材料力學

實驗指導書

班級___________

姓名___________

學號___________

土木工程學院

實驗規則及要求

一、做好實驗前的準備工作

1、實驗前認真預習實驗指導書及有關理論知識，明確實驗目的，掌握實驗原理。

2、對實驗中所用儀器、實驗裝置等應了解其工作原理及操作注意事項。

3、必須清楚地知道本次實驗需記錄的數據項目及其數據處理方法。

二、嚴格遵守實驗室的規章制度

1、課程規定的時間準時進入實驗室，保持實驗室整潔、干凈、不得抽煙。

2、未經許可不可隨意動用實驗室內的機器，儀器，等一切設備。

3、作實驗時應嚴格按操作規程操作機器，儀器，及設備如發生事故應及時報告，不得

擅自處理。

4、實驗結束后應將所用機器，儀器，及設備擦拭干凈，并恢復到止常狀態。

三、認真做好實驗

I、接受老師預習情況的抽查，仔細聽指導教師對實驗內容的講解。

2、實驗時要認真嚴肅、互相配合、嚴格按實驗步驟，方法逐步進行。

3、實驗過程中，要密切觀察實驗現象，記錄好全部所需實驗數據，并交指導教師審閱。

四、實驗報告的一般要求

實驗報告是對所完成的實驗結果整理成書面形式的綜合資料。通過實驗報告的書寫，培

養學習者準確有效地用文字來表達實驗結果。因此，要求學習者在自己動手完成實驗的基礎

上，用自己的語言扼要地敘述實驗日的、原理、步驟和方法，所使用機器，儀器，及設備的

名稱及型號，數據處理、問題討論等內容，獨立寫出實驗報告，并做到字跡端正。

五、繪圖清晰、表格簡明

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實驗一低碳鋼的拉伸實驗

一、實驗目的

1、觀察低碳鋼在拉伸過程中的各種現象，了解試件變形隨荷載的變化規律。

2、測試低碳鋼在拉伸過程中的幾個力學性能指標：屈服極限G、強度極限。b、斷后延

伸率8和斷面收縮率平。

3、了解拉伸實驗的原理和方法，掌握萬能試驗機的操作要領。

二、實驗儀器設備

電子式萬能試驗機、游標卡尺、拉伸試件。

三、實驗原理與方法

1、電子萬能試驗機：（圖1一1）是雙空間式的，其移動橫梁與上橫梁之間的空叵為拉

伸實驗空間，移動橫梁與下橫梁之間的空間為壓縮實驗空間。在拉伸空間安裝有拉伸夾具，

在壓縮空間安裝有壓縮夾具和彎曲夾具。測力傳感器、引伸計、光電編碼器、數據采集電路

（與控制系統集成在一起）組成測量系統，測力傳感器用于測量實驗載荷，引伸計用于測量

試件的變形，光電編碼器用于測量橫梁移動的位移。各個測量信號均經過數據采集電路送入

計算機存儲、處理和顯示。伺服電機的輸出功率經減速器、同步齒形傳動帶傳遞給滾珠絲杠，

然后滾珠絲杠帶動移動橫梁升降將實驗載荷施加到試件上。伺服控制器與伺服電機和光電編

碼器組成閉環控制系統,控制移動橫梁的運動。伺服控制器向上經過控制電路與計算機玦系，

最終由計算機實現對可移動橫梁的運動進行控制，包括位置、速度等。

圖1一1基本構造和原理示宜圖

1.立柱：2.拉伸夾具：3.拉伸試件：4.移動橫梁：5.測力傳感器：6.壓縮夾具：

7.彎曲夾具：8.下橫梁；9.同步齒形傳動帶；10.帶輪；11.光電編碼器：12.伺服電機；

13.上橫梁：14.滾珠絲杠；15.引伸計；16.手控鍵盤：17.減速機

由于電子萬能試驗機采用了閉環控制，加載過程和數據采集都是在計算機的控制下完成

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的，因此可以選擇不同的參數控制方式進行實驗。參數控制方式是指以應力（或我荷）、位

