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1、力力 学学 实实 验验 报报 告告标标标标 准准准准 答答答答 案案案案长安大学力学实验教学中心1目目录录一、一、拉伸实验2二、二、压缩实验4三、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、压杆稳定实验182一一、拉伸实验报告标准答案拉伸实验报告标准答案实验目的：实验目的：见教材。实验仪器实验仪器见教材。实验结果及数据处理实验结果及数据处理：例例:(一)低碳钢试件试验前试验后最小平均直径 d=10.1410.14mm最小直径 d=5.705.70mm截面面积 A=80.7180.7
2、1mm2截面面积 A1=25.5025.50mm2计算长度 L=100100mm计算长度 L1=133.24133.24mm试验前草图试验后草图强度指标:Ps=_22.122.1_KN屈服应力s=Ps/A _273.8273.8_MPaPb=_33.233.2_ _KN强度极限b=Pb/A _411.3411.3_MPa塑性指标:1L-L100%L=伸长率33.24%1100%AAA=面积收缩率68.40%低碳钢拉伸图:3（二）铸铁试件试验前试验后最小平均直径 d=10.1610.16mm最小直径 d=10.1510.15mm截面面积 A=81.0381.03mm2截面面积 A1=80.918
3、0.91mm2计算长度 L=100100mm计算长度 L1100100mm试验前草图试验后草图强度指标:最大载荷 Pb=_14.414.4_ KN强度极限b=Pb/A=_177.7177.7_ M Pa问题讨论：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件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同?答答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关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同时与试件的标距长度有关.试件试件局部变形较大的断口部分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在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件
4、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(横截面面积与长横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外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.答答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性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延伸率大表现为塑性;低低碳钢具有屈服现象碳钢具有屈服现象,铸铁无铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有且有 45450 0的的剪切剪切唇唇，断
5、口组织为暗灰色纤维状组织断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织为闪光的结晶状组织。.教师签字:_ _日期:_ _4二二、压缩实验报告标准答案压缩实验报告标准答案实验目的：实验目的：见教材。实验原理：实验原理：见教材。实验数据记录及处理：实验数据记录及处理：例：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=_1515_mm长度 L=_2020_mm面积 A=_176.63176.63_mm2直径 d=_1515_ _mm长度 L=_2020_mm面积 A=_176.63176.63_mm2试件形状草图试验前试验后屈服载荷屈服应力Ps=_49
6、49_KNs=_277.4277.4_MPa最大载荷抗压强度Pb=_ _153153_ _KNb=_ _866.2866.2_MPa问题讨论：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，其断口与轴线成答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成 4545 5050 夹角，在夹角，在断口断口位置剪应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。切破坏。52、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?答答：低碳钢为塑性材料低碳钢为塑性材料，抗压屈服极
7、限与抗拉屈服极限相近抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件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。破坏。通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；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抗压。故在工
8、程结构中塑性材料应用范围广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脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。比如车床机座。教师签字:_日期:_6三三、拉压弹性模量拉压弹性模量 E E 测定试验报告测定试验报告实验目的：实验目的：见教材。实验仪器：实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：实验数据记录及处理：（一）碳钢试件尺寸计算长度 L=_100100_ _mm直径 d=_1010_mm截面面积 A=_78.578.5_mm2（二）引伸仪测量记录: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)12243648510612714（三）数据
9、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 7问题讨论：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?答答:弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。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?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量?答答: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量不相同，采用逐级加
10、载方法所求出的弹性模量可降低误差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。料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。教师签字:_日期:_8四四、低碳钢剪切弹性模量低碳钢剪切弹性模量 G G 测定实验报告标准答案测定实验报告标准答案实验目的：实验目的：见教材。实验仪器：实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：实验数据记录及处理：(一)试验数据及计算结果试件尺寸材料直径 mm标距长度 L0力臂长度 L测臂长度 R碳钢1010190mm190mm150mm150mm150mm150mm123456扭矩nM相对扭转角00
11、432nnPM LM LGId=(二)结果比较(=0.3)理论计算实验值误差%GPa2(1)EG=+理G实=GPa9问题讨论：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?答答：所测材料的所测材料的 G G 必须是材料处于弹性状态下所测取得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故必须控制外加扭矩大小。大小。教师签字:_日期:_10五五、扭转破坏实验报告标准答案扭转破坏
12、实验报告标准答案实验目的：实验目的：见教材。实验仪器：实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：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)10101010计算长度 L(mm)100100100100抗扭截面模量 mm3330.216dWpd=200200200200屈服扭矩 Ms35.535.5Nm破坏扭矩 Mb80.580.5Nm46.546.5Nm(二)性能计算1、碳钢:扭转屈服极限:177.3 sspMMPaW=扭转强度极限 402.4 nbpMMPaW=2、铸铁:扭转强度极限:232.5 MPabbpMW=11问题讨论：问题讨论：1、碳钢与铸铁试件扭转破坏情
13、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。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，断口为和轴线成约铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约 4545的螺旋形曲面的螺旋形曲面，为拉应力破坏。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。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破坏扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关。所以铸铁断口和扭转方向有关。教师签字:_日期:_12六六
14、、纯弯曲梁正应力试验报告标准答案纯弯曲梁正应力试验报告标准答案实验目的：实验目的：见教材。实验仪器：实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：实验数据记录及处理：例：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213GPa4000NY1=10mmY2=15mmb=20mmL=620mmh=40mm a=150mm灵敏系数；2.272、梁布片图:y2y21234567h1y1abaFF13%实理理3、记录及计算结果载荷4000应变()测点123平均值12345674、结果比较:应力(MPa)实验值理论值误差10 02-28.13-28.13328.1328.134-42.
