材料力学实验指导书供参习.doc

材料力学
实验指导书
湖北工业大学工程技术学院
目录
实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验 7
一、实验目的要求 7
二、实验设备和仪器 7
三、拉伸试件 8
四、实验原理和方法 9
五、实验方法与步骤 12
六、实验结果处理 13
七、思考题 14
八、实验报告格式(仅供参考) 14
实验二低碳钢和铸铁的压缩实验 16
一、实验目的 16
实验仪器和设备 16
三、试件介绍 16
四、实验原理及方法 18
五、实验步骤 18
六、实验结果 18
七、思考题 19
实验三低碳钢和铸铁的扭转实验 20
一、实验目的 20
二、实验设备 20
三、实验试样 20
四、实验原理与方法 22
五、实验方法与步骤 27
六、实验注意事项 27
七、实验报告要求:参考下表并回答思考题 28
实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验
一、实验目的要求
测定低碳钢的流动极限、强度极限、延伸率、截面收缩率和铸铁的强度极限。
低碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象,绘出外力和变形间的关系曲线(曲线)。
比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。
二、实验设备和仪器
CMT5504/5105电子万能试验机、游标卡尺等
图1-1 CMT5504/5105电子万能试验机
三、拉伸试件
金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度称为标距,试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定,两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。
图1-2 拉伸试件
为了使实验测得的结果可以互相比较,试件必须按国家标准做成标准试件,即或
。
对于一般板的材料拉伸实验,也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为或,为标距段内的截面积。
低碳钢拉伸
铸铁拉伸
四、实验原理和方法

低碳钢试件在静拉伸试验中,通常可直接得到拉伸曲线,如图1—3所示。用准确的拉伸曲线可直接换算出应力应变曲线。首先将试件安装于试验机的夹头内,之后匀速缓慢加载(加载速度对力学性能是有影响的,速度越快,所测的强度值就越高),试样依次经过弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段,其中前三个阶段是均匀变形的。
图1-3 低碳钢拉伸曲线
(1) 弹性阶段是指拉伸图上的段,没有任何残留变形。在弹性阶段,载荷与变形是同时存在的,当载荷卸去后变形也就恢复。在弹性阶段,存在一比例极限点A,对应的应力为比例极限,此部分载荷与变形是成比例的。
(2) 屈服阶段对应拉伸图上的BC段。金属材料的屈服是宏观塑性变形开始的一种标志,是由切应力引起的。在低碳钢的拉伸曲线上,当载荷增加到一定数值时出现了锯齿现象。这种载荷在一定范围内波动而试件还继续变形伸长的现象称为屈服现象。屈服阶段中一个重要的力学性能就是屈服点。低碳钢材料存在上屈服点和下屈服点,不加说明,一般都是指下屈服点。上屈服点对应拉伸图中的B点,记为,即试件发生屈服而力首次下降前的最大力值。下屈服点记为,是指不计初始瞬时效应的屈服阶段中的最小力值,注意这里的初始瞬时效应对于液压摆式万能试验机由于摆的回摆惯性尤其明显,而对于电子万能试验机或液压伺服试验机不明显。
图 1-4 常见屈服曲线
一般通过指针法或图示法来确定屈服点,综合起来具体做法可概括为:当屈服出现一对峰谷时,则对应于谷低点的位置就是屈服点;当屈服阶段出现多个波动峰谷时,则除去第一个谷值后所余最小谷值点就是屈服点。图1-4给出了几种常见屈服现象和、的确定方法。用上述方法测得屈服载荷,分别用式(1-1)、式(1-2)、式(1—3)计算出屈服点、下屈服点和上屈服点。
= (1-1)
= (1-2)
= (1-3)
(3) 强化阶段对应于拉伸图中的CD段。变形强化标志着材料抵抗继续变形的能力在增强。这也表明材料要继续变形,就要不断增加载荷。在强化阶段如果卸载,弹性变形会随之消失,塑性变形将会永久保留下来。强化阶段的卸载路径与弹性阶段平行。卸载后重新加载时,加载线仍与弹性阶段平行。重新加载后,材料的比例极限明显提高,而塑性性能会相应下降。这种现象称之为冷作硬化。冷作硬化是金属材料的宝贵性质之一。工程中利用冷作硬化工艺的例子很多,如挤压、冷拔等。D点是拉伸曲线的最高点,载荷为,对应的应力是材料的强度极限或抗拉极限,记为,用式(1-4)计算
= (1-4)
(4) 颈缩阶段对应于拉伸图的DE段。载荷达到最大值后,塑性变形开始局部进行。这是因为在最大载荷点以后,冷作硬化跟不上变形的发展,由于材料本身缺陷的存在,于是均匀变形转化为集中变形,导致形成颈缩。颈缩阶段,承载面积急剧减小,试件承受的载荷也不断下降,直至断裂。断裂后,试件的弹性变形消失,塑性变形则永久保留在破断的试件上。材料的塑性性能