材料力学实验报告.docx

1、材料力学实验报告青岛黄海学院实验指导书课程名称： 材料力学 课程编码： 04115003 主 撰 人： 吕 婧 青岛黄海学院实验一 拉、压实验 1实验二 扭转实验 5实验三 材料弹性模量E和泊松比的测定 7实验四 纯弯曲梁的正应力实验 11实验一 低碳钢拉伸实验一、 实验目的要求：（一）目的1测定低碳钢的屈服极限S,强度极限、延伸率,截面收缩率。2测定铸铁的强度极限,观察上述两种材料的拉伸和破坏现象,绘制拉伸时的P-曲线。（二）要求1复习讲课中有关材料拉伸时力学性能的内容;阅读本次实验内容和实设备中介绍万能试验机的构造原理、操作方法、注意事项,以及有关千分表和卡尺的使用方法。2预习时思考下列问

2、题:本次实验的内容和目的是什么?低碳钢在拉伸过程中可分哪几个阶段,各阶段有何特征?试验前、试验中、试验后需要测量和记录哪些数据?使用液压式万能试验机有哪些注意事项?二、实验设备和工具1万能实验2千分尺和游标卡尺。3低碳钢和铸铁圆形截面试件。三、实验性质： 验证性实验四、实验步骤和内容：（一）步骤1取表距 L =100mm.画线2取上,中,下三点,沿垂直方向测量直径.取平均值3实验机指针调零.4缓慢加载,读出 .观察屈服及颈缩现象,观察是否出现滑移线.5测量低碳钢断裂后标距长度,颈缩处最小直径（二）实验内容：1低碳钢试件(1)试件实验前实验后初始标距(mm)100断裂后标距(mm)133.25直

3、径(mm)上10.15最小直径(mm)中10.14下10.155.70初始截面面积()80.70断口处截面面积()25.50(2)计算结果屈服荷载 =22.1KN极限荷载 =33.2KN屈服极限 =/=273.8MPa强度极限 =/=411.3MPa延伸率 =(-)/*100%=33.24%截面收缩率=(-)/*100%=68.40%(3)绘制低碳钢P 曲线2.铸铁的实验记录.实验前实验后直径 (mm)10.16断裂后直径 (mm)10.15最大荷载 =14.4KN强度极限 =/=177.7MPa实验二 铸铁压缩实验一、实验目的要求：（一）目的1测定铸铁的强度极限b 。2观察铸铁在压缩时的破坏

4、现象。（二）要求1复习讲课中有关材料压缩时力学性能的内容；阅读本次实验内容。2拉伸和压缩时低碳钢的屈服点是否相同?铸铁的强度极限是否相同?二、实验设备和工具：1万能试验机2卡尺及千分尺3低碳钢及铸铁试件三、实验性质： 验证性实验四、实验步骤和内容：（一）步骤1测量试件直径。2选择试验机加载范围。3缓慢均匀加载。（二） 实验内容实验记录试 件低 碳 钢 试 件铸 铁 试 件高 度 h (mm)2020截面直径d0(mm)1515截面面积A0(mm0176.63176.63低碳钢试件屈服载荷 PS= 49 （kN）铸铁试件的最大载荷 Pb= 153 （kN）低碳钢的屈服极限 S = PS / A0

5、 = 277.4 （MPa）铸铁的强度极限 b = Pb / A0 = 866.2 (MPa)（三）结果分析：1绘出两种材料的曲线。2绘出两种材料的变形和断口形状五、思考题 1低碳钢拉伸曲线可分为几个阶段?每个阶段力和变形有什么关系?2低碳钢和铸铁两种材料断口有什么不同？并分析引起破坏的原因？ 3为什么试样要采用标准试样？4铸铁试样在拉伸、压缩时破坏断面有何特征？ 是什么应力引起的？5比较低碳钢拉伸和压缩的屈服极限S 。6比较铸铁拉伸与压缩的强度极限S 。实验三 低碳钢及铸铁的扭转实验一、实验目的要求：（一）目的1测定低碳钢和铸铁在扭转时的机械性能，求得低碳钢的剪切屈服极限s ，剪切强度极限b

6、 , 铸铁的剪切强度极限b 。 2观察两种材料的扭转和破坏现象，分析破坏原因。（二）要求1复习讲课中有关杆件扭转的内容；阅读本次实验内容和实验设备介绍中扭转试验机的构造原理、操作方法及注意事项。2圆杆扭转时,横截面上有什么应力？与轴线成450的截面上有什么应力?二、实验的设备和工具：1扭转实验机。2千分尺和卡尺。3低碳钢和铸铁圆形截面试件。三、实验性质： 综合性实验四、实验步骤和内容：（一）步骤1测量试件直径。在标距长度内测量三处，每处在两个相互垂直的方向各测量一次并取其算数平均值，采用三个数值中的最小值为计算直径d 0 。2安装试件，指针调零，调整好自动绘图装置。3试验时缓慢加载，观察屈服现

7、象，记录屈服扭矩MS 的数值，最大扭矩Mb的数值, 观察断口形状。（二）实验内容1数据记录：试 件低 碳 钢铸 铁直 径 d 0 (mm)1010标 距 L 0 (mm)100100抗扭截面系数 Wp=d 03/16200200屈服扭矩 MS= (N.m)35.5屈服应力 S=3 MS/4Wp (MPa)177.3破坏时的扭矩 Mb = (N.m)80.546.5强度极限低碳钢b=3Mb/4 Wp402.4232.5铸 铁b= Mb/ Wp总扭转角 =单位长度扭转角 =/ L 0 (o/mm)2绘出两种材料的抗扭图及试件断裂后的形状。五、思考题1比较低碳钢的拉伸和扭转实验，从进入塑性变形阶段到

