当前位置:文档之家› 材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)

材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)

C 61`材料的拉伸压缩实验一、实验目的1.观察试件受力和变形之间的相互关系;2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象;观察铸铁在压缩时的破坏现象。

3.测定拉伸时低碳钢的强度指标(σs、σb)和塑性指标(δ、ψ);测定压缩时铸铁的强度极限σb。

4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备1.微机控制电子万能试验机;2.游标卡尺。

三、实验材料拉伸实验所用试件(材料:低碳钢)如图1所示,压缩实验所用试件(材料:铸铁)如图2所示:图1 拉伸试件图2 压缩试件四、实验原理1、拉伸实验低碳钢试件拉伸过程中,通过力传感器和位移传感器进行数据采集,A/D转换和处理,并输入计算机,得到F-∆l曲线,即低碳钢拉伸曲线,见图3。

对于低碳钢材料,由图3曲线中发现OA直线,说明F正比于∆l,此阶段称为弹性阶段。

屈服阶段(B-C)常呈锯齿形,表示载荷基本不变,变形增加很快,材料失去抵抗变形能力,这时产生两个屈服点。

其中,B'点为上屈服点,它受变形大小和试件等因素影响;B 点为下屈服点。

下屈服点比较稳定,所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。

测定屈服载荷Fs 时,必须缓慢而均匀地加载,并应用σs =F s / A 0(A 0为试件变形前的横截面积)计算屈服极限。

图3 低碳钢拉伸曲线屈服阶段终了后,要使试件继续变形,就必须增加载荷,材料进入强化阶段。

当载荷达到强度载荷F b 后,在试件的某一局部发生显著变形,载荷逐渐减小,直至试件断裂。

应用公式σb =F b /A 0计算强度极限(A 0为试件变形前的横截面积)。

根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积,计算出低碳钢的延伸率δ和端面收缩率ψ,即%100001⨯-=l l l δ,%100010⨯-=A A A ψ 式中,l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度,A 1为颈缩处的横截面积。

2、压缩实验铸铁试件压缩过程中,通过力传感器和位移传感器进行数据采集,A/D 转换和处理,并输入计算机,得到F-∆l 曲线,即铸铁压缩曲线,见图4。

图4 铸铁压缩曲线对铸铁材料,当承受压缩载荷达到最大载荷F b时,突然发生破裂。

铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45︒~55︒的倾斜断裂面,这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度,使试件被剪断。

材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。

铸铁受压时曲线上没有屈服阶段,但曲线明显变弯,断裂时有明显的塑性变形。

由于试件承受压缩时,上下两端面与压头之间有很大的摩擦力,使试件两端的横向变形受到阻碍,故压缩后试件呈鼓形。

铸铁压缩实验的强度极限:σb=F b/A0(A0为试件变形前的横截面积)。

五、实验步骤及注意事项1、拉伸实验步骤(1)试件准备:在试件上划出长度为l0的标距线,在标距的两端及中部三个位置上,沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值,再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。

(2)试验机准备:按试验机→计算机→打印机的顺序开机,开机后须预热十分钟才可使用。

按照“软件使用手册”,运行配套软件。

(3)安装夹具:根据试件情况准备好夹具,并安装在夹具座上。

若夹具已安装好,对夹具进行检查。

(4)夹持试件:若在上空间试验,则先将试件夹持在上夹头上,力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端;若在下空间试验,则先将试件夹持在下夹头上,力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。

(5)开始实验:点击主机小键盘上的试样保护键,消除夹持力;位移清零;按运行命令按钮,按照软件设定的方案进行实验。

(6)记录数据:试件拉断后,取下试件,将断裂试件的两端对齐、靠紧,用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l1及断口处的最小直径d1(一般从相互垂直方向测量两次后取平均值)。

2、压缩实验步骤(1)试件准备:用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d0,取其算术平均值,并测量试件高度h0。

