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1、材料力学实验指导书班级姓名学号土木工程学院实验规那么及要求一、做好实验前的准备工作1、实验前认真预习实验指导书及有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理。2、对实验中所用仪器、实验装置等应了解其工作原理及操作考前须知。3、必须清楚地知道本次实验需记录的数据工程及其数据处理方法。二、严格遵守实验室的规章制度1、课程规定的时间准时进入实验室，保持实验室整洁、干净、不得抽烟。2、未经许可不可随意动用实验室内的机器，仪器，等一切设备。3、作实验时应严格按操作规程操作机器，仪器，及设备如发生事故应及时报告，不得 擅自处理。4、实验结束后应将所用机器，仪器，及设备擦拭干净，并恢复到正常状态。三、认真做好实
2、验I、接受老师预习情况的抽查，仔细听指导教师对实验内容的讲解。2、实验时要认真严肃、互相配合、严格按实验步骤，方法逐步进行。3、实验过程中，要密切观察实验现象，记录好全部所需实验数据，并交指导教师审阅。四、实验报告的一般要求实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培 养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础 上，用自己的语言扼要地表达实验目的、原理、步骤和方法，所使用机器，仪器，及设备的 名称及型号，数据处理、问题讨论等内容，独立写出实验报告，并做到字迹端正。五、绘图清晰、表格简明实验一低碳钢的拉伸实验一、实验目的1、观
3、察低碳钢在拉伸过程中的各种现象，了解试件变形随荷载的变化规律。2、测试低碳钢在拉伸过程中的几个力学性能指标：屈服极限5、强度极限。b、断后延 伸率8和断面收缩率平。3、了解拉伸实验的原理和方法，掌握万能试验机的操作要领。二、实验仪器设备电子式万能试验机、游标卡尺、拉伸试件。三、实验原理与方法1、电子万能试验机：（图1一1）是双空间式的，其移动横梁与上横梁之间的空间为拉 伸实验空间，移动横梁与下横梁之间的空间为压缩实验空间。在拉伸空间安装有拉伸夹具， 在压缩空间安装有压缩夹具和弯曲夹具。测力传感器、引伸计、光电编码器、数据采集电路 （与控制系统集成在一起）组成测量系统，测力传感器用于测量实验载荷
4、，引伸计用于测量 试件的变形，光电编码器用于测量横梁移动的位移。各个测量信号均经过数据采集电路送入 计算机存储、处理和显示。伺服电机的输出功率经减速器、同步齿形传动带传递给滚珠丝杠, 然后滚珠丝杠带动移动横梁升降将实验载荷施加到试件上。伺服控制器与伺服电机和光电编 码器组成闭环控制系统,控制移动横梁的运动。伺服控制器向上经过控制电路与计算机联系， 最终由计算机实现对可移动横梁的运动进行控制，包括位置、速度等。图1-1基本构造和原理示意图1.立柱：2.拉伸夹具：3.拉伸试件：4.移动横梁：5.测力传感器：6.压缩夹具：7.弯曲夹具：8.下横梁；9.同步齿形传动带；10.带轮；II.光电编码器；1
5、2.伺服电机：13.上横梁：14.滚珠丝杠；15.引伸计；16.手控犍盘：17.减速机由于电子万能试验机采用了闭环控制，加载过程和数据采集都是在计算机的控制下完成的，因此可以选择不同的参数控制方式进行实验。参数控制方式是指以应力（或载荷）、位 移、应变等诸实验参数中的某一个作为加载控制因素。例如，位移控制就是设定的横梁的运 动速度（通常是恒定速率的），让试验机按照设定的横梁速度和方向对试件进行加载。2、拉伸试件：图12试件的尺寸和形状对材料的塑性性质影响很大。为了能正确地比 较各种材料的力学性质，根据国家标准（GB22887）将试件尺寸列表如下表1 1试件基本参数试件原始标距长度“mm原始横截
6、面积Ad mm2原始电径圆形截面长10()78.5410短50图1-2拉伸试样图图1一3低碳钢拉伸实验时F-Al曲线3、低碳钢拉伸过程中的四个阶段：如图1一3（1）弹性变形阶段（0-A）、这一阶段试样的变形完全是弹性的，全部卸掉荷载后，试样 将恢复其原长。（2）塑性屈服阶段（B/-B）、载荷不增加而变形急剧增大，材料失去抵抗变形的能力， 产生屈服。对手未经过加工的低碳钢材料来说，屈服强度是其应用时的强度极限.（3）强化阶段（B-D）、继续加载，材料继续产生变形，这一阶段，低碳钢材料重新恢复 了抵抗变形的能力。（4）颈缩阶段（D-E）。试样伸长到一定程度后，荷载读数反而逐渐降低。此时可以看到 试
7、样某一段内横截面面积显著地收缩，出现“颈缩”的现象，一直到试样被拉断。四、实验步骤1、开机：试验机一一打印机一一计算机注意：每次开机后，需要预热10分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。假设刚刚关机, 需要再开机，至少保证1分钟的时间间隔。2、测量试件尺寸测量试件直径曲，对于圆试件在计算长度内在两端及中部二处用游标卡尺测量，每一 处都要在两个相互垂直的方向上量出直径，取其平均直径最小截面处的平均直径作为试件的 直径。2、确定计算长度Lo在试件中间等粗的细长局部内，量取计算长度并划线；划线时应尽量轻微。3、安装试件将试件装入夹具，注意防止试件放斜或歪曲并夹持牢固。4、进入试验界面一联机一试样录入一
