材料力学实验指导书大作业Word格式.docx
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2—2剪切弹性模量G的测定……………………16
2—3扭转破坏实验………………………………18
第三章弯曲实验
3—1测试设备和仪器……………………………21
3—2纯弯曲梁正应力的测定……………………23
引言
一、材料力学实验的重要性
材料力学是研究工程实际问题中构件的强度、刚度和稳定性的学科。
其研究方法一般是先进行实验,然后根据实验中的现象,做出一些假设并加以简化。
最后再进行理论分析,得出公式和结论。
但所推导出的一般性公式是否正确,还要用实验验证。
所以,材料力学实验是材料力学中不可缺少的一部分。
不仅是建立理论的基础,也是检验理论的重要方法。
通过实验课,还可以进一步巩固、加深理解书本中的基本理论知识。
二、材料力学实验的内容
1.测定材料机械性质的实验
在构件设计中,要合理地选择材料,必须知道各种材料的机械性能指标(如弹性模量、强度极限等)。
要得到这些数据,只有依靠实验,如拉伸、压缩等。
2.验证理论的实验
材料力学中的一些公式都是将实际问题抽象为理想模型,提出假设来推导的。
而事实上,材料的性质往往很复杂,必须通过实验来验证理论公式和实际情况符合程度,如纯弯曲梁正应力的测定,压杆稳定等均属于这类实验。
3.应力分析的实验
工程上很多实际构件的形状的受载情况比较复杂,当构件内部的应力大小及分布情况单纯依靠理论计算难以解决时,可以用实验方法进行测定,其主要有电测法、光测法等。
三、材料力学实验的要求
1.做好实验课前的预习及准备工作
通过预习,明确实验目的、原理和步骤,设计记录表格,作为原始记录数据用。
了解试件的材料、尺寸,试件是否合格等,做好试验机及仪器的准备工作,经指导教师检查无误后,方可开动机器。
2.在实验中做到动手动脑
学会正确操作设备和仪器,培养动手能力,细心观察并记录各种现象和数据,善于将实验现象和结果加以理论分析。
另外,材料力学实验所用的设备较大,完成一次实验往往需要数人相互协调配合。
实验结束时,要清理设备,整理仪器和用具,在指导教师允许下才能离开实验室。
3.试验后要及时书写实验报告
实验报告应包括以下基本内容:
(1)实验名称、实验日期;
(2)实验目的;
(3)实验设备:
应注明所用实验机器和仪表的名称、型号、量程和精度等;
(4)实验数据:
实验数据的记录应列表表示,表内填入的测量数据要注明测量单位。
当对同一物理量作多次测量时,均取测量结果的算术平均值作为该物理量的最佳值;
(5)实验计算和结果:
对在计算中所用公式均须明确列出,并注明公式中各符号所代表的意义。
在一般材料力学实验中,计算结果可选三位有效数字。
在报告中,除对测得的数据进行计算外,还要采用图表或曲线来表达实验结果;
(6)在报告的最后,应对实验结果进行分析,并指出产生误差的原因。
1—1电子万能试验机
一、试验程序简介
本试验程序通过与德国DOLI公司的EDC100系统进行通讯来实现对试验过程的控制和数据采集。
通常可完成拉伸、压缩、弯曲三种试验。
它有强大的数据处理、图形处理和打印功能。
试验结果有计算和重新计算功能,并能自动存贮,能分离出无效的试验;
图形处理方面分单曲线和曲线叠加两部分。
支持曲线的无级缩放,可移动曲线的中心点,可绘制包括力-变形,应力-应变等在内的9种类型曲线,支持各种情况下的曲线打印输出。
可在曲线上产生和删除各种标记,可通过在曲线上找点修正易误算的试验结果,可任选想对比的多条曲线并将其叠加在一起;
试验结果的打印有打印预览功能,转换成WORD格式输出功能,可将试验报告输出给打印机功能。
二、计算机操作详细说明
1.运行试验程序后,出现如下图所示界面:
2.选择工作目录
通常,用户在做试验之前,应首先确定试验数据存放到何处。
在“文件”菜单下点击“选择工作目录”。
选完路径后,如果这时该目录中没有试验条件,用户可点击“保存试验条件”菜单,产生一个试验条件。
3.设置试验条件
设置试验条件前必须先进行条件读盘,下面以拉伸试验为例介绍如何设置试验条件。
在“条件”菜单里点击“条件读盘”后,显示七个选项卡,它们是:
试验类型、计算项目、试样输入、控制参数、数据采集、打印文档和设备参数。
单击任一选项卡标题可进入相应的设置项。
(1).试验类型选项卡如下图:
该选项卡包含了文件名称和试验类型等。
∙数据文件名:
重要!
