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1、力 学 实 验 报 告标 准 答 案长安大学力学实验教学中心精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 22 页目录一、拉伸实验 2 二、压缩实验 4 三、拉压弹性模量E测定实验 6 四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验 8 五、扭转破坏实验 10 六、纯弯曲梁正应力实验 12 七、弯扭组合 变形时的主应力测定实验 15 八、压杆稳定实精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 22 页验 18 一、拉伸实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器见教材。实验结果及数据处理 ：
2、例: (一)低碳钢试件试验前试验后最小平均直径 d= 10.14 mm 最小直径 d= 5.70 mm 截面面积 A= 80.71 mm2截面面积 A1= 25.50 mm2 计算长度 L= 100 mm 计算长度 L1= 133.24 mm 试验前草图试验后草图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 22 页强度指标 : Ps =_22.1 _KN 屈服应力s= Ps/A _ 273.8 _MPaP b =_33.2_ _KN 强度极限b= Pb /A _ 411.3 _MPa塑性指标 : 1L -L100%L伸长率 33.2
3、4 % 1100%AAA面积收缩率 68.40 % 低碳钢拉伸图 : （二）铸铁试件试验前试验后最小平均直径 d= 10.16 mm 最小直径 d= 10.15 mm 截面面积 A= 81.03 mm2截面面积 A1= 80.91 mm2 计算长度 L= 100 mm 计算长度 L1100 mm 试验前草图试验后草图强度指标 : 最大载荷 Pb =_14.4 _ KN精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 22 页强度极限 b= Pb / A = _177.7 _ M Pa问题讨论：1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试
4、件, 材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同 ? 答: 拉伸实验中延伸率的大小与材料有关, 同时与试件的标距长度有关. 试件局部变形较大的断口部分, 在不同长度的标距中所占比例也不同. 因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件, 这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的( 横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外). 2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答: 试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性, 低碳钢延伸率大表现为塑性; 低碳钢具有屈服现象 , 铸铁无 . 低碳钢断口为直径缩小的杯锥状, 且有 450的剪切唇， 断口组织为暗灰色纤维状组织
5、。 铸铁断口为横断面， 为闪光的结晶状组织。 .教师签字 :_ _ 日期:_ _ 二、压缩实验报告标准答案实验目的：见教材。实验原理：见教材。实验数据记录及处理：例：( 一) 试验记录及计算结果材料低碳钢铸铁试件尺寸直径 d =_ 15_mm 长度 L =_ 20_mm 面积 A =_176.63 _mm2直径 d =_ 15_mm 长度 L =_ 20_mm 面积 A =_176.63 _mm2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 22 页试件形状草图试验前试验后屈服载荷屈服应力Ps = _49_KN s= _277.4_M
6、Pa 最大载荷抗压强度Pb = _ _ 153_ _KN b= _ _ 866.2 _MPa问题讨论：1、分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45 50 夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。2、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料 ? 答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其
7、抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 22 页教师签字 :_ 日期:_三、拉压弹性模量E测定试验报告实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：（一）碳钢试件尺寸计算长度 L =_100_mm 直径 d =_10_mm 截面面积 A =_78.5 _mm2（二）引伸仪测量记录 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
8、 - - - - -第 7 页，共 22 页读数载荷 P (KN) 左表右表读数 A1 ( 格) 读数差 A1( 格) 读数 A2(格) 读数差 A2( 格) 1 2 2 4 3 6 4 8 5 10 6 12 7 14 （三）数据处理结果平均( A1)= 平均( A2)= 12()():()2AA左右两表读数差平均值平均伸长增量 ( L)=_mm MPa()P LEL A碳钢弹性模量 问题讨论：1、 试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么 ? 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。2、 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同 ?为什么
9、必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 22 页教师签字 :_ 日期:_ 四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：(一)试验数据及计算结果精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 22 页试件尺
10、寸材料直径 mm 标距长度 L0 力臂长度 L 测臂长度 R 碳钢10 190mm 150mm 150mm 1 2 3 4 5 6 扭矩nM相对扭转角00432nnPM LM LGId ( 二) 结果比较 ( =0.3) 理论计算实验值误差% GPa2(1)EG理G实= GPa 问题讨论：1、 试验过程中 , 有时候在加砝码时 , 百分表指针不动 , 这是为什么 ?应采取什么措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。2、 测 G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答：所测材料的 G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。精选学习资料 - - -
