材料力学实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验一实验绪论一、材料力学实验室实验仪器1、大型仪器：100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C微机屏显式液压万能试验机；W AW-600C微机控制电液伺服万能试验机2、小型仪器：弯曲测试系统；静态数字应变仪二、应变电桥的工作原理三、材料力学实验与材料力学的关系四、材料力学实验的要求1、课前预习2、独立完成3、性能实验结果表达执行修约规定4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接5、应力分析保留小数后一到二位实验二轴向压缩实验一、实验预习1、实验目的I、测定低碳钢压缩屈服点II、测定灰铸铁抗压强度2、实验原理及方法金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。

圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。

混凝土、石料等则制成立方形的试块。

低碳钢压缩时的曲线如图所示。

实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。

进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。

3、实验步骤I、放试样II、计算机程序清零III、开始加载IV、取试样，记录数据二、轴向压缩实验原始数据指导老师签名：徐三、轴向压缩数据处理测试的压缩力学性能汇总强度确定的计算过程：实验三 轴向拉伸实验一、 实验预习1、 实验目的（1）、 用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E ； （2）、 测定低碳钢的屈服强度 ，抗拉强度 。

断后伸长率δ和断面收缩率 ； （3）、 测定铸铁的抗拉强度 ，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。

2、实验原理及方法I ．弹性模量E 及强度指标的测定。

（见图）低碳钢拉伸曲线 铸铁拉伸曲线（1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1=8，F 2=11，F 3=14，F 4=17 ，F 5 =20 （单位：kN ） 数据处理方法：平均增量法),()(0取三位有效数GPa l A l F E mom ∆⋅∆=δ （1）线性拟合法()GPa A l l F n l F F n F E omoi i i i i i ⋅∆∑-∑∆∑∑-∑=22)( （2）l o — 原始标距A om — 原始标距范围内横截面面积的平均值)1~0()()(1-=∆-∆∑=∆+n i n l l l i i m δ－引伸计伸长增量的平均值；（2）、强度指标屈服强度0A F ss =σ（N/mm 2或MPa ）抗拉强度0A F b b =σ（N/mm 2或MPa ） II 、塑性指标ψδ、的测定:断后伸长率%1001⨯-=oolllδ断面收缩率%10010⨯-=AAAψl1－拉断后的标距长度A0－原始横截面积的最小值。

A1－颈缩处的最小横截面积。

2、通过预习回答下列问题（1）如何测定试样的原始横截面面积游标卡尺（2）低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算下屈服阶段（3）对低碳钢试样拉断后的标距测量，什么情况可以直接对接测量？什么情况要求用断口移中法测量？（要仔细阅读标距测量断口移中法） 1/3*l0内，否则且测量结果不合格的时候可采用断口移中法测量。

二、实验原始数据三、数据处理（一）低碳钢拉伸弹性模量E的测定（二）E值（三）强度指标和塑性指标的测定指导老师签名：徐强度和断面收缩率确定的计算过程：思考题1、测定E时为何要加初载荷F0，限制最高载荷Fn？采用分级加载的目的是什么？为了减小误差。

分级加载目的是使测得的弹性模量E减小误差，同时验证材料是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

实验四扭转破坏实验一、实验预习I、实验目的II、实验原理及方法低碳钢实验步骤：1、测量试样；2、检查设备线路，并打开设备电源以及配套软件操作界面；3、安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧，再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的V形块上，使卡盘和V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧；4、将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零；5、记录实验数据；6、实验结束后，取下试件，观察试样破坏断口形貌，打印实验结果，关闭软件，关闭电源。

铸铁实验步骤：与低碳钢扭转实验步骤相同。

铸铁是脆性材料，只需记录试件的最大扭矩无需安装扭角测量装置。

二、实验原始数据指导老师签名：徐三、数据处理强度确定的计算过程：四、思考题1、低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线，此后经历大量塑性变形并沿横截面断裂，纵向线扭转了一定角度，圆周线和纵向线都偏移了一定角度，但圆筒沿轴线及周线的长度都没有变化。

说明了扭转平面假设的正确性。

2、低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。

低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。

铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。

实验五低碳钢切变模量G的测定一、实验预习I、实验目的1、测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G；2、了解扭角仪的原理。

II、实验原理及方法机测法PGITl=φ，PITlGφ=Lo（标矩）＝100mm，δ（表分表读数）1/100mmbδφ=，PI——极惯性矩平均增量法mILTGPφ∆⋅⋅∆=0，—平均扭转角———m扭矩增量φ∆∆T注意：每加一级砝码需轻敲击一下加力杆以克服变形传递时的机械间隙。

