力学实验教案.docx

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力学实验教案

力

学

实

验

教

案

湖南农业大学工学院

课题名称：

《力学实验》实验课程

基本情况：

学时

12

学分

0.5

课程性质

必修

学期

春季与秋季学期

先修课程：

金属工艺学、理论力学、材料力学

开课系（部）：

工学院

考核要求：

不单独考试，根据实验结果、实验报告、实际动手能力和学习态度采用五级评分

教材：

刘鸿文吕荣坤主编，《材料力学实验》第三版，高等教育出版社2006年

教材及主要参考资料：

徐飞鸿韦成龙主编，《材料力学实验》，湖南教育出版社，2004年

教学方法与手段：

1、采用启发引导式演示实验教学，课堂上要注重师生互动，引导学生思考。

实验课后布置实验报告，引导学生自主学习相关理论知识。

2、采取理论教学与实验教学相结合的方法，学生通过课堂理论学习后，在实验课堂上对所学知识进行定性实验验证。

实验一实验设备认知与操作

I老师讲解和演示（25’）

一、实验目的

实验机的原理、结构认识和设备操作

二、实验内容（2学时，其中1个半学时用于学生观看教学课件）

了解电子万能拉伸试验机的结构、工作原理。

熟悉拉伸与压缩夹具、熟悉实验软件及机器的操作过程。

三、实验设备

微机控制电子万能试验机，微机控制扭转试验机，液晶全自动摆锤冲击试验机

四、实验步骤

1．老师打开电脑中的教学软件，让学生进行观看，同时能进行仿真操作运行（希望同学们能认真观看多媒体教学软件时，同时每位同学能至少操作一次虚拟实验部分）。

2．现场对设备进行讲解，特别是关于人身安全和设备安全的知识（随时要保护好传感器）。

II同学实验，老师指导（65’）

实验二金属材料拉伸、压缩实验

一、金属材料拉伸实验

I老师讲解和演示（25’）

一、实验目的

（1）了解典型塑性材料低碳钢，典型脆性材料铸铁最基本之拉伸力学性能，并掌握材料基本力学性能指标的测试。

（2）观察两种材料变形（如低碳钢之线弹性变形、屈服现象、局部紧缩变形、铸铁瞬时脆断……）及破坏断口特点，也为以后应力状态分析与强度理论的学习、理解打下基础。

（3）观察低碳钢、铸铁在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-△L图的特征。

（4）比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况分析其破坏原因。

（5）进一步了解微机控制电子万能材料试验机的构造原理，学习其使用方法

二、实验内容

1．绘制F-

拉伸曲线。

2．在弹性变形阶段验证虎克定律，测定材料弹性模量E。

3．测定强度指标：

屈服点

，抗拉强度

。

4．测定塑性指标：

断后伸长率

与断面收缩率

（

，

）

三、实验设备

1．微机控制电子万能试验机；

2．游标卡尺。

四、试件

在测试某一力学性能参数时，为了避免试件的尺寸和形状对实验结果的影响，便于各种材料力学性的测试结果的互相比较，采用国家标准规定的比例试件。

国家标准规定比例试件应符合以下关系：

。

对于圆形截面试件，K值通常取5.65或11.3，即值径为

的圆形截面试件标距长度分别为

（5倍试件）和

（10倍试件）。

五、实验步骤

一低碳钢的拉伸

1、试件准备；

2、尺寸测量

（1）用游标卡尺测量试件标距部分的原始直径do。

（2）测量试件的原始标距Lo。

3、试验准备

（1）依次打开试验机主机、计算机、打印机

（2）设置限位保护。

将限拉杆上的挡圈调整到合适位置。

（3）打开计算机内试验软件，进入试验软件主窗口界面。

（4）装夹试件。

（5）设置实验方案和实验参数

4、进行实验

（1）选择试验方案。

（2）在弹出的实验操作界面上，点击“运行”键，开始实验。

（3）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。

（4）结束实验后，退出试验软件，关闭设备，清理实验现场。

（5）测量拉断后试件的标距L1，和最小截面直径d1。

二铸铁的拉伸实验

铸铁的拉伸实验可参照低碳钢拉伸实验进行。

铸铁的尺寸测量还可进一步简化，只需测量试件中截面两个垂直方向的直径各一次，取其平均值为试件原始直径dO的值；铸铁无需要测量标距L0、L1和拉断后的直径d1。

II同学实验，老师指导（65’）

三金属材料压缩实验

I老师讲解和演示（15’）

一、实验目的

1．测定铸铁材料在常温、静载条件下压缩时的强度极限期

2．观察铸铁材料在压缩时的变形和试件断口情况，并分析其破坏原因。

二、仪器设备

1．微机控制电子万能材料试验机；

2．数显游标卡尺。

三、试件

四、实验原理

试验机的下压板是个球面承垫，当试件两端稍有不平时，球面承垫可以转动而调节压力作用线，使之能通过试件轴线，实现试件两端的轴向压缩。

五、实验步骤

1．试件准备：

准备工作由老师事先完成。

2．尺寸测量

3．试验准备

4．进行实验

II同学实验，老师指导（30’）

实验注意事项

1．任何时候都不能带电插拔电源线和信号线；

2．试验开始前，一定要调整好限位挡圈；

3．试验过程中，不能远离试验机；

4．试验过程中，除停止键和急停开关外，不要按控制盒上的其他按键；

5．试验结束后，一定要关闭所有电源；

6．计算机要严格按照系统要求一步一步退出，正常关机；

7．不要使用来历不明或与本机无关的存储介质在试验机控制用计算机上写盘或读盘。

实验报告

1．实验报告以本次实验所做的结果为依据，并进行低碳钢拉伸试件截面收缩率和伸长率计算及铸铁压缩试验的强度计算，在实验结果标注各极限值，并将实际试验曲线和理论曲线比较，分析其原因。