(2)试验机准备:按试验机→计算机→打印机的顺序开机,开机后须预热十分钟才可使用。

按照“软件使用手册”,运行配套软件。

(3)安装夹具:根据试件情况准备好夹具,并安装在夹具座上。

若夹具已安装好,对夹具进行检查。

(4)放置试件:试验力清零;把试件放在压盘中间,通过小键盘调节横梁位置,通过肉眼观察,到上压盘离试件上平面还有一定缝隙时停止。

(注意:尽量将试件放在压盘的中心,如放偏的话对试验结果甚至是试验机都有影响。

)(5)开始实验:位移清零;按运行命令按钮,按照软件设定的方案进行实验。

(6)记录数据:试件压断后,取下试件;记录强度载荷F b。

六、实验报告内容及要求1、绘制拉伸曲线(F- l曲线)。

低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线压缩曲线1压缩曲线22、拉伸实验数据及计算结果处理。

3、计算铸铁压缩实验的强度极限σb。

材料冲击实验一、实验目的1、观察分析低碳钢材料在常温冲击下的破坏情况和断口形貌。

2、测定低碳钢材料的冲击韧度αk 值。

3、了解冲击试验方法。

二、实验设备1、液晶全自动金属摆锤冲击试验机。

2、游标卡尺。

三、实验材料本实验采用GB/T 229−1994标准规定的10mm ⨯10mm ⨯55mm U 形缺口或V 形缺口试件。

四、实验步骤及注意事项1、测量试件缺口处尺寸,测三次,取平均值,计算出横截面面积。

2、检查回零误差和能量损失:正式试验开始前在支座上不放试件的情况下“空打”一次:(1)取摆:按“取摆”键,摆锤逆时针转动; (2)退销:按“退销”键,保险销退销;(3)冲击:按“冲击”键,挂/脱摆机构动作,摆锤靠自重绕轴开始进行冲击; (4)放摆:按“放摆”键,保险销自动退销,当摆锤转至接近垂直位置时便自动停摆;(5)清零:按“清零”键,使摆锤角度值复位为零。

注意:必须在摆锤处于垂直静止状态时方可执行此动作。

第一次“空打”后显示屏上显示的空打冲击吸收功N 1即为回零误差,此值经校正后应不大于此摆锤标称能量值的0.1%。

继续“空打”五次,记下第六次空打冲击吸收功N 6,则摆锤在摆动中由于空气和摩擦阻力造成的能量损失为:()16101N N e -=此值应不大于此摆锤标称能量值的0.5%。

3、正式试验:按“取摆”键,摆锤逆时针转动上扬,触动限位开关后由挂摆机构挂住,保险销弹出,此时可在支座上放置试件(注意试件缺口对中并位于受拉边)。

然后顺序执行以上 “取摆”、“退销”、“冲击”、“放摆”动作。

显示屏上将显示该试件的冲击吸收功和相应的冲击韧度。

4、摆锤抬起后,严禁在摆锤摆动范围内站立、行走和放置障碍物。

五、实验数据记录及结果处理低碳钢 低碳钢材料的扭转实验一、实验目的1、观察低碳钢和铸铁的变形现象及破坏形式。

2、测定低碳钢的剪切屈服极限和强度极限。

3、测定铸铁的剪切强度极限。

二、实验设备1、微机控制电子扭转试验机。

2、游标卡尺。

三、实验试件实验所用试件与拉伸试件标准相同,如下图1所示。

为防止打滑,试件的夹持段宜为类矩形:图1四、实验原理圆柱形试件在扭转时,横截面边缘上任一点处于纯剪切应力状态(图2)。

由于纯剪切应力状态是属于二向应力状态,两个主应力的绝对值相等,大小等于横截面上该点处的剪σ与轴线成45°角。

圆杆扭转时横截面上有最大剪应力,而45°斜截面上有最大应力τ,1拉应力,由此可以分析低碳钢和铸铁扭转时的破坏原因。

由于低碳钢的抗剪强度低于抗拉强度,试件横截面上的最大剪应力引起沿横截面剪断破坏;而铸铁抗拉强度低于抗剪强度,σ引起拉断破坏。

试件由与杆轴线成45°的斜截面上的1在低碳钢试件受扭过程中,通过扭矩传感器和扭角传感器进行数据采集,A/D转换和处理,并输入计算机,得到ϕ-T 曲线,ϕ-T 曲线也叫扭转图,如图3所示。