8、参数录入一开环一试验开始5、加载在加载实验过程中，总的要求是缓慢、均匀、连续地进行加载。要注意观察拉伸过程四 个特征阶段的各种现象并记录相应数据。当试件被拉断后立即停机，并取卜.试件。6、记录实验数据断后标距L的测最：测最L时将试件断裂后的两端在断口处紧密地对接起来，尽最使 其轴线位于一条轴线上，直接测量原始标距两端即得L,值。断口处最小直径力的测量：将试件断裂后的两端在断口处紧密地对接起来，尽量使其 轴线位于一条轴线上，在颈缩最小处两个相互垂直的方向上测量其直径取二者的算术平均值 然后计算值4/值。五、思考题I.从实验得到的低碳钢拉伸曲线图来看，它可以分为哪几个阶段？实验二铸铁的拉伸和压缩实
9、验一、实验目的I、测定铸铁拉伸时的强度极限和压缩时铸铁的强度极限。2、比拟低碳钢与铸铁的拉伸机械性能和破坏形式。3、观察铸铁压缩时的变形和破坏现象。二、实验仪器设备1、万能试验机2、游标卡尺三、实验原理与方法铸铁的拉伸：铸铁是脆性料，其拉伸图如图2-1,在拉伸过程中不产生屈服和颈缩现象, 在没有明显的塑性变形下很快到达最大载荷Fb而突然断裂。并且端口平齐。所以只能测得 拉伸时的的强度极限。整个拉伸过程中变形极小，伸长最缺乏试件原长的0.5%,而延伸率 那么更小。图2“铸铁的拉伸（压缩）曲线图铸铁的压缩：压缩实验是研究材料性能常用的实验方法。对铸铁、铸造合金、建筑材料 等脆性材料尤为合适。通过压
10、缩实验观察材料的变形过程、破坏形式，并与拉伸实验进行比 较，可以分析不同应力状态对材料强度、塑性的影响，从而对材料的机械性能有比拟全面的 认识。当试件受压时，其上下两端面与试验机支撑之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横 向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。摩擦力的存在会影响试件的抗压能力甚至破坏形式。 为了尽最减少摩擦力的影响，实验时试件两端必须保证平行，并与轴线垂直，使试件受轴向 压力。另外。端面加工应有较高的光洁度。铸铁为脆性材料，其压缩曲线在开始时接近于直线，与纵轴之夹角很小，以后曲率逐渐 增大，最后至破坏，因此只能确定其强度极限，计算公式如下： b=Fb/Ao铸铁试件受压力而缩短，说明
11、有很少的塑性变形的存在。当载荷到达最大值时，试件即 破坏，并在其外表上出现了倾斜的裂缝，铸铁受压后的破坏是突然发生的，是脆性材料的特 性。铸铁试件压缩时，在到达最大载荷Pb前出现较明显的变形然后破裂，此时试验力值迅 速减小，铸铁试件最后略呈鼓形，断裂面与试件轴线大约呈45度。压缩试件为圆柱形，如图22所示，不宜太高，否那么，容易压方，也不宜太短，否那么试 件上下端面与实验机承压座之间产生摩擦力，对试件的承压力产生影响，一般试件规定为1 WhO3,通常脆性材料hO/dO=2。wwdo图2-2铸铁的压缩前后形状四、实验步骤I、铸铁的拉伸实验步骤参考低碳钢的拉伸实验步骤。2、铸铁的压缩实验步骤（1）
12、用游标卡尺测量试件的高度的和直径取互相垂直方向直径的平均值作为试件的 直径。（2）将试件置于试验机承压部位。在试件没有受力时进行调整。（3）开机进行实验，一直到试件破坏（注意低碳钢不能压到破坏，压到45KN时即停 止实验）。（4）铸铁记录最大荷载巴。（5）卸去载荷，取出破坏试件。（6）打印出实验曲线。实验三弯曲正应力实验一、实验目的1、测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律。2、验证纯弯曲梁的正应力计算公式。二、实验仪器与设备1、组合实验台中纯弯曲梁实验装置2、应变综合参数测试仪3、游标卡尺、钢板尺三、实验原理与方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任
13、一点 的正应力。，计算公式为（J =Iz式中：M为弯矩为横截面中性轴的惯性矩Yi为所求应力点至中性轴的距离为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高 度，平行于轴线贴有应变片（如图如1）。实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载 荷AP,测出各点的应变增量。文然后分别取各点应变增量的平均值后，将实测应 力值与理论应力值进行比拟，以验证弯曲正应力，计算公式：0实1=E x i xio6四、实验步骤I、将试件安装在试验台上。拟定加载方案，调整好实验加我装置。2、按实验要求接好线，检测整个测试系统是否处于正常工作状态。3、加载，均匀
14、缓慢加载至初初载荷P。记下各点应变的初始读数；然后分级等量加载, 增加级载荷，依次记录各点应变片的应变值一，直到最终载荷。4、做完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用 仪器设备复原。表31试件相关数据应变片至中性层距离（mm）梁的尺寸和有关参数Yi20宽度b = 20 mmy210高度h = 40 mm丫30跨度 L = 450 mm丫4一 10载荷距离a = 150 mm丫520弹性模量E =206 GPa泊松比jli = 0.28惯性矩茂=劭%2 =1.067x 10-7 m4五、实验结果与数据处理实测应力值。实j = K X、网理论应力值。理j =1Z式中：弹性模量石1 二206 GPa应变片至中性层距离匕（表31）应变平均增量、困 弯矩增量AM=AP-a/2载荷增量 ApuSOON 惯性矩b!v 12 =1.067x10）六、思考题1、实验时梁的自重是否会引起测量结果的误差？为什么.