材料力学实验与材料力学的关系

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

材料力学(2)(专升本)阶段性作业1 总分: 100分 考试时间:分钟 单选题

1. 三种应力状态如图所示，则三者之间的关系为 。

(5分)

(A) 完全等价 (B) 完全不等价 (C) b和c等价 (D) a和c等价。 参考答案：D

设σ和τ数值相等，按第四强度理论比较两者的危险程度，2. 两单元体应力状态如图所示，则 。

(5分)

(A) a较b危险 (B) b较a危险 (C) 两者危险程度相同 (D) 无法比较 参考答案：C

3. 塑性材料构件中有四个点处的应力状态分别如图a、b、c、d所示，其中最容易屈服的点是 。

(5分)

(A) 图a；

(B) 图b； (C) 图c； (D) 图d。 参考答案：D

4. 在纯剪切应力状态中，任意两相互垂直截面上的正应力，必定是 。(5分) (A) 均为正值

(B) 一为正值；一为负值 (C) 均为负值

(D) 一为正值一为负值或两者均为零 参考答案：D

按第三强度理论，其相当应力最大的是 ；最小的是 。（图5. 四种应力状态分别如图所示，中应力单位MPa）

(5分)

(A) 图a； (B) 图b； (C) 图c； (D) 图d。 参考答案：A 6. 材料许用应力

，式中

为极限应力，对塑性材料

应选_

第二章 拉伸、压缩与剪切

2-1 求图示各杆指定截面的轴力，并作轴力图。

2-2 图示一正方形截面的阶梯形混凝土柱。设重力加速度g=9.8m/s2, 混凝土的密度为??2.04?103kg/m3，P=100kN，许用应力????2MPa。试根据强度条件选择截面宽度a和b。

2-3 图示一面积为100mm?200mm的矩形截面杆，受拉力P=20kN的作用，试求：（1）???的斜截面m-m上的应力；（2）最大正应力?max和最大剪应力?max的6大小及其作用面的方位角。

1

2-4 图示一三角架，在结点A受P力作用。设AB为圆截面钢杆，直径为d，杆长为l1,AC为空心圆管，截面面积为A2,杆长为l2，已知：材料的许用应力???＝160MPa,P=10kN,d=10mm,A2=50?10?6m2,l1=2.5m,l2=1.5m。试作强度校核。

2-5 图示一阶梯形截面杆，其弹性模量E=200GPa，截面面积AI=300mm2，AII=250mm2,AIII=200mm2。试求每段杆的内力、应力、应变、伸长及全杆的总伸长。

