左右两端各贴一枚应变片。6、支座，支座为浅V性压杆变形时两端可以绕着Z轴转动，故可作为餃支架。III实验原理及方法对于轴向受压的理想细长杆件，按小变形理论，其临界载荷可以按照欧崔公式计算：r=“（时应该注意，压杆的弯曲是在其弯曲刚度最小的平面内发生，因此欧拉公式中的Z因为截面的最小形心主惯性矩，即F-兀叽1、加载时，应变仪读数不可超过2500,以防产生塑性变形。浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验扌艮告纸浙江大学城市学院实验报告纸浙江大学城市学院实验报告纸2、实测时：实际压杆难免冇初弯曲，材料不均匀和压力偏心等缺陷，山于这些缺陷，在P远小于匕时，压杆已经川现弯曲。开始，5很不明显，且增长缓慢，如图中的OCD段。随着P逐步接近P”，/将急剧増人。只有弹性很好的细长杆才可以承爱人挠度，压力才可能略微超过匕，实测时，在压杆两侧各贴一应变片，测定P-^llll线.对前后应变0取增量2肖人£人于上一个的乂的2倍时即认为此时的压力为临界压力。3、加载分两个阶段，在理诊值匕的70%-H0%之前，可采取大筹级加拟栽荷超过匕的80%以后，载袖增星应取得小些。在整个实验过程中，加戟耍保持均匀、平稳、缓慢=>二、实验原始数据编号b(mm)h(mm)kE(Gpa)L(mm)NO.0229.823.502.19210500w应变仪读数f(10~6)载荷(N)应变仪读数E(IO%)载荷(N)应变仪读数e(10*6)100080010