1、材料力#實驗任永臻編集菱犬彥機械工程禽浣機械辰砒實驗蜜2007耳M月目錄第一章緒論1§1.1材料力學實驗的內(nèi)容1§1.2材料力學實驗的標準及方法1§1.3材料力學實驗規(guī)那么及要求2第二章材料的力學性能測定3§2.1液壓式萬能材料試驗機3§2.1.1WE-60. WE-100A型液壓式萬能試驗機3§2.1.2WEC-600B型微機顯示液壓萬能試驗機5§2.2機械式引伸儀6§2.3低碳鋼、鑄鐵的拉伸實驗7§2.4低碗鋼、鑄鐵壓縮演示實驗12§2.5低碳鋼彈性模量E的測定14§2.6扭轉(zhuǎn)試驗

2、機16§2.6.1NN-100A型扭力試驗機16§2.6.2NDS-0.5型扭轉(zhuǎn)試驗機17§2.7扭轉(zhuǎn)實驗18§2.8低碳鋼剪變模量G的測定21§2.9沖擊實驗23§2.10 疲勞實驗25第三章 電測應力分析29§3.1概述29§3.2 組合式材料力學多功能實驗臺30§3.3電阻應變片31§3.4應變電橋33§3.5電阻應變儀35§3.6應用45§3.7彎曲正應力實驗47§3.8 彎扭組合變形的主應力的測定49§3.9疊梁/復合梁彎曲正應力實驗5

3、2§3.10材料彈性模量E、泊松比M的測定54§3.11偏心拉伸實驗57§3.12壓桿穩(wěn)定實驗60§3.13電阻應變片靈敏系數(shù)標定63§3.14懸臂梁實驗66附錄I實驗數(shù)據(jù)的線性擬和69附錄II有效數(shù)后第一位數(shù)的修約規(guī)定的關(guān)系72附錄III力學國際單位制單位及換算73第一章緒論§1.1材料力學實驗的內(nèi)容材料力學實驗是材料力學的重要組成局部，包含以下三方面的內(nèi)容:一、材料的力學性能的測定材料的力學性能是指在外力的作用下，材料在變形、強度等方面表現(xiàn)出的一些特性, 如彈性極限、屈服極限屈服點、強度極限、彈性模量、疲勞極限、沖擊韌性等。這些

4、強度指標或參數(shù)都是構(gòu)件強度、剛度和穩(wěn)定性計算的依據(jù)，而它們一般要通過實驗來測定。 隨著材料科學的開展，各種新型合金材料、合成材料不斷涌現(xiàn)，力學性能的測定，是研究 每一種新型材料的重要任務。二、驗證已建立的理論材料力學的一些理論是以假設為根底而導出的，桿件的彎曲理論就以平面假設為基 礎。用實驗驗證這些理論的正確性和使用范偉I,有助于加深對理論的認識和理解。至于對 新建立的理論和公式，用實驗來驗證更是必不可少的。實驗是驗證、修正和開展理論的必 要手段。三、應力分析實驗某些情況下，例如因構(gòu)件集合形狀不規(guī)那么或受力復雜等，應力計算并無適用理論。 這時，用諸如電測、光彈性等實驗應力分析方法直接測定構(gòu)件的

5、應力，便成為有效的方法。 對經(jīng)過較大簡化后得出的理論計算或數(shù)值計算，其結(jié)果的可靠性更有賴于實驗應力分析的 驗證。§1.2材料力學實驗的標準及方法材料的強度指標如屈服極限、強度極限、持久極限等，雖是材料的固有屬性，但往往 與試樣的形狀、尺寸、外表加工精度、加載速度、周I制環(huán)境溫度、介質(zhì)等有關(guān)。為使 試驗結(jié)果能相互比擬，國家標準對試樣的取材、形狀、尺寸、加工精度、試驗手段和方法 以及數(shù)據(jù)處理等都作了統(tǒng)一規(guī)定。我國國家標準的代號GB。其他國家也有各自的標準，如 美國標準的代號ASTM,國際標準的代號ISO。國際間需要作仲裁試驗時，以國際標準為依 據(jù)。對破壞性試驗，如材料強度指標的測定，考慮

6、到材料質(zhì)地的不均勻性，應采用多根試 樣，然后綜合多根試樣的結(jié)果，得出材料的性能指標。對非破壞性試驗，如構(gòu)件的變形測 量，因為要借助于變形放大儀表，為減小測量系統(tǒng)引入的誤差，一般也要屢次重復進行， 然后綜合屢次測量的數(shù)據(jù)得到所需結(jié)果。實驗應力分析除前面提到的電測法及光彈性法外，還有激光全息光彈性法、散斑干預 法、云紋法、聲彈法等。采用何種方法取決于試驗的目的和對試驗精度的要求。一般說， 如僅需了解構(gòu)件某一局部的應力分布，電測法比擬適宜；如需了解構(gòu)件的整體應力分布， 那么以光彈性法為宜。有時也可把兒種方法聯(lián)合使用，例如可用光彈性法判定構(gòu)件危險截面 的位置，再使用電測法測出危險截而的局部應力分布。關(guān)

7、于實驗應力分析，本書主要介紹電測法，至于其他方法，如有需要可參考實驗應力分析方面的著作。§1.3材料力學實驗規(guī)那么及要求一、作好實驗前的準備工作1按各次實驗的預習要求，認真閱讀實驗指導復習有關(guān)理論知識，明確實驗目的, 掌握實驗原理，了解實驗的步驟和方法。2對實驗中所使用的儀器、實驗裝置等應了解其工作原理，以及操作考前須知。3必須清楚地知道本次實驗須記錄的數(shù)據(jù)工程及其數(shù)據(jù)處理的方法。二、嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度1課程規(guī)定的時間準時進入實驗室。保持實驗室整潔、安靜。2未經(jīng)許可，不得隨意動用實驗室內(nèi)的機器、儀器等一切設備。3作實驗時，應嚴格按操作規(guī)程操作機器、儀器，如發(fā)生故障，應及時報告，

8、不 得擅自處理。4實驗結(jié)束后，應將所用機器、儀器擦拭干凈，并恢復到正常狀態(tài)。三、認真做好實驗1接受教師對預習情況的抽査、質(zhì)疑，仔細聽教師對實驗內(nèi)容的講解。2實驗時，要嚴肅認真、相互配合，仔細地按實驗步驟、方法逐步進行。3實驗過程中，要密切注意觀察實驗現(xiàn)象，記錄好全部所需數(shù)據(jù)，并交指導老師 審閱。實驗報告是對所完成的實驗結(jié)果整理成書面形弍的綜合資料。通過實驗報告的書'峙， 培養(yǎng)學習考準確有效地用文字來表達實驗結(jié)果。因此，要求學習者在自己動手完成實驗的 根底上，用H己的語言扼要地表達實驗目的、原理、步驟和方法，所使用的設備儀器的名 稱與型號、數(shù)據(jù)計算、實驗結(jié)果、問題討論等內(nèi)容，獨立地寫出實

