材料力学实验指导书(模板).pdf

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1、 材料力学 实验指导书 土木工程学院 班级 _ 姓名 _ 学号 _ 1 实验规则及要求 一、做好实验前的准备工作 1、实验前认真预习实验指导书及有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理。2、对实验中所用仪器、实验装置等应了解其工作原理及操作注意事项。3、必须清楚地知道本次实验需记录的数据项目及其数据处理方法。二、严格遵守实验室的规章制度 1、课程规定的时间准时进入实验室，保持实验室整洁、干净、不得抽烟。2、未经许可不可随意动用实验室内的机器，仪器，等一切设备。3、作实验时应严格按操作规程操作机器，仪器，及设备如发生事故应及时报告，不得擅自处理。4、实验结束后应将所用机器，仪器，及设备擦拭干净，

2、并恢复到正常状态。三、认真做好实验 1、接受老师预习情况的抽查，仔细听指导教师对实验内容的讲解。2、实验时要认真严肃、互相配合、严格按实验步骤，方法逐步进行。3、实验过程中，要密切观察实验现象，记录好全部所需实验数据，并交指导教师审阅。四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用机器，仪器，及设备的名称及型号，数据处理、问题讨论等内容，独立写出实验报告，并做到字迹端正。五、绘图清晰、表格简明 2 实验

3、一 低碳钢的拉伸实验 一、实验目的 1、观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象，了解试件变形随荷载的变化规律。2、测试低碳钢在拉伸过程中的几个力学性能指标：屈服极限 s、强度极限 b、断后延伸率 和断面收缩率。3、了解拉伸实验的原理和方法，掌握万能试验机的操作要领。二、实验仪器设备 电子式万能试验机、游标卡尺、拉伸试件。三、实验原理与方法 1、电子万能试验机：（图 11）是双空间式的，其移动横梁与上横梁之间的空间为拉伸实验空间，移动横梁与下横梁之间的空间为压缩实验空间。在拉伸空间安装有拉伸夹具，在压缩空间安装有压缩夹具和弯曲夹具。测力传感器、引伸计、光电编码器、数据采集电路（与控制系统集成在一起）组

4、成测量系统，测力传感器用于测量实验载荷，引伸计用于测量试件的变形，光电编码器用于测量横梁移动的位移。各个测量信号均经过数据采集电路送入计算机存储、处理和显示。伺服电机的输出功率经减速器、同步齿形传动带传递给滚珠丝杠，然后滚珠丝杠带动移动横梁升降将实验载荷施加到试件上。伺服控制器与伺服电机和光电编码器组成闭环控制系统，控制移动横梁的运动。伺服控制器向上经过控制电路与计算机联系，最终由计算机实现对可移动横梁的运动进行控制，包括位置、速度等。图 11 基本构造和原理示意图 1.立柱；2.拉伸夹具；3.拉伸试件；4.移动横梁；5.测力传感器；6.压缩夹具；7.弯曲夹具；8.下横梁；9.同步齿形传动带；

5、10.带轮；11.光电编码器；12.伺服电机；13.上横梁；14.滚珠丝杠；15.引伸计；16.手控键盘；17.减速机 由于电子万能试验机采用了闭环控制，加载过程和数据采集都是在计算机的控制下完成 3 的，因此可以选择不同的参数控制方式进行实验。参数控制方式是指以应力（或载荷）、位移、应变等诸实验参数中的某一个作为加载控制因素。例如，位移控制就是设定的横梁的运动速度（通常是恒定速率的），让试验机按照设定的横梁速度和方向对试件进行加载。2、拉伸试件：图 12 试件的尺寸和形状对材料的塑性性质影响很大。为了能正确地比较各种材料的力学性质，根据国家标准（GB22887）将试件尺寸列表如下 表 11

6、试件基本参数 试件 原始标距长度 L0/mm 原始横截面积 A0/mm2 原始直径 d0/mm 圆形截面 长 100 78.54 10 短 50 图 12 拉伸试样图 LOFBA BDEbFSF 图 13 低碳钢拉伸实验时 FL曲线 3、低碳钢拉伸过程中的四个阶段：如图 13(1)弹性变形阶段（O-A）、这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部卸掉荷载后，试样将恢复其原长。(2)塑性屈服阶段（B/-B）、载荷不增加而变形急剧增大，材料失去抵抗变形的能力，产生屈服。对于未经过加工的低碳钢材料来说，屈服强度是其应用时的强度极限。(3)强化阶段（B-D）、继续加载，材料继续产生变形，这一阶段，低碳钢材料

7、重新恢复了抵抗变形的能力。(4)颈缩阶段（D-E）。试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。此时可以看到试样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断。4 四、实验步骤 1、开机：试验机打印机计算机 注意：每次开机后，需要预热 10 分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。若刚刚关机，需要再开机，至少保证 1 分钟的时间间隔。2、测量试件尺寸 测量试件直径 d0，对于圆试件在计算长度内在两端及中部二处用游标卡尺测量，每一处都要在两个相互垂直的方向上量出直径，取其平均直径最小截面处的平均直径作为试件的直径。2、确定计算长度 L0 在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度

