目录实验一金属材料的拉伸与压缩实验 (1)实验二金属材料的扭转实验…………………………………实验三金属材料的弹性模量E和波桑系数 测定…………………实验四桥路变换……………………………………………………实验五纯弯梁的正应力测定………………………………………实验六空心簿壁圆桶的主应力测定………………………………实验七偏心拉伸……………………………………………………实验一金属材料的拉伸与压缩试验一、一、实验目的1. 1.了解液压式材料试验机的工作原理，初步掌握试验机的操作规程。

2. 2.测定低碳钢的屈服（流动）极限σS，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率Ψ。

观察试件在拉伸过程中的各种现象（弹性、屈服、强化、颈缩）。

3. 3.测定铸铁材料的拉伸和压缩强度极限σb。

4. 4.比较低碳钢和铸铁的机械性质及破坏时的断口形式。

二、二、实验原理及计算测定金属材料的机械性质需要将试件制成符合国家标准的形状和尺寸。

一般规定，圆形截面的拉伸试件其标距L0与直径D0的关系为L0=10D0；压缩试件的高度H0与直径D0的关系为。

见图1.图1-1图1－2 为低碳钢和铸铁试件的P―ΔL图。

图1-2低碳钢试件在拉伸过程中，可分为四个阶段：1. 1.弹性阶段:载荷与变形成正比，P―ΔL图中表现为OA直线段。

屈服阶段:2. 2.P―ΔL图中的BC段，为一水平锯齿形曲线，此时材料暂时失去了抵抗变形的能力，表现为载荷在很小的范围内波动，而变形量则比较明显。

此时可观察到试验机测力盘上的主动针在某一刻度值范围内波动，取主动针回摆的最小读数值，即BC段中的下极限作为屈服载荷PS并记录下来，屈服极限σS可按下式计算：MN/m23. 3.强化阶段。

P―ΔL图中的CE阶段，在此阶段材料又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形则必须增加载荷。

在此阶段（例如D点）卸载，则按图1－2所示的DD’斜直线回到D'短时间內若再加载，则P—∆L图大致仍按D'D斜直回到D点，然后又回沿DE曲线变化。

DD' OA。

4. 4.颈缩阶段P―ΔL图中的E点处，试件所承受的载荷为极限载荷P b，强度极限σb可按下式计算：MN/m2过E点后，试件局部某处的横截面积急剧变小，形成颈缩现象，使试件继续变形所需的载荷也相应减小，所以曲线下降，直至F点试件在颈缩处被拉断。

将拉断的试件紧密吻合后测得标距为L1，则延伸率按下式计算：测得断口处的最小直径D1，则截面收缩率为：由于铸铁是一种典型的脆性材料，不论是拉伸还是压缩，它均只有一个强度指标而且无塑性指标δ和Ψ，铸铁的唯一强度指标为强度极限σb，但是铸铁的抗拉和抗压能力是大不相同的。

