材料力学实验课程教学大纲郭空明 2015-6课程编号： 课程名称：材料力学英文名称：Experiment of Material Mechanics是否独立设课： 否 课程性质： 必修□√ 选修□课程类别： 基础□ 专业基础□√ 专业□ 实验项目数：2必做实验项目数： 2 选做实验项目数：0开放实验项目数： 0 综合性、设计性实验数：0开课学期： 开课院系：机电工程学院 电子机械系 课程总学时： 4 实验学时：4课程总学分： 实验学分：一、本实验课程的教学目标与任务材料力学实验是《材料力学》课程的实验教学环节。

通过本实验课程的学习和实际操作，使学生巩固和加深材料力学的理论知识，提高学生的实验水平，培养学生独立分析问题、解决问题的能力和理论联系实际、实事求是的作风。

二、本课程与其他课程的联系和分工本课程是《材料力学》课程的重要组成部分。

三、实验课程内容和基本要求课程内容：低碳钢拉伸实验、铸铁拉伸实验、低碳钢扭转实验、铸铁扭转实验。

基本要求：要求课前认真预习《材料力学》相关知识，实验前将该指导书连同实验报告打印并带至实验室（每组带一份），并带刻录光盘（每组一张）。

实验过程中正确操作、实验后对数据进行分析，并上交实验报告（每人一份）。

四、教学安排及方式实验名称 实验性质 主要内容和基本要求 学时每组人数拉伸实验 验证 1、测定低碳钢拉伸时的屈服极限、强度极限、伸长率和断面收缩率； 2、测定灰铸铁的抗拉强度； 3、观察低碳钢与灰铸铁在拉伸时的变形和破坏现象；4、比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能2 6扭转实验 验证 1、测定低碳钢剪切时的屈服极限、强度极限； 2、测定灰铸铁的抗剪切强度； 3、观察低碳钢与灰铸铁在扭转时的变形和破坏现象；4、比较低碳钢与灰铸铁在扭转时的力学性能2 6五、考核方式操作30%，实验报告70%，满分10分，计入《材料力学》课程总成绩。

六、推荐教材及参考方案[1] 刘鸿文、吕荣坤，《材料力学实验》，高等教育出版社，1998[2] 同济大学材料力学教研室，《材料力学教学实验》，同济大学出版社，1994.6材料拉伸实验指导书郭空明 2015-6一、实验目的1、测定低碳钢材料（塑性材料）拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率和截面收缩率。

2、测定铸铁材料（脆性材料）拉伸时的强度极限 。

3、观察两种材料拉伸过程中的各种现象、拉断后的断口情况，分析二者的力学性能。

4、熟悉万能材料试验机和其它仪器的使用。

二、实验原理1 标准试件根据国标《金属拉伸试验方法》中的规定，进行试件的加工和测量。

金属材料拉伸实验常用的试件形状如图1所示，图中L0段称为标距，一般所说试件的变形就是指这一段的变形。

d为标距段直径， 两端是试验机夹持的部分。

图 1 拉伸试件图试样的横截面原始面积按照以下原则确定：在标距两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径，取三处测量直径平均值中的最小值来计算试样横截面原始面积S。

对拉断后的低碳钢试件，要测量断裂后的标距Lu。

按国标中的规定，断口应处在标距中间的1/3长度内。

实验前，应将标距分成10等份，并刻划0-10标记线。

如果断口离标距端点的距离大于1/3L，只要将拉断后的两段试样对拼在一起，直接测量标距两端点距离即可得Lu。

如果断口离标距端点的距离小于或等于1/3L，由于试件夹持段较粗而影响颈缩部份的局部伸长，使延伸率δ的值偏小，必须用下述的“断口移中法”来确定Lu。

将拉断的试件断口紧密对齐（如图2所示），以断口O为起点，在长段上取基本等于短段格数得B点，若剩余格数为偶数（图2(a)），取其一半为C点，则移位后的Lu=AB+2BC；若剩余格数为奇数（图2(b)），取剩余格数减1后的一半为C点和剩余格数加1后的一半为C1点，则移位后的Lu=AB+BC+BC1。

(a)(b)图2 断口移中法若断口在标距外，则试验无效，应重做。

2 低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质低碳钢拉伸特性曲线如图3(a)所示。

a）低碳钢b) 铸铁图 3 低碳钢和铸铁的拉伸特性曲线低碳钢拉伸曲线主要分以下几个阶段（详细可参考材料力学教材）：（1）弹性阶段。

（2）屈服阶段，通常选择下屈服点为屈服极限，屈服极限按公式S 0/F S 确定。

（3）强化阶段，抗拉强度按公式0/b F S 确定。

（4）局部变形阶段，试件发生颈缩，直至拉断。

试件拉断后，断面收缩率按公式100%u S S S -⨯计算，其中S u 为颈缩处的最小横截面面积。

断后伸长率按公式100%u L L L -⨯计算。

铸铁整个拉伸过程中的变形很小，无屈服、颈缩现象，拉伸图(图3(b))无直线段，曲线很快达到最大拉力，试件突然断裂，设断裂载荷为F b ，则抗拉强度为F b /S 0。