9、驗報告，并做到字跡端 正、繪圖清晰、表格簡明。整理實驗結(jié)果時，應剔除明顯不合理的數(shù)據(jù)，并以表格或圖線說明所得結(jié)果。數(shù)據(jù)運 算一般只保存三位有效數(shù)字。第二章材料的力學性能測定§2.1液壓式萬能材料試驗機材料試驗機是對試樣或模型施加載荷的專用設備。試驗機按施加載荷性質(zhì)可分為靜荷 試驗機和動荷試驗機。靜荷試驗機按施加載荷形式乂可分拉力、圧力和扭轉(zhuǎn)等材料試驗機。 如果一臺試驗機可以兼做拉力、圧力和彎曲等多種試驗，那么稱為萬能材料試驗機。隨著力 學實驗霊要和科技水平的開展，電子萬能試驗機和電液伺服試驗機等正擴大使用，它把精 密控制和精確測量融為一體，大大提高了試驗機性能。各類試驗機，一般由兩大

10、局部組成：加載系統(tǒng)和測量系統(tǒng)。多數(shù)測最系統(tǒng)中包括繪圖 裝置。試驗機的驅(qū)動方式可分機械傳動方式和液圧方式兩種，本實驗室五臺試驗機都是液 壓式的，現(xiàn)簡要介紹如下：§2.1.1 WE-60v 100A型液壓式萬能試驗機一、工作原理1、加載系統(tǒng)在底座上由兩根固定立柱和固定橫梁 組成承載框架。工作油缸固定于框架上。 在工作油缸的活塞上，支承著由上橫梁、 活動立柱和活動半臺組成的活動框架。啟 動油泵，關(guān)閉回油閥門，翻開送油閥門， 油箱中的油液就會通過送油閥，經(jīng)進油管 進入工作油缸，把活塞連同活動平臺一同 頂起。這樣，如把試樣安裝于上夾頭和下 夾頭之間，由于下夾頭固定，上夾頭隨活 動半臺上升，試樣

11、將受到拉伸；假設把試樣 置放于兩個承斥墊板之間或?qū)⑹軓澰嚇又?放于兩個彎曲支座上，那么因固定橫梁不動 而活動平臺上升，試樣將分別受到圧縮或 彎曲。此外，實驗開始前如欲調(diào)整上、下 夾頭之間的距離,那么可開動下夾頭升降電 機，驅(qū)動螺桿，便可使下夾頭上升或下降。 但電機不能用來給試樣施加拉力。2、測力系統(tǒng)1 底座：2固定立柱：3-固定橫梁：4工作油缸；6-± 橫梁；7活動立柱：8-活動平臺；9-上夾頭：12下夾頭:13-螺桿：17送油閥：18、19-油管；20-回油閥：29-示 力指針；30-示力度盤：32滾筒；35油泵電機開關(guān)：36-下夾頭升降按扭：37油箱，38放油閥圖2.1 A型萬能

12、材料試驗機老式試驗機的測量系統(tǒng)主要是測量試 樣所受載荷大小，因此也稱測力系統(tǒng)。測 力系統(tǒng)的核心是擺錘系統(tǒng)。對試樣加載是 高床油作用的結(jié)果，而高圧油作用柱塞的31 YWtt26擺桿24拉桿25提銬037油箱22測力油缸2?測力油管29水力指針30示力度盤、34絵田筆32滾筒28齒桿一27推桿23測力活窪35油泵電機20回油聞G滑輪2上橫梁3固定橫梁19回油管11承壓墊板M送油管一§III10彎曲支座8活動平臺9上夾頭“36下夾頭升降 按鈕工件活塞 4工作汕缸 7活動立柱一2下夾頭33拉範.j底座5紹輪筑桿；3«ff:宀9 "聶頭升降圖2.2 A型萬能材料試驗機結(jié)構(gòu)原

13、理圖同時，還通過回油管推動測力柱塞，它向下推動測力 拉桿使擺錘偏擺一定角度。油圧越高試樣受力越大， 擺錘偏擺角度也越來越大。擺錘偏擺時，與其同軸偏 轉(zhuǎn)的撥桿推動測力齒桿移動，齒桿推動測力小齒輪， 從而使測力指針轉(zhuǎn)動，試樣所受載荷即顯示在力盤上。 為了適應不同的測力范圍，擺錘測力系統(tǒng)都配有幾種 不同重量的配重。配重越大測力范圍越大，因此使用 不同量程測力刻度盤時，必須配掛相應的配重。圖2. 3B型萬能材料試驗機繪圖裝置：記錄紙安放在滾筒上。試樣的變形可 以近似地看作是活動平臺加載時的位移量，這個位移 最可以通過傳動繩繞過導向小滑輪拖動滾筒轉(zhuǎn)動，使 得滾筒的圓周方向反映試樣的變形。而測力齒桿移動

14、時，記錄筆也隨著移動，因此滾筒軸線方向直接記錄 試樣的載荷。這樣機器運行時就在圖紙上繪出試樣的 載荷變形特性曲線。這條曲線不夠精確，一般只作參 考使用。二、操作要點1、按需要選擇適宜力盤并配置相應配重。需要自動繪圖時，事先應將滾筒上的紙和 筆裝妥。2、在確認油門關(guān)閉狀態(tài)下，啟動油泵，適最翻開進油閥門，將活動平臺升高約1cm, 以消除其H瑩，然后關(guān)閉送油閥，此時調(diào)整力盤零點，并把被動針靠近主動針，以便記錄 峰值。3、根據(jù)拉伸試樣長度，利用調(diào)節(jié)裝置迅速把下夾頭調(diào)至適宜位置，并把試樣夾緊。 壓縮試樣過短時必須墊以專用壓塊，少最的間隙那么依幕活動半臺上升消除。注意：不能用 下夾頭升降電機給試樣加載。4

15、、加載時緩慢翻開進油閥門，以能使指針緩慢離開零點為宜，然后根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)快 慢，調(diào)至適宜的加載速度，到達預期的試驗載荷值。實驗進行中，注意不要觸動擺桿和擺 錘。5、加載完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性實驗先取下試樣，再緩慢翻開回 油閥將油液放回油箱。非破壞性實驗，自然應先開回油閥卸載，才能取下試樣。另外，本室的WE-10B> WE-300B兩臺試驗機其結(jié)構(gòu)及工作原理和上述WE-A型 相近，不再介紹。下面再簡要介紹一下WEC-600B型微機顯示液壓萬能試驗機。2.1.2 WEC-600B型微機顯示液壓萬能試驗機一 v主要結(jié)構(gòu)試驗機由主機、操縱臺、測量單元和計算機內(nèi)帶專用試驗軟件、打印機

