工程力学 实验指导书

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1、工程力学实验指导书武汉科技学院机电工程学院目录实验一低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验…………………….1实验二梁弯曲的正应力实验5实验三薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定8实验四纯扭转实验11附录1、组合式材料力学多功能实验台132、电测法的基本原理15实验一低碳钢和铸铁的拉伸、压缩实验一．实验目的1.用引伸计测定塑性材料的弹性模量；2.测定塑性材料的上下屈服强度ReH，ReL、抗拉强度Ｒm、断后伸长率Ａ和截面收缩率Ｚ；3.测定脆性材料的抗拉强度Ｒm　；4. 观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并比较它们力学性质

2、的差异；5.绘制两种材料的应力-伸长率曲线；6.了解材料试验机微机数据采集系统的构造和工作原理，掌握其使用方法。二．实验仪器、设备万能材料试验机，引伸计，力传感器，材料试验机微机数据采集系统、游标卡尺等。试件最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图1-1a、b所示。  夹持过渡夹持过渡hbl0d l0l0(a)(b)图1试件的截面形式试样分为夹持部分、过渡部分和待测部分（l）。标距（l0）是待测部分的主体，其截面积为S0。按标距（l0）与其截面积（S0）之间的关系，拉伸试样可分为比例试样和非比例试样。按国家标准GB22

3、8-2002的规定，比例试样的有关尺寸如下表1-1。表1-1试样标距l0，(mm)截面积S0，（mm2）圆形试样直径d，(mm)延伸率比例长11.3或10d任意任意A短5.65或5dA三．实验原理（一）塑性材料弹性模量的测试：在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量。因此金属材料拉伸时弹性模量E地测定是材料力学最主要最基本的一个实验。测定材料弹性模量E一般采用比例极限内的拉伸试验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为：若已知载荷Δ

4、F及试件尺寸，只要测得试件伸长ΔL或纵向应变即可得出弹性模量E。 本实验采用引伸计在试样予拉后，弹性阶段初夹持在试样的中部，过弹性阶段或屈服阶段，弹性模量E测毕取下，其中塑性材料的拉伸实验不间断。（一）塑性材料的拉伸（低碳钢）：实验原理如图2a所示，首先，实验各参数的设置由PC传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接到测控中心，经相关程序计算后，再在PC机上显示出各相关实验结果。图2a拉伸实验原理图2b所示是典型的低碳钢拉伸图。当试样开始受力时，因夹持力较小，其夹持部

5、分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率较小，它并不反映真实的载荷—变形关系；载荷加大后，滑动消失，材料的拉伸进入弹性阶段。应力 EDB’BCFＲmReL伸长率图2b典型的低碳钢拉伸图低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B’-C段），与最高载荷B’对应的应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。除此之外的其它最低点中的最小值（B点）作为屈服强度ReL：ReL=当屈服阶段结束后（C点），继续加载，载荷—变形曲线开始上升，

6、材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点（如D点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载，则加载曲线沿原卸载曲线上升到D点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。可见经过加载、卸载这一过程后，材料的比例极限和屈服极限提高了，而延伸率降低了，这就是冷作硬化。随着载荷的继续加大，拉伸曲线上升的幅度逐渐减小，当达到最大值（E点）Ｒm后，试样的某一局部开始出现颈缩，而且发展很快，载荷也随之下降，迅速到达F点后，试样断裂。材料的强度极限Ｒm为：Ｒm=当载荷超过弹性极限时，就会产生塑性变形。金属的塑性

7、变形主要是材料晶面产生了滑移，是剪应力引起的。描述材料塑性的指标主要有材料断裂后的延伸率δ和截面收缩率ψ来表示。伸长率截面收缩率式中l0、lu和S0、Su分别是断裂前后的试样标距的长度和截面积。Lu可用下述方法测定：直接法：如断口到最近的标距端点的距离大于l0/3，则直接测量两标距端点间的长度为lu；移位法：如断口到最近的标距端点的距离小于l0/3，如图1-3所示：在较长段上，从断口处O起取基本短段的格数，得到B点，所余格数若为偶数，则取其一半，得到C点；若为奇数，则分别取其加1和减1的一半，得到C、C1点，那么移位后

8、的lu分别为：lu=AO+OB+2BC，lu=AO+OB+BC+BC1。  AOBCD●●●●●●●●●●● (a) AOBCC1D●●●●●●●●●●●(b)四．实验步骤（一）塑性材料的拉伸（圆形截面低碳钢）1．1． 确定标距根据表1-1的规定，选择适当的标距（这里以10d作为标距l0），并测量l0的实际值。为了便于测量lu，将