工程力学实验报告.docx
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工程力学实验报告
实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验
实验时间：
设备编号：
温度：
湿度：
一、实验目的
1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。
2、测定低碳钢的弹性模量 E。
3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限；强度极限，伸长率和截面收缩率
4、测定铸铁的强度极限。
5、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时的力学性质。
6、了解 CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。
二、实验设备和仪器
1．CMT 微机控制电子万能实验机
2．电子式引伸计仪
3．游标卡尺
4．钢尺
3.实验原理
试件夹持在夹具上，点击试件保护键，消除夹持力，调节拉力作用线，使之能通过试
件轴线，实现试件两端的轴向拉伸。
试件在开始拉伸之前，设置好保护限位圈，微机控制系统首先进入 POWERTEST3.0
界面。
试件在拉伸过程中，POWERTEST3.0 软件自动描绘出一条力与变形的关系曲
线如图 1—2，低碳钢在拉伸到屈服强度时，取下引伸计，试件继续拉伸，直至试件被
拉断。
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低碳钢试件的拉伸曲线（图 1—2a）分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈
缩四个阶段。
铸铁试件的拉伸曲线（图 1—2b）比较简单，既没有明显的直线段，也没有
屈服阶段，变形很小时试件就突然断裂，断口与横截面重合，断口形貌
粗糙。
抗拉强度 σb 较低，无明显塑性变形。
与电子万能实验机联机的
微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷 Fs、最大载荷 Fb 和铸铁
试件的最大载荷 Fb。
取下试件测量试件断后最小直径 d1 和断后标距 l1，由下述公式
σ s =
Fs
A0
σ b =
Fb
A0
δ =
l1 - l0
l0
⨯100%
ψ =
A0 - A1
A0
⨯100%
可计算低碳钢的拉伸屈服点 σs。
、抗拉强度 σb、伸长率 δ，和断面收
缩率 ψ；铸铁的抗拉强度 σb。
低碳钢的弹性模量 E 由以下公式计算：
E =
∆Fl0
A0∆l
式中 ΔF 为相等的加载等级，Δl 为与 ΔF 相对应的变形增量。
4、实验步骤
（1）低碳钢拉伸试验步骤
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按照式样、设备的准备及测试工作，大致可以将低碳钢拉伸试验步骤归
纳如下：
首先，将式样标记标距点，测量式样直径 do 及标距 lo 。
在式样标距段的
两端和中间 3 处测量式样直径，每处直径取两个相互垂直方向的平均值，
做好记录。
3 处直径的最小值取作试验的初始直径 do 。
用扎规和钢板尺
测量低碳钢式样的初始标距长度 lo 。
接着，安装试件。
按照微机控制电子万能试验机的操作方法，运行电子
万能试验机程序，并开启控制器电源。
先将有力传感器的夹具夹住式样的一端，在微型电子计算机电子万能试
验机应用软件界面中执行力清零；在移动横梁，使式样的另一端缓慢插
入另一夹具的 V 型卡板中，锁紧夹头，进行保护从而消除加持力。
在式
样试验段上安装引申计，将引伸计的标距杆垫片垫好，或插好定位销钉；
并清零位移。
选择低碳钢拉伸试验方案，在控制软件界面中开始运行试验。
在弹性阶
段，读取每增加 VF 时的引伸计的读数，并记录下来。
进入屈服阶段后，
变形增大，当界面提示引伸计已到量程范围时，拆卸引伸计；手动切换
引伸计后，设定的切换点不再作用，继续试验，注意观察式样的变形情
况和“颈缩”现象。
最后，取下式样，翁合断口对准拼装，测量式样的最小直径 d1 和标距长
度 l1.
