材料力学讲义

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1、第4讲教学方案常温、静荷拉伸与压缩破坏实验基本内容低碳钢与铸铁在常温、静荷下拉伸与压缩破坏实验教学目的1、掌握万能材料试验机（含X-Y函数记录仪或自动记录装置）的使用方法和注意事项。2、观察试件拉压时的现象和实验曲线，比较不同材料试件在拉压破坏后的外观尺寸和断口形貌，以此对低碳钢与铸铁的力学性能有深入的了解。重点本节重点：通过实验过程中所表现出来的现象，深入分析和掌握材料、的力学性能。难点本节难点：加载速度的控制，缩颈、滑移线等实验现象的观察。常温、静荷拉伸破坏实验（安排）（全部内彖看卖验讲义丿一、实验原理力学性能是指材料在力或能量作用下所表现的行为。任何一种材料受力后都

2、要产生变形，变形到一定程度即发生断裂，而受力一变形一断裂这一破坏过程是按一定规律进行的。单向拉伸时这一规律町用拉伸曲线，又称拉伸图（・-£曲线或P-△/曲线）来描述（实验讲义图1）。材料不同拉伸图也不相同，甚金存在很大差别，这表明它们在强度、刚度、塑性、韧性等方面存在很大的差异，一些常用的力学性能指标如Eqs©等在拉伸图上都有明确的定义。进行拉伸破坏实验时，首先应把材料制备成标准试样，然后在试验机上进行单向拉伸直至拉断。试验机的口动记录装置可以同步地把拉伸曲线（P-4/曲线）精确地记录下来。这条曲线为分析研究材料的力学性能提供了基本依据；冇关的力学性能指标可按定义在图上精

3、确地测试。<7-^1111线或P-A/11U线相比较，由于b和g消除了儿何尺寸的影响，因此更直接地代表材料的力学性能。试样必须按国家标准制备（实验讲义图2）。通常拉仲试样分岡试样和板试样两种。一般拉伸试样由工作部分、过渡部分和夹持部分三部分组成。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表而的单向应力状态，其有效工作程度厶称作标距，d（），A）分别代表标距部分的直径和而积；过渡部分必须有适当的过渡圆弧以消除应力集中；夹持部分的尺寸、形状必须与试验机夹头的钳口相匹配。试样发牛颈缩时，颈缩局部及其影响区的塑性变形在断后伸长率5中占很大比重，因此5的人小不仅取决于材质而且也取决于厶的长

4、短，/（）愈短局部变形在5中所占•的比例愈人，为便于相互比较试样的标灰应当标准化，国家标准规定测试断片伸长率》应采川比例试样，比例试样的长度有两种规定：10倍直径圆试样：/0=10rf0,即Z°/J石il；断后伸长率记作久）。5倍直径圜试样：/（）=5d°,即厶/J石=5.65；断后伸长率记作国家标准推荐使用短比例试样。二、实验设备1.万能材料试验机（含X-Y函数记录仪或口动记录装置）。2・0.02mm游标卡尺三、实验步骤实验上机前1・测量低碳钢和铸铁试样的原始直径d°；在标距厶中央及两条标距线附近各取一截面进行测量，每截面互垂方向测量两次取其平均值，观采川最小截面直径的

5、平均值dgin进行计算。1.测定低碳钢试样的标距厶。上机实验（实验讲义图3）1.安装试样保证对中，力盘（或放大器）预调平衡。2.安装记录纸，调整曲线的口动记录装置，确定曲线的起始点，落笔。3.开机加载。加载速度一般＜2mm/mino曲线进入强化阶段后允许适当提高加载速度。4.观察P-M曲线的牛成过程。在P-M曲线进入强化阶段后进行一次卸载，观察卸载规律和冷作駛化现象，并随时观察试样表面发生的现象如试样屈服后是否冇45°滑移线产生，曲线达到最人值厉，观察颈缩现彖直至试样断裂。试样断裂后1.取下图纸。2.测量低碳钢试样断口最细部位的直径/（互垂方向测两次取英平均值）：将断后试

6、样对接后，测量拉断后试样的标距厶。3.观察低碳钢、铸饮的断口形貌和组织状态并绘制断口图。四、实验结果整理1.整理拉伸图，修正坐标原点和非材料因索引起的局部不连续，标注相关的刻度和测定的数据C、坨。2.强度指标计算：屈服极限S=PJA°强度极限»=他人代表屈服载荷；人代表试样的最大载荷；观代表试样的原始而积。3.低碳钢塑性指标计算断后伸长率3=上人x100%断面收缩率屮=人一人X100%4）断口的位置发生在标距的中段（约厶/3的长度），则》测试冇效。为防止失效可采用补偿法但需提前在试样上做好补偿准备。1.画出低碳钢、铸铁的断口形貌图，说明其特点。2.通过拉伸图描述低碳钢、铸

7、铁的拉伸过程及各阶段的特点，分析比较低碳钢、铸铁的力学性能，完成实验报告（报告要求和格式可参考附表）。五、低碳钢拉伸实验模拟演示（实验讲义图3）低碳钢的拉伸图显示，其拉伸过程明确分四个阶段：1.弹性阶段（OA）外力不超过弹性范围时变形是弹性的P-M曲线是一条直线。在这个范围内卸载试样仍恢复原状不产生残余变形（乂称塑性变形）。低碳钢在线弹性范围内服从胡克定律。应力应变的关系为：a=Es，比例系数E代表—£曲线直线部分的斜率，称作弹性模量或材料的刚度。2.屈服阶段（AB）载荷超过弹性范围后P-MHI1线上出现明显的屈服平台，这时载