三、三、实验设备及实验步骤实验所用设备为液压式材料试验机，其结构原理及操作步骤见附录A。

实验步骤：1. 1.用游标卡尺测量试件的原始尺寸。

2. 2.根据材料的强度极限σb和横截面积A0，估算试件的最大载荷（P0＝σb A0）选择相应的测力盘，并配置对应的摆杆重锤。

3. 3.开启油泵马达钮，使工作油缸上升2cm左右，然后将主动针对准零位，被动针与主动针靠拢；调整好自动绘图器。

4. 4.安装试件。

5. 5.开始实验，加载应匀速缓慢。

对低碳钢拉伸试件，当主动针开始波动时，说明材料开始进入屈服阶段，应注意观察主动针回摆的范围，取最小值作为屈服载荷Ps。

6. 6.实验结束，取下试件。

测量低碳钢试件断裂后的标距L1和颈缩处的最小直径D1.7.7.清理实验场地，试验机一切机构复原。

8.8.根据实验记录进行有关计算四、四、注意事项1. 1.实验前应认真预习。

2. 2.试件夹紧后严禁使用电动机升降活动台。

3. 3.实验数据和计算经指导教师审阅后方能离开实验室。

五、五、实验报告及问题思考1. 1.实验设备（规格、型号）1)1)根据实验结果，绘制低碳钢和铸铁的曲线，叙述并标明低碳钢在拉伸过程中的四个变形阶段。

2)2)比较低碳钢和铸铁拉伸时的机械性质及破坏形式。

3)3)比较铸铁在拉伸和压缩时的强度极限σb。

4)4)为何铸铁试件在压缩时的破坏断面与轴线大致成.实验二扭转试验一、实验目的1. 1.观察并比较低碳钢和铸铁材料扭转变形现象及破坏形式。

2. 2.测定低碳钢的剪切屈极限τS和剪切强度极限τb。

3. 3.测定铸铁的剪切强度极限τb。

二、二、实验原理及计算圆形截面试件承受扭转时，材料处于纯剪应力状态。

因此常用扭转试验来分析研究不同材料在纯剪应力作用下的机械性质。

图2-1所示为低碳钢试件的扭矩Mn与扭转角Φ的关系曲线。

当扭矩Mn小于Mp时，材料处于弹性状态，Mn－Φ曲线的OA段为直线段，此时材料遵守剪切虎克定律。

扭矩Mn超过Mp后，试件横截面上的剪应力分布不再是线形的，首先，在圆形横截面的外部处材料产生屈服并逐渐向内扩展形成环形塑性区，见图2-2，同时Mn－Φ图变成曲线，见图2-1。

此后，随着试件继续扭转变形，塑性区不断向圆心扩展，Mn－Φ曲线稍微上升，直至B点趋于平坦，扭转试验机度盘上指针几乎不动或摆动，指针摆动的最小值既是试件全部屈服所对应的扭矩M s，这时塑性区占据了几乎全部截面，见图2-2.图2-1图2-2根据塑性理论τS,可按下列近似公式计算：式中，为圆形截面的抗扭截面模量。

继续对试件加载，则试件再继续变形，材料进一步强化，到达Mn－φ曲线上的C点，试件发生断裂破坏。

由扭转试验机度盘上读出最大扭矩M b。

与τS 相似，τb可按近似公式计算：铸铁的Mn－Φ曲线如图2-3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：试件受扭，材料处于纯剪应力状态，见图2-4。

在与试件轴线成角±45º的螺旋而上，分别受到主应力σ1=τ（拉应力）和σ3= τ（压应力）的作用。

由于低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故从横截面剪断；而铸铁的抗拉能力较抗剪能力弱，故沿着与σ1方向呈正交的方向拉断。

图2-3 图2-4三、三、实验设备及实验步骤实验所用设备为K-50型扭转试验机或NJ－100B型扭转试验机，其结构原理及操作步骤见附录B。

实验步骤：1. 1.试件准备。

用游标卡尺在试件的中央和两端共三处按两个相互垂直的方向测量试件直径，取最小处的平均值D计算Wn。

2. 2.试验机准备。

根据试件的剪切强度极限τb估算M b，选择合适的测扭矩度盘。

调整度盘使指针对零，检查自动绘图器，安装试件。

3. 3.进行试验。

对低碳钢试件，先用粉笔在试件上沿轴线方向作一标记线，以便观察试件的扭转变形，用手动方式缓缓而匀速地加载，到达材料屈服时，记录M s，然后卸掉手柄，用电动机加载直至试件破坏，停机，记录M b，注意观察扭角指示器的读数并记录之。

4. 4.铸铁试件的实验步骤与低碳钢相同，可直接用手动的方式加载直至试件破坏。

四、四、注意事项参阅附录B扭转试验机使用时的注意事项。

五、五、实验报告及问题思考1. 1.实验设备（规格、型号）2. 2.实验前试件尺寸记录4，问题思考（1），比较两种材料破坏后的断口形式，并解释其破坏原因。

（2），根据拉伸、压缩和扭转三种试验结果，综合分析低碳钢和铸铁材料的机械性质实验三桥路联接变换实验一、实验目的1. 1.了解电阻应变仪的测量原理，练习用电阻应变仪进行单点半桥接法，单点全桥接法测量应变。