16、等部 分組成見圖2.4。主機由機座內(nèi)裝主工作油缸、試臺、下橫梁、夾持局部、絲 杠、光杠等組成，夾持局部采用液壓驅(qū)動：操縱臺的下部有液壓源，左側(cè)設有配電箱, 總電源開關(guān)，臺面上設置有控制閥旋扭，油泵的啟動與停止按鈕及橫梁升降按鈕，另 外控制試樣的夾緊與松開的按鈕，設置在一個第中按鈕盒上；測星單元包括液壓傳感0 II01、橫梁2、夾持局部3、試臺4、機座5、下橫梁6、測量單元7、操縱臺8、微機顯示局部圖2. 4微機顯示液壓式萬能試驗機器、編碼器測長儀、引伸計、多功能試驗卡。二、工作原理本機是液斥施加試驗力、電子測量、計算機顯示及儲存數(shù)據(jù)的試驗儀器。其工作 原理是：油泵打出的高壓油經(jīng)控制閥順時針旋轉(zhuǎn)

17、手輪送油最大，反最小直至淤油 進行流量及圧力的調(diào)節(jié)后送給油缸推動活塞向上運動實現(xiàn)整機的施加試驗力。本試驗機為手動施加試驗力方式。應力速度滿足試驗要求即可以。本機采用液壓傳感器測量試驗力，用夾式引伸計測量試樣變形，編碼器測最活塞 位移，各測量信號經(jīng)相應的放大器放大后送入相應的測控單元最終由計算機窗口顯 刀、O測控單元中的控制檢測器可實現(xiàn)整機的超限保護。即試驗力超出最大值的10% 時，就將關(guān)閉油泵電源停機。三、操作規(guī)程1、調(diào)整試驗空間：本機的拉伸、壓縮空間為900111111,其中拉伸空間包括2501W11 的活塞行程。為常規(guī)試驗的操作方便，其上橫梁乂設置了兩個固定位置，即拉壓空間 900nun的

18、高位，拉圧空間620mm的低位。2、試驗參數(shù)。3、將主機活塞升起約20mm后，將試驗力及變形參數(shù)復零位。4、將油路轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到“夾頭位置，)操縱掌中按鈕盒裝夾試樣。5、旋轉(zhuǎn)控制閥施加試驗力。6、打印試驗報告。§2.2圖2.5千分表較式引伸儀。機械式引伸儀材料力學實驗中，除測定試樣或構(gòu)件的承載能 力外，還經(jīng)常要測定它們的變形。變形一般很小, 耍用高精度、高放大倍數(shù)的儀器才能測出，這類儀 器即為變形儀。機械式引伸儀是變形儀中的一種。安裝于試樣上的引伸儀，只能感受試樣上長為 Lo的一段的變形。Lo稱為標距。引伸儀測出的是 L。的長度變化即總變形由此算出的應變E = L/Lo,其實是Lo范圍

19、內(nèi)的平均應變。由于引伸 儀上的讀數(shù)AA是經(jīng)放大系統(tǒng)放大后的數(shù)值，應除 以引伸儀的放大借數(shù)k才是變形AL,即A L=AA / k(2.1)儀器能測匱的最大范圍稱為量程。量程、標距和 放大倍數(shù)是引伸儀的主要參數(shù)。下面簡要介紹球、千分表及百分表r分表利用齒輪放大原理制成圖2.5,主要用于測最位移。工作時將細軸的觸 頭緊靠在被測量的物體上，物體的變形將引起觸頭的上下移動，大齒輪帶動指針齒輪, 于是大指針相隨轉(zhuǎn)動。如大指針在刻度盤上每轉(zhuǎn)動一格，表示觸頭的位移為 l/1000mm,那么放大借數(shù)為1OOO,稱為分表。假設大指針每轉(zhuǎn)動一格表示觸頭的位移 為l/100mm，那么稱為白分表。大指針轉(zhuǎn)動的圈數(shù)可由量

20、程指針予以記憶。白分表的 最程一般為51 Omni,千分表那么為3 nun左右。安裝分表時，應使細軸的方向亦即觸頭的位移方向與被測點的位移方向一 致。對細軸應選取適當?shù)念A床縮量。測量前可轉(zhuǎn)動刻度盤使指針對準零點。去虔紙-Ca>千分吉 f因定用尖圖2.6球鉉式引伸儀二、球鉉式引伸儀圖2.6是球狡式引伸儀的結(jié)構(gòu)和安裝示 意圖。上、下標距義由球錢桿和表座板也 是標距板連接起來，并用彈賞拉緊，組成 變形傳遞架。裝于表座板上的分表的觸頭 與下標距義接觸。旋緊固定頂尖和活動頂尖 便可把引伸儀安裝于試樣上。試樣變形時， 上標距義根本不動，但試樣變形帶動頂尖螺 釘位移，從而使下標距義繞球狡中心輕微轉(zhuǎn) 動

21、。這樣，下標距叉形成一個以球狡為支點 的杠桿。按照圖2.6的尺寸分表觸頭的位移 是活動頂尖位移亦即試樣變形的兩倍。 即千分表指針每轉(zhuǎn)動一格，表示觸頭的位移 為l/1000mm,而試樣的變形為l/2000nmio安裝球錢式引仲儀的考前須知是：1 > 根據(jù)試樣尺寸調(diào)整定位塊和頂尖，使小軸的 尾部向上，限制上、下標距義相對錯動，把 引伸儀套在試樣上，使定位塊與試樣靠緊，旋緊活動頂尖，使頂尖嵌入試樣約為0.05O.lnun： 2 調(diào)整接觸螺釘，使千分表的量程指針指在量程的一半左右，用鎖緊螺母 鎖緊接觸螺釘，把千分表大指針調(diào)整到零位，把小軸尾部旋轉(zhuǎn)向下，即可開始試驗。§2.3 低碳鋼、鑄

