材料力学压缩实验

1观察铸铁和低碳钢在拉伸时的断口表面形貌，分析低碳钢、铸铁拉伸时产生不同表面断裂形的本质原因 铸铁断口呈不平整状，是典型的脆性断裂，低炭钢断口外围光滑，是塑性变形区域，中部区域才呈现脆性断裂的特征。 表明，铸铁在超屈服应力下，瞬时断开 ，而低碳钢在超应力的时候，有塑性形变过程，直到拉伸后的断面面积减小到一定程度时，才瞬时断裂。

2铸铁和低碳钢在拉伸和压缩时力学性能的异同点、

低碳钢是指含碳量≤0.2%的铁碳金属物，铸铁的含碳量都是＞1%的黑色金属。所以，在实验比较它们在拉伸或压缩时的力学性质异同点，就要以其自身的机械性能来考虑。

低碳钢由于含碳量低，它的延展性、韧性和可塑性都是高于铸铁的，拉伸开始时，低碳钢试棒受力大，先发生变形，随着变形的增大，受力逐渐减小，当试棒断开的瞬间，受力为“0”，其受力曲线是呈正弦波＞0的形状。

铸铁由于轫性差，拉伸开始时，受力是逐步加大的，当达到并超过它的拉伸极限时，试棒断开，受力瞬间为“0”，其受力曲线是随受力时间延长，一条直线向斜上方发展，试棒断开，直线垂直向下归“0”。

同样的道理：低碳钢抗压缩的能力比铸铁要低，当对低碳钢试块进行压缩实验时，受力逐渐加大，试块随外力变形，当试块变形达到极限时，

材料力学性能

验 指 导 郑镇洙 编

哈尔滨工业大学

2005年2月

实书

实验一、金属拉伸试验

1. 实验目的

(1)熟悉拉伸试验机； (2)掌握拉伸试验方法；

(3)熟练掌握拉伸曲线意义及强度塑性指标的计算方法。

2. 实验用材料和试样

45钢退火态，d0＝10mm的圆形短比例试样。 每个实验小组领取拉伸试样两根。

3. 实验设备和仪器

(1)万能材料试验机；

(2)拉力传感器和位移传感器各一个；

(3)动态电阻应变仪及X－Y函数记录仪各一台; (4)引伸计一只用以测定规定残余伸长应力。

(5)标定器一台。

(6)游标卡尺(最小刻度值为0.01mm)、手锤、冲头或打标点机、钢字等。

4. 实验方法和步骤

4.1 课前预习

查阅拉伸试验相关国家标准，了解有关拉伸性能指标的定义及测试方法。

4.2 试样的准备

(1)了解试样的材料与热处理状态，并在试样两头端部打上编号； (2)用游标卡尺测量试样横截面尺寸；

(3)在试样上标出原始标距，并将试样标距范围内的部分均分为10等分，轻轻打上标点。

4.3 试验设备和仪器的准备

认真听取教师对本实验所用设备和仪器的讲解和观摩示范操作，然后动手做准备工作。

(1)了解所用设备和仪器的

§1－2 扭转实验

一、实验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服点τs，抗扭强度τb。 2、测定铜棒的抗扭强度τb。

3、比较低碳钢和铜棒在扭转时的变形和破坏特征。

二、设备及试样

1、伺服电机控制扭转试验机（自行改造）。 2、0.02mm游标卡尺。

3、低碳钢φ10圆试件一根，画有两圈圆周线和一根轴向线。 4、铜棒铁φ10圆试件一根。

三、实验原理及方法

塑性材料试样安装在伺服电机驱动的扭转试验机上，以6-10o/min的主动夹头旋转速度对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得到扭转曲线（扭矩-夹头转角图线），如下图为低碳钢的部分扭转曲线。试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。

弹性变形到一定程度试样会出现屈服。扭转曲线扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl，通常把下屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限τs，即：τs=τsl= Tsl/W。当试样扭断时，得到最大扭矩Tb，则其抗扭强度为τb= Tb/W

