计算机专业专科本科实践活动方案Word文档下载推荐.docx

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五、实践要求：

本次实践要求以上年级土木本科和建筑专科学员必须按照学校安排，由班主任带领准时参加并签到。

学校将以本次实践每位学员参与情况及实验报告作为依据，对学员的形考实践部分进行评分。

不参与者本学期形考实践部分成绩按“0”计。

董立

2013年5月6日

附件一：

实验内容

附件二：

实验报告

一、金属材料的拉伸实验

1.1.1实验材料

拉伸实验的金属材料是：

低碳钢和铸铁。

1.1.2实验目的

1、测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ；

2、测定铸铁的抗拉强度σb；

3、观察、比较塑性材料和脆性材料在拉伸过程中的各种物理现象（包括弹性、屈服、强化和颈缩、断裂等现象）；

4、学习、掌握万能试验机和相关仪器的使用方法。

1.1.3实验设备

1、万能试验机

2、游标卡尺

1.1.4实验试件

试件的尺寸和形状对实验结果会有所影响。

为了避免这种影响，便于各种材料机械性质的相互比较，国家对试件的尺寸和形状有统一规定[中华人民共和国国家标准《金属材料室温拉伸试验法》（GB/T228-2002）]。

本实验的试件采用国家标准GB/T228-2002所规定的常用的圆形横截面比例试件，直径尺寸d=10mm，试验段长度（标距）l0=100mm（见图1-1）。

1.1.5实验原理及方法

低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢，这类钢材在工程中使用较广，在拉伸试验中表现出的力学性能也最为典型。

本次实验主要测定它的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标。

这些力学性能指标，是由拉伸破坏实验来确定的，可以用材料的拉伸图来描述，实验后，利用所记录的实验数据，绘制出完整的低碳钢的拉伸图曲线（见图1-2）。

图1-1拉伸实验试件图1-2低碳钢拉伸图

在拉伸实验前，先测定低碳钢试件的直径d0和标距l0。

实验时，首先将试件安装在实验机的上、下夹头内。

然后开动实验机，缓慢加载，同时记录下各个实验阶段的载荷F和相应的拉伸变形量△L，随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：

图1-3低碳钢拉伸F-△L曲线

（1）弹性阶段（Ob段）

在拉伸的初始阶段，F-△L曲线（Oa段）为一直线，说明载荷与变形成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。

线性段的最高点则称为材料的比例极限（σP），线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。

线性阶段后，F-△L曲线不为直线（ab段），载荷与变形不再成正比，但若在整个弹性阶段卸载，F-△L曲线会沿原曲线返回，载荷卸到零时，变形也完全消失。

卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限（σe），一般对于钢等许多材料，其弹性极限与比例极限非常接近。

（2）屈服阶段（bc段）

过了弹性阶段后，载荷变化很小，只是在某一小范围内上下波动，而变形却急剧增长，这种现象就称为屈服。

使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限（σs），一般取下屈服值作为屈服极限。

当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成45°

斜纹。

这是由于试件的45°

斜截面上作用有最大切应力，这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。

（3）强化阶段（ce段）

经过屈服阶段后，F-△L曲线呈现出上升趋势，这说明材料的抗变形能力又增强了，这种现象称为应变硬化。

若在此阶段卸载，则卸载过程的F-△L曲线为一条斜线（即d-d＇斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。

当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，载荷减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变，相应地载荷减小至零时消失的应变称为弹性应变。

卸载完之后，立即再加载，则加载时的载荷与变形的关系基本上沿卸载时的直线变化。

因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。

在强化阶段F-△L曲线存在一个最高点，该最高点对应的应力称为材料的强度极限（σb），强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。

（4）颈缩阶段（ef段）

试样拉伸达到强度极限σb之前，在标距范围内的变形是均匀的。

当应力增大至强度极限σb之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为颈缩。

颈缩现象出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故F-△L曲线呈现下降趋势，直至最后在f点断裂。

试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。

这里要注意以下几个问题：

1、拉伸图中拉伸变形△L是整个试件的伸长（不仅是标距部分的伸长），并且包括机器本身弹性变形和试件头部在夹板中的滑动等。

2、在弹性阶段，理论上的拉伸曲线应是一段直线，因试件开始受力时，头部在夹板中的滑动很大，所以绘出的拉伸图最初一段是曲线。

3、在屈服阶段，拉伸曲线（b-c）呈水平方向变动，常成锯齿状，由于上屈服点b′受变形速度和试件形状等影响较大，而下屈服点b则比较稳定，故工程上均以b点所对应的载荷作为材料屈服时的载荷Fs，屈服极限按下式计算：

σs=Fs（MN）/A0（m2）（MPa）（1-1）

A0-试样的初始横截面积。

4、在强化阶段，当试件所受拉力达到最大载荷Fb之前，在标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，在这段曲线的最高点e，拉力达到最大载荷Fb，以下式计算强度极限：

σb=Fb（MN）/A0（m2）（MPa）（1-2）

5、在局部收缩阶段，当拉力达到最大载荷Fb后，试件开始局部伸长和颈缩。

在颈缩发生部位，其横截面面积迅速缩小，继续拉伸所需的载荷也迅速减小，拉伸曲线从e点开始下降，直至点f试件断裂。

此时通过测量试件断裂后的长度l1和断口处的直径d1，由公式:

