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1、材料力学实验材料力学实验n冯天涛山东农业大学机械与电子工程学院实验项目实验项目实验一实验一 拉伸实验拉伸实验实验二实验二 压缩实验压缩实验实验三实验三 拉伸时材料弹性常数的测定实验拉伸时材料弹性常数的测定实验实验四实验四 剪切实验剪切实验 实验五实验五 冲击实验冲击实验 实验一实验一 拉伸实验拉伸实验一、实验目的一、实验目的n1 1了解万能材料试验机的工作原理，掌握操作规程及了解万能材料试验机的工作原理，掌握操作规程及使用时的注意事项。使用时的注意事项。n2 2测定低碳钢的屈服极限、强度极限、伸长率、断面测定低碳钢的屈服极限、强度极限、伸长率、断面收缩率。收缩率。n3 3测定铸铁的强度极限。测
2、定铸铁的强度极限。n4 4观察以上两种材料在拉伸过程中的各种现象，并利观察以上两种材料在拉伸过程中的各种现象，并利用自动绘图装置绘制拉伸图。用自动绘图装置绘制拉伸图。n5 5比较低碳钢与铸铁拉伸时的机械性质。比较低碳钢与铸铁拉伸时的机械性质。实验一实验一 拉伸实验拉伸实验二、实验设备和量具二、实验设备和量具n1 1、量具：游标卡尺、钢尺、分规。、量具：游标卡尺、钢尺、分规。n2 2、设备：、设备：万能材料试验机万能材料试验机。三、实验原理三、实验原理n1 1为了检验低碳钢拉伸时的机械性质，应使试样轴向为了检验低碳钢拉伸时的机械性质，应使试样轴向受拉直到断裂。受拉直到断裂。n2 2铸铁属脆性材料
3、，轴向拉伸时，在变形很小的情况铸铁属脆性材料，轴向拉伸时，在变形很小的情况下就断裂，故测定其抗拉强度极限。下就断裂，故测定其抗拉强度极限。实验一实验一 拉伸实验拉伸实验实验一实验一 拉伸实验拉伸实验四、实验试样四、实验试样五、实验方法及步骤五、实验方法及步骤 1低碳钢试样的拉伸实验低碳钢试样的拉伸实验 1）测定试样的截面尺寸）测定试样的截面尺寸 实验一实验一 拉伸实验拉伸实验五、实验方法及步骤五、实验方法及步骤 2）试样标距长度）试样标距长度l0之间用分划器等分之间用分划器等分10格或格或20格，格，并刻出分格线，以便观察变形分布情况，测定延伸率。并刻出分格线，以便观察变形分布情况，测定延伸率
4、。3）根据低碳钢的强度极限，估计加在试样上的最大载）根据低碳钢的强度极限，估计加在试样上的最大载荷，据此选择适当的机器量程。荷，据此选择适当的机器量程。4）试车正常后，正式实验开始，自动绘制）试车正常后，正式实验开始，自动绘制拉伸图拉伸图。5)计算屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率。计算屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率。实验一实验一 拉伸实验拉伸实验低碳钢拉伸图低碳钢拉伸图 实验一实验一 拉伸实验拉伸实验五、实验方法及步骤五、实验方法及步骤 2灰铸铁试样的拉伸实验灰铸铁试样的拉伸实验 灰铸铁试样是在非常微小的变形情况下突然断裂的，灰铸铁试样是在非常微小的变形情况下突然断裂的，断裂后几
5、乎测不到残变形。对灰铸铁只需测定它的强断裂后几乎测不到残变形。对灰铸铁只需测定它的强度极限。度极限。实验一实验一 拉伸实验拉伸实验六、注意事项六、注意事项1未经指导教师同意不得开动机器。未经指导教师同意不得开动机器。2练习时要严格遵守操作规程。操作者不得擅自离开操练习时要严格遵守操作规程。操作者不得擅自离开操纵台。纵台。3要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载时要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载时也要用慢速。按规定将载荷卸到所需值。也要用慢速。按规定将载荷卸到所需值。4试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短现象。试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短现象。5试验时听见异声或
6、发生任何故障，应立即停车。试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。实验一实验一 拉伸实验拉伸实验七、思考题七、思考题1试比较低碳钢和铸铁的拉伸机械性质。试比较低碳钢和铸铁的拉伸机械性质。2从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。3什么叫比例试件，它应满足什么要求？什么叫比例试件，它应满足什么要求？实验二实验二 压缩实验压缩实验一、实验目的一、实验目的测定压缩时低碳钢的屈服极限和铸铁的强度极限。测定压缩时低碳钢的屈服极限和铸铁的强度极限。观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象。观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象。二、实验设备和量具二、实验设备