式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有 W=πd03/16。

铸铁为脆性材料，无屈服现象，扭矩-夹头转角图线如左图，故当其扭转试样破断时，测得最大扭矩Tb，则其抗扭强度为：τb= Tb

材料学力上一章

基础篇之二

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TISGHNUAU IVNESITYR第2 章轴向载作用下杆件的 荷料力学材题问下一

章

第2 轴章载荷向用作下 杆的件料材学力题问拉和伸缩是杆压件本受力基与变形形中 式简最的一种单，所及的一些涉基原本理与 法方比简较，但单材料力在学中有却定一 的遍普意。义本章主要 介绍杆件承拉伸受压和的基本缩 问题包括：内力、应，力、形；变材料拉在伸和 缩时的压学性力以及强度能设计。章本的 目是使的者读对性弹力学静一有个初步、的比 全较的面解了T。ISNHGA UNUIVRSIEY

T第章2 向轴载作用下荷件的杆材料力 学问题STNGIUAHU INVERITSY

际实程工中受承拉伸压缩或杆件的很多—

第章 2向载荷作用下杆轴件材的料 学问力题STNGHUAIUNIV ERISTY

第2章

轴向载作用荷杆下件的材 料力问学题SITGHNAU NIVERUSIYT拉斜桥受拉承的钢缆力

2章 第向载荷轴作下用件杆材的料力 学问题SITGHNUAUNI VERSTYI

第章 轴2向载作用下荷件杆材的 料学力题问TSINHGA UNUVERIISYT

第2章轴向 载作荷下杆件的材 料用力学题问一 些机器结构和所中的各用种紧螺栓固 ，在固紧，时对要

材料力学第一次电测实验

金属材料的拉伸实验（电子）

一．实验目的

1．测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和断面收缩率ψ。

2．测定铸铁材料在常温静载下的强度极限σb。

3．观察低碳钢﹑铸铁在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-△L图的特征。

4．比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况分析其破坏原因。

5．了解微机控制电子万能材料试验机的构造原理，学习其使用方法。

二．仪器设备

1．微机控制电子万能材料试验机

2．游标卡尺

三．试件

在测试某一力学性能参数时，为了避免试件的尺寸和形状对实验结果的影响，便于各种材料力学性能的测试结果的互相比较，采用国家标准规定的比例试件。国家标准规定比例试件应符合以下关系：L0=K 。对于圆形截面试件，K值通常取5.65或11.3。即直径为d0的圆形截面试件标距长度分别为5d0和10d0。本试验采用L0=10d0的比例试件。

图3-4-1

四．测试原理

实验时，实验软件能够实时的绘出实验时力与变形的关系曲线，如图3-4-2所示。

图3-4-2

1．低碳钢拉伸

⑴．弹性阶段

材料力学第一次电测实验

弹性阶段为拉伸曲线中的OB段。在此阶段，试件上的变形为弹性变形。OA段直线为线弹性阶段，表明载荷与变形之间满足正比例关

金属材料的拉伸实验（电子）

一．实验目的

1．测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和断面收缩率ψ。

2．测定铸铁材料在常温静载下的强度极限σb。

3．观察低碳钢﹑铸铁在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-△L图的特征。

4．比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况分析其破坏原因。

5．了解微机控制电子万能材料试验机的构造原理，学习其使用方法。

二．仪器设备

1．微机控制电子万能材料试验机

2．游标卡尺

三．试件

在测试某一力学性能参数时，为了避免试件的尺寸和形状对实验结果的影响，便于各种材料力学性能的测试结果的互相比较，采用国家标准规定的比例试件。国家标准规定比例试件应符合以下关系：L0=K 。对于圆形截面试件，K值通常取5.65或11.3。即直径为d0的圆形截面试件标距长度分别为5d0和10d0。本试验采用L0=10d0的比例试件。

图3-4-1

四．测试原理

实验时，实验软件能够实时的绘出实验时力与变形的关系曲线，如图3-4-2所示。

图3-4-2

1．低碳钢拉伸

⑴．弹性阶段

弹性阶段为拉伸曲线中的OB段。在此阶段，试件上的变形为弹性变形。OA段直线为线弹性阶段，表明载荷与变形之间满足正比例关系。接下来的AB段是一非线弹性阶段，但仍满足

