拉伸与压缩实验.doc

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1、材料力学实验指导书§1拉伸实验指导书1、概述常温、静载作用下（应变速率≤10-1）的轴向拉伸实验是测量材料力学性能中最基本、应用最广泛的实验。通过拉伸实验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有极其重要的作用。2、实验目的2.1测定低碳钢的下列性能指标：两个强度指标：流动极限、强度极限；两个塑性指标：断后伸长率、断面收缩率；测定铸铁的强度极限。2.2观察上述两种材料在拉伸过程的各种实验现象，并绘制拉伸实验的F－曲线。2.3分析比较低碳钢（典型塑性材料）和铸铁（典型脆性材料

2、）的力学性能特点与试样破坏特征。2.4了解实验设备的构造和工作原理，掌握其使用方法。2.5了解名义应力应变曲线与真实应力应变曲线的区别，并估算试件断裂时的应力。3、实验原理图1.1常用拉伸试件形状图1.2低碳钢拉伸曲线图1.3铸铁拉伸曲线Fp-比例伸长荷载；Fe-弹性伸长荷载；Fsu-上屈服荷载；Fb-极限荷载Fsl-下屈服荷载；Fb-极限荷载；Fk-断裂荷载对一确定形状试件两端施加轴向拉力，使有效部分为单轴拉伸状态，直至试件拉断，在实验过程中通过测量试件所受荷载及变形的关系曲线并观察试件的破坏特征，依据一定的计算及判定准则，可以得到反映材料拉伸试验的力学指标，并以此指

3、标来判定材料的性质。为便于比较，选用直径为10mm的典型的塑性材料低碳钢Q235及典型的脆性材料灰铸铁HT200标准试件进行对比实验。常用的试件形状如图1.1所示，实验前在试件标距范围内有均匀的等分线。典型的低碳钢(Q235)的曲线和灰口铸铁（HT200）的曲线如图1.2、图1.3所示。低碳钢Q235试件的断口形状如图1.4所示，铸铁图1.5铸铁HT200试件拉伸实验断口形式HT200试件的断口形状如图1.5所示，图1.4低碳钢Q235试件拉伸实验断口形式观察低碳钢的曲线，并结合受力过程中试件的变形，可明显地将其分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、局部变形阶段。

4、(1)弹性阶段OE在OP阶段中的拉力和伸长成正比关系，表明低碳钢的应力与应变为线性关系，遵循胡克定律。故P点的应力称为材料的比例极限,如图1.2所示。若当应力继续增加达到材料弹性极限E点时，应力和应变间的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形恢复。工程上对弹性极限和比例极限并不严格区分，而统称为弹性极限，它是控制材料在弹性变形范围内工作的有效指标，在工程上有实用价值。(2)屈服阶段ES当拉力超过弹性极限到达锯齿状曲线时，拉力不再增加或开始回转并震荡，这时在试样表面上可看到表面晶体滑移的迹线。这种现象表明在试件承受的拉力不继续增加或稍微减少的情况下试件继

5、续伸长，称为材料的屈服，其应力称为屈服强度(流动极限)。拉力首次回转前的最大力(上屈服力)及不计初始瞬时效应(即不计载荷首次下降的最低点)时的最小力(下屈服力)所对应的应力为上、下屈服强度。由于上屈服强度受变形速度及试件形式等因素的影响有一定波动，而下屈服强度则比较稳定，故工程中一般只测定下屈服强度。其计算公式为：。屈服应力是设计材料许用应力的一个重要指标。(3)强化阶段SB过了屈服阶段以后，试件材料因塑性变形其内部晶体组织结构重新得到了调整，其抵抗变形的能力有所增强，随着拉力的增加，伸长变形也随之增加，拉伸曲线继续上升。SB曲线段称为强化阶段，随着塑性变形量的增大，材

6、料的力学性能发生变化，即材料的变形抗力提高，塑性变差，这个阶段称为强化阶段。当拉力增加，拉伸曲线到达顶点时，曲线开始返回，而曲线顶点所指的最大拉力为，由此求得的材料的抗拉强度极限为，它也是衡量材料强度的一个重要指标。实际上由于试件在整个受力过程中截面面积不断发生变化，按公式得到抗拉强度极限为名义值，并非为荷载为最大值时的真实应力，也非整个拉伸过程中的最大应力，从拉伸实验的曲线可以看出，试件并非在最大荷载时断裂。试件在拉过最大荷载后，仍有确定的承载力，低碳钢拉伸的过程中试件的应变持续增加，而应变是由应力引起的，低碳钢拉伸的过程同样也是一个应力持续增加的过程，试件的最大应力

7、应为试件断裂时的应力。虽然，按公式得到抗拉强度极限为名义值，但这种计算办法有利于工程设计，有着普遍的工程意义。(4)颈缩和断裂阶段BK对于塑性材料来说，在承受拉力以前，试样发生的变形各处基本上是均匀的。但在达到以后，变形主要集中于试件的某一局部区域，该处横截面面积急剧减小，这种现象即是“颈缩”现象，此时拉力随之下降，直至试件被拉断，其断口形状成杯锥状。试件拉断后，弹性变形消失，而塑性变形则保留在拉断的试件上。利用试件标距内的塑性变形及试件断裂时的荷载来计算材料的断裂伸长率、断面收缩率及断裂应力的估算值。断裂伸长率：式中，-延伸率，-原始标