在该处输入不大于24个英文字母(或12个汉字)的字符串作为试验后生成的试验条件、采样数据和试验结果文件名的根,字符串中不可以包含空格、“-”、“.”、“:
”和“\”等特殊字符。
∙试验类型:
本试验机基本型提供拉伸,压缩,弯曲三种试验。
用户通过该项选择当前要做的试验类型。
∙试验材料:
可选择金属或非金属。
差别在于两者在计算时使用的单位略有不同。
(2).在选择拉伸试验后,计算项目选项卡如下图:
∙一般不同时选择屈服点和上、下屈服点。
∙有些试样没有明显的屈服点,这时就不要求屈服点,而求规定非比例伸长应力。
∙如果选择其它试验,如压缩、弯曲,与以上图形基本类似,只是列出的计算项目不同。
(3).试样输入选项卡:
∙试样数量:
本组试样的数量,它同时也决定试样尺寸输入表的行数。
本组试验可以生成一个实验报告打印输出。
∙试样形状:
可选择棒材、板材、管材和不规则形状,改变了形状,则试样尺寸输入表形式也随之变化。
∙尺寸输入:
根据上述方式的不同,在此处显示一个输入表格或若干个文本框。
在此就可以输入试样尺寸。
(4).控制参数选项卡:
∙试验控制方式有两种,“速度控制”和“自由分段控制”。
“速度控制”即通过横梁匀速移动来加载和卸载。
对于一般的试验采用速度控制就可满足要求。
“自由分段控制”是一种复杂而有危险的操作,使用该控制方式时要求操作者不但要对材料的在试验过程中各阶段力学性能有一定了解,而且要掌握Doli系统的闭环控制系统参数。
这里采用“速度控制”。
∙系统清零选择(开始试验前自动清零、开始试验前不自动清零);
(5).数据采集选项卡:
数据跟踪方式有以下几种形式:
a.力-变形
b.力-位移
c.力-时间
d.应力-应变
e.位移-时间
f.变形-时间
如果使用引伸计做试验,就可以选择a、d和f三种方式,否则只能选择b、c和e三种方式之一。
(6).打印文档选项卡:
可以通过它输入主标题和副标题供打印试验报告用。
界面左边显示的是可供用户选择的打印项目,右边显示的是用户已经选择的打印项目。
(7).设备参数设置:
这部分参数一般在设好后无需改动。
4.开始试验
单击“试验”按钮便可开始试验,试验前首先检查系统是否已联机。
如未联机,按下联机按钮。
然后按下“试验”按钮开始试验。
5.试验结果分析
(1).在“曲线”菜单里选取单曲线图。
曲线读出后,屏幕右上方的网格为试验结果,屏幕左上方显示的是曲线局部放大图。
选择“标记坐标”可在曲线上标记出每个采样点的坐标值.(一次可标记10个)
可在曲线上标出的计算项目有:
弹性模量、上屈服点、下屈服点及规定非比例伸长应力等,其结果直接在右上方网格中显示出来。
(2).曲线叠加图操作。
首先,点击“文件”菜单中读取文件子菜单,会出现一个选择列表。
点击装入曲线可往里添加曲线,点击删除曲线可从列表中删除。
用户一次最多能同时装入10条曲线。
6.最后,可打印试验报告。
在打印试验报告时可同时打印文本和曲线。
1—2拉伸实验
一、实验目的
1.测定低碳钢拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ。
2.测定铸铁拉伸时的强度极限σb
3.观察拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化和颈缩等),并绘制拉伸图。
4.比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)机械性能的特点。
5.在弹性变形阶段验证虎克定律,测定材料弹性模量E。
二、实验设备及量具
电子万能试验机、游标卡尺、高度尺、引伸仪、拉伸试件、压缩试件
三、实验原理
金属材料在拉伸时的力学性能,即材料的机械性能,可以通过以拉伸力P为纵坐标,试件伸长ΔL为横坐标的拉伸图来表示。
图1-1a为典型的塑性金属材料——低碳钢的P-ΔL图,图1-1b为脆性金属材料——铸铁的P-ΔL图.