移、應變等諸實驗參數中的某一個作為加載控制因素。例如，位移控制就是設定的橫梁的運

動速度（通常是恒定速率的），讓試驗機按照設定的橫梁速度和方向對試件進行加載。

2、拉伸試件：圖1—2試件的尺寸和形狀對材料的塑性性質影響很大。為了能正確地比

較各種材料的力學性質，根據國家標準（GB228—87）將試件尺寸列表如下

表1—1試件基本參數

試件原始標距長度“mm原始橫截面積Admm2原始電徑

長10()

圓形截面785410

短50

圖1一3低碳鋼拉伸實驗時F-\L曲線

3、低碳鋼拉伸過程中的四個階段：如圖1一3

（1）彈性變形階段（0-A）、這一階段試樣的變形完全是彈性的，全部卸掉荷載后，試樣

將恢復其原長。

（2）塑性屈服階段（B/-B）、載荷不增加而變形急劇增大，材料失去抵抗變形的能力，

產生屈服。對手未經過加工的低碳鋼材料來說，屈服強度是其應用時的強度極限。

（3）強化階段（B-D）、繼續加載，材料繼續產生變形，這一階段，低碳鋼材料重新恢復

了抵抗變形的能力。

（4）頸縮階段（D-E）。試樣伸長到一定程度后，荷教讀數反而逐漸降低。此時可以看到

試樣某一段內橫橄血血積顯著地收縮，出現“頸縮”的現象，一直到試樣被拉斷。

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四、實驗步驟

1、開機：試驗機一一＞打印機一一＞計算機

注意：每次開機后，需要預熱10分鐘，待系統穩定后，再進行試驗工作。若剛剛關機,

需要再開機，至少保證1分鐘的時間間隔。

2、測量試件尺寸

測量試件直徑do,定于圓試件在計算長度內在兩端及中部二處用游標卡尺測量，每?

處都要在兩個相互垂直的方向上量出直徑，取其平均直徑最小截面處的平均直徑作為試件的

直徑。

2、確定計算長度Lo

在試件中間等粗的細長部分內，量取計算長度4=E)0mm并劃線；劃線時應盡量輕微。

3、安裝試件

將試件裝入夾具，注意避免試件放斜或歪曲并夾持牢固。

4、進入試驗界面一聯機一試樣錄入一參數錄入一開環一試驗開始

5、加載

在加載實驗過程中，總的要求是緩慢、均勻、連續地進行加載。要注意觀察拉伸過程四

個特征階段的各種現象并記錄相應數據.當試件被拉斷后立即停機，并取卜.試件。

6、記錄實驗數據

斷后標距L的測最：測晟匕時將試件斷裂后的兩端在斷口處緊密地對接起來，盡最使

其軸線位于一條軸線上，直接測量原始標距兩端即得L值。

斷口處最小直徑力的測量：將試件斷裂后的兩端在斷口處緊密地對接起來，盡量使其

軸線位于一條軸線上，在頸縮最小處兩個相互垂直的方向上測量其直徑取二者的算術平均值

然后計算值4/值。

五、思考題

I.從實驗得到的低碳鋼拉伸曲線圖來看，它可以分為哪兒個階段？

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實驗二鑄鐵的拉伸和壓縮實驗

一、實驗目的

I、測定鑄鐵拉伸時的強度極限和壓縮時鑄鐵的強度極限.