实 验 三 扭 转 破 坏 实 验

实验日期： 年 月 日 实验室温度：

一、实验目的

1．观察试样在扭转力偶作用下试样受力和变形的行为。观察材料的破坏方式。 2．测定材料的剪切屈服极限及剪切强度极限。 3．熟悉扭转试验机的工作原理及使用方法。 二、主要仪器装置及材料

1.扭转试验机：用以作扭转破坏实验。 2.游标卡尺。 三、试件受力简图

1．试件

采用圆形截面试件，如图所示，在试件表面画上一条纵线，以便观察试件的扭转变形。

2．扭转试验机的工作原理

扭转试验机如图。在机体上有一个基本固定的夹头，用两平面和夹紧螺栓固定扭转试样的一端。试验机上有一个能306°旋转的扭转装置，其左端是一个可旋转的夹头，以夹持试样的另一端。当人力使装置转动时，带动活动夹头转动，而使试样的一端相对于另一端发生了转动，故试件受扭而产生变形。

3．扭转实验原理

试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验

来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。

低碳钢试件在发生扭转变形时，其T－φ曲线如图所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段

拉 伸 实 验

一．实验目的：

1.学习了解电子万能试验机的结构原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的屈服极限3.确定铸铁试样的强度极限

、强度极限。

、伸长率

、面积收缩率

。

4.观察不同材料的试样在拉伸过程中表现的各种现象。

二．实验设备及工具：

电子万能试验机、游标卡尺、记号笔。

三．试验原理：

塑性材料和脆性材料拉伸时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。）

四．实验步骤

1.低碳钢实验

（1）量直径、画标记： 用游标卡尺量取试样的直径

。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2

次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。用记号笔在试样中部画一个

或

长的标距，作为原始标距

。

（2）安装试样：

启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。

（3）调整试验机并对试样施加载荷：

调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；根据出加载速度，其中

计算

为试样中部平行段长度，当测定下屈服强度和抗拉强度

材料力学实验思考题

实验一：拉伸与压缩

主要反映材料的强度， 与 反映材料的可塑性和延展性。

2、在拉伸和压缩实验中，测量试样的直径时要求在一个截面上交叉90度测取两次是为了消除试样的 椭圆度误差 。而在三个截面平均直径中取其最小值的意义是求得试样的最小横截面积。

3、低碳钢拉伸时有明显的“四个”阶段，它们分别是： 、 、 、 。 4、工程上通常把伸长率大于 的材料称为塑性材料。 5、对于没有明显屈服极限的塑性材料，通常用名义屈服应力来定义，也就是产生 0.2％ 塑性应变的应力。 6、低碳钢的失效应力为 ，最大应力为 ；铸铁的失效应力为 ，最大应力为 。

7、在拉伸实验中引起低碳失效的主要原因是 ，断裂的主要原因是 。而引起铸铁断裂的主要原因是 ，这说明低碳钢的 能力大于 。而铸铁 能力大于 。

8、对于铸铁试样，拉伸破坏发生在___________面上，是由___________应力造成的。压缩破坏发生在___________面

材料力学实验思考题

实验一：拉伸与压缩

主要反映材料的强度， 与 反映材料的可塑性和延展性。

2、在拉伸和压缩实验中，测量试样的直径时要求在一个截面上交叉90度测取两次是为了消除试样的 椭圆度误差 。而在三个截面平均直径中取其最小值的意义是求得试样的最小横截面积。

3、低碳钢拉伸时有明显的“四个”阶段，它们分别是： 、 、 、 。 4、工程上通常把伸长率大于 的材料称为塑性材料。 5、对于没有明显屈服极限的塑性材料，通常用名义屈服应力来定义，也就是产生 0.2％ 塑性应变的应力。 6、低碳钢的失效应力为 ，最大应力为 ；铸铁的失效应力为 ，最大应力为 。

7、在拉伸实验中引起低碳失效的主要原因是 ，断裂的主要原因是 。而引起铸铁断裂的主要原因是 ，这说明低碳钢的 能力大于 。而铸铁 能力大于 。

8、对于铸铁试样，拉伸破坏发生在___________面上，是由___________应力造成的。压缩破坏发生在___________面