材料力学实验指导书（土木专业）

材料力学实验指导书

（适用于土木工程各专业，6学时）

专 业：_____________

班 级：_____________

学 号：_____________

姓 名：_____________

学 期：_____________

指导教师：_____________

华中科技大学 力学系

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基本要求

实验前：

1. 通过网上预约实验时间和实验项目。按每个学生小班进行预约。 2. 必须预习并完成每项实验后面所附的思考题。 3. 必须了解实验室有关注意事项。

实验中：

4. 遵守各实验室相关规定和课程时间安排。 5. 按照实验指导书要求进行实验。 6. 实验中遇到问题及时向指导老师报告。 7. 保质保量完成实验项目。

实验后：

8. 将本实验指导书打印并装订成册 9. 认真完成实验报告。

10. 全部完成实验后，提交给材料力学任课教师。

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实验一 金属材料的拉伸和压缩实验

实验日期：_____年____月____日 同组人：_____________________________

实验1.1 金属材料的拉伸实验

一、实验目的

1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度?sU，下屈服强度?sL和抗拉强度?b。

2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率?和断面收缩率?。 3．测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度?b。

4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。 5. 学习试验机的使用方法。 二、设备和仪器

1．材料试验机。 2．电子引伸计。 3．游标卡尺。 三、试样

本次实验采用d0=10mm的圆形截面短比例试样。比例试样的L0?KA0。系数K＝5.65。 四、实验步骤

试样材质辩识：铸铁试样颜色较深，表面可见凸起的小颗粒，竖直落地时声音沉闷；而低碳钢颜色较亮，表面可见刀纹，竖直落地时声音轻脆。

1．测量试样尺寸

直径d0 在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在相互垂直方向各测量一次，取其平均值。用三个平均值中最小者计算横截面面积，数据列表记录。

标距长度L 0 量取计算长度L 0（取L 0=10 d0，或L 0=5 d0），在试样两端划细线标志，用刻线机将其划分成10等分（或5等分）。

表1-1 试样原始尺寸数据记录 直径do（m） 横截面 标距 I II III 材料 面积 L0/mm 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 A0（m2） 低碳钢 ∕ 铸 铁 2. 开机 打开电源开关；启动计算机进入Windos操作系统；点击试验机控制软件，进入试验机操 作界面；按复位按扭使控制系统上电。

3. 铸铁拉伸试验

(a)点击试验操作按钮：在安装试件前，需要将载荷清零。将软件上的“位移控制速度”设置为200mm/min。 (b)将试件放在上夹头中，夹持端部大约2/3的位置，稍微夹紧，以不掉下来为宜。按操作盒上的下降按钮， 待工件进入下夹头中2/3位置时，将上夹具锁紧，再将下夹具夹紧。

(c)在变形中设置为位移方式，将软件上的“位移控制速度”设置为5mm/min。将位移清零；点击开始按 钮开始拉伸试验，等待试件被拉断；拉断后点击停止按钮，停止加载。记录下负载峰值。 (d)记录下负载峰值。点击试验分析按钮，打印试验报告。

(e)将软件上的“位移控制速度”设置为200mm/min，按操作盒上的上升按钮，上升大约20mm距离后，拆 下工件，不要过度地松开工件，能取下工件就行，以免过度松开夹具脱落。 铸铁 抗拉强度 ?b?Fb＝ ＝ （MPa） A04. 低碳钢拉伸试验

(a)安装完工件后需要将小片插入到引伸计中以便给定一个小的间隙，将引伸计靠在试件的中央位置，用橡

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皮筋压紧。

(b)在变形中设置为“取引伸计”，将变形值清零；将软件上的“位移控制速度”设置为5mm/min。 点击开始按钮开始拉伸试验，等待变形曲线开始下降，就点击变形处的“位移方式”，取下引伸计，继续试验，等待试件被拉断。拉断时就点击停止按钮，停止加载。 (c)记录下负载峰值。点击试验分析按钮，打印试验报告。

(d)将软件上的“位移控制速度”设置为200mm/min，按操作盒上的上升按钮，上升大约20mm距离后，拆下工件，不要过度地松开工件，能取下工件就行，以免过度松开夹具脱落。