22、鐵的拉伸實驗定材篇讓芻黑算性能實驗中最根本最重要的實驗是工程上廣泛使用的測一、實驗目的暑1、了解萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)及工作原理，熟悉其操作規(guī)程及正確使用方法。2、通過實驗，觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸時的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，并進行比擬。3、測定低碳鋼拉伸時的屈服極限cj $、強度極限Jb、延伸率6和截面收縮率屮， 鑄鐵拉伸時的強度極限CJ bo二、實驗設備及試樣1、萬能材料試驗機2、游標卡尺3、鋼直尺4、拉伸試樣：頭部4/- do0、1圖2. 7 拉伸試樣由于試樣的形狀和尺寸對實驗結(jié)果有一定影響，為便于互相比擬，應按統(tǒng)一規(guī)定 加工成標準試樣。圖2.7分別表示橫截面為圓形和矩形的拉伸試樣。Lo是測量試

23、樣伸 長的長度，稱為原始標距。按現(xiàn)行國家GB6397-86的規(guī)定，拉伸試樣分為比例試樣和非比例試樣兩種。比例試樣的標距Lo與原始橫截而Ao的關(guān)系規(guī)定為(2.2)式中系數(shù)k的值取為5.65時稱為短試樣，取為11.3時稱為長試樣。對直徑山的圓截面短 試樣，打=5.65j可=5d°：對長試樣，打=11.3j可= 10d°。本實驗室采用的是長試樣。非比例試樣的Lo和A。不受上列關(guān)系的限制。試樣的外表粗糙度應符合國標規(guī)定。 在圖2.7中，尺寸L稱為試樣的平行長度，圓截面試樣L不小于Lo+do：矩形截面試樣L 不小于Lo+b/2。為保證由平行長度到試樣頭部的緩和過渡，要有足夠大的過渡圓

24、弧半徑 R。試樣頭部的形狀和尺寸，與試驗機的夾具結(jié)構(gòu)有關(guān)，圖2.7所示適用于楔形夾具。這 時，試樣頭部長度不小于楔形夾具長度的三分之二。三、實驗原理及方法常溫下的拉伸實驗是測定材料力學性能的基木實驗。可用以測定彈性E和p ,比例極 限bp，屈服極限或規(guī)定非比例伸長應力，抗拉強度bb，斷后伸長率6和截面收縮 率屮等。這些力學性能指標都是工程設計的重要依據(jù)。1、低碳鋼拉伸實驗1、屈服極限Qs及抗拉強度Ob的測定對低碳鋼拉伸試樣加載，當?shù)竭_屈服階段時，低碳鋼的P-AL曲線呈鋸齒形圖2.8。 與最高載荷Psu對應的應力稱為上屈服點，它受變形速度和試樣形狀的影響，一般不作為 強度指標。同樣，載荷首次下降

25、的最低點初始瞬時效應也不作為強度指標。一般將初面積A。，作為屈服極限J-即a $=PsiX(2.3)始瞬時效應以后的最低載荷Psi,除以試樣的初始橫截面假設試驗機由示力度盤和指針指示載荷，那么在進入屈服階段 后,示力指針停止前進,并開始倒退,這時應注意指針的 波動情況，捕捉指針所指的最低載荷Psi。屈服階段過后，進入強化階段，試樣又恢復了抵抗繼 續(xù)變形的能力圖2.8。載荷到達最大值Pb時，試樣某 一局部的截面明顯縮小，出現(xiàn)“縮頸現(xiàn)象。這時示力度盤的從動針停留在Pb不動，主動針那么迅速倒退，說明載荷迅速下降，試樣即將被拉斷。以 試樣的初始橫截面面積Ao除Pb得抗拉強度7 “即A,(2.4)2伸長

26、率6及截面收縮率屮的測定試樣的標距原長為L。，拉斷后將兩段試樣緊密地對接在一起，量出拉斷后的標距長為L斷后伸長率應為X 1 0 0 %(2.5)J50 12 3 45 6 】卩891U/i 卜丄+ 二Aa原試樣2 0 1_11一2$ 4567§9 10,BC -丿b(b)k 0123456789 10/CTTZprq_I11 亠. _ 1【11IL I<40BC C°、(O *圖2.9斷口移中法測L,斷口附近塑性變形最大，所以Li的屋取與斷口的部位有關(guān)。如斷口發(fā)生于L。的兩端或在L。之外，那么實驗無效，應重做。假設斷口距L。的一端的距離小于或等于土圖2.9,那么 3按

27、下述斷移中法測定Lo。在拉斷后的長段上，由斷口處取約等于短段的格數(shù)得B點，假設剩 余格數(shù)為偶數(shù)圖2.9b,取其中一半得C點，設AB長為a, BC長為b,那么L】=a+2b。 當長段剩余格數(shù)為奇數(shù)時圖2.9c,取剩余格數(shù)減1后的一半得C點，加1后的一半得 6點，設AB、B C和B 6的長度分別為a、b】和b?,那么L】 = a+bi+ b2o試樣拉斷后， 設縮頸處的最小橫截面面積為A由于斷口不是規(guī)那么的圓形，應在兩個相互垂直的方向上 量取最小截面的直徑，以其平均值計算Ap然后按下式計算斷面收縮率：A)- AA)2、鑄鐵拉伸實驗鑄鐵屬于脆性材料，拉伸過程中，沒有屈服和“頸縮 現(xiàn)象，它的P-AL曲線

28、近似一條斜直線(如圖2.10),本 實驗我們只測鑄鐵的抗拉強度極限，所以實驗結(jié)束后，主動 針退回零位，從動針所指示的載荷即是Pb，代入式(2.4)計 算得出0 b°U!仁測試樣直徑在標距L。的兩端及中部三個位 置上，沿兩個相互垂直的方向，測星試樣百徑，以其平均值 計算各橫截面面積，再以三個橫截而而積中的最小值為A。(2.6)圖2. 10鑄鐵拉伸P-AL曲線2、試驗機準備根據(jù)試樣尺寸和材料，估計最大載荷，選擇相適應的示力度盤和 擺錘重量，需要自動繪圖時，事先應將滾筒上的紙和筆裝妥。先關(guān)閉送油閥和回汕閥，再 開動油泵電機，待油泵工作正常后，開啟送油閥將活動平臺上升約1 cm,以消除其自屋

29、。 然后關(guān)閉送油閥，調(diào)零。3、安裝試樣 安裝拉伸試樣時，對A型試驗機，可開動下夾頭升降電機以調(diào)整下 夾頭的位置，但不能用下夾頭升降電機給試樣加載；對B型試驗機，用橫梁升降按鈕調(diào)整 拉壓空間。4、加載 緩慢開啟送油閥，給試件平穩(wěn)加載。應防止油閥開啟過大，進油太快。試 驗進行中，注意不要觸動擺桿和擺錘。5、試驗完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。破壞性試驗先取下試樣，再緩慢 翻開回油閥將汕液放回油箱。非破壞性試驗，門然應先開回油閥卸載，才能取下試樣。五、實驗數(shù)據(jù)處理按有關(guān)公式，將實驗數(shù)據(jù)計算出來，其數(shù)值遵守表2.1的修約規(guī)定。有效數(shù)以后的數(shù) 字進位規(guī)那么見附錄11(9)。六、數(shù)據(jù)分析對你所得出的數(shù)據(jù)，