图中起始直线段OA 表示试件在这个阶段中的ϕ与T 成比例,截面上的剪应力是线性分布,如图4(a)所示。

此时截面周边上的剪应力达到了材料的剪切屈服极限s τ。

由于这时截面内部的剪应力小于s τ,故试件仍具有承载能力,ϕ-T 曲线呈继续上升的趋势。

扭矩超过p T 后,截面上的剪应力分布不再是线性的,如图4(b)所示。

在截面上出现了一个环状塑性区,并随着T 的增长,塑性区逐步向中心扩展,ϕ-T 曲线稍微上升,直至B 点趋于平坦,截面上各点材料完全达到屈服,这时的扭矩即为屈服扭矩s T ,如图4(c)所示。

图3剪切屈服极限为:WtTss ∙=43τ (1) 式中,163d W t ∏=是实心试件的抗扭截面模量(或称抗扭截面系数)。

P T T ≤时的剪应力分布 sPT T T <<时的剪应力分布 s T T ≥时的剪应力分布(a ) (b ) (c )图4继续给试件加载,试件再继续变形,材料进一步强化。

从图3看出,当扭矩超过s T 后,ϕ增Tss加很快,而T 增加很小,BC 近似一根不通过坐标原点的直线。

在C 点时,试件被剪断,此时的扭矩为最大扭矩b T 。

剪切强度极限为:WtT bb ∙=43τ (2) 但是,为了试验结果相互之间的可比性,根据国标GB/T 10128-1988规定,低碳钢扭转屈服点和抗扭强度采用下式计算:Wt T s s =τ WtTb b =τ (3)铸铁材料的ϕ-T 曲线如图5所示,从开始受扭直到破坏,近似为一直线,故近似地按弹性应力公式计算:WtT bb =τ (4)图5 五、实验步骤及注意事项1、试件准备:在标距的两端及中部三个位置上,沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值,再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d 。

在低碳钢试件表面画上一条纵向线和两条圆周线,以便观察扭转变形。

2、试验机准备:按试验机→计算机→打印机的顺序开机,开机后须预热十分钟才可使用。

根据计算机的提示,设定试验方案,试验参数。

3、装夹试件:(1)先将一个定位环夹套在试件的一端,装上卡盘,将螺钉拧紧。

再将另一个定位环夹套在试件的另一端,装上另一卡盘;根据不同的试件标距要求,将试件搁放在相应的V 形块上,使两卡盘与V 形块的两端贴紧,保证卡盘与试件垂直,以确保标距准确。

将卡盘上的螺钉拧紧。

(2)先按“对正”按键,使两夹头对正。

如发现夹头有明显的偏差,请按下“正转”或“反转”按键进行微调。

将已安装卡盘的试件的一端放入从动夹头的钳口间,扳动夹头的手柄将试件夹紧。

按“扭矩清零”按键或试验操作界面上的扭矩“清零”按钮。

推动移动支座移动,使试件的头部进入主动夹头的钳口间。

先按下“试件保T护”按键,然后慢速扳动夹头的手柄,直至将试件夹紧。

(3)将扭角测量装置的转动臂的距离调好,转动转动臂,使测量辊压在卡盘上。

4、开始试验:按“扭转角清零”按键,使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。

按“运行”键,开始试验。

5、记录数据:试件断裂后,取下试件,观察分析断口形貌和塑性变形能力,填写实验数据和计算结果。

相关主题