材料力学实验

材料力学实验九江学院土木工程与城市建设学院工程力学教研室目录实验一

低碳钢和铸铁的拉伸实验实验二低碳钢和铸铁的压缩实验实验三金属应变片的粘贴实验实验四等强度矩形截面梁的弯曲试验实验一低碳钢拉伸破坏实验

拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果，可以说明材料在静力拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。一、实验目的

1、了解万能材料试验机的结构原理，并能正确独立的操作使用。

2、观察分析低碳钢拉伸过程中的各阶段变化规律及出现的屈服、强化、颈缩现象，并绘制拉伸图。

3、测定低碳钢的屈服极限бs、强度极限бb、延伸率δ、截面收缩率ψ。

4、比较低碳钢材料在拉伸过程中机械性能的特点和断口形貌。二、实验设备和仪器

材料试验机、游标卡尺、试样划线器等。三、拉伸试件金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定。

为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即L=5d或L=10d。对于一般板状材料的拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件，其截面面积和试件标距关系为L=11.3A0.5

或L=5.65A0.5

，A为标距段内的截面积

。四、实验步骤

1、低碳钢的拉伸实验：

1）、试件的准备：在试件中段取标距或在标距两端用划线器刻线作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径（在每处的两个互相垂直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。

2）、试验机的准备：打开试验机，调整合适的横梁升降速度，将试件夹装在夹头内。要求：必须将试件夹头全部装入试验机夹具内，并尽可能加紧试件。

3）、试验程序设置：将试件安装好以后，打开电脑中的自动控制程序，开始设置相关参数。

4）、进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载（加载速度：2mm/min）。对于低碳钢拉伸实验，要注意观察拉伸过程的四个阶段中的各种现象。并记下屈服荷载值，最大荷载值。对于铸铁试样，只需测定其最大荷载。

5）、对于拉断后的低碳钢试样，要分别测量断裂后的标距和颈缩处的最小直径。

2、铸铁的拉伸实验：

1）、试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限，估计拉伸试件的最大载荷。

2）、试验机的准备：与低碳钢拉伸实验相同

3）、进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷，观察自动绘图装置上的曲线。将最大载荷值除以试件的原始截面积，就得到铸铁的强度极限。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，所以铸铁的延伸率和截面收缩率很小，很难测出。五、实验结果及数据处理

1、实验原始数据记录

2、低碳钢和铸铁的拉伸实验实报六、思考题

1、比较低碳钢和铸铁拉伸时的主要力学性能及实用价值。

2、描述拉伸实验过程中的各种现象并试做解释。

3、低碳钢拉伸的曲线图的最初阶段呈曲线，试解释之。七、实验报告的要求

1、实验名称

2、实验目的

3、实验设备和仪器

4、实验原理

5、实验步骤

6、实验数据的记录及整理

7、实验结果分析

8、思考题以上内容在实验报告中必须交代清楚，缺一不可，否则重做。自动控制程序的参数设置与结果处理

1、程序打开

2、联机

3、试样录入：试样编号，直径和原始标距

4、参数设置

5、初始试验力：40N；横梁速度：2mm/min

6、自动计算设置

7、实验结束条件设置

8、选择传感器

9、坐标增量设置，全部参数设置完毕，经指导老师检查以后，实验开始

10、实验结束，分析数据

11、特征数据分析

12、样点采集

实验二低碳钢和铸铁的压缩实验

在工程实际中，有些构件承受压力，而材料由于载荷形式的不同其表现的机械性能也不同。因此除了通过拉伸实验了解金属材料的拉伸性能外，有时还要作压缩实验来了解金属材料的压缩性能。一般对于铸铁、水泥、砖、石头等主要承受压力的脆性材料才进行压缩实验，而对于塑性金属或合金进行压缩实验是主要目的是为了材料研究。例如灰铸铁在拉伸和压缩时的强度极限不相同，因此工程上就利用铸铁压缩强度较高这一特点用来制造机床底座、床身、汽缸、泵体等。一、实验目的和要求

1、测定在压缩时低碳钢的屈服极限бs，及铸铁的强度极限бb。

2、观察它们的破坏现象，并比较这两种材料受压时的特性，绘出外力和变形间的关系曲线（曲线）。二、实验准备：材料试验机、游标卡尺h

三、试件d

金属材料的压缩试件一般制成圆柱形，如图所示，并制定1≤h/d≤3四、实验原理

1、低碳钢低碳钢轴向压缩时会产生很大的横向变形，但由于试样两端面与试验机夹具间存在摩擦，约束了横向变形，故试样出现鼓胀。为了减少鼓胀效应的影响，通常在端面上涂上润滑剂。压缩过程中的弹性模量、屈服点与拉伸时相同。继续加载，试样越压越扁，由于横截面上面积不断增大，试样抗压能力也随之提高，曲线继续上升，所以一般不发生压缩的破坏。因此不测抗压强度极限。

2、铸铁由于变形很小，所以尽管有端面摩擦，鼓胀效应却并不明显，而是当盈利达到一定值后，试样在轴线大约成45°-55°方向上发生断裂。将最高点所对应的压力Fb值除以原试样横截面面积A，即得铸铁的抗压强度=Fb/A。五、实验方法与步骤

1、低碳钢的压缩实验

1）、试件准备：用游标卡尺测量试件的直径，在试件中部相互垂直的方向上测两次，求平均值。

2）、试验机的准备：首先了解试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。选择合适的横梁移动范围，然后将试件尽量准确地放在机器活动承垫中心上，开动机器，使横梁上压头落在万向头上，使试件承受轴向压力。