30、作出合理的分析。表2.1性能指標數(shù)值的修約規(guī)定性能修約到Qpo a p0.2O bW200Mpa 以下IMPa>200Mpa 1 OOOMPa5MPa>1000 MPalOMPaS0.5%V0.5%六、問題討論試比擬低碳鋼和鑄鐵拉伸時的力學性能有什么不同。§2.4 低碳鋼、鑄鐵壓縮演示實驗1、進一步了解萬能材料試驗機的結(jié)構(gòu)及匸作原理，熟悉其操作規(guī)程及止確使用方法。2、通過演示，觀察低碳鋼和鑄鐵在壓縮時的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，并進行比擬。3、測定低碳鋼壓縮時的屈服極限Q s；鑄鐵壓縮時的強度極限0 b。-v實驗設備及試樣1、萬能材料試驗機2、游標卡尺3、鋼直尺4、壓縮試樣:圧

31、縮試樣通常為圓柱形，也分短、長兩種圖 2.11示。試樣受壓時，兩端面與試驗機墊板間 的摩擦力約束試樣的橫向變形，影響試樣的強 度。隨著比值ho/®的增大，上述摩擦力對試樣 中部的影響減弱。但比值h/do也不能過大，否 那么將引起失穩(wěn)。測定材料抗斥強度的短試樣圖Heiv£朮8a)zf圖2.12?低碳鋼壓縮P-2XL曲線圖2.11壓縮試樣2.11a示，通常規(guī)定1 Who/doW3。至 于圖2.11b所示長試樣，多用于測定 鋼、銅等材料的彈性常數(shù)E、p及比 例極限和屈服極限等。三、實驗原理及方法3、鑄鐵的壓縮實驗：鑄鐵的 斥縮實驗與拉伸實驗的試驗曲線形狀 很相似如圖2.10。鑄鐵

32、圧縮時，破 壞斷口會沿45°55°左右斜截面斷裂， 此時，主動針會回到零點，從動針停 在原位置不動，記錄下載荷Pb，代入式2.4計算得出鑄鐵的抗斥強度極限CJ4、低碳鋼的壓縮實驗：低碳鋼斥縮時，其 P-AL曲線如圖2.12,到達屈 服時，主動針會停頓其至倒退，此時記錄下屈服載荷P$,那么有：此即是低碳鋼斥縮時的屈服極限。繼續(xù)施加載荷，試樣會越床越扁，但始終測不到P!1!1、測試樣直徑 在試樣中部位置上，沿兩個相互垂直的方向，測量試樣直徑， 以其平均值計算其橫截面面積A。2、試驗機準備根據(jù)試樣尺寸和材料，估計最大載荷，選擇相適應的示力度盤和 擺錘重帚，需要H動繪圖時，事先應將

33、滾筒上的紙和筆裝妥。先關(guān)閉送油閥和回油閥，再 開動油泵電機，待油泵工作正常后，開啟送油閥將活動平臺上升約1 cm,以消除其白重。 然后關(guān)閉送油閥，調(diào)零。3、安裝試樣直接將壓縮試樣放于工作臺上，上升工作臺，使試樣與上、下墊板 兒乎接觸為止。4、加載 緩慢開啟送油閥，給試件平穩(wěn)加載。應防止油閥開啟過大，進油太快。試 驗進行中，注意不要觸動擺桿和擺錘。5、試驗完畢，關(guān)閉送油閥，停止油泵工作。應先開回油閥回汕、卸載，才能 取下試樣。五、實驗數(shù)據(jù)處理及分析 參照拉伸實驗六、問題討論1、鑄鐵壓縮時沿45°55°斜面斷裂，說明導致破壞的原因是什么？2、低碳鋼壓縮時能否得到強度極限。b?2

34、.5低碳鋼彈性模量E的測定1、進一步熟練學握萬能材料試驗機的操作規(guī)程及使用方法。2、驗證胡克定律，測定低碳鋼的彈性模量E。3、熟悉球較式引伸儀的使用方法。二、設備及試樣1、萬能材料試驗機2、球狡式引伸儀3、游標卡尺4、低碳鋼拉伸試樣I 0倍試樣三、實驗原理及方法"10 ALaALS2.13彈性模量是應力低于比例極限 時應力與應變的比值，即£ 2%AL可見，在比例極限內(nèi)，對試樣施加 拉伸載荷P，并測出標距Lo的相應 伸長AL,即可求得彈性模量E。在彈性變形階段內(nèi)試樣的變形很 小，測量變形需用放大倍數(shù)為2000 倍分度值為l/2000nini的球較式 引伸儀。為檢查載荷與變形的

35、關(guān)系是否 符合胡克定律，減少測量誤差，試 驗一般采用等增量法加載，即把載荷分 成假設干相等的加載等級圖2.13,然后逐級加載。為保證應力不超出比例極限，加載前先估算出試樣的屈服載荷，以屈服載荷 的7 0%8 0 %作為測定彈性模暈的最高載荷卩屮此外，為使試驗機夾緊試樣，消除引 伸儀和試驗機機構(gòu)的間隙，以及開始階段引伸儀刀刃在試樣上的可能滑動，對試樣應施加 p = Pn _ P。(1125)一個初載荷 Po,可取為Pn的1 0%。從Po到Pn將載荷分成11級，且不小于5,于是例如，假設低碳鋼的屈服極限a s=235MPa,試樣直徑do=10mm,那么Pn= -TT d02 Xa sX80%=14

36、800N (取為 15KN)4Po=PnXlO%=1.5KN實驗時，從Po到Pn逐級加載，載荷的每級增量為對應著每個載荷R (I=l,2,3,n), 記錄下相應的伸長與AL,的差值即為變形增量6 (A L)i,它是AP引起的伸長增 量。在逐級加載中，假設得到的各級& (A L).根本相等,就說明AL與P成線性關(guān)系，符合胡 克定律.完成一次加載過程，將得到R和 b的一組數(shù)據(jù)，按線性擬合法求得(?P)-nZP；Jo.Ao(2. 8)上式的推導詳見附錄I ,這里不再復述。除用線性擬合法確定E夕卜,還可用下述彈性模量平均法對應于每一個& (A L),由公式 可以求得相應的E：為PR&a