(e)测量断后标距Lu和断后颈缩处最小直径du 。一个同学将工件接起来，另一个同学测量。测量时应注意将低碳钢试样两段的断口紧密对接，若断口到邻近标距端距离小于或等于L03时，则应用移位法（亦称为补偿法）测定断后标距长度Lu。测量颈缩处最小直径du时，在最小处互相垂直的两个方向测量直径。注意应用卡尺测量前端较窄的部位，以免由于弧线的影响而测量不到实际的最小值。

测定断后标距长度Lu ＝ mm 测量颈缩处最小直径du ＝ mm

低碳钢上屈服强度?sU?FsU＝ ＝ （MPa） A0F下屈服强度?sL?sL＝ ＝ （MPa）

A0F抗拉强度 ?b?b ＝ ＝ （MPa）

A0L?L0断后伸长率??u?100%＝ ＝ ％ （L0为试样原始标距长度）

L0A?Au断面收缩率??0?100%＝ ＝ ％ （Au是断后最小横截面积）

A05．关机

注意清理实验现场，将相关仪器还原。

五、思考题

1．为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？何谓比例试样？

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___________________________________________________________________________________________ 2．有材料和直径均相同的长试样和短试样各一个，用它们测得的伸长率、断面收缩率、下屈服强度和抗拉强度是否基本相同？为什么？

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___________________________________________________________________________________________ 3．低碳钢试样拉伸实验曲线显示，其断裂时的载荷比最大载荷Fb小，如按公式??力，则计算得到的应力会比抗拉强度?b小。为什么“应力减小后”试样反而断裂？

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F计算断裂时的应A0___________________________________________________________________________________________

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___________________________________________________________________________________________ 4．电子引伸计与位移传感器在拉伸试验中的作用有何差异？

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实验1.2 金属材料的压缩实验

材料受压时的力学性能由压缩试验测定。对两种典型材料低碳钢（Q235钢）和铸铁作压缩实验，测定两种材料的力学性能，观察、分析压缩过程中的各种现象及破坏情况。 一、实验目的

1．测定低碳钢（Q235）的压缩屈服点?SC和铸铁的抗压强度?bc。 2．观察、分析、比较两种材料在压缩过程中的各种现象。 二、设备和仪器

1．材料试验机（见附1-3）。 2．游标卡尺。 三、试样

一般细长杆压缩时容易产生失稳现象，因此在金属压缩实验中常采用短粗圆柱形试样。 本次实验采用?10×15的圆柱形试样。 四、实验步骤

1. 试样安放：将软件上的“位移控制速度”设置为200mm/min。如果上下压块间距小，就点动操作盒上的上升按钮，上移上压块。距离合适，就清理下压块，并将试样放在夹具中间位置。 2. 调整压块位置：点动操作盒上的下降按钮，下移上压块，直到上压块将要接近试样。将载荷和位移清零。 3. 试验：将软件上的“位移控制速度”设置为2mm/min，点击开始按钮开始压缩试验。 如果是铸铁，等待试件被压破，系统会自动停止，需要记录载荷峰值。

如果是低碳钢，需要观察屏幕上的加载曲线，观察到曲线上有屈服平台就可以停机了。由于低碳钢不会被压破，需要人工停机。选择数据菜单中的“打印报表”，在附标题中输入班级和试验人员名单。并将曲线放大，选取曲线拐点作为低碳钢的屈服载荷Fsc 值。 在实验过程中注意观察试验曲线。

4．卸载并取出试样，注意观察试样有何变化，并画下试样外形简图。 5．关机

注意清理实验现场，将相关仪器还原。

表1-2 实验原始数据记录参考表 直径do（mm） 横截面面积 屈服载荷 最大载荷 材料 21 2 A0（m） Fsc（KN） Fbc（KN） 平均 --- 低碳钢 --- 铸 铁 Fsc＝ ＝ （MPa） A0F铸铁压缩 抗压强度 ?bc?bc＝ ＝ （MPa）

A0低碳钢 压缩屈服点 ?sc?试验结束时低碳钢试样外形简图： 试验结束时铸铁试样外形简图：

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