《材料力学》实验教学大纲（本科）.docx

验证弯曲正应力公式的正确性。实验步骤如下：（1）加载装置完全卸载之后，将电阻应变仪开通电源，并进行调零。（2）采用等量逐级加载方法缓慢加载，每增加一级载荷就记录各测点的应变。（3）启动加载控制与数据采集软件，通过程序控制加载。加载应保持匀速、缓慢。（4）实验完毕后，彻底卸去荷载，关闭电源，清理实验现场，将所用仪器设备复原。六、实验报告格式实验名称（-）实验目的（二）实验设备（三）实验内容及步骤（四）结果与分析（五）问题讨论七、考核学生成绩评定样表考核出勤作业实验表现阶段测验辩论工程小文章实验报告VV成绩比例55八、教学资源建议教材：（1）孙训方等主编.材料力学（第6版）.高等教育,2019（2）刘鸿文主编,材料力学I （第6版）.高等教育，2017参考书：（1）同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部 主编.材料力学（第2版）.同济大学，2011（2）孟凡深 主编.材料力学.武汉理工大学，2014（3）刘鸿文 主编.材料力学II （第6版）.高等教育，2017（4）胡增强主编.材料力学学习指导.高等教育，2011（5）范钦珊 主编.材料力学学习指导与解题指南,清华大学，2005重要文献：（1）金属材料拉伸实验第1局部:室实验方法（GB/T228.1-2010）（2）金属材料弹性模量和泊松比实验方法（GB/T22315-2008）（3）金属材料室温扭转实验方法（GB/T10128-2007）课程网络资源：(1)国家精品课程资源网(2)学堂慕课平台(3)建筑云课材料力学实验教学大纲一、课程基本情况课程代码：1051129003课程名称（中/英文）：材料力学/ Mecanics of terials课程类别：学科专业基础课程课程类型：课程实验总学分：3总学时：48实验学时：8适用专业：土木工程适用对象：本科先修课程：高等数学、理论力学开课学院：土木工程学院二、课程简介材料力学实验是材料力学理论教学的延伸，包含轴向拉伸和压缩实验（低碳钢 和铸铁的拉伸实验和铸铁压缩实验）、扭转实验、金属材料弹性模量E的测定实验和纯弯曲 梁正应力电测实验，分别对应了轴向拉伸和压缩、扭转和弯曲这三种基本变形。学生通过参 与实验实践，一方面可以验证课堂上所学的理论知识，加深对理论知识的理解，另一方面能 够培养学生的动手能力。同时，学生按照实验规范操作仪器、设备过程中，能够培养其专业 规范意识，使其在今后工作中能自发地遵守规范、形成岗位意识。通过处理实验数据并进行 分析，提高学生分析、解决问题的能力，有利于与工作岗位的对接。三、实验教学目标通过本实验操作，使学生具备以下能力：目标1 ,能够通过完成实验，加深对理论知识的理解，到达学以致用的效果，拓展学生专 业知识和工作学习能力。（支撑毕业要求1.2）目标2,具备一定的理论基础和动手能力，能够正确采集、处理实验数据并加以分析，解 决实验中遇到的问题，提高解决实际问题的能力。（支撑毕业要求L3）四、实验工程及学时安排序号实验工程名称学时类型要求每组 人数备注1低碳钢和铸铁的拉伸实验1验证性必做62铸铁压缩实验1验证性必做5五、实验内容3金属材料弹性模量E测量实验2验证性必做44扭转实验2验证性必做55纯弯曲梁正应力电测实验2验证性必做4实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验1、实验目的:（1）测定低碳钢拉伸时的机械性能：屈服极限强度极限。b，延伸率5和截面收缩 率（2）测定铸铁拉伸时的强度极限如。（3）观察低碳钢拉伸过程中的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。（4）比照分析各试件断口情况和破坏原因。2、实验设备：（1）液压式材料试验机（2）游标卡尺3、实验内容及步骤：为了测定材料的机械性能，研究实验过程中载荷与变形的关系及试件的破坏形式。图为低碳钢试件的拉伸图。在试验之初图形为一段曲线，这是因为试件开始变形之 前机器的机件之间和试件与夹具之间存在空隙，在增加少量载荷的情况下，逐渐空隙。所以 当试验刚刚开始时，在拉伸图上首先产生一段曲线，继而逐步夹紧，只留下试件的变形。分 析时应将直线段延长与横坐标相交于。点，作为坐标原点。随着载荷的增加，图形沿着倾 斜直线上升，到达A点及夕点。过了夕点后，低碳钢试件进入屈服阶段，即锯齿形的夕C段, 点为上屈服点（屈服阶段中力下降前的载荷），它受变形速度和试件形式等因素的影响较 大，而下屈服点B那么比拟稳定，故工程上均以8点对应的载荷作为材料屈服时的载荷Ps。 