工程力学实验报告.doc

工程力学实验报告
自动化12级实验班
§1-1 金属材料的拉伸实验
一、试验目的
(Q235 钢)的强度性能指标:上屈服强度ReH,下屈服强度ReL和抗拉强度Rm 。
(Q235 钢)的塑性性能指标:断后伸长率A和断面收缩率Z。
。
、比较低碳钢(Q235 钢)和铸铁的拉伸过程及破坏现象,并比较其机械性能。
。
二、设备和仪器
(见附录)。
。
。
三、试样
l0
l
b
h
(a)
(b)
图1-1 试样
拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果可以相互比较,必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。我国国标GB/T228-2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样,如图(1-1)所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接,以保证试样破坏时断口在平行部分。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距,记作l0,通常在其两端划细线标志。
国标GB/T228-2002中,对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。
四、实验原理
低碳钢(Q235 钢)拉伸实验(图解方法)
将试样安装在试验机的上下夹头中,引伸计装卡在试样上,启动试验机对试样加载,试验机将自动绘制出载荷位移曲线(F-ΔL曲线),如图(1-2)。观察试样的受力、变形直至破坏的全过程,可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段(弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段)。
屈服阶段反映在F-ΔL曲线图上为一水平波动线。上屈服力是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。下屈服力是试样在屈服期间去除初始瞬时效应(载荷第一次急剧下降)后波动最低点所对应
的载荷。最大力Rm是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。相应的强度指标由以下公式计算:
上屈服强度ReH : (1-1)
下屈服强度ReL: (1-2 )
抗拉强度Rm: (1-3)
在强化阶段任一时刻卸载、再加载,可以观察加载、御载规律和冷作硬化现象。
在Fm以前,变形是均匀的。从Fm开始,产生局部伸长和颈缩,由于颈缩,使颈缩处截面减小,致使载荷随之下降,最后断裂。断口呈杯锥形。
测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du,按以下两式计算其主要塑性指标:
断后伸长率A :
(1-4)
式中L0为试样原始标距长度(名义尺寸50mm)。
由于试样的塑性变形集中在缩颈处并向两边逐渐减小,因此断口位置不同,标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样中部,发生严重塑性变形的缩颈段全部在标距长度内,标距长度就有较大的塑性伸长量;若断口距标距端很近,则发生严重塑性变形的缩颈段只有一部分在标距长度内,另一部分在标距长度外,因此,标距长度的塑性伸长量就小。这说明断口位置对测得的伸长率有影响,为此应用所谓移位法测定断后标距长度。
试验前将试样标距分成十等分。若断口到邻近标距端距离大于,则可直接测量标距两端点间的距离。若断口到邻近标距端距离小于或等于,则应用所谓移位法(亦称为补偿法)测定:在长段上从断口O点起取长度基本上等于短段格数的一段得B点,再由B点起取等于长段所余格数(偶数)之半得C点(见图1-8(a));或取所余格数(奇数)减1与加1之半得C与C1点(见图1-8(b));移位后的L1分别为:AO+OB+2BC或者AO+OB+BC+BC1 。
测量时,两段在断口处应紧密对接,尽量使两段轴线在一直线上。若断口处形成缝隙,此缝隙应计入L1内。
断面收缩率Z:
(1-5)
式中和分别是原始横截面积和断后最小横截面积。
铸铁拉伸
△L
F
Fm
0
图1-3铸铁拉伸
铸铁拉伸时没有屈服阶段,拉伸曲线微微弯曲,在变形很小的情况下即断裂(见图1-3),断口为平端口。因此对铸铁只能测得其抗拉强度Rm,
即: (1-6)
铸铁的抗拉强度远低于低碳钢的抗拉强度。
五、实验结果处理
-2和表1-3填写。
表1-2 原始尺寸
材料
原始标距
L0(mm)
原始横截面直径do(mm)
原始最小横截面积
S0(mm2)
I
II
III
1
2
平均
1
2
平均
1
2
平均
低碳钢
50










铸铁
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