三、 实验仪器1 微机控制电子万能试验机（型号：DNS-100）2 游标卡尺四、 实验内容及步骤1 核对试样是否与要测试的材料相符，然后检查外观是否符合要求。

对低碳钢材料打标距，并划分10等分。

本试验采用的试件标距长度100mm。

2 试验前用游标卡尺测量低碳钢、铸铁材料的直径。

计算截面积。

3 打开计算机和试验机，打开“TestExpert ”软件，直接点击登陆。

进入软件后，在左侧的试验按钮组点击“联机”按钮（1行1列）。

系统可能会提示传感器1未插入，忽略之。

4 联机后，试验按钮组的“启动”按钮便可点击（1行2列），点击之，会听到一声响，试验机启动成功。

5利用手控盒（顺时针为加速），将横梁做适当移动，以方便安装试件，注意不要按下手控盒的旋钮（按下为制动）。

6安装试件。

先安装下端，之后利用手控盒令横梁缓缓上移，再安装上端。

保证试件夹紧。

注意试件上移时，要令上端夹头自然下垂，不要用手扶。

7点击菜单栏中的“方法M”，选择实验方式“低碳钢（或铸铁）拉伸试验方法”。

点击试验按钮组的“开始实验”按钮（3行2列），会提示输入试件尺寸，无视之，直接点“确定”。

8试件拉断后，会提示“本次试验是否有效”和输入试验名称。

若断口在标距外，则无效。

实验名称：班号+组号+材料+实验方法，如：1304011第1组铸铁拉伸。

9之后界面会直接进入“数据处理”。

点击菜单栏的excel图标，可以用excel打开数据。

将数据另存在桌面上，命名方法：班号+组号+材料+实验方法。

注意前12行为试验参数，从第13行开始为试验数据。

10取出试件，对于低碳钢材料，需要测量断后标距和颈缩处直径。

11整理现场。

将桌面上的实验数据利用刻录软件刻录到自带光盘中。

五、按以下格式写出实验报告（打印出来之后，手填，每人交一份）实验一 拉伸实验实验日期 年 月 日姓名、班级、学号一、实验目的二、实验设备（规格、型号）三、实验记录及数据处理 1．测定低碳钢拉伸时的力学性能直 径 d 0 ( mm )横截面1 横截面2 横截面3 ( 1 ) ( 2 )平均( 1 )( 2 )平均( 1 )( 2 )平均试 样 尺 寸实 验 数 据实验前：标 距 mm 直 径 mm 横截面面积 2mm 实验后：标 距 mm 最 小 直 径 mm最小横截面面积 2mm屈服载荷 kN最大载荷 kN屈服应力 MPa抗拉强度 MPa伸 长 率断面收缩率实验前试样草图实验后试样草图实验前：实验后（画出形状与断口特征）：3．测定灰铸铁拉伸时的力学性能直径d0( mm )横截面1 横截面2 横截面3 ( 1 ) ( 2 ) 平均( 1 ) ( 2 ) 平均( 1 ) ( 2 ) 平均四、基于输出的数据，利用软件绘制低碳钢和铸铁的力-变形曲线。

打印并黏贴在实验报告纸上。

五、分析比较两种材料拉伸机械性能以及破坏的原因低碳钢灰铸铁材料扭转实验指导书郭空明 2015-6一、实验目的1、测定低碳钢材料（塑性材料）扭转时的屈服极限、强度极限。

2、测定铸铁材料（脆性材料）扭转时的强度极限 。

3、观察两种材料扭转过程中的各种现象、拉断后的断口情况，分析二者的力学性能。

4、熟悉扭转试验机和其它仪器的使用。

二、实验原理1 标准试件按国家标准采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。

如材料的屈服剪应力和抗剪强度等。

圆截面试样须按上述国家标准制成(如图1所示)。

试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。

图1 扭转试件试验前在标距两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径，取三处测量直径平均值中的最小值来计算试样的截面抗扭系数。

2 低碳钢和铸铁扭转时的力学性质低碳钢和铸铁试件的扭转角-扭矩曲线如图2所示。

a ）低碳钢 b) 铸铁图 2 低碳钢和铸铁的扭转曲线低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa 段)、屈服阶段(ab段)和强化阶段(cd 段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。

由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达数千度。

低碳钢屈服和近似破坏时的切应力分布与弹性阶段不同，因此需要用公式s s p 0.75/T W τ=和b b p 0.75/T W τ=计算材料的屈服剪应力和抗剪强度，其中W p 为截面的抗扭截面系数。

铸铁试件的扭转图如图3，整个扭转过程中的扭转角很小，无屈服现象，扭转图无直线段，试件突然断裂，断裂载荷为T b ，抗扭强度为b p T W ，其中W p 为截面的抗扭截面系数。

三、实验仪器1 微机控制电子扭转试验机（型号：NWS —1000）2 游标卡尺四、实验内容及步骤1 核对试样是否与要测试的材料相符，然后检查外观是否符合要求。

试验前用游标卡尺测量低碳钢、铸铁材料的直径。

2 打开计算机和试验机，打开“Torsion ”软件，直接点击登陆。

进入软件后，在左侧的试验按钮组点击“联机”按钮（1行1列）。

3联机后，试验按钮组的“启动”按钮便可点击（1行2列），点击之，会听到一声响，试验机启动成功。

4利用手控盒（顺时针为加速），将夹头做适当转动，以方便安装试件，注意不要按下手控盒的旋钮（按下为紧急制动）。

5安装试件。

先安装右端，之后将左端夹头往右推，再安装左端。

保证试件夹紧。

6点击菜单栏中的“方法M”，选择实验方式“低碳钢（铸铁）扭转试验”。

点击试验按钮组的“开始实验”按钮（3行2列），会提示输入试件尺寸，无视之，直接点“确定”。

本试验默认采用顺时针转动。

7当低碳钢试件经过屈服阶段后，右键点击速度通道，将速度调快，但要注意设置完后，需要点击试验按钮组的“顺时针”按钮，速度才会变化。

8试件扭断后，会提示“本次试验是否有效”和输入试验名称。

实验名称：班号+组号+材料+实验方法。

9之后界面会直接进入“数据处理”。

点击菜单栏的excel图标，可以用excel打开数据。

将数据另存在桌面上，命名方法：班号+组号+材料+实验方法。