材料力学创新型实验-郭显亭 -船海0906.docx

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1、材料力学创新型实验一、实验名称:关于防盗网钢丝的部分力学参数的测量实验二、实验设计者:班级:船舶与海洋工程0906班学号:0120902090603姓名:郭显亭联系方式:15071479661Email:1203222495@qq.com三、实验目的:生活中我们常用到防盗网钢丝，而钢丝指的就是低碳钢丝，它是用低碳钢拉制成的一种金属丝，为了在力学性能方面增进对它的了解。但是由于低碳钢丝很细，而防盗网钢丝又往往经过镀铝等处理，以我们的水平难于实验，因此，我们通过简单的拉伸实验和扭转实验观察观察未经拉拔的低碳钢丝条拉伸、扭转过程及破坏现

2、象，测定其主要的力学性能指标，并了解其抗拉、抗扭性能。四、实验设备:1．CSS-1110电子万能试验机2．RNJ-500微机控制电子扭转试验机3.小扭角传感器4.分规5.游标卡尺五、实验材料介绍：低碳钢丝又名铁丝　　低碳钢丝是用低碳钢拉制成的一种金属丝，铁丝按用途不同，成分也不一样，它含有的成分有：铁，钴，镍，铜，碳，锌，还有其他元素。将炽热的金属坯轧成5mm粗的钢条，再将其放入拉丝装置内拉成不同直径的线，并逐步缩小拉丝盘的孔径，进行冷却、退火、涂镀等加工工艺制成各种不同规格的铁丝。装订用铁丝的规格按行业标准有以下几种：　　0.5

3、0mm直径的25#铁丝，0.55mm直径的24#铁丝，0.60mm直径的23#铁丝和0.70mm直径的22#铁丝等。六、试样：图1低碳钢丝条实验试样本次试验采用未经拉拔的直径5mm、标距100mm的圆形低碳钢丝条试样，端部铣成相对两平面以便夹持，如图1所示。七、实验原理：（1）低碳钢丝条的拉伸实验：将试件安装在试验机的上下夹头中，加载后，观察试件的受力、变形直至破坏的全过程。试验机的自动绘图装置画出试件的拉伸图，实验中可直接从测力度盘读下屈服载荷Ps和破坏前试件所能承受的最大载荷Pb，由以下两式算得两个主要强度指标为屈服极限：强度

4、极限：其中A0为试件原始横截面面积。低碳钢丝条拉伸过程中，屈服阶段反映在拉伸图上为一水平波动线，去除初始瞬时效应后波动的最低点所对应的载荷为屈服载荷，故在试验机测力度盘上读取屈服载荷时，应在第一次波动之后再读到的最小力值即为屈服载荷。观察时要注意记录。试件拉断后，可由测力度盘上的副针读出破坏前试件所能承受的最大载荷，并测量拉断后的标距部分长度和拉断后颈缩处的最小直径。由以下两式算得其主要塑性指标：延伸率：截面收缩率：式中，A1为试件拉断后，颈缩处之最小截面积l0为试件之原始标距长度l1为试件拉断后标距长度（2）低碳钢丝条的扭转实验

5、：1．利用逐级加载法测切变模量G切变模量G是在扭转线弹性范围内切应力和切应变之比，是材料的弹性常数之一。可采用逐级加载法或图解法测定材料的切变模量G。先通过试验机采用手动形式施加初始扭矩T0，然后采用等增量加载，加载五次，第i次加载后扭矩为：（a）式中：为初扭矩，为每级扭矩增量。标距间相对扭转角由试验机提供的小角度扭角仪测量获得，记录每级载荷下的扭转角。各级加载过程中的切变模量为：　　　　　　　　取平均值：　　　　　　　　　　　　　（1）或采用最小二乘法计算切变模量G。由弹性扭转公式，令(b)式中：L0为试样的标距，为截面对圆心的

6、极惯性矩。由最小二乘原理知系数a为：（c）因实验给出的载荷是，测得的变形是，因此上式中表示，表示，代入上式并与(b)联立得(2)将（a）式代入，上式化为(3)2.屈服点、上屈服点和下屈服点以及抗扭强度测定（A）屈服点、上屈服点和下屈服点拉伸时有明显屈服现象的金属材料（如我们本次实验材料低碳钢丝条）在扭转时同样有屈服现象。通常T-曲线有两种类型，见图2。扭矩保持恒定而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩，记作（图图2有明显屈服现象的T-曲线2a），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为屈服点，记作，即（4）在屈服阶段，扭

7、矩首次下降前的最大扭矩称为上屈服扭矩，记作（图2b），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为上屈服点，记作，即(5)屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩（不加说明时即指下屈服扭矩），记作（图2b），按弹性扭转公式计算所得的切应力称为下屈服点，记作，即(6)（B）抗扭强度图3低碳钢丝条试样断口形貌试样在断裂前所承受的最大扭矩按弹性扭转公式计算得抗扭强度。从自动记录的曲线上读取试样断裂前的最大扭矩，（图2），按下式计算抗扭强度：(7)在试验过程中，试样直径不变，由于低碳钢抗剪切能力小于其抗拉能力，而横截面上切应力具有最大值，故断口为平断口(

8、图3)。说明：在扭转弹性阶段，试样圆截面上的应力沿半径线性分布。对试样缓慢加载，试样横截面边缘处材料首先进入屈服，而整个截面的绝大部分区域内仍处于弹性状态(图4a)。此后，由于材料屈服而形成的塑性区不断向中心扩展，横截面上出现了一个环状的塑性区（图