材料力学实验报告标准答案.docx
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材料力学实验报告标准答案
力学实验报告
标准答案
长安大学力学实验教学中心
一、拉伸实验································································2
二、压缩实验································································4
三、拉压弹性模量E测定实验···········································6
四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验··································8
五、扭转破坏实验·························································10
六、纯弯曲梁正应力实验················································12
七、弯扭组合变形时的主应力测定实验······························15
八、压杆稳定实验·························································18
一、拉伸实验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验仪器
见教材。
实验结果及数据处理：
例:
（一）低碳钢试件
试验前
试验后
最小平均直径d=10.14mm
最小直径d=5.70mm
截面面积A=80.71mm2
截面面积A1=25.50mm2
计算长度L=100mm
计算长度L1=133.24mm
试验前草图
试验后草图
强度指标:
Ps=__22.1___KN屈服应力σs=Ps/A__273.8___MPa
Pb=__33.2___KN强度极限σb=Pb/A__411.3___MPa
塑性指标:
33.24%
68.40%
低碳钢拉伸图:
（二）铸铁试件
试验前
试验后
最小平均直径d=10.16mm
最小直径d=10.15mm
截面面积A=81.03mm2
截面面积A1=80.91mm2
计算长度L=100mm
计算长度L1≈100mm
试验前草图
试验后草图
强度指标:
最大载荷Pb=__14.4___KN
强度极限σb=Pb/A=_177.7__MPa
问题讨论：
1、为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同?
答:
拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.
材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的（横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外）.
2、分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.
答:
试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。
铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。
.
教师签字:
________
日期:
________
二、压缩实验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验原理：
见教材。
实验数据记录及处理：
例：
（一）试验记录及计算结果
材料
低碳钢
铸铁
试件尺寸
直径d=_15__mm
长度L=____20____mm
面积A=__176.63_mm2
直径d=__15____mm
长度L=___20_____mm
面积A=__176.63_mm2
试件形状草图
试验前
试验后
屈服载荷
屈服应力
Ps=___49_____KN
σs=____277.4__MPa
最大载荷
抗压强度
Pb=___153__KN
σb=__866.2__MPa
问题讨论：
1、分析铸铁试件压缩破坏的原因.
答：
铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。
2、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同?
结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料?
答：
低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。
压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。
通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。
铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。
故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。
教师签字:
____________
日期:
____________
三、拉压弹性模量E测定试验报告
实验目的：
见教材。
实验仪器：
见教材。
实验数据记录及处理：
（一）碳钢试件尺寸
计算长度L=__100___mm
直径d=__10___mm
截面面积A=___78.5____mm2
（二）引伸仪测量记录:
读数
载荷P
（KN）
左表
右表
读数A1（格）
读数差ΔA1
（格）
读数A2
（格）
读数差ΔA2
（格）
1
2
2
4
3
6
4
8
5
10
6
12
7
14
（三）数据处理结果
平均（ΔA1）=平均（ΔA2）=
＝
平均伸长增量（ΔL）=__________mm
问题讨论：
1、试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?
为什么?
答:
弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。
2、逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?
为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量?
答:
逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
教师签字:
___________
日期:
___________
四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验仪器：
见教材。
实验数据记录及处理：
（一）试验数据及计算结果
试件尺寸
材料
直径mm
标距长度L0
力臂长度L
测臂长度R
碳钢
10
190mm
150mm
150mm
1
2
3
4
5
6
扭矩
相对扭转角
（二）结果比较（μ=0.3）
理论计算
实验值
误差%
G实=GPa
问题讨论：
1、试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?
应采取什么措施?
答：
检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。
2、测G时为什么必须要限定外加扭矩大小?
答：
所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。
教师签字:
_________
日期:
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五、扭转破坏实验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验仪器：
见教材。
实验数据记录及处理：
（一）试验数据记录
尺寸
试件材料
碳钢
铸铁
直径d（mm）
10
10
计算长度L（mm）
100
100
抗扭截面模量mm3
200
200
屈服扭矩Ms
35.5N·m
破坏扭矩Mb
80.5N·m
46.5N·m
（二）性能计算
1、碳钢:
扭转屈服极限:
扭转强度极限
2、铸铁:
扭转强度极限:
问题讨论：
1、碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?
分析其原因.
答：
碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。
铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约45°的螺旋形曲面，为拉应力破坏。
2、铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?
为什么?