2、比較低碳鋼與鑄鐵的拉伸機械性能和破壞形式。

3、觀察鑄鐵壓縮時的變形和破壞現象。

二、實驗儀器設備

1、萬能試驗機

2、游標卡尺

三、實驗原理與方法

鑄鐵的拉伸：鑄鐵是施性料，其拉伸圖如圖2-1,在拉伸過程中不產生屈服和頸縮現象,

在沒有明顯的塑性變形下很快達到最大載荷Fb而突然斷裂。并且端口平齊。所以只能測得

拉伸時的的強度極限。整個拉伸過程中變形極小，伸長最不足試件原長的0.5%,而延伸率

則更小。

圖2“鑄鐵的拉伸（壓縮）曲線圖

鑄鐵的壓縮：壓縮實驗是研究材料性能常用的實驗方法。對鑄鐵、鑄造合金、建筑材料

等脆性材料尤為合適。通過壓縮實驗觀察材料的變形過程、破壞形式，并與拉伸實驗進行比

較，可以分析不同應力狀態對材料強度、塑性的影響，從而對材料的機械性能有比較全面的

認識。當試件受壓時，其上下兩端面與試驗機支撐之間產生很大的摩擦力，使試件兩端的橫

向變形受到阻礙，故壓縮后試件呈鼓形。摩擦力的存在會影響試件的抗壓能力甚至破壞形式。

為了盡最減少摩擦力的影響，實驗時試件兩端必須保證平行，并與軸線垂直，使試件受軸向

壓力。另外。端面加工應有較高的光潔度。

鑄鐵為脆性材料，其壓縮曲線在開始時接近于直線，與縱軸之夾角很小，以后曲率逐漸

增大，最后至破壞，因此只能確定其強度極限，計算公式如下：

°b=FdAo

鑄鐵試件受壓力而縮短，表明有很少的塑性變形的存在。當載荷達到最大值時，試件即

破壞，并在其表面上出現了傾斜的裂縫，鑄鐵受壓后的破壞是突然發生的，是脆性材料的特

性。鑄鐵試件壓縮時，在達到最大載荷Pb前出現較明顯的變形然后破裂，此時試驗方值迅

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速減小，鑄鐵試件最后略呈鼓形，斷裂面與試件軸線大約呈45度。

壓縮試件為圓柱形，如圖2?2所示，不宜太高，否則，容易壓方，也不宜太短，否則試

件上下端面與實驗機承壓座之間產生摩擦力，對試件的承壓力產生影響，一般試件規定為1

WhOW3,通常脆性材料hO/dO=2。

w

d。

圖2-2鑄鐵的壓縮前后形狀

四、實驗步驟

I、鑄鐵的拉伸實驗步驟

參考低碳鋼的拉伸實驗步驟。

2、鑄鐵的壓縮實驗步驟

（1）用游標卡尺測量試件的高度的和直徑而取互相垂直方向直徑的平均值作為試件的

直徑。

（2）將試件置于試驗機承壓部位。在試件沒有受力時進行調整。

（3）開機進行實驗，一直到試件破壞（注意低碳鋼不能壓到破壞，壓到45KN時即停

止實驗）。

（4）鑄鐵記錄最大荷載居。

（5）卸去載荷，取出破壞試件。

（6）打印出實驗曲線。

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實驗三彎曲正應力實驗

一、實驗目的

1、測定梁在純彎曲時橫截面上正應力大小和分布規律。

2、驗證純彎曲梁的正應力計算公式。

二、實驗儀器與設備

1、組合實驗臺中純彎曲梁實驗裝置

2、應變綜合參數測試儀

3、游標卡尺、鋼板尺

三、實驗原理與方法

在純彎曲條件下，根據平面假設和縱向纖維間無擠壓的假設，可得到梁橫截面上任一點

的正應力。，計算公式為

（J=--------

Iz

式中：M為彎矩

〃為橫截面中性軸的慣性矩

Yi為所求應力點至中性軸的距離

為了測量梁在純彎曲時橫截面上正應力的分布規律，在梁的純彎曲段沿梁側面不同高

度，平行于軸線貼有應變片?（如圖3-1）。

拉

實驗可采用半橋單臂、公共補償、多點測量方法。加載采用增量法，即每增加等量的載

荷AP,測出各點的應變增量△。災,，然后分別取各點應變增量的平均值將實測應

力值與理論應力值進行比較，以驗證彎曲正應力，計算公式：

b實j=EXxio-6

四、實驗步驟

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I、將試件安裝在試驗臺上。擬定加載方案，調整好實驗加載裝置。

2、按實驗要求接好線，檢測整個測試系統是否處于正常工作狀態。

3、加載，均勻緩慢加載至初初載荷P。記下各點應變的初始讀數；然后分級等量加載,

增加?級載荷，依次記錄各點應變片的應變值一?，直到最終我荷。

4、做完實驗后，卸指載荷，關閉電源，整理好所用儀器設備，清理實驗現場，將所用

儀器設備復原。

表3—1試件相關數據

應變片至中性層距離（mm）梁的尺寸和有關參數

Yi20寬度b=20mm

高度h=40mm

Y210

丫30跨度L=450mm