读出Ps后，除以试件的原始横截面积A）,得到材料的屈服极限小，即：过了屈服阶段以后，试件进入强化阶段c。段。在这阶段随着载荷的增加，在标距范围 内的变形也随之增加而且是均匀的。点为曲线的顶点，它所对应的载荷为载荷0b。读出 Pb后，除以试件的原始横截面积Ao,得到材料的强度极限（抗拉强度）生，即：以载荷开始，试件产生局部伸长和颈缩，DE段为颈缩阶段。细颈出现后，截面迅速减 小，继续拉伸所需的载荷也随之变小，曲线呈下降，直至E点断裂为止。将试件拉断后的两段在拉断处紧密对接起来，尽量使其轴线位于一条直线上。由此可量 得试件标距局部拉断后的长度/i，那么延伸率5为：3 = 11x100%在试件颈缩处互相垂直方向上测量其直径，用两处的平均值计算断口直径，以其平均值 计算4,断面收缩率”为：=4 xioo% A)图1-2铸铁拉伸图图1-2为铸铁试件的拉伸图。铸铁是典型的脆性材料。由拉伸图可见，铸铁试件在承受 拉力变形极小时，就到达载荷Pb而突然发生断裂。它没有屈服和颈缩现象。其强度极限。b 为：实验步骤如下：（1）试验机准备。根据估算的载荷，选择合适的量程，并按相应的操作规程进行操作。（2）测量试件的直径。在标距两端及中部三个位置上，沿互相垂直的方向，测量试件直径，取其平均值，用所测得的三个平均值中的值计算试件的横截面面积（3）安装试件。（4）启动加载控制与数据采集软件，通过程序控制加载。加载应保持匀速、缓慢。（5）试件断裂后，停止加载，取下试件，将试验机恢复原状。注意保存实验数据。实验二铸铁压缩实验1、实验目的：（1）测定铸铁的强度极限。b。（2）观察铸铁的压缩破坏现象，分析断口截面形状的形成原因。2、实验设备：（1）液压式材料试验机（2）游标卡尺3、实验内容及步骤：压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料等脆性材料尤 为合适。通过压缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，从而对材料的机械性能有比拟全面 的认识。图21铸铁压缩图试件受压时，其上下两端面与试验机支撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变 形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。摩擦力的存在会影响试件的抗压能力甚至破坏形式。为 了尽量减少摩擦力的影响，实验时试件两端保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向压力。 另外。端面加工应有较高的光洁度。铸铁试件压缩时，在到达载荷Pb前出现较明显的变形然后破裂。铸铁试件略呈鼓形， 断裂面与试件轴线呈45。左右。实验步骤如下：（1）试验机准备。根据估算的载荷，选择合适的量程，并按相应的操作规程进行操作。（2）测量试件的直径和高度。测量试件两端及中部三处的截面直径，取三处中一处的 平均直径计算横截面面积。（3）安装试件。（4）启动加载控制与数据采集软件，通过程序控制加载。加载应保持匀速、缓慢。（5）试件破坏后，停止加载，取下试件，将试验机恢复原状。注意保存实验数据。实验三金属材料弹性模量E的测定实验1、实验目的：（1）测量材料弹性模量E和泊松比。（2）在比例极限内验证胡克定律。2、实验设备：（1）无级机械加载装置（2） YJ-4501A静态数字电阻应变仪（3）试件及温度补偿块（4）游标卡尺3、实验内容及步骤：弹性模量E的测定实验从一初载荷Po （PoNO）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量 P作用下，产生的应变增量£,并求出£的平均值。设试件初始横截面面积为4,又因 “A/，那么有A/4上式即为增量法测E的计算公式。式中，4为试件横截面面积；As为轴向应变增量的 平均值。泊松比的测定实验从一初载荷生 （Po,O）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量 P作用下，横向应变增量AU和纵向应变增量求出平均值，按定义lAI便可求得泊松比小实验步骤如下：（1）在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为 试件的横截面面积4。（2）将试件上电阻应变片的引出线按全桥接线法接好连线。（3）翻开实验装置电源开关，置入测量通道序号。（4）校对电阻应变仪灵敏度系数，即按下K键，输入灵敏度系数值。（5）进行实验，缓慢逐级加载。每增加载荷，记录应变片相应的读数。