答：
有关系。
扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关。
教师签字:
__________
日期:
__________
六、纯弯曲梁正应力试验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验仪器：
见教材。
实验数据记录及处理：
例：
1、原始数据记录:
试件材料
弹性模量E
载荷P
距中性层
试件尺寸
低碳钢
213GPa
4000N
Y1=10mm
Y2=15mm
b=20mmL=620mm
h=40mma=150mm
灵敏系数；2.27
2、梁布片图:
×
3、记录及计算结果
载荷
4000Ｎ
应变（με）
测点
ε1
ε2
ε3
平均值
1
2
3
4
5
6
7
4、结果比较:
应力（MPa）
实验值
理论值
误差
σ1
0
σ2
-28.13
σ3
28.13
σ4
-42.40
σ5
42.40
σ6
-56.25
σ7
56.25
5、作出截面应力分布图:
（理论分布）
问题讨论：
实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差?
为什么?
答：
施加的荷载和测试应变成线性关系。
实验时，在加外载荷前，首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数），然后加载进行测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。
教师签字:
__________
日期:
__________
七、弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验仪器：
见教材。
实验数据记录及处理：
（一）原始数据记录
材料E值
泊松比
试件计算长度L1
力臂长度
L2
载荷
（N）
试件内径
d
试件外径
D
70GPa
0.33
300mm
200mm
36mm
40mm
（二）弯扭组合试验台装置图
（三）实验数据记录表格
测点A或（C）
ε-45°
ε0°
ε45°
次数
载荷ΔP
一
二
三
平均
一
二
三
平均
一
二
三
平均
初始值
0
0
0
150N
114
-1
-111
250N
190
-2
-184
350N
265
-2
-257
450N
342
-3
-331
测点B或（D）
ε-45°
ε0°
ε45°
次数
载荷ΔP
一
二
三
平均
一
二
三
平均
一
二
三
平均
初始值
0
0
0
150N
165
201
-31
250N
274
336
-52
350N
383
469
-74
450N
493
604
-95
（四）数据处理
求出A、B（或C'、D'）点主应力大小及方向.
利用公式:
A点或（C点）
载荷
计算结果
150N
250N
350N
450N
备注
σ31
6.08/-5.77
10.08/-9.56
14.16/-13.32
18.29/-17.14
MPa
tg2α
35.52
38.61
39.15
39.58
B点或（D点）
载荷
计算结果
150N
250N
350N
450N
备注
σ31
15.78/-1.78
26.22/-3.03
36.64/-4.36
47.17/-5.59
MPa
tg2α
-0.73
-0.72
-0.72
-0.72
问题讨论：
1、画出指定A、B点的应力状态图.
答：
2、要测取弯曲正应力及扭转剪应力,应如何连接电桥电路?
测取弯曲正应力测取扭转剪应力
教师签字:
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日期:
_________
八、压杆稳定实验报告标准答案
实验目的：
见教材。
实验仪器：
见教材。
实验数据记录及处理：
（一）原始数据记录
试件宽度b
试件厚度t
试件长度L
弹性模量E
K
ε0
20mm
2mm
396mm
213GPa
2.35με/N
-4με
（二）实验数据记录表格:
无支撑Pcr
ε（最大）
1/2支撑
ε（最大）
-400με
-1750με
应变
竖向位移δ（mm）
ε
（第1次）
ε
（第2次）
（第3次）
平均
备注
0.01
-24
0.02
-78
0.04
-170
0.06
-273
0.08
-354
0.10
-384
0.12
-393
0.14
-400
（三）数据结果处理
（1）
绘制p-δ曲线,由此曲线及公式
确定Pcr=168.5N
P-δ曲线
（2）由连续加载测试结果确定无支撑Pcr及二分之一点支撑Pcr值.
无支撑时：
Pcr=168.5N；二分之一点支撑时：
743.0N
（3）计算理论临界力:
178.7N
实验值与理论值比较:
6.1%
问题讨论：
压杆稳定实验和压缩实验有什么不同?
答：
不同点有：
1、目的不同：
压杆稳定实验测临界力，压缩实验测破坏过程中的机械性能。
2、试件尺寸不同：
压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。
3、约束不同：
压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。
4、实验现象不同：
压杆稳定实验试件出现侧向弯曲，压缩实验没有。
5、承载力不同：
材料和截面尺寸相同的试件，压缩实验测得的承载力远大
于压杆稳实实验测得的。
6、实验后试件的结果不同：
压杆稳定试件受力在弹性段，卸载后试件可以反复使用，而压缩件已经破坏掉了，不能重复使用。
教师签字:
___________
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