8、破坏的全过程，两者有什么明显的差别。2根据低碳钢、铸铁扭转试样的断断口形式，分析其破坏原因。实验三 弹性模量E测定实验一、实验目的和要求：（一）目的：1测定常用金属材料的弹性模量E。2验证胡克（Hooke）定律（二）要求1复习讲课中有关材料拉伸时的内容；阅读本次实验内容和实验设备介绍中介绍力应变综合参数测试仪和组合实验台中拉伸装置的原理、操作方法、注意事项。2熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验性质：验证性实验三、实验仪器设备和工具1组合实验台中拉伸装置；2力应变综合参数测试仪；3游标卡尺、钢板尺。四、实验原理和方法 试件采用矩形截面试件。在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向

9、应变片R1、R1和一对横向应变片R2、R2，以测量轴向应变和横向应变。由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷P0（P00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量P作用下，产生的应变增量，并求出的平均值。设试件初始横截面面积为A0，又因=l/l，则有上式即为增量法测E的计算公式。式中 试件截面面积 轴向应变增量的平均值用上述板试件测E时，合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。组桥采用相对桥臂测量。将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂（AB、CD），两温度补偿片接在相对桥臂（BC、DA），偏心弯曲

10、的影响可自动消除。根据桥路原理测量灵敏度提高2倍。便可求得泊松比。五、实验步骤1设计好本实验所需的各类数据表格。2测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A0。3拟订加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10% Pmax左右），估算Pmax（该实验载荷范围Pmax5000N），分46级加载。4根据加载方案，调整好实验加载装置。5按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图35d所示相对桥臂测量方法），调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。6加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，

11、每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值d和d，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表27作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。附表1（试件相关数据）试件厚度h（mm）宽度b（mm）横截面面积A0=bh（mm2）截面2040800截面2040800截面2040800平均2040800弹性模量 E = 210 GPa泊松比 = 0.26附表2（实验数据）载荷（N）P100015002000250030003500P500500500500500纵向应变读数 d92142194248302360p4671971241

12、51184p252627273327.6横向应变读数d2437.651.265.279.694p1218.825.632.639.847p6.86.877.27.2 70六、实验结果处理弹性模量计算：226GPa泊松比计算：=0.254七、思考题1分析纵、横向应变片粘贴不准，对测试结果的影响。2根据实验测得的E实、实值与已知E理、理值作对比，分析误差原因。采用什么措施可消除偏心弯曲的影响。实验四 弯曲变形实验一、实验目的和要求（一）目的1测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2验证纯弯曲梁的正应力计算公式（二）要求 1讲课中有关弯曲应力的内容；阅读本次实验内容和实验设备中介绍实验台中纯弯

13、曲梁实验装置。2熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验仪器设备和工具1实验台中纯弯曲梁实验装置2应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺三、实验性质： 综合性实验四、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为 式中M为弯矩，Iz为横截面对中性轴的惯性矩；y为所求应力点至中性轴的距离。为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片。实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷P，测出各点的应变增量，然后分别取各点应变增量的平均值 实i，依次求出各点的应变

14、增量将实测应力值与理论应力值进行比较，以验证弯曲正应力公式。五、实验步骤1测量矩形截面梁的宽度b和高度h、载荷作用点到梁支点距离a及各应变片到中性层的距离。见附表12加载方案。先选取适当的初载荷P0（一般取P0 =10Pmax左右），估算Pmax（该实验载荷范围Pmax4000N），分46级加载。3按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。（1）加载。均匀缓慢加载至初载荷P0，记下各点应变的初始读数；后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的应变值i，直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表2 （2）做完实验后，卸掉载荷，关闭电源。附表1 （试件相关数据

15、）应变片至性层距离(mm)梁的尺寸和有关参数Y120宽 度 b = 20 mmY210高 度 h = 40 mmY30跨 度 L = 600 mmY410载荷距离 a = 125 mmY520弹性模量 E = 210 GPa 泊 松 比 = 0.26惯性矩Iz=bh3/12=1.06710-7m4 附表2 （实验数据）载荷NP50010001500200025003000P500500500500500各测点电阻应变仪读数1P23467197124151P232526272712642P102337516679P1314141513213.83P222222P00000304P12253855

16、6982P13131714134145P21467298125150P2526262725525.8六、实验结果处理1实验值计算根据测得的各点应变值i求出应变增量平均值，代入胡克定律计算各点的实验应力值，因1=10-6，所以各点实验应力计算： 2理论值计算载荷增量 P= 500N弯距增量 M=Pa/2=31.25 Nm各点理论值计算： 3绘出实验应力值和理论应力值的分布图分别以横坐标轴表示各测点的应力i实和i理，以纵坐标轴表示各测点距梁中性层位置yi，选用合适的比例绘出应力分布图。实验值与理论值的比较测 点理论值i理 （MPa）实际值i实 （MPa）相对误差%1-5.858-5.5445.362-2.929-2.8981.06300042.9292.9400.3855.8585.4187.51七、思考题1影响实验结果准确性的主要因素是什么？2弯曲正应力的大小是否受弹性模量E的影响？3实验时没有考虑梁的自重，会引起误差吗？为什么？4梁弯曲的正应力公式并未涉及材料的弹性模量E，而实测应力值的计算却用上了弹性模量E，为什么？