2-6 图示一刚性杆AB,由

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《材料力学》

课 程 学 习 指 导 书

作者：樊友景

第一章 绪论

（一）本章学习目标：

1、理解材料力学的任务。

2、掌握变形固体的基本假定，杆件变形的基本形式。

（二）本章重点、要点：

1、材料力学的任务。

2、变形固体的基本假定，基本形式的形式。

（三）本章练习题或思考题：

1、单项选择题

1-1、由于什么假设，构件内的内力、应力、变形可以用点的位置坐标的连续函数表示。

A、连续性假设 B、均匀性假设

C、各向同性假设

D、小变形假设

1-2、变形固体受力后

A、既产生弹性变形又产生塑性变形

B、不产生弹性变形也不产生塑性变形 C、只产生弹性变形 D、只产生塑性变形

1-3、构件要能够安全正常的工作，它必须要满足

A、强度条件

B、刚度条件

C、稳定性要求 D、强度条件、刚度条件、稳定性要求

1-4、下列哪些因素与材料的力学性质无关？

A、构件的强度 C、构件的稳定性 1-5、下列论述错误的是

A、理论力学主要研究物体机械运动的一般规律 B、材料力学研究杆件受力后的变形和破坏规律 C、理论力学和材料力学研究的是刚体

D、材料力学研究的问题

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第一章 绪论

（一）本章学习目标：

1、理解材料力学的任务。

2、掌握变形固体的基本假定，杆件变形的基本形式。

（二）本章重点、要点：

1、材料力学的任务。

2、变形固体的基本假定，基本形式的形式。

（三）本章练习题或思考题：

1、单项选择题

1-1、由于什么假设，构件内的内力、应力、变形可以用点的位置坐标的连续函数表示。

A、连续性假设 B、均匀性假设

C、各向同性假设

D、小变形假设

1-2、变形固体受力后

A、既产生弹性变形又产生塑性变形

B、不产生弹性变形也不产生塑性变形 C、只产生弹性变形 D、只产生塑性变形

1-3、构件要能够安全正常的工作，它必须要满足

A、强度条件

B、刚度条件

C、稳定性要求 D、强度条件、刚度条件、稳定性要求

1-4、下列哪些因素与材料的力学性质无关？

A、构件的强度 C、构件的稳定性 1-5、下列论述错误的是

A、理论力学主要研究物体机械运动的一般规律 B、材料力学研究杆件受力后的变形和破坏规律 C、理论力学和材料力学研究的是刚体

D、材料力学研究的问题

材料力学练习册

（后付部分题解）

迪丽娜.马合木提

新疆大学机械工程学院力学教研室

二○○五年六月

第2章 轴向拉伸与压缩

2-1 试求图示直杆横截面1-1、2-2、3-3上的轴力，并画出轴力图。

(a)F.1123F.2F.3F=2kN

(b)18kN.1123kN.25kN23.310kN

2-2 试求图示中部对称开槽直杆横截面1-1和2-2上的正应力。

12.12..FF=14kN20441020

2-3 图示桅杆起重机，起重杆AB的横截面是外径为20 mm、内径为18 mm的圆环，钢丝绳BC的横截面面积为10 mm。试求起重杆AB和钢丝绳BC横截面上的应力。

B.245C.15F=2kN.A

2-4 图示由铜和钢两种材料组成的等直杆，铜和钢的弹性模量分别为E1?100 GPa和

E2?210 GPa。若杆的总伸长为Δl?0.126 mm，试求载荷F和杆横截面上的应力。

2钢1铜?40400...600.F

2-5 图示阶梯形钢杆，材料的弹性模量E?200 GPa，试求杆横截面上的最大正应力和杆的总伸长。

?20.?40400..F=40kN800

2-6 图示电子

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第一章 绪论

（一）本章学习目标：

1、理解材料力学的任务。

2、掌握变形固体的基本假定，杆件变形的基本形式。

（二）本章重点、要点：

1、材料力学的任务。

2、变形固体的基本假定，基本形式的形式。

（三）本章练习题或思考题：

1、单项选择题

1-1、由于什么假设，构件内的内力、应力、变形可以用点的位置坐标的连续函数表示。

A、连续性假设 B、均匀性假设

C、各向同性假设

D、小变形假设

1-2、变形固体受力后

A、既产生弹性变形又产生塑性变形

B、不产生弹性变形也不产生塑性变形 C、只产生弹性变形 D、只产生塑性变形

1-3、构件要能够安全正常的工作，它必须要满足

A、强度条件

B、刚度条件

C、稳定性要求 D、强度条件、刚度条件、稳定性要求

1-4、下列哪些因素与材料的力学性质无关？

A、构件的强度 C、构件的稳定性 1-5、下列论述错误的是

A、理论力学主要研究物体机械运动的一般规律 B、材料力学研究杆件受力后的变形和破坏规律 C、理论力学和材料力学研究的是刚体

D、材料力学研究的问题

第二章 拉伸、压缩与剪切

2-1 求图示各杆指定截面的轴力，并作轴力图。

2-2 图示一正方形截面的阶梯形混凝土柱。设重力加速度g=9.8m/s2, 混凝土的密度为??2.04?103kg/m3，P=100kN，许用应力????2MPa。试根据强度条件选择截面宽度a和b。

2-3 图示一面积为100mm?200mm的矩形截面杆，受拉力P=20kN的作用，试求：（1）???的斜截面m-m上的应力；（2）最大正应力?max和最大剪应力?max的6大小及其作用面的方位角。

1

2-4 图示一三角架，在结点A受P力作用。设AB为圆截面钢杆，直径为d，杆长为l1,AC为空心圆管，截面面积为A2,杆长为l2，已知：材料的许用应力???＝160MPa,P=10kN,d=10mm,A2=50?10?6m2,l1=2.5m,l2=1.5m。试作强度校核。

2-5 图示一阶梯形截面杆，其弹性模量E=200GPa，截面面积AI=300mm2，AII=250mm2,AIII=200mm2。试求每段杆的内力、应力、应变、伸长及全杆的总伸长。

2-6 图示一刚性杆AB,由