2. 2.熟练测量电桥的应用，了解温度补偿的特点，掌握单点半桥、全桥的接线方法。

3. 3.比较不同桥路接线方式的特点和测量精度。

二、实验设备电阻应变仪、等强度梁实验装置、百分表挠度仪、温度补偿块、游标卡尺、钢尺。

三实验原理应变测量电桥如图3-1，若四个桥臂分别接入规格相同的电阻应变R1、R2、R3、R4。

当构件变形时，贴在构件表面的应变片则应有相应的应变ε1,ε2,ε3，ε4。

根据应变仪的工作原理，应变仪测得的读数应变为由上式可知采用不同的布片，接桥方案，将得到不同精度的测量结果。

若利用测量电桥“对臂同号相加，异号相减；邻臂同号相减，异号相加”这一特性，合理布片，接桥，则可以消除温度效应，还可以提高电桥的放大系数，增大读数应变。

本实验所采用的是等强度梁装置（图3-2）。

在梁的上下表面沿纵向分别粘贴应变片R1、R2、R3、R4，在补偿块上粘贴补偿片R t。

在实验中采用三种不同的接桥方式，其具体形式见表3-1。

对半桥外补偿接法，，对半桥自补偿接法，，对全桥自补偿接法，，图3-2四、四、实验步骤1.1.半桥外补偿联接。

采用单点半桥接线法。

操作步骤参见静态电阻仪的使用说明书，预调平衡后先加初载，使得百分表读数为0.1mm。

然后逐级加载。

按百分表读数增量为0.2mm，自0.0mm加到1.0mm，记录相应的读数应变。

2.2.半桥自补偿联接。

采用单点半桥接线法：操作和加载步骤与半桥外补偿联接实验相同。

3.3.全桥自补偿联接。

采用单点全桥接线法。

操作步骤参见静态应变仪的使用说明书，加载方案与半桥联接实验相同。

五、五、注意事项参见附录C中YJ－X2型电阻应变仪操作步骤中（三、注意事项）。

六、六、实验报告及问题思考由公式，式中f为梁端挠度，h为梁的厚度，L为梁的长度，求出应c), 根据测试结果，试比较三种接桥方法的优缺点。

实验四金属材料弹性模量E和泊松比μ的测定一、一、实验目的1.1.在金属材料的弹性范围内验证虎克定律。

2.2.测定材料的弹性模量E和泊松比μ。

3.3.掌握电阻应变仪的操作方法和半桥联接。

二、二、实验原理及计算本实验采用电测法测定E和μ。

电测原理见附录C。

金属材料在弹性范围内服从虎克定律:σ=Eε写成式中P——载荷；A——试件截面积；——纵向应变；由电测法测得。

同样，横向应变也可由电测法测得，故可计算泊松比为此，沿试件的轴线和垂直于轴线的方向各贴一片电阻应变片作为工作片R1（R2），在与试件相同材料的外补偿块上贴一片电阻应变片作为温度补偿片R t，采用半桥外补偿按图4-1将R1（R2）、R t与电阻应变仪联接，即可进行测量。

为保证实验的精确性，本实验采用“增量法”加载，即每增加一级载荷，可在电阻应变仪上读得一个应变值，最后取应变值读数差的平均值Δε代入公式计算出材料的弹性模量E和泊松比μ，即三、三、实验设备及实验步骤实验所用设备为多用试验台，静态电阻应变仪。

（静态电阻应变仪的结构原理及操作步骤见附录C）。

实验步骤：1. 1.测量试件尺寸，将试件安装在多用试验台上。

2. 2.参照图4-1将电阻应变片以半桥外补偿法与应变仪联接。

3. 3.根据电阻应变片的灵敏系数调节应变仪灵敏系数拨钮，使其相对应（一般已调节完毕）。

4. 4.参照附录C中的电阻应变仪操作步骤将电阻应变仪调节到正常工作状态。

5. 5.逐级缓慢加载，并记录测点的应变值。

6. 6.重复实验2次，以获得理想的实验数据。

7.7.实验结束，清理场地，应变仪电源关闭，一切机构复原。