2．讨论下列问题

（1）铸铁压缩试件的制备有什么要求？

为什么？

（2）描述铸铁压缩破坏断口形状，分析其破坏原因。

实验三金属材料扭转实验

I老师讲解和演示（25’）

一、实验目的

1．测定低碳钢材料在常温、静载条件下的剪切屈服极限

，剪切强度极限

；

2．测定铸铁材料的剪切强度极限

；

3．比较低碳钢、铸铁在受扭时的变形规律及其破坏特征。

4．测定低碳钢剪切弹性模量。

二、仪器设备及试件

1．CTT1000微机控制扭转试验机、RNT扭转试验机；

2．游标卡尺；

3．试件。

三、实验步骤

（一）低碳钢的扭转

1．测量试件的几何尺寸（具体要求同金属材料的拉伸实验）。

2．试验准备：

2.1依次打开试验机主机、计算机、打印机

2.2打开试验软件，进入主界面

2.3按操作说明安装试件

2．4选择实验方案、设置实验参数

3.进行实验

（二）铸铁的扭转

过程同上

四、注意事项

试件安装时，应先装入测力夹头，然后再调整加载夹头。

五、实验报告

1．简述实验目的、实验设备、实验原理，绘制扭矩图等。

2．讨论下列问题：

比较低碳钢和铸铁扭转破坏时有什么不同现象？

试分析其原因。

3．记录、计算表格

II同学实验，老师指导（65’）

实验四金属材料冲击试验

I老师讲解和演示（15’）

一、实验目的

1．测定低碳钢、铸铁的冲击韧度

，了解金属在常温下冲击韧性指标的测定方法。

2．观察塑性材料与脆性材料受冲击破坏时的断口情况，并进行比较。

二、实验设备

1．CTT1000液晶全自动摆捶式冲击试验机；

2．游标卡尺

三、实验原理

在理想情况下，构件在冲击荷载作用时，其积蓄的应变能在数值上

等于冲击力所做的功，因此，衡量材料在冲击荷载下力学性能的指标，应该是材料破坏时冲击力所做的功，也即材料的冲击力。

1．试件制备

国家规定用

带有

深的U型缺口试件（即为梅氏试件）来测量材料的冲击韧度。

2．测试原理

冲击试验机由摆捶、机身、支座、操作台等几部分组成。

四、实验步骤

1．记录室温。

2．测量试件尺寸，用游标卡尺测量试件缺口底部处横截面尺寸。

3．试验机准备

注意检查摆捶摆动范围内是否有人或其他障碍物，按操作说明将摆捶抬

起，然后空打一次，检查是否有问题

4．安装试件

4.1扬摆，插销保护。

4.2将试件放在冲击机的支座上，紧贴支座，缺口朝里，背向摆捶刀口，并用对中样板使其对中。

5．进行试验

（1）注意检查摆捶摆动范围内是否有人或其他障碍物。

只有在看清楚没有任何危险的情况下，才能进行下一步。

（2）退销

（3）冲击

（4）按前面步骤进行多个试件的试验

（5打开打印机，输出结果

6．结束工作，取下试件，机器复原。

五、注意事项

1．操作冲击试验机，务必注意安全，不能进入防护网内；

2．安装试机时，严禁高抬摆捶；

3．摆捶摆动停止前不得捡取试件。

（退销：

如果不进行的话，可能会损失部分能量）

II同学实验，老师指导（30’）

实验五金属材料弯曲试验

I老师讲解和演示（45’）

一、实验目的

1．初步掌握电测方法和多点应变测量技术

2．掌握应变片的粘贴方法及贴片质量检查方法

3．掌握电烙铁、万用表的使用方法

4．掌握应变仪的联结和调试方法

5．测定梁在横力弯曲下的弯曲正应力及其分布规律

6．分析实验中各个操作环节对梁在横力弯曲下的弯曲正应力及其分布规律的影响

二、实验内容

1．观察弯曲变形规律。

2．绘载荷与位移之间的曲线，证明线性范围内载荷与位移之间的线性关系。

3．量弯曲变形时纵向纤维的应变。

三、实验设备

1．微机控制电子万能拉伸试验机

2．静态电阻应变仪

四、实验步骤

1．清洁、测量试件

用砂纸打磨试件表面后，采用酒精擦拭表面油污和杂物。

将矩形梁的截面四等分并用划规划好位置。

2．粘贴应变片

在相应划的位置采用胶水粘贴好5个应变片，同时焊接好导线。

3．将矩形梁正确悬置在试验机支持架上，保证其受力仅发生平面弯曲。

4．将导线与静态应变仪接好，同时打开相应通道进行清零与校准。

5．打开软件系统，选择正确的试验方案进行实验，同时进行试验数据的记录。

6．重复实验，将两次所做实验的数据取平均值填入相应表格中。

7．实验完成，打印实验数据，清理现场。

五、实验注意事项

1．任何时候都不能带电插拔电源线和信号线；

2．试验开始前，一定要调整好限位挡圈；

3．试验过程中，不能远离试验机；

4．试验过程中，除停止键和急停开关外，不要按控制盒上的其他按键；

5．试验结束后，一定要关闭所有电源；

6．计算机要严格按照系统要求一步一步退出，正常关机；

7．不要使用来历不明或与本机无关的存储介质在试验机控制用计算机上写盘或读盘。

六、实验报告

II同学实验，老师指导（135’）