3）、进行实验：开动机器，使试件缓慢均匀加载，低碳钢在压缩过程中，产生屈服以前基本情况与拉伸时相同，载荷到达B时，位移-负荷曲线变平缓，这说明材料产生了屈服，当载荷超过B点后，塑性变形逐渐增加，试件横截面积逐渐明显地增大，试件最后被压成鼓形而不断裂，故只能测出产生流动时的载荷Fs，由бs=Fs/A得出材料受压时的屈服极限而得不出受压时的强度极限。

2、铸铁的压缩实验铸铁压缩与低碳钢的压缩实验方法相同，但铸铁受压时在很小的变形下即发生破坏，只能测出Fb，由бb=Fb/A得出材料强度极限。铸铁破坏时的裂缝约与轴线成45°-55°角左右。六、实验结果及数据处理

1、实验原始数据记录

2、低碳钢和铸铁的压缩实验实报

七、思考题

1、比较低碳钢和铸铁压缩时的主要力学性能及实用价值。

2、低碳钢压缩时试样呈鼓形，且须在端面涂润滑剂，为什么？。

3、试解释铸铁的断口。实验三金属应变片的粘贴实验一、实验目的

1、初步掌握电阻应变片的粘贴技术；

2、初步掌握焊线和检查。二、实验设备和器材

1、电阻应变片

2、试件

3、砂布

4、丙酮（或酒精）等清洗器材

5、502粘接剂

6、测量导线

7、电烙铁

8、万用表三、电阻应变片的工作原理

1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的康铜丝或镍铬丝绕成栅状(或用很薄的金属箔腐蚀成栅状)夹在两层绝缘薄片中(基底)制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。

2、当试件受力在该处沿电阻丝方向发生线变形时，电阻丝也随着一起变形（伸长或缩短），因而使电阻丝的电阻发生改变（增大或缩小）。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。

dR/R=Ks×ε

其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显着与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。四、实验步骤

1、定出试件被测位置，画出贴片定位线。

2、在贴片处用细砂布按45°方向交叉打磨。

3、然后用浸有丙酮（或酒精）的棉球将打磨处擦洗干净（钢试件用丙酮棉球，铝试件用酒精棉球）直至棉球洁白为止。

4、一手拿住应变片引线，一手拿502胶，在应变片基底底面涂上502胶（挤上一滴502胶即可）。

5、立即将应变片底面向下放在试件被测位置上，并使应变片基准对准定位线。将一小片薄膜盖在应变片上，用手指柔和滚压挤出多余的胶，然后手指静压一分钟，使应变片和试件完全粘合后再放开。从应变片无引线的一端向有引线的一端揭掉薄膜。6、在紧连有引线的一侧粘贴一片连接片。7、将应变片的引线焊接在连接片上。8、将连接应变仪的导线焊接在连接片上，然后用绝缘胶布把导线固定在构件上。五、思考题

1、为什么说电阻应变片具有放大电阻的能力？

2、为什么要用砂纸打磨试件表面？实验四等强度矩形截面梁弯曲实验一、实验目的

1、了解电阻应变片的原理和静态电阻应变仪的工作原理。

2、初步掌握利用电阻应变片和静态电阻应变仪测定指定点应变的方法（即电测法）。

3、利用电测法测定等强度矩形截面梁横截面上的最大正应力及泊松比。

4、验证横截面上最大正应力的计算公式及泊松比。二、实验设备和仪器

电阻应变片、等强度矩形截面梁、静态电阻应变仪。

三、静态电阻应变仪工作原理

电阻应变仪是将电阻变化转换为电压（或电流）的变化，并进行放大，然后转换成应变数值的电子仪器。电阻变化转换成电压（或电流）信号主要是通过应变电桥(惠斯顿电桥)来实现的。四、等强度矩形截面梁的弯曲

1、等强度矩形截面梁

设梁的长度为l，高度为h，固定端宽度为b，在梁的右端加一集中力，若各横截面上的最大正应力相等，则：

Fx/(yh2/6)=Fl/(bh2/6)

于是：y=bx/l

故等强度矩形截面梁的上下表面应该是如上图的三角形。

2、主要参数

1）、梁：Q235钢，E=210GPa，l=300mm，h=5mm，b=50mm，x1=180mm，x2=240mm。

2）、荷载：每个砝码10N，砝码托盘1.3N。

3、进行实验

1）、粘贴应变片：可分别在梁的上下表面各处沿轴向和横向粘贴应变片（不做）。

2）、调试梁的位置：旋转台座底部的旋钮，使梁的上表面大致水平。

3）、将工作应变片和温度补偿片接入应变仪，接通电源并调好应变仪：

（1）、接线仪器后面板有十组端子，叫十个通道，每个端子测一个点，每个端子有5个接线孔：

应变仪的第一个端子接补偿片：

A，B两端接应变片，D，E两端用导线短路应变仪的第二三四五个端子接工作片：

各端子的A，B两端接应变片，D，E两端用导线短路接线方法：先用螺丝刀松开孔上的螺钉，将导线插入下方的小孔，然后用螺丝刀上紧螺钉，将导线固定。

A

B

C

D

E

按设置键

S1：查看某次记录数据,按自动键调整为0设置S2：是否删除以前记录的数据，按自动键，调整为1（删除）设置S3：需要记录数据的第一点的编号，按自动键，调整为01或02设置S4：需要记录数据的最后点的编号，按自动键，调整为04或05设置S5：应变片的K值，按平衡键和自动键，调整为2.14设置S6：是否设有补偿，按自动键，调整为0按复位键，然后按平衡键，平衡完毕后加砝码托盘，按手动键读数。

4、加载：挂上砝码托盘，