电测法纯剪切Gτγ=，WtTGγγτ==图（b）2221)2()2(2xyyxyxγεεεεεε+-±+=⎭⎬⎫==yxεε，12εγ=xy图（c）半桥接法121εεε=-=RR应变仪读数12εε=r平均增量法rWtTWtrTGε∆⋅∆=⋅∆∆=III、本次实验应变仪选用半桥组桥方式，画出相应的电路原理图。

二、实验原始数据1、切变模量G试验试样尺寸及有关参数2、切变模量G试样结果G取三位有效数字。

三、数据处理四、讨论1、比较机测法和电测法测G的结果，对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。

电测法的灵敏度高，精确度也比较高，可以实测，遥测。

高温，高压，动态等特殊工作条件都可以使用，而缺点是不能测出构件内部的应变，也不能准确地反映应变分部的急剧变化。

而机测法操作简单但是精度不高。

实验六纯弯曲梁的正应力实验一、实验预习I实验目的1、初步掌握电测方法和多点测量技术；2、测定梁在纯弯和横力弯曲下的弯曲正应力及其分布规律。

II实验设备1、电子万能试验机或简易加载设备；2、电阻应变仪及预调平衡箱；3、进行截面钢梁。

III实验原理IV本次实验应变仪选用1/4组桥方式，画出相应的外接应变片接线图和电路原理图V根据梁的尺寸和载荷，用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=1kN时，横截面上、下边缘及距离中性层h/4处的应力，并用胡克定律估算梁上应变片在F=1kN时的应变值二、实验数据钢梁几何尺寸b h L a C k E20mm 40mm 600mm 200mm 30mm 2.19 215GPa组别号：方婕陈宇超宣哲何恺杰指导老师签名：徐三、数据处理1、横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN时的实测应力增量。

横截面上边缘是1测点号，下边缘是5测点号。

离中性层2、误差计算（中性层的应力计算绝对误差，其他为相对误差）100%th metheσσσσ-=⨯四、思考题（1）分析你的原始数据记录，总结你这次测量数据的偏差情况。

从处理的数据来看，上边缘的误差最小，其他误差也较小，因此本次测量数据的偏差不大，二次在相同△F下测量的结果△ε也较为相近。

（2）整理实验数据时，对中间几个测点，应取前后两枚应变片应变的平均值。

试问在实测中这一平均值可用什么方法直接得到？怎么组桥？请画出测量桥的电路原理图。

在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的，因为如果将前后2枚应变片组成半桥测量的话，其应变值刚好互相抵消了。

只有上下2枚应变片是可以组成半桥来直接测量的，一个受拉，一个受压，更改下方式或系数就可以直接得到其平均值。

实验七弯扭组合变形的主应力测定一、实验预习I实验目的1、测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力；2、测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。

II实验原理1、弯矩M测定。

在贴片情况下，应弯矩引起X方向的应变，利用半桥接法可以得到加载时应变仪读数bbbrεεεε2'=-=,温度影响不用考虑，此外，)1(4)1(11μεμεστ+=+===rEEWtT，可得WtET r⋅+=)1(4με，即利用+45°/-45°应变片组成全桥，可以测得扭矩。

)(1644dDDWt-=πIII理论计算载荷为9.8N时圆管各测量点（有2点）的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X轴的方位）A:B:IV本实验所用应变花的布片示意图和简要说明（要求设定的X轴与上述“3”的设定一致）。

二、实验原始数据三、数据处理根据你的实测应变增量值，计算载荷为9.8N时圆管测量点的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X轴的方位）AB实验八压杆稳定实验一、实验预习I实验目的1、观察压杆的失稳2、测定两端铰支压杆的临界压力3、观察改变支座约束对压杆临界压力的影响II设备及装置1、带有力传感和显示器的简易加载装置或万能电子试验机2、数字应变仪3、大量程百分表及支架4、游标卡尺及卷尺5、试样，压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆，截面为矩形，两端加工成带有小圆弧的刀刃，在试样中点的左右两端各贴一枚应变片。

6、支座，支座为浅V性压杆变形时两端可以绕着Z轴转动，故可作为铰支架。

III实验原理及方法1、加载时，应变仪读数不可超过2500 ，以防产生塑性变形。

二、实验原始数据三、数据处理（用matlab软件绘制）由图可知临界压力应该是800N。

这是实测值。

而理论值得计算如下：实测值只是由图估计，另外测量时由于仪器老化等问题也会出现误差。

四、思考题1、若临界压力的实测值远低于理论值，其主要原因是什么？有可能是V形支座的底线不在压杆的同一纵向对称平面内，也有可能是材料不均匀程度较大，压力偏心现象严重，导致临界压力实测值远低于理论值；可能在装夹压杆时，压杆就有受力，有初始弯曲，受初始弯矩等因素的影响；由于实验所用仪器精度较低，不能准确显示实际压力。

实验九冲击实验一、实验预习1、实验目的i了解冲击实验的意义，材料在冲击载荷作用下所表现的性能。