（2）铸铁拉伸实验步骤
铸铁拉伸实验步骤与低碳钢拉伸实验步骤相同，只因铸铁是脆性材料，
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无需再式样上刻画及标记标距点，无需安装引伸计，无需记录标距变形。
五、实验数据及处理
引伸仪标距 l =5mm
实验前
标距
直径 d0（mm）
截面Ⅰ 截面Ⅱ 截面Ⅲ
平均横截
面积
最小横截
面积
材料
l0（mm）
1 2
平
1 2 平均 1 2 平均
A （mm2
A0（mm2
均
）
）
低碳钢
铸铁
低碳钢弹性模量测定
载荷 F （kN）变形（mm） Δl变形增量（mm） δ（Δl）
F0 =
F1 =
F2 =
F3 =
F4 =
F5 =
ΔF =
δ （∆l） =
4
E =
∆F ⋅ l
δ （∆l） ⋅ A
=
实验后
材料标距 l1（mm）
低碳钢
铸铁
断裂处直径 d1（mm）
1 2 平均
断裂处横截面
积 A1（mm2）
屈服载荷和强度极限载荷
下屈服载荷最大载荷断口形状
材料
Fsl（kN）Δl（mm）Fb（kN）Δl（mm）
低碳钢
铸铁
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载荷―变形曲线（F―Δl 曲线）及结果
材 料低碳钢铸 铁
F―Δl 曲线
断口形状
实验结果
上屈服极限σ su =
下屈服极限σ sl =
强度极限σ b =
延伸率 δ =
断面收缩率ψ =
强度极限σ b =
延伸率 δ =
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六、问题讨论
（1）比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能；
（2）试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。
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实验二金属材料的压缩试验
实验时间：
设备编号：
温度：
湿度：
1、实验目的
1、测定低碳钢的压缩屈服点 σs 铸铁材料压缩时的强度极限 σc；
2、观察铸铁材料在压缩时的变形和试件断口情况，并分析其破坏因；
3.分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。
二、实验设备和仪器
1、微机控制电子万能材料试验机；
2、游标卡尺。
3.钢尺
三．实验原理
金属材料的压缩试件一般制成如图 3-5-1 所示的圆柱形。
且试件不宜
过长（过长容易被压弯），也不宜过于粗短（过于粗短则试件两端面受摩
擦力影响的范围过大）。
所以，国家标准一般规定
h0=（1~2）d0
（1）
式中h0——压缩试件的高度
d0——压缩试件的原始横截面直径
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图 3-5-1
四、实验原理
铸铁在压缩过程中，试验机的自动绘图器将描绘出一条与其拉伸时相
似的 P-△L 压缩曲线（如图 3-5-2），所不同的是铸铁压缩到强度极限载
荷 Pb 之前要产生较大的变形。
试件由圆柱形被压缩成微鼓形直至破裂。
此时试验机力值显示窗口显示力值迅速下降，而而峰值力窗口记录了试
件最大载荷 Pb。
铸铁破坏时，由于剪应力的作用，破坏面出现在与试件
轴线约成 45º-50º 的斜面上。
5．实验步骤
1、 试件准备：
准备工作由实验室老师事先完成；
2、尺寸测量
a. 用数显游标卡尺测量试件中截面两个互相垂直方向的直径各一次取
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其平均值作为试件原始直径 d0 的值；
b.测量试件原始高度 h0 的值一次；
3、试验准备
a.依次打开试验机主机，计算机，打印机；
b.设置限位保护。
将限位杆上的挡圈调整到合适位置。
c. 打开计算机内试验软件，进入试验软件主窗口界面；
d.安装试件。
将试件尽量准确地放在下压板的中心处，调整上压板
至接近试件上截面位置，但不要与试件接触。
e.点击试验软件主窗口界面上方工具栏内的“实验方案”按扭，设置
好实验方案和实验参数。
4、进行实验
a.点击试验软件主界面上方工具栏内的“试验”按钮，在下拉菜单
中选择对应的试验方案。
b. 点击“运行”键，开始实验。
c.试件破坏后，关闭试验窗口，进行数据处理，编写打印实验报告。
d.结束实验，退出试验软件，依次关闭打印机、计算机、试验机。
清理实验现场。
六．数据处理
三、实验数据及处理
材料
直径 d0（mm）
1 2 平均
高度
l（mm）
l
d0
截面积
A0（mm2
）
屈服载荷
Fs（kN）
最大载荷
Fb（kN）
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低碳钢
铸铁
载荷―变形曲线（F―Δl 曲线）及结果
材料低碳钢铸铁
F―Δl 曲线
断口形状
实验结果屈服极限σ s =强度极限σ b =
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七、问题讨论
（1）观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因；
（2）分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。
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