37、mp; 比沖(2. 9)(2. 10)n個E,的算術(shù)平均值E=-ZEt 11即為材料的彈性模星。!1!1、測最試樣尺寸在標距為Lo的兩端及中部三個位置上，沿兩個相互垂直的方向,測量試樣直徑，以其平均值計算每個橫截面面積，取三者中的最小值計算公式中的A。2、試驗機準備 根據(jù)估計的最大載荷，選擇適宜的示力度盤和相應的擺錘，并按試 驗機的操作規(guī)程進行操作。3、安裝試樣及引伸儀。4、進行預拉為檢查機器和儀表是否處于正常狀態(tài)，先把載荷預加到測定E的最高載荷Pn，然后卸載到0Po之間。5、加載加載按等增最法進行，應保持加載的均勻、緩慢，并隨時檢査是否符合胡克定律。載荷增加到Pn后卸載。測定E的試驗應重復三

38、次。6、實驗完畢，卸載取下引伸儀。五、實驗數(shù)據(jù)處理1、用直線擬合法測定E 在測定彈性模皐所得的兒組數(shù)據(jù)中，選収線性相關(guān)性較 好的一組數(shù)據(jù)P,、ALt,擬合為直線。按附錄的公式1.6和1.7計算相關(guān)系數(shù)丫， 并按公式2.8計算彈性模量E。2、用彈性模量平均法測定E 利用上述數(shù)據(jù)組，按公式2. 9求出氏，然后由公 式2.10計算E。3、彈性模量一般取三位有效數(shù)。六、思考題1、測定E時，為何要加初載荷Po?并限制最高載荷Pn?2、使用增量法加載的目的是什么？§2.6扭轉(zhuǎn)試驗機扭轉(zhuǎn)試驗機用于測定金屈或非金屬試樣受扭時的力學性能。現(xiàn)分別簡要介紹NN-100A型和NDS-0.5型扭轉(zhuǎn)試驗機。&#

39、167; 2. 6.1 NN-100A型扭力試驗機一、結(jié)構(gòu)及工作原理本試驗機由指示機構(gòu)、杠桿機構(gòu)及加載機構(gòu)三個 主要部件組成仁加載機構(gòu)：安裝在溜板上的加載機構(gòu)，通過六個滾珠軸承可 在基座的導軌上口由滑動，它可由電動機帶動，也可 以通過手輪手動。機動時，電動機經(jīng)過三角皮帶傳入 變速箱，再經(jīng)手輪傳入減速箱而使主動夾頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生 扭距，主動夾頭的轉(zhuǎn)速共有四級：7度/分：21度/分: 60度/分；180度/分，變速箱內(nèi)有兩對蝸輪付和三對齒 輪付，變速時，變動操作手柄使變速箱中的Z4、Z8 及Z9齒輪左右移動來完成。當操作手柄放在中間位 置時，使Z8及Z9齒輪付脫開，手輪能輕松的通過減速箱 內(nèi)的兩對蝸輪付

40、而帶動主動夾頭轉(zhuǎn)動。試驗機的正反加載可 只能動控制按鈕的正反按鈕而使電動機正反向旋轉(zhuǎn)來到達。S2.14NH-100A型扭力試驗機2、杠桿機構(gòu)加載時，被動夾頭的扭矩通過杠桿機構(gòu)中的大杠桿，反向杠桿反向加載時，變支 點杠桿，到拉桿，拉動擺錘揚起一個角度，擺錘的重力對擺動中心o形成的力矩與外加的 扭矩相半衡。與擺錘同周的撥桿在擺錘揚起的同時，撥動輪，帶動推桿走動，推桿上的鋼 約繩拉動繩輪而使指針轉(zhuǎn)動，并在表盤上指示出相應的扭矩數(shù)值。當指針走滿刻度，超載 35%時，擺桿上的彈費片圧限位開關(guān)動作，斷電而H動停車。試樣斷裂時，擺錘落下，由 緩沖器起緩沖作用。3、指示機構(gòu)試驗機表頭共有三種測量范圉：0100

41、公斤.米：450公斤.米；020.公斤.米。改變試 驗機的測量范圍可轉(zhuǎn)動變星程手輪，通過齒輪鏈條和凸輪機構(gòu)使杠桿機構(gòu)中的變支點刀墊 及表頭中的活動刻度盤作相應的變動來完成。二、操作規(guī)程及考前須知1、根據(jù)試樣有效局部的斷面，把試樣斷裂時所需最大扭矩的大概數(shù)值估計出來，根據(jù) 這個數(shù)值轉(zhuǎn)動變量程手輪選好測力范雨的度盤。注意：施加扭矩以后禁止轉(zhuǎn)動變量程手輪。2、根據(jù)試樣端面決定夾塊的大小放入夾頭內(nèi)，將試樣的頭部涂上油脂或石墨，塞入被 動夾頭蟲，然后把主動夾頭一直適當?shù)奈恢檬乖嚇拥牧硪欢丝梢匀耄藭r主動指針應在 零點上。當用小試樣時，需用小夾塊及襯套等附件。3、在停車時選好主動夾頭的轉(zhuǎn)速，當變換齒輪有

42、困難時，可轉(zhuǎn)動手輪使齒輪能夠嚙合, 手動時，操作手柄應放在中間。4、裝完試樣，旋轉(zhuǎn)被動針使之與主動針重合，旋轉(zhuǎn)主動夾頭上的刻度環(huán)使零點與指針 重合，板據(jù)需要選好方向只能動控制按鈕，開始進行試驗。5、當試樣斷裂時應立即停車，記下被動針知識的扭矩數(shù)值和刻度盤上的扭轉(zhuǎn)角度。應注意：1、主動夾頭最大只能記下360° ,需要目測整轉(zhuǎn)數(shù)。2、被動夾頭的最大扭轉(zhuǎn)角度在20公斤米度盤時為2° 7", 50公斤米度盤時為 1° 4 ", 100公斤米度盤吋為32 ' o6、斷了的試樣可使用取出工具楔板和拉鉤取下來。未斷裂的試樣應從所加的負荷 反轉(zhuǎn)到零載荷

43、后再稍加反向扭矩松開夾持力，退出主動夾頭。NN-100A硼聊念國如？圖8«§ 2. 6. 2 NDS-O. 5型扭轉(zhuǎn)試驗機一、結(jié)構(gòu)及工作原理1、主機局部1、加載機構(gòu)機身內(nèi)安裝的伺服電機帶動通過皮帶固定在機身左端的減速箱，使其上的夾頭轉(zhuǎn) 動，施加扭矩于試樣上，使另一夾頭受到同樣的扭矩。2、扭矩測量機構(gòu)扭轉(zhuǎn)傳感器安裝在可沿導軌直線移動的小箱內(nèi)。通過試樣傳遞過來的扭矩使傳感器產(chǎn) 生相應的變形：發(fā)出電信號，此信號由電纜傳入到電器控制局部。由計算機進行數(shù)據(jù)采集 和處理，并將結(jié)果顯示在屏幕上。3、轉(zhuǎn)角測量機構(gòu)與轉(zhuǎn)動夾頭同軸安裝有一個測速齒輪，金國一套齒輪帶動一個2400脈沖/轉(zhuǎn)的光電編