（1-3）

即可算出延伸率δ和截面收缩率ψ。

式中:

l0:

试件初始标距长度

l1:

试件拉断后，重新将断口加以对紧后所量得的标距端点间的长度

A1:

缩颈处横截面积

在测量l1时，要注意这样一种情况:

即断口在标距中间1/3范围内，则可以直接测量两端标距间距离为l1，如断口不在标距范围的中间1/3以内，这是，由于在断裂试件的较短一段上，必将受到试件较粗部分的影响，而降低颈缩部分的局部伸长量，从而使δ的数值偏大,此时直接测量的结果不能正确反映材料的延伸率，因此，需要采用“断口移中法”推算出标距l1，具体方法是：

设两标点f、f1之间共有10格，断口g点靠近左段，如图2-4所示，取左边标点f至断口间的格数的两倍为nˊ格（应取为整数）的h点，量得fh段的长度为lˊ；

再自h向右取格数n〞至i点，使得nˊ+2n〞=10格，然后量出hi的长度为l〞；

即可算出断裂后的标距l1=lˊ+2l〞。

若断口靠近试件两端，而其与头部距离或小于直径的两倍，则试验结果无效，需重做。

图1-4断口移中图

铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅,锰,硫,磷等元素的多元铁基合金。

铸铁具有许多优良的性能及生产简便，成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。

其拉伸实验方法与低碳钢的拉伸实验相同，但是铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢，其F-△L曲线如图2－5所示。

铸铁从开始受力直至断裂，变形始终很小，既不存在屈服阶段，也无颈缩现象。

断口垂直于试样轴线，这说明引起试样破坏的原因是最大拉应力。

图1-5铸铁拉伸F-△L曲线

1.1.6实验步骤

1、试件准备

对于低碳钢试件，为便于观察变形沿轴向的分布情况，用刻线机在试件标距范围内每隔大约10mm刻上分格线，将标距分成十格。

在标距L0内，用游标卡尺分别测量试件两端及中部三个横截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的直径，每处在相互垂直的两个方向各测一次，取平均值为该处直径，以三处测量结果中的最小值作d0，计算试件的横截面面积A0，A0取三位有效数字，填入实验报告的原始记录表中。

2、开机

打开万能试验机主机电源开关，调整到合适的量程并调零，启动油泵。

3、安装试件

试件两端头至少2/3长度被夹具夹紧为宜。

夹好上夹头，再夹下夹头。

4、开始测试

缓慢加载，分别记录载荷与对应的变形量，直至拉断为止。

5、取下试件

将试件取下，观察、比较试件的破坏断口形状，分析破坏原因。

6、工具复原，经指导教师检查后关闭油泵和试验机电源。

7、测量数据

将断裂低碳钢试件的两端对齐并尽量挤紧，用游标卡尺测量断裂后标距长度l1。

测量两端断口的直径，应在每段断口处两个互垂方向各测一次，计算其平均值，取其中最小者计算A1,测量结果记录在后面的实验报告数据表中。

8、实验数据计算

根据实验过程中记录的数据，按照相应公式计算出实验结果，并将该结果填入实验报告的表中。

1.1.7思考题

1、从实验现象和实验结果对比低碳钢和铸铁的力学性能。

2、比较低碳钢拉伸、铸铁拉伸的断口形状，分析其破坏的力学原因。

二、金属材料的扭转实验

2.2.1实验材料

扭转实验的金属材料是：

2.2.2实验目的

1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs，低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb；

2、观察低碳钢和铸铁试件扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异；

3、了解扭转试验机的操作规程。

2.2.3实验设备

1、微机控制扭转试验机

2.2.4实验试件

根据国家材料性能实验的有关标准和实验设备要求，本实验试件的形状尺寸如图2-6所示。

图2-6扭转实验试件

2.2.5实验原理及方法

工程中经常遇到承受扭转作用的构件，特别是很多传动零件都在扭转条件下工作。

测定扭转条件下材料的力学性能，对受扭构件在设计计算和选材方面有着重要的实际意义。

圆柱形试件在纯扭转时，试件表面应力状态如图2-7所示，其最大剪应力和

正应力绝对值相等，其夹角成45°

，因此扭转实验可以明显地区分材料的断裂方式—拉断或剪断。

如果材料的抗剪强度低于抗拉强度，破坏形式为剪断，断口应与其轴线垂直；

如果材料的抗拉强度小于抗剪强度，破坏原因为拉应力，破坏面应是沿45°

的方向。

图2-7圆轴扭转时的表面应力

材料的扭转过程可用M-φ曲线来描述。

M为施加扭矩，φ为试样的相对扭转角。

图2-8、图2-9为两种典型材料（低碳钢和铸铁）的扭转曲线。

低碳钢扭转曲线的直线部分为弹性阶段,此时截面上的剪应力为线性分布，最大剪应力发生在横截面周

图2-8低碳钢扭转曲线图2-9铸铁的扭转曲线

边处，圆心处剪应力为零，如图2-10（a）所示。

低碳钢扭转时有明显的屈服阶段，但与拉伸实验相比，它的屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的，如图2-10（b）所示。

当横截面全部屈服后，试样才全面进入塑性，扭转曲线图上出现屈服平台,这时，横截面上的剪应力不再成线性分布，可以认为这时整个圆截面皆为塑性区，如