11、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 22 页教师签字 :_ 日期:_ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 22 页五、扭转破坏实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：(一)试验数据记录尺寸试件材料碳钢铸铁直径 d(mm) 10 10 计算长度 L(mm) 100 100 抗扭截面模量 mm3330.216dWpd200 200 屈服扭矩 Ms 35.5 N m 破坏扭矩 Mb80.5 Nm46.5 Nm (二)性能计算1、碳钢 : 扭转屈服极限
12、: 177.3 sspMMPaW扭转强度极限 402.4 nbpMMPaW2、铸铁 : 扭转强度极限 : 232.5 MPabbpMW精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 22 页问题讨论：1、 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因 . 答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约45的螺旋形曲面，为拉应力破坏。2、 铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?为什么 ? 答：有关系。扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力
13、破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关。教师签字 :_ 日期:_ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 22 页六、纯弯曲梁正应力试验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：例：1、原始数据记录 : 试件材料弹性模量 E 载荷 P 距中性层试件尺寸低碳钢213GPa 4000N Y1=10mm Y2=15mm b= 20mm L= 620mm h= 40mm a=150mm 灵敏系数；2.27 2、梁布片图 : y2y21 2 3 4 5 6 7 h1y1FF精选学习资料 - - - - - - - -
14、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 22 页%实理理3、记录及计算结果载荷4000应变 ( ) 测点1 23平均值1 2 3 4 5 6 7 4、结果比较 : 应力(MPa) 实验值理论值误差10 2-28.13 328.13 4-42.40 542.40 6-56.25 756.25 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 22 页5、作出截面应力分布图 : （理论分布）-56.25MPa56.25MPa问题讨论：实验时未考虑梁的自重 , 是否会引起测量结果误差?为什么 ? 答：施加的荷载和测试应
15、变成线性关系。实验时，在加外载荷前，首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数） ，然后加载进行测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 22 页教师签字 :_ 日期:_ 七、弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：(一)原始数据记录材料 E值 泊松比试件计算长度L1 力臂长度L2载荷(N) 试件内径d 试件外径D 70 GPa0.33 300mm 200mm 36mm 40mm (二)弯扭组合试验台装置图精选学习资料 -
16、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 22 页L1 P LL2 A B C D D d (三)实验数据记录表格测点 A或(C) -45 045次数载荷 P 一二三平均一二三平均一二三平均初始值0 0 0 150N 114 -1 -111 250N 190 -2 -184 350N 265 -2 -257 450N 342 -3 -331 测点 B或(D) -45 045次数载荷 P 一二三平均一二三平均一二三平均初始值0 0 0 150N 165 201 -31 250N 274 336 -52 350N 383 469 -74 450N
17、493 604 -95 (四)数据处理求出 A、B(或 C、D) 点主应力大小及方向 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 22 页利用公式 : A点或(C 点) 载荷计算结果150N 250N 350N 450N 备注31 6.08/-5.77 10.08/-9.56 14.16/-13.32 18.29/-17.14 MPa tg2 35.52 38.61 39.15 39.58 B点或(D 点) 载荷计算结果150N 250N 350N 450N 备注31 15.78/-1.78 26.22/-3.03 36.64
18、/-4.36 47.17/-5.59 MPa tg2 -0.73 -0.72 -0.72 -0.72 问题讨论：1、 画出指定 A、B点的应力状态图 . 答：2、 要测取弯曲正应力及扭转剪应力, 应如何连接电桥电路 ? 12234545450045245450454511()()()12222EtgA 点B 点xx45C45AUDBA B C 45A45C0DE UDBA B C D 0BRR精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 22 页测取弯曲正应力测取扭转剪应力教师签字 :_ 日期:_ E D 精选学习资料 - - -
19、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 22 页八、压杆稳定实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：(一)原始数据记录试件宽度 b 试件厚度 t 试件长度 L 弹性模量 EK 0 20mm 2mm 396mm 213 GPa2.35 /N -4 (二)实验数据记录表格 : 无支撑 Pcr（最大）1/2 支撑（最大）-400-1750应变竖向位移 (mm)( 第 1 次) ( 第 2 次) ( 第 3次) 平均备注0.01 -24 0.02 -78 0.04 -170 0.06 -273 0.08 -354 0.10 -3
20、84 0.12 -393 0.14 -400 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 22 页(三)数据结果处理(1) 绘制 p- 曲线, 由此曲线及公式maxoPK确定 Pcr=168.5NP-曲线(2) 由连续加载测试结果确定无支撑Pcr及二分之一点支撑Pcr值. 无支撑时： Pcr=168.5N ；二分之一点支撑时：crP理743.0N(3) 计算理论临界力 :22()crEIPL理178.7 N实验值与理论值比较 : 100%crcrcrPPP实理理误差百分率6.1 %问题讨论：压杆稳定实验和压缩实验有什么不同? 答：
21、不同点有：1、目的不同：压杆稳定实验测临界力，压缩实验测破坏过程中的机械性能。2、试件尺寸不同：压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。3、约束不同：压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。4、实验现象不同：压杆稳定实验试件出现侧向弯曲，压缩实验没有。5、承载力不同：材料和截面尺寸相同的试件，压缩实验测得的承载力远大于压杆稳定实验测得的。6、实验后试件的结果不同：压杆稳定试件受力在弹性段，卸载后试件可以反复使用，而压缩件已经破坏掉了，不能重复使用。教师签字 :_ 日期:_ P Pcr0 AAC B BB精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 22 页