图1-1a
图1-1b
1.对于低碳钢试件,刚加载便进入弹性阶段,试件很快开始屈服,屈服阶段曲线常呈锯齿形。
上屈服点受变形速度和试件形式等因素的影响较大,而下屈服点则比较稳定,故工程上常以下屈服点对应的载荷作为材料的屈服力Fs。
试件屈服后,进入强化阶段,当曲线达到最高点时,计算机便记录下最大载荷Fb。
试件从最大载荷开始,产生局部伸长和缩颈。
细颈出现后,截面迅速减小,继续拉伸所需的载荷也随之变小,直到断裂为止。
试件断裂的两面各成凹凸状。
2.铸铁试件承受拉力在变形较小时,就达到最大载荷而突然发生断裂。
它没有屈服和缩颈现象,其强度极限也远小于低碳钢的强度极限。
3.测量钢材的弹性模量E时,应采用拉伸试验。
钢材在比例极限范围内服从虎克定律,即σ=Eε。
设试件横截面面积为A0,所受的力为F,变形量为△l,引伸仪标距为l0,则E=
(本实验l0=50mm)
四、实验步骤
1.试件准备。
*低碳钢试件
(a).在低碳钢试件工作长度内刻出长度L0=100mm的标距。
铸铁试件不需要划标距。
(b).用游标卡尺在标距两端和中间部位,分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径,并计算这三处的平均值,取其最小值作为试件直径d0。
*铸铁试件
用游标卡尺在试件两端和中间部位,分别沿互相垂直的两个方向各测量一次直径,并计算这三处的平均值,取其最小值作为试件直径d0。
分别对低碳钢试件、铸铁试件进行试验。
2.试验时先开计算机,然后打开EDC系统开关。
(试验结束后应先关EDC,再关计算机。
)
3.打开EDC后,EDC屏幕上应出现大写的“PC-CONTROL”。
4.双击桌面上的CTE3.0图标启动试验程序,或从WINDOWS菜单中点击“开始”–“程序”–“CSS44000”。
进入试验程序后,先开始联机,点击联机按钮后,则左侧各按钮变亮,这时可按下EDC上的“ON”按钮,使其闪烁。
5.在试验条件菜单里选择本次试验所用的试验条件(所有试验条件以.con作为扩展名),可以直接使用默认的试验条件,也可以按照试验要求修改试验条件。
6.将其他的必要设备连接到主机上,如引伸计等。
7.使用手动盒或CTE3.0的升降按钮移动横梁到合适位置,以方便夹持试样。
8.装夹试样。
9.确保已设置好试验条件,试样已夹好。
10.点击开始试验按钮,该按钮位于主界面左侧,也可以点击工具条上的开始试验按钮。
试验结束后主界面上显示出试验结果及重绘后的曲线。
完成一组试验后,可以进入曲线操作界面查看原始数据、试验结果和统计值,还可以根据原始数据修改试验结果。
11.低碳钢试件断后标距测量和断口直径测量(铸铁没有这一步)
(a).测量断后标距
将被拉断试
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