15、40-42.40542.4042.406-56.25-56.25756.2556.255、作出截面应力分布图:（理论分布）（理论分布）14-56.25MPa56.25MPa问题讨论：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?答答：施加的荷载和测试应变成线性关系施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时实验时，在加外载荷前在加外载荷前，首先进行首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数了测量电路的平衡（或记录初读数），然后加载进行测量，所测的数（或差，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。值）是外载荷引起的，与梁自重无关。15L1PLL2ABCDDd教师
16、签字:_日期:_七七、弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案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：实验目的：见教材。实验仪器：实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：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D70 GPa0.33300mm200mm36mm40mm(二)弯扭组合试验台装置图16(三)实验数据记录表格测点 A 或(C)-45045次数载荷P一二三平均一二三平均一二三平均初始值0 00 00 0150N114114-1-1-111-111250N190190-2-2-184-184350N26
17、5265-2-2-257-257450N342342-3-3-331-331测点 B 或(D)-45045次数载荷P一二三平均一二三平均一二三平均初始值0 00 00 0150N165165201201-31-31250N274274336336-52-52350N383383469469-74-74450N493493604604-95-95(四)数据处理求出 A、B(或 C、D)点主应力大小及方向.利用公式:A 点或(C 点)载荷计算结果150N250N350N450N备注12234545450045245450454511()()()12222Etg+=+=17316.08/-5.776
18、.08/-5.7710.08/-9.5610.08/-9.5614.16/-13.3214.16/-13.3218.29/-17.1418.29/-17.14MPatg235.5235.5238.6138.6139.1539.1539.5839.58B 点或(D 点)载荷计算结果150N250N350N450N备注3115.78/-1.7815.78/-1.7826.22/-3.0326.22/-3.0336.64/-4.3636.64/-4.3647.17/-5.5947.17/-5.59MPatg2-0.73-0.73-0.72-0.72-0.72-0.72-0.72-0.72问题讨论：问
19、题讨论：1、画出指定 A、B 点的应力状态图.答：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?测取弯曲正应力测取扭转剪应力A 点B 点xx45C45AEUDBABCD45A45C0DEUDBABCD0BRR18教师签字:_日期:_19八八、压杆稳定实验报告标准答案压杆稳定实验报告标准答案实验目的：实验目的：见教材。实验仪器：实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：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 EK020mm20mm2mm2mm396mm396mm213213 GPGPa a2.352.35/N/N-4-4(二)实验数据记录表格:
20、无支撑 Pcr（最大）1/2 支撑（最大）-400-400-1750-1750应变竖向位移(mm)(第 1 次)(第 2 次)(第3次)平均备注0.01-24-240.02-78-780.04-170-1700.06-273-2730.08-354-3540.10-384-3840.12-393-3930.14-400-40020(三)数据结果处理(1)绘制 p-曲线,由此曲线及公式maxoPK=确定 Pcr=168.5N168.5NP-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=168.5N168.5N；二分之一点支撑时：crP=理743.0N
21、 N(3)计算理论临界力:22()crEIPL=理178.7178.7 N N实验值与理论值比较:100%crcrcrPPP=实理理误差百分率6.16.16.16.1%问题讨论：问题讨论：压杆稳定实验和压缩实验有什么不同?答：不同点有：答：不同点有：1 1、目的不同目的不同：压杆稳定实验测临界力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压缩实验测破坏过程中的机械性能。2 2、试件尺寸不同：压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。、试件尺寸不同：压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。3 3、约束不同：压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。、约束不同：压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。4 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。、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 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、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实实验测得的。于压杆稳实实验测得的。6 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、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。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:_PPcr0AACBBB