压缩试验和剪切试验报告

实验二 压 缩 试 验

压缩试验是为了测定工程材料在受压时的力学性能。有的材料如混凝土、岩石、铸铁等，抗拉能力差，但它的抗压能力很好。这些材料，除了抗压强度bc σ与抗拉强度b σ不同之外，还有E 值及破坏形式上也存在着压缩与拉伸的差别。因此，压缩试验同样是工程材料力学试验的重要内容之一。

一、 试验目的

（1） 测定铸铁压缩时的强度极限bc σ和低碳钢的屈服极限sc σ。

（2） 观察铸铁和低碳钢压缩时的变形和破坏形式，找出它们的不同之处。

二、 仪器设备与工具

（1） 电子万能试验机WD －200B 或压力试验机YE －1000等。

（2） 游标卡尺等。

三、 试样制备与安装

金属压缩试件有圆柱体、正方形柱体、矩形板、带凸耳板状等几种形状。铸铁和低碳钢的压缩试件一般做成圆柱体。高度与直径的比0/d l 的大小会影响到试验的结果。试件过于细长则易压弯，过于粗短则受两端摩擦力的影响大。为了确保试件处于单向压缩状态，以及试验结果具有可比性，国家标准《金属压缩试验方法》GB7314－87对侧向无约束试件做出了以下有关规定：

（1）

0)2~1(d l =试件仅适应于测定bc σ。 （2） 0)5.3~5.2(d l =试件适应于测定sc σ、bc σ、pc σ（规定非比例压缩应力）和

tc σ（规定总压缩应力）

。 （3）

0)8~5(d l =试件适应于测定01.0pc σ和压缩杨氏 模量c E 。

为了减少摩擦力的影响，试件两端面应尽量光滑，

相互平行，且与轴线垂直。

试件安装在试验机上下压座之间，见图3－10。 图3－10 压缩试件安装 下承压座是一个球形承垫，如果试件两端面稍有不平行，则球形承垫可以产生调节作用，使压力通过试件的轴线。

四、 试验原理

1． 低碳钢压缩试验

低碳钢在压缩时的l P ?-曲线见图3－11。在屈服之前，曲线与拉伸时相同。在屈服之后的曲线，就与拉伸的不同了。在弹性范围内，加载速率应控制在MPa/s 10~1。在明显塑性变形范围内，加载的应变速率应控制在s /10)500~100(6-?之间。材料受压屈服时，变形继续增大，载荷保持不变或出现波动，如图3－11所示。按图示的方法，读取各种情形下的压缩屈服载荷sc P ，然后计算压缩屈服点。

A P sc sc =

σ （3－26） 前面已指出，与试件轴线成45o C 斜截面上的剪应力是使材料发生滑移，即屈服的原因。由材料力学知道，无论试件横截面上的正应力是拉应力还是压应力，只要大小相同，则在45o C 斜截面上产生的剪应力的大小都是相同的，因此sc σ与s σ应是相等或相近的。

屈服过后，试件变短，横截面积变大，l P ?-曲线继续上升，直至试件被压成饼状。因此低碳钢压缩试验不能测出其强度极限。

O P l

P bc 图3－11 低碳钢压缩曲线

2．铸铁压缩试验

铸铁压缩时的l P ?-曲线呈非线性，见图3－12，这一

点与铸铁拉伸时的曲线是相同的。所不同的是铸铁压缩到达

强度极限载荷bc P 前出现较大变形，由原来的圆柱体变为腰

鼓形或斜圆柱。

脆性材料受压试件的破坏是个复杂的外部施力、内部损

伤破坏的力学过程。国内外都在研讨、争论这个问题。试件

端部的受力状态与试件的破坏形式有密切关系（图3－13）。

不加任何垫片时，铸铁试件沿着与轴线成45o ~55o 方向破坏， 图3－12 铸铁压缩试验曲线 破坏时斜面上的剪应力与同样的材料在剪切试验中所测得的剪切破坏极限b τ相当接近。试件两端面加垫薄片（三合板）时，其受压破坏形式如图3－13（b ）所示。

（a ）两端不加任何垫板

（b ）两端加垫三合板（mm 2=δ）

图3－13 铸铁试件压缩破坏形式

抗压强度按下式计算：

A P bc

bc =

σ （3－27）

五、 试验步骤

（1） 测量试件尺寸。

用游标卡尺测量压缩试件上、中、下3处截面的平均值径，取它们中的最小值计算截面面积0A ，同时测量试件的高度l 。

（2）调整试验机横梁位置，设置有关参数等。 （3）安放试件。

（4）按规定选择加载速度，然后加载试验。

（5）对低碳钢试件，注意观察，记下屈服载荷sc P ，或在计算机屏幕上读取sc P 值；对铸铁试件，加载至破坏为止，记下最大载荷bc P 。

六、 记录表格

七、 讨论问题

比较低碳钢、铸铁的拉伸、压缩力学性能和断口形状，分析破坏原因。

P P

实验二 剪 切 试 验

工程中使用的构件或零部件，除了受到拉伸和压缩的应力σ作用之外，还受到剪切应力τ的作用。特别是那些由铆钉、销钉、螺栓联接的构件，见图3－14，其中联接螺栓等受到剪力的作用，它们的抗剪强度如何关系到构件的安全。因此，工程设计时不仅要考虑材料的抗拉强度和抗压强度，还要考虑材料的抗剪强度b τ。剪切试验就是为了测定材料的b τ而进行的一种试验。

1－铆钉；2－螺栓；3－销钉

图3－14 承受剪切的铆钉、销钉、螺栓

八、 试验目的

（1） 测定低碳钢的抗剪强度。

（2） 观察破坏断口，分析破坏原因。

九、 仪器设备与工具

（1）电子万能试验机WD －200B 或其他万能试验机、压力试验机。

（2）剪切试验座及压头。

（3）游标卡尺等。

十、 试验原理

剪切试验有多种做法，图3－15~图3－18

A

P b

b

=

τ

A

P b

b

=

τ

1－胶接材料；2－金属板

图3－15 胶接材料拉伸剪切试验原理图3－16 高分子材料压缩剪切试验原理

2A

P b

b

=

τ

sin

A

P b

b

α

τ=

图3－17 金属剪切试验原理图3－18 岩石材料剪切试验原理

本次试验采用图3－17的装置，受试材料为低碳钢。

十一、试验步骤

（1）测量试件受剪处直径，取平均值，计算

A。

（2）安装试件，把试件插入剪切块孔里，调节左右对称。

（3）调整试验机横梁位置，选择适当量程。

（4）加载试验，记下剪断时的最大荷载

b

P。

十二、结果分析

根据试验所测得的

b

P及试件受剪处的平均直径0d，计算bτ。

十三、讨论问题

（1）比较低碳钢Q235号钢

b

σ和bτ之间的比值。

（2）观察低碳钢试件剪切断口，分析破坏原因。比较低碳钢拉伸破坏断口与剪切破

坏断口。

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