7、和量具 1 1、万能材料试验机、万能材料试验机 2 2、游标卡尺、游标卡尺实验二实验二 压缩实验压缩实验三、实验原理三、实验原理 当试件承受压缩时，其上下两端面与试验机支承垫之当试件承受压缩时，其上下两端面与试验机支承垫之间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻碍试件上部和下间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻碍试件上部和下部的横向变形。当试件的高度相对增加时，摩擦力对部的横向变形。当试件的高度相对增加时，摩擦力对试件中部的影响将有所减小，因此抗压能力与试件高试件中部的影响将有所减小，因此抗压能力与试件高度和直径的比值有关。度和直径的比值有关。低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，低碳钢和铸铁等
8、金属材料的压缩试样一般制成圆柱形，高与直径之比在高与直径之比在13 的范围内。目前常用的压缩试的范围内。目前常用的压缩试验方法是两端平压法。验方法是两端平压法。实验二实验二 压缩实验压缩实验四、实验步骤四、实验步骤 1、低碳钢试样的压缩实验、低碳钢试样的压缩实验 1）测定试样的截面尺寸）测定试样的截面尺寸 用游标卡尺测量试件两端及中部三处截面的直用游标卡尺测量试件两端及中部三处截面的直 径，径，取三处中最小一处的平均直径来计算截面面积。取三处中最小一处的平均直径来计算截面面积。2）试验机的准备。）试验机的准备。选择测力度盘。调整指针，对准零点，并调整自选择测力度盘。调整指针，对准零点，并调整自
9、动绘图器。动绘图器。实验二实验二 压缩实验压缩实验四、实验步骤四、实验步骤 3 3）安装试件）安装试件 将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验机球形承垫的中心处。机球形承垫的中心处。4 4）检查试车）检查试车 5 5）进行试验进行试验 缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上的压缩图，以便及时而正确地测定屈服载和绘图纸上的压缩图，以便及时而正确地测定屈服载荷，并记录下来。荷，并记录下来。实验二实验二 压缩实验压缩实验四、实验步骤四、实验步骤 2、铸铁试样的压缩实验、铸铁试样的压缩实验 铸铁试样压
10、缩试验的步骤与低碳钢压缩试验基本相同，铸铁试样压缩试验的步骤与低碳钢压缩试验基本相同，但不测屈服载荷而测最大载荷。但不测屈服载荷而测最大载荷。实验二实验二 压缩实验压缩实验五、注意事项五、注意事项1未经指导教师同意不得开动机器。未经指导教师同意不得开动机器。2练习时要严格要遵守操作规程。练习时要严格要遵守操作规程。操作者不得擅自离开操作者不得擅自离开 操纵台。操纵台。3要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载时也要慢速，按规定将载荷卸到所需值。卸载时也要慢速，按规定将载荷卸到所需值。4试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。试验时听见异声或发生任何
11、故障，应立即停车。实验二实验二 压缩实验压缩实验六、思考题六、思考题1试分别比较低碳钢和铸铁在轴向拉伸和压缩下的力学试分别比较低碳钢和铸铁在轴向拉伸和压缩下的力学性质。性质。2由低碳钢和铸铁的拉伸和压缩试验结果，比较塑性材由低碳钢和铸铁的拉伸和压缩试验结果，比较塑性材料和脆性材料的力学性质以及它们的破坏形式。料和脆性材料的力学性质以及它们的破坏形式。3为什么铸铁试件在压缩时沿着与轴线大致成为什么铸铁试件在压缩时沿着与轴线大致成45的斜的斜面破坏？面破坏？实验三实验三 拉伸时材料弹性常数的拉伸时材料弹性常数的测定实验测定实验一、实验目的一、实验目的 1在比例极限内，验证虎克定律。在比例极限内，验
12、证虎克定律。2测定钢材的弹性模量测定钢材的弹性模量E以及泊松比。以及泊松比。3了解电阻应变仪的原理及使用方法。了解电阻应变仪的原理及使用方法。二、实验设备及仪器二、实验设备及仪器 1万能材料试验机万能材料试验机 2 静态电阻应变仪静态电阻应变仪实验三实验三 拉伸时材料弹性常数的拉伸时材料弹性常数的测定实验测定实验三、实验原理三、实验原理 材料弹性常数材料弹性常数E及泊松比的测定，一般是在比例极限及泊松比的测定，一般是在比例极限以内的拉伸试验中进行的。为了保证试件上被测部位以内的拉伸试验中进行的。为了保证试件上被测部位的应力是均匀分布的。要求试件有一定的长度，测量的应力是均匀分布的。要求试件有一