44、 碼器轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動夾頭的轉(zhuǎn)角脈沖輸送到電器局部進行處理，數(shù)字顯示出轉(zhuǎn)角。4、顯示與打印除數(shù)字顯水岀材料的T b、T p0015、T su、T sc、Y max、G及.轉(zhuǎn)角P放據(jù)以外，同時可 打印出這些數(shù)據(jù)和試驗的T<p曲線。2、電控局部試驗機的額定扭矩為500Nmo試驗機采用扭轉(zhuǎn)傳感器直接測量試樣的扭矩Nm。通過光電編碼器直接測量試樣 的扭轉(zhuǎn)角度數(shù)。在計算機內(nèi)部的擴展槽內(nèi)，安裝有測量扭矩、測量轉(zhuǎn)角的硬件板即數(shù) 據(jù)采集卡，直接進行數(shù)據(jù)采集，本試驗機是由計算機進行數(shù)據(jù)處理的新一代扭轉(zhuǎn)試驗機， 數(shù)據(jù)處理Windows語言編制程序。試驗機的加載系統(tǒng)采用DG S-C型可控硅調(diào)速系統(tǒng)，加載電動機采用稀

45、土永磁直流 電動機，調(diào)速性能較好，電動機本身同軸安裝有測速發(fā)電機、具有較高的調(diào)速范圍1 : 300, 扭矩通過直流電動機、皮帶、減速箱傳遞到試樣上。試樣的扭轉(zhuǎn)角，通過安裝在試樣軸線上的齒輪帶動光電編碼器測量位移傳感器的脈沖 數(shù)即可測定試樣的扭轉(zhuǎn)角，并直接從計算機顯示屏上顯示出來，可以讀取扭轉(zhuǎn)角。扭轉(zhuǎn)角 也可由刻度盤讀出，刻度盤與試樣一同旋轉(zhuǎn)。扭矩傳感器與卡頭的主軸連接，傳感器的輸出通過插頭接數(shù)據(jù)采集卡，扭矩值直接從 計算機併幕上顯示。試驗機采用計算機IT動測量和數(shù)據(jù)處理，為各種材料的扭轉(zhuǎn)試驗提供了精確的扭矩、 扭角數(shù)據(jù)，從而測定出各種材料的扭轉(zhuǎn)機械性能。試驗機配聯(lián)想逐日2 0 0 0微機和EP

46、SON COLOR 3 0 0彩色噴墨打印機， 可對扭轉(zhuǎn)試驗機的各種數(shù)據(jù)進行自動采集、自動處理，并打印扭轉(zhuǎn)試驗的特征數(shù)據(jù)及T p曲線。二、操作說明：1、翻開電腦用鼠標點擊“扭轉(zhuǎn)試驗圖標，即進入扭轉(zhuǎn)試驗界而；2、點擊“ Q C E 將“扭矩、“扭角分別清零，并設置試驗參數(shù)；3、裝好試樣并夾緊，如果“扭矩窗口有一力值存在，那么通過膠木手輪將次力值回 零，然后再將“扭矩、“扭角清零：4、DG S-C直流調(diào)速系統(tǒng)電源開關(guān)翻開，井將調(diào)速旋扭逆時針旋為零位：1、按下扭矩“正或“反按扭，旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋扭順時針，在試樣沒有屈服之前, 控制在636° /分之內(nèi)，屈服之后可以增大調(diào)速速度，一般在36

47、6;-360°/分：2、試樣破壞后，按下“停止按扭，將調(diào)速按扭旋回零位：3、點擊“打印報告打印實驗報告。注：選擇“扭矩、“扭角范I刊時，盡可能選擇大一點。§2.7扭轉(zhuǎn)實驗工程實際中，有很多構(gòu)件，如各種機器的軸類零件、彈贊、鉆桿等都承受扭轉(zhuǎn)變形。 材料在扭轉(zhuǎn)變形下的力學性能，如切變模量G、剪切屈服極限T s和剪切強度極限T b等， 都是進行扭轉(zhuǎn)強度和剛度計算的重要依據(jù)。此外，由扭轉(zhuǎn)變形得到的純切應力狀態(tài)，是拉 伸以外的乂一重要應力狀態(tài)，對研究材料的強度有著重要意義。一、實驗目的r為r 一圖2.18扭轉(zhuǎn)試樣1、了解扭轉(zhuǎn)試驗機的結(jié)構(gòu)和工作 原理，駅握其正確使用方法。2、測定低碳鋼

48、的剪切屈服極限TS,低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限T b3、比擬低碳鋼利鑄鐵受扭時的變 形規(guī)律及其破壞特征。二、設備及試樣1、扭轉(zhuǎn)試驗機2、游標卡尺3、試樣扭轉(zhuǎn)試樣一般為圓截面試樣圖2.18。L為平行長度。在低碳鋼試樣外表上畫上兩 條縱向線和兩圈圓周線，以便觀察扭轉(zhuǎn)變形。三、實驗原理及方法1、低碳測定鋼剪切屈服極限T S和剪切強度極限T b 在比例極限內(nèi)，T與Cp成線 性關(guān)系。橫截面上切應力沿半徑線性分布如圖2.19a 所示。隨著T的增大，橫截面邊緣 處的切應力首先到達剪切屈服極限T 而且塑性區(qū)逐漸向圓心擴展，形成環(huán)形塑性區(qū)圖 2.19bo但中心局部仍然是彈性的，所以T仍可增加，T和卩的關(guān)系成為曲

49、線。直到整個 截面兒乎都是塑性區(qū)圖2.19 c ,在T_p上出現(xiàn)屈服平臺圖2.2 0,示力度盤的 指針根本不動或輕微擺動，相應的扭矩為T$o如認為這時整個圓截面皆為塑性區(qū)，那么Ts 與T §的關(guān)系為(a)(b)(c)圖21 9低碳鋼扭轉(zhuǎn)時橫截面的切應力分布規(guī)律43 TT,肓畋或“帀(2.11)式中W二賓 為抗扭截而系數(shù)。16過屈服階段后，材料的強化使扭矩乂有緩慢上升如圖2. 20,但變形非常顯著，試 樣的縱向畫線變成螺旋線。直到扭矩到達極限值K試樣被扭斷。與7；相應的剪切強度極 限7 b仍約定由公式2.11計算，即圖2.20低碳鋼扭轉(zhuǎn)T-e曲拔2、鑄鐵剪切強度極限7 b的測定 鑄鐵試