8、L0=100mm 并划线；划线时应尽量轻微。3、安装试件 将试件装入夹具，注意避免试件放斜或歪曲并夹持牢固。4、进入试验界面联机试样录入参数录入开环试验开始 5、加载 在加载实验过程中，总的要求是缓慢、均匀、连续地进行加载。要注意观察拉伸过程四个特征阶段的各种现象并记录相应数据。当试件被拉断后立即停机，并取下试件。6、记录实验数据 断后标距 L1的测量：测量 L1时将试件断裂后的两端在断口处紧密地对接起来，尽量使其轴线位于一条轴线上，直接测量原始标距两端即得 L1值。断口处最小直径 d1的测量：将试件断裂后的两端在断口处紧密地对接起来，尽量使其轴线位于一条轴线上，在颈缩最小处两个相互垂直的方向

9、上测量其直径取二者的算术平均值然后计算值 A1值。五、思考题 1.从实验得到的低碳钢拉伸曲线图来看，它可以分为哪几个阶段？5 实验二 铸铁的拉伸和压缩实验 一、实验目的 1、测定铸铁拉伸时的强度极限和压缩时铸铁的强度极限。2、比较低碳钢与铸铁的拉伸机械性能和破坏形式。3、观察铸铁压缩时的变形和破坏现象。二、实验仪器设备 1、万能试验机 2、游标卡尺 三、实验原理与方法 铸铁的拉伸：铸铁是脆性料，其拉伸图如图 2-1，在拉伸过程中不产生屈服和颈缩现象，在没有明显的塑性变形下很快达到最大载荷 Fb 而突然断裂。并且端口平齐。所以只能测得拉伸时的的强度极限。整个拉伸过程中变形极小，伸长量不足试件原长

10、的 0.5%，而延伸率则更小。FbFOL铸铁 图 2-1 铸铁的拉伸（压缩）曲线图 铸铁的压缩：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，并与拉伸实验进行比较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比较全面的认识。当试件受压时，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，实验时试件两端必须保证平行，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。

11、铸铁为脆性材料，其压缩曲线在开始时接近于直线，与纵轴之夹角很小，以后曲率逐渐增大，最后至破坏，因此只能确定其强度极限，计算公式如下：b=Fb/A0 铸铁试件受压力而缩短，表明有很少的塑性变形的存在。当载荷达到最大值时，试件即破坏，并在其表面上出现了倾斜的裂缝，铸铁受压后的破坏是突然发生的，是脆性材料的特性。铸铁试件压缩时，在达到最大载荷 Pb 前出现较明显的变形然后破裂，此时试验力值迅 6 速减小，铸铁试件最后略呈鼓形，断裂面与试件轴线大约呈 45 度。压缩试件为圆柱形，如图 2-2 所示，不宜太高，否则，容易压弯，也不宜太短，否则试件上下端面与实验机承压座之间产生摩擦力，对试件的承压力产生影

12、响，一般试件规定为 1h03，通常脆性材料 h0/d0=2。d0h0 图 2-2 铸铁的压缩前后形状 四、实验步骤 1、铸铁的拉伸实验步骤 参考低碳钢的拉伸实验步骤。2、铸铁的压缩实验步骤（1）用游标卡尺测量试件的高度 h0和直径 d0取互相垂直方向直径的平均值作为试件的直径。（2）将试件置于试验机承压部位。在试件没有受力时进行调整。（3）开机进行实验，一直到试件破坏（注意低碳钢不能压到破坏，压到 45KN 时即停止实验）。（4）铸铁记录最大荷载 Fb。（5）卸去载荷，取出破坏试件。（6）打印出实验曲线。7 实验三 弯曲正应力实验 一、实验目的 1、测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律

13、。2、验证纯弯曲梁的正应力计算公式。二、实验仪器与设备 1、组合实验台中纯弯曲梁实验装置 2、应变综合参数测试仪 3、游标卡尺、钢板尺 三、实验原理与方法 在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为 =IzYMi 式中：M 为弯矩 Iz 为横截面中性轴的惯性矩 Yi 为所求应力点至中性轴的距离 为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片(如图 3-1)。图 3-1 贴片位置与梁的外形 实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷P，测出各点的应变增量实

14、i，然后分别取各点应变增量的平均值i实，将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力，计算公式：i实 Ei实106 四、实验步骤 8 1、将试件安装在试验台上。拟定加载方案，调整好实验加载装置。2、按实验要求接好线，检测整个测试系统是否处于正常工作状态。3、加载，均匀缓慢加载至初初载荷 P。记下各点应变的初始读数；然后分级等量加载，增加一级载荷，依次记录各点应变片的应变值i,直到最终载荷。4、做完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原。表 31 试件相关数据 应变片至中性层距离（mm）梁的尺寸和有关参数 Y1 20 宽度 b=20 mm Y2 10 高度 h=40 mm Y3 0 跨度 L=450 mm Y4 一 10 载荷距离 a=150 mm Y5 一 20 弹性模量 E=206 GPa 泊松比=0.28 惯性矩 Iz=bh3/12=1.06710-7 m4 五、实验结果与数据处理 实测应力值i实Ei实 理论应力值i理IzYMi 式中：弹性模量E=206 GPa 应变片至中性层距离iY（表 31）应变平均增量i实弯矩增量MPa2 载荷增量p500N 惯性矩ZI=3/12bh=1.06710-7 六、思考题 1、实验时梁的自重是否会引起测量结果的误差？为什么。