（6）实验完毕后，卸掉载荷，关闭电源，清理实验现场，将所用仪器设备复原。实验四 低碳钢与铸铁的扭转实验1、实验目的：(1)测定低碳钢剪切屈服极限Fs以及剪切强度极限Tbo(2)测定铸铁剪切强度极限砧。(3)观察扭转破坏现象，分析断口形成原因。2、实验设备：(1)扭转实验机(2)游标卡尺3、实验内容及步骤：扭转实验可以绘出7-9曲线图，如图4-1所示。低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩了与扭转角3成正比关系(见图4.1),横截面上 剪应力下沿半径线性分布，如图4-2(a)所示。随着扭矩了的增大，横截面边缘处的剪应力首 先到达剪切屈服极限is且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但局部仍是弹性的， 见图4-2(b)。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如 图4.2(c)所示。此时在丁夕曲线上出现屈服平台(见图4.2),试验机的扭矩读数基本不变， 此时对应的扭矩即为屈服扭矩8。随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直 到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象，所以扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩 即为扭矩Tbo(a)(b)(c)图4-2低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意 /"1/24由P臬"A'tJo P。兀pd0 = N,，可得低碳钢材料的扭转屈服极限q=:今，同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限乙=:a，其中叱=微疗,为抗扭截面模量。铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图4-3所示。T A图4.3铸铁材料的扭转图从扭转开始直到破坏为止，扭矩T与扭转角g且变形很小，横截面上剪应力沿半径 为线性分布，试件破坏时的扭矩为扭矩几，铸铁的扭转强度极限为公=%。实验步骤如下：（1）在试件标距内的中间及和两端三个横截面处分别测量直径，在每一横截面内沿互 相垂直的两个方向各测量一次，取其平均值，用所测得的三个平均值中的值为计算直径。（2）安装试件，并夹紧试件。用粉笔在低碳钢试件的外表沿轴线方向画一条纵向直线, 以便观察扭转变形情况。（3）启动加载控制与数据采集软件，通过程序控制加载。加载应保持匀速、缓慢。（4）实验完毕后，卸掉残件，关闭电源，清理实验现场，将所用仪器设备复原。实验五 纯弯曲梁正应力电测实验1、实验目的：（1）学习使用电阻应变仪，初步掌握电测方法。（2）测量纯弯曲梁上应变随高度的分布规律，验证平面假设的正确性。（3）测量纯弯曲梁横截面上正应力大小及其分布规律，并与理论值进行比拟，验证弯 曲正应力公式。2、实验设备:（1） XL3416型纯弯曲梁实验台XL2118A型静态电阻应变仪（3）游标卡尺3、实验内容及步骤：纯弯曲梁实验装置如图5.1所示，试件简支于小B两点，在对称的C、。两点通过拉 杆和横杆螺旋加载使梁产生弯曲变形，C。梁受纯弯曲作用。采用转动手轮使螺旋下移加载, 总荷载的大小由压力传感器来测量。试件的受力如图5-2所示。图5-1纯弯曲梁实验台图5-2试件受力图为了测量应变与应力随试件截面高度的分布规律，应变片的粘贴位置如图5.3所示。这 样可以测量试件上下边缘、中性层及其他中间点的应变，便于了解应变与应力沿截面高度的 变化规律。图5-3测点位置图由材料力学可知，矩形截面梁受纯弯时横截面内任一点处的正应力公式为(5-1)Fabh3式中：M为弯距，M=； y为所求应力点至中性轴的距离；1=,为横截面对z轴1的惯性距。采用逐级等量加载的方法加载，每次增加等量的载荷AP,测定各点相应的应变增量一 次。初载荷生为500N,载荷为3000N,等量增加的载荷AP为500N。当梁在载荷作用下发 生弯曲变形时，在纯弯曲段，纵向纤维只发生长度变化而互不挤压，处于单向应力状态。根 据胡克定律，各点的正应力。和线应变£成正比：b文：-E s（5-2）式中：E为材料的弹性模量。通过电阻应变仪可以分别测量出各对应点的实际应变值然后根据式（5-2）可求出 各点的应力值。按式（5-1）计算出各点的正应力理论值。理，与实验值。实进行比拟，从而