材料力学实验讲义

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1、§1金属材料的拉伸实验一、实验目的1．测定低碳钢（Q235钢）的强度性能指标：上屈服强度，下屈服强度和抗拉强度。2．测定低碳钢（Q235钢）的塑性性能指标：断后伸长率和断面收缩率。3．测定铸铁的强度性能指标：抗拉强度。4．观察、比较低碳钢（Q235钢）和铸铁两种材料的力学性能、拉伸过程及破坏现象。5.学习试验机的使用方法。二、设备和仪器1．材料试验机（见附1-2）。2．电子引伸计（见附1-2）。3．游标卡尺。三、试样l0lbh(a)(b)图1-1试样为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。国标GB/T228－2002“金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属

2、拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图1-1所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样破坏时断口在平行部分。平行部分中测量伸长用的长度称为标距。受力前的标距称为原始标距，记作L044，通常在其两端划细线标志。按试样原始标距L0和原始横截面面积A0之间的关系分，试样可分为比例试样和定标距试样两种。比例试样的，系数K通常取为5.65或11.3，前者称为短比例试样（简称短试样），后者称为长比例试样（简称长试样）。对圆形试样来说，原始标距分别等于5d0和10d0。一般应采用短比例试样。定标距试样L0与A0无上述比例

3、关系。国标GB/T228-2002中，对试样形状、尺寸、公差和表面粗糙度均有明确规定。本次实验采用d0=10mm的圆形截面短比例试样。四、实验原理低碳钢（Q235钢）的拉伸实验（图解方法）将试样安装在试验机的上下夹头中，引伸计装卡在试样上，启动试验机对试样加载，试验机将自动绘制出载荷位移曲线（F-ΔL曲线），如图1-2。观察试样的受力、变形直至破坏的全过程，可以看到低碳钢拉伸过程中的四个阶段（弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段）。屈服阶段反映在F-ΔL曲线图上为一水平波动线。上屈服力是试样发生屈服而载荷首次下降前的最大载荷。下屈服力是试样在屈服期间去除初始瞬时效应（载荷第一次急剧下

4、降）后波动最低点所对应的载荷。最大力是试样在屈服阶段之后所能承受的最大载荷。相应的强度指标由以下公式计算上屈服强度：（1-1）下屈服强度：(1-2)抗拉强度：（1-3）式中：A0为试样原始横截面面积。在强化阶段任一时刻卸载、再加载，可以观察加载、卸载规律和冷作硬化现象。在最大力以前，变形是均匀的。从最大力开始，试样局部显著收缩，产生所谓颈缩。由于颈缩，使颈缩处截面减小，致使载荷随之下降，最后断裂。断口呈杯锥形。测量断后的标距部分长度Lu和颈缩处最小直径du，按以下两式计算其主要塑性指标：断后伸长率44（1-4）式中：L0为试样原始标距长度。断面收缩率（1-5）式中和分别是试样原始横截面积和

5、断后最小横截面积。由于试样的塑性变形集中在缩颈处并向两边逐渐减小，因此断口位置不同，标距部分的塑性伸长也不同。若断口在试样中部，发生严重塑性变形的缩颈段全部在标距长度内，标距长度就有较大的塑性伸长量；若断口距标距端很近，则发生严重塑性变形的缩颈段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，因此，标距长度的塑性伸长量就小。这说明断口位置对测得的伸长率是有影响的，为此应用所谓移位法测定断后标距长度。移位法测定断后标距长度。图1-3移位法测定断后标距试验前将试样标距分成十等分。若断口到邻近标距端距离大于，则可直接测量标距两端点间的距离。若断口到邻近标距端距离小于或等于，则应用所谓移位法（亦称为

6、补偿法）测定：在长段上从断口O点起取长度基本上等于短段格数的一段得B点，再由B点起取等于长段所余格数（偶数）之半得C点（见图1-3a）；或取所余格数（奇数）减1与加1之半得C与C1点（见图1-3b）；移位后的L1分别为：AO+OB+2BC或者AO+OB+BC+BC1。测量时，两段在断口处应紧密对接，尽量使两段轴线在一直线上。若断口处形成缝隙，此缝隙应计入L1内。对于材料相同、尺寸不同的试样，测得之伸长率是不同的。据实验知，试样颈缩前的均匀塑性伸长变形由试样的原始标距决定（a）试样颈缩后的局部塑性伸长变形由试样的原始横截面面积决定（b）总的塑性伸长变形为44(C)于是（d）式中：是与材料有关

7、的常数。要使材料相同、尺寸不同的试样能测得相同的伸长率，必须使是常数，为此国标选定=5.56或11.3，对于圆柱试样，就相当于（短试样）或（长试样）。用短试样测得的断后伸长率记为，用长试样侧得的断后伸长率记为或。显然，，由试验知，同种金属材料比大1.2～1.5倍。工程上把的材料称为塑性材料，把的材料称为脆性材料。铸铁的拉伸实验△LFFm0图1-4铸铁拉伸铸铁拉伸时没有屈服阶段，拉伸曲线微微弯曲，在变形很小的情况下即断裂（