13、定的长度，测量应变的方法很多，这里采用电测法。应变的方法很多，这里采用电测法。实验三实验三 拉伸时材料弹性常数的拉伸时材料弹性常数的测定实验测定实验四、实验步骤四、实验步骤n1.测量试件横截面的几何尺寸测量试件横截面的几何尺寸b，h，求出面积，求出面积F=bh。n2.熟悉应变仪的使用和接线方法，并进行刻度读数练熟悉应变仪的使用和接线方法，并进行刻度读数练习。习。n3.接上纵向接上纵向“工作片工作片”R1和和“补偿片补偿片”R2，根据预定，根据预定的载荷增量的载荷增量P，逐级加载，记录相应的读数，逐级加载，记录相应的读数，卸载。，卸载。n4以横向片代替以横向片代替“工作片工作片”R1，重复，重复
14、3，测得，测得实验三实验三 拉伸时材料弹性常数的拉伸时材料弹性常数的测定实验测定实验五、试验结果的处理五、试验结果的处理n1.由由P，F算出算出,用测得在方格纸上按一定比例画出图，用测得在方格纸上按一定比例画出图，观察各点是否近似于一直线，以验定虎克定律。观察各点是否近似于一直线，以验定虎克定律。n2.求出弹性模量和泊松比。求出弹性模量和泊松比。六、注意事项六、注意事项n1未经指导教师同意不得开动机器。未经指导教师同意不得开动机器。n2练习时要严格要遵守操作规程。操作者不得擅自离练习时要严格要遵守操作规程。操作者不得擅自离开操纵台。开操纵台。n3要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载要慢
15、速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载时也林用慢速。按规定将载荷卸到所需值。时也林用慢速。按规定将载荷卸到所需值。实验三实验三 拉伸时材料弹性常数的拉伸时材料弹性常数的测定实验测定实验六、注意事项六、注意事项n4试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短现象。试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短现象。n5试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。七、思考题七、思考题n1试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响？试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响？n2试验时为什么要加初载荷？试验时为什么要加初载荷？实验四实验四 剪切实验剪切实验一、实验目的一、实验目
16、的 测定低碳钢的剪切强度极限。并观察试样破坏情况。测定低碳钢的剪切强度极限。并观察试样破坏情况。二、实验设备二、实验设备n 万能材料试验机万能材料试验机n 剪切器剪切器 实验四实验四 剪切实验剪切实验三、实验原理三、实验原理 实际工程中的铆钉、销钉、键等联接件，都直接承受实际工程中的铆钉、销钉、键等联接件，都直接承受剪切。此种联接件主要承受剪切和挤压变形，还伴随剪切。此种联接件主要承受剪切和挤压变形，还伴随有弯曲作用，受力情况比较复杂。因此，在工程设计有弯曲作用，受力情况比较复杂。因此，在工程设计中对于上述联接件都是直接从剪切实验中测取金属材中对于上述联接件都是直接从剪切实验中测取金属材料的实
17、际剪切强度极限来作为强度计算的依据。料的实际剪切强度极限来作为强度计算的依据。实验四实验四 剪切实验剪切实验四、实验步骤四、实验步骤n1测量试样截面尺寸。测量试样截面尺寸。n2选择试验机及所用量程。选择试验机及所用量程。n3安装剪切器及试样，测读破坏载荷。加载过程中利安装剪切器及试样，测读破坏载荷。加载过程中利用自动绘图器观察大致的载荷用自动绘图器观察大致的载荷变形关系，结合示变形关系，结合示力指针前进情况，粗略地判定试样开始进入全面屈服力指针前进情况，粗略地判定试样开始进入全面屈服时的载荷。时的载荷。n 4试验完毕，做好常规的清理工作。试验完毕，做好常规的清理工作。实验四实验四 剪切实验剪切
18、实验五、试验结果的处理五、试验结果的处理n根据试件直径计算两倍的横截面面积。再根据公式算根据试件直径计算两倍的横截面面积。再根据公式算出低碳钢的剪切强度极限。出低碳钢的剪切强度极限。n 绘出试件断口形貌并进行分析。绘出试件断口形貌并进行分析。六、思考题六、思考题n1低碳钢材料在剪切试验中，其剪切断口有何特点？低碳钢材料在剪切试验中，其剪切断口有何特点？n2实际剪切与理论纯剪切有哪些区别？实际剪切与理论纯剪切有哪些区别？实验五实验五 冲击实验冲击实验一、实验目的一、实验目的 测定钢材与铸铁的冲击韧度，观察破坏情况，进行比较。二、二、实验设备实验设备 冲击试验机。实验五实验五 冲击实验冲击实验三、三、实验原理实验原理 变形速度不同，材料的机械性质也会随之发生变化。在工程上常采用“冲机韧度”来表示材料抵抗冲击的能力。实验五实验五 冲击实验冲击实验实验五实验五 冲击实验冲击实验四、实验步骤四、实验步骤 1学习冲击试验机的使用。特别要严格遵守操作规程 2在安装试件之前先进行空打，记录试验机因摩擦阻 力所消耗的能量，并校对零点。3分别安装低碳钢(或中碳钢)与铸铁试件，测定其冲击韧度。五、试验结果的处理五、试验结果的处理 根据试件折断所消耗的能量，计算低碳钢(或中碳钢)与铸铁的k，并进行比较。观察两种材料断口的差异。