50、樣受扭 時，變形很小即突然斷裂。其T呷圖接近直線如圖2.21 所示。如把它作為直線，T b可按線彈性公式計算，即!1!、問題討論圖2.21鑄鐵扭轉(zhuǎn)T-4曲線比擬低碳鋼和鑄鐵兩種試樣受扭時的破壞斷口，并分析其導致破壞的原因。§2.8低碳鋼剪變模G的測定%實驗目的：1、了解扭轉(zhuǎn)測G儀的原理及使用方法。2、驗證扭轉(zhuǎn)變形公式，測定低碳鋼的切變模帚G。二、實驗設備：1、游標卡尺2、NY-4型扭轉(zhuǎn)測G儀八亠豐結(jié)構(gòu)：圖2. 21錢鐵扭轉(zhuǎn)T-©曲線儀圖222主要由固定 X-H、-|>X 桿、左右懸臂桿、力臂、 百分表、璉碼等組成。試樣直徑d= lOimn標距Le=60150mm可調(diào)材

51、料A3鋼力臂長度a=200nmi白分表觸點離試樣軸線距離b= lOOmin放大倍數(shù)K=100格/mm4塊舷碼，每塊重5N,舷碼托作初載荷,To=O.26N.m,扭矩增量厶T=lN.m。2、使用方法：1-左橫桿2 -左慫臂桿3-固定玄座4-試梓5-百分裘6-21橫杯7-彳i必晉桿8-可轉(zhuǎn)動支座9-力臂10-硅碼圖2. 22 NY4型扭轉(zhuǎn)測G儀a、桌面目視根本水平，把儀器放到桌先不要加砥碼托及祛碼。b、調(diào)整兩懸愕桿的位置大致到達選定標距；固定左懸腎桿，再固定右懸怦桿，調(diào)整右 橫桿，使白分表觸頭距試樣軸線距離b二100mm,并使表針預先轉(zhuǎn)過10格以上。b值也可 不調(diào)，而按實際測值計算。c、用游標卡尺

52、準確測量標距，作為實際計算用。d、掛上祛碼托，記下白分表的初讀數(shù)。e、分4次加舷碼，每加一塊，記錄一次表的讀數(shù)。加碓碼時要緩慢放手。f、實驗完畢,卸掉舷碼。三、實驗原理及方法：由材料力學知，在剪切比例極限內(nèi)，圓軸扭轉(zhuǎn)的變形公式為(2.12)式中T為扭矩，Ip為圓截面的極慣性矩。上式說明p與T成正比。實驗時，T為施加于試 樣上的扭轉(zhuǎn)力矩，p可直接測定，兩者的線性關(guān)系是容易驗證的。驗證扭轉(zhuǎn)變形公式或測 定切變模量G都需要準確測定試樣的扭轉(zhuǎn)角"實驗時，將磁碼逐級加到祛碼托上，這樣， 試樣就受到扭轉(zhuǎn)變形，白分表顯示相應的讀數(shù)，記錄下白分表的數(shù)值，計算數(shù)值增量，得 出厶N科，扭角增量(2.13

53、)材料的剪變模量AG =AT>Le 0 - Ip(2.14)其中Ip二屈4五!1!低碳鋼試樣的直徑為do= 1 Onun,T s約為120Mpa,試問測定G時T.最大只能取多少?§2.9沖擊實驗一、實驗目的:1、了解沖擊韌性的含義。2、測定低碳鋼和鑄鐵的沖擊韌性，比擬兩種材料的抗沖擊能力和破壞斷口的形狀。二、實驗設備及試樣:1、沖擊試驗機JB-3OB型、JB3OA型2、游標卡尺3、沖擊試樣：V型缺口試樣。27. 5±0. 355 + 0. 6丫 R1 ±0. 07LOI6+IOI90 6+I8圖2. 23 U型缺口沖擊試樣55 土 0 6°g

54、63;SO 0+lOL10±0. 05SO 0-H8R0 25土0 02545±2°22.5 土 r*22.5±rMidT(b)圖2. 24 V型缺口沖擊試樣沖擊韌性a k的數(shù)值與試樣的尺寸、缺口形狀和支承方式有關(guān)。為便于比擬，國家標準規(guī)定兩種型式的試 樣：(1) U型缺口試樣(梅氏試樣)，尺寸形狀圖2.23所示:(2) V型缺口試樣，尺寸形 狀如圖2.24所示。兩者皆為簡支梁形式。試樣上開有缺口是為了使缺口區(qū)形成高度應力集 中，吸收較多的能。缺口底部越鋒利就更能表達這一要求，所以較多地采用V型缺口。用 、型缺口試樣測定的沖擊韌性記為an , U型缺口的

55、記為ab。為保證尺寸準確。缺口加 工應采用銃削或磨削，要求缺口底部光滑，無半行于缺口軸線的刻痕。對于鑄鐵、工具鋼 一類的脆性材料很容易沖斷，試樣可不開缺口。三、實驗原理：(見圖2.25)沖擊載荷的加載速度很商，沖擊力很難準確測定，因此沖擊載荷習慣上用能量的形式 來描述。按照不同的實驗溫度、試樣受力方式、實驗打擊能量等來區(qū)分，沖擊實驗的類型 繁多，不下十余種。現(xiàn)在介紹常溫、簡支梁式、大能量一次性沖擊實驗。依據(jù)是國家GB/T229 1994金屬夏比缺口沖擊試驗方法。實驗時，試樣以簡支梁的形式(圖2.26)安放在 試驗機的支座上，試樣的缺口背對擺錘的刀口。把重 最G的擺錘舉至H的高度，擺錘獲得的位能為GH, 然后落錘將試樣一次沖斷，此時擺錘的剩余能量為 Gh,沖斷試樣消耗的能最G (H- h)就是試樣的沖 擊吸收功，用&表示，可由指針指示的位置從度盤上 讀出。即A=G (H- h；(2.15)單位為焦耳Nm或千克力米kgf m,因為試樣缺口處的髙度應力集中，入的絕 大局部為缺口局部所吸收。試樣的沖擊韌性定義為(2.16)圖2. 25沖擊實驗原理圖U1V實驗步驟:圖 2. 26a k的單位為J/cnf或kgf- m/ c m2, A是試樣缺口截面的面積。不同缺口試樣的a k值有很大差異，它們不能相互換算和直接比擬。a k的值越大，說明材料的抗沖擊性能越好。a k值是一個綜合性