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实验二梁的纯弯曲正应力实验………………………………13
实验守则
1.实验前,预习实验指导书和有关理论。
2.进入实验事不得高声喧嚷,不得擅动机器、仪器;
不做与本实验无关的事项。
3.实验时应严肃认真,遵守操作规程和注意事项;
仪表安装、测试线路连接完成后,必须严格检查无误后才能进行实验。
4.机器、仪表发生故障,应立即报告指导人员及时检查处理。
若有违反操作规程而造成机仪损坏的学生,将按学校有关规定处理,包括赔偿损失。
5.实验完毕后,应将仪器、工具清理归还,实验记录经指导教师阅后方得离开实验室。
实验一金属材料的拉伸与压缩实验
拉伸与压缩实验是建筑力学实验中最重要的实验之一。
任何一种材料受力后都要产生变形,变形到一定程度就可能发生断裂破坏。
材料在受力——变形——断裂的这一破坏过程中,不仅有一定的变形能力,而且对变形和断裂有一定的抵抗能力,这些能力称为材料的力学机械性能。
通过拉伸实验,可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。
拉伸实验
这个实验是研究材料在静载和常温条件下的拉断过程。
利用电液伺服液压万能试验机(见图1.1)自动绘出的载荷——变形图,及试验前后试件的尺寸来确定其机械性能。
图1.1电液伺服液压万能试验机
一、实验目的
1.研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。
2.确定低碳钢在拉伸时的机械性能(比例极限
、下屈服强度
、强度极限
、延伸率
、断面收缩率
等等)。
3.确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。
二、实验原理
拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。
在单向拉伸时
—
(力——变形)曲线的形式代表了不同材料的力学性能,利用:
可得到
-
曲线关系。
三、实验所用的设备、仪器和工具
1、300KN电液伺服液压万能试验机一台
2、游标卡尺一支
3、记号笔一支
4、低碳钢、铸铁试件各一个
四、试件
试件的形式和尺寸对实验的结果有很大影响,就是同一材料由于试件的计算长度不同,其延伸率变动的范围就很大。
例如:
对45#钢:
当L0=10d0时(L0为试件计算长度,d0为直径),延伸率A10=24~29%,当L0=5d0时,A5=23~25%。
为了能够准确的比较材料的性质,对拉伸试件的尺寸有一定的标准规定。
按国标GB/T228-2019的要求,拉伸试件一般采用下面两种形式:
图1.2试件形式
(1)10倍试件;
圆形截面时,L0=10d0矩形截面时,
(2)5倍试件
圆形截面时,L0=5d0矩形截面时,
式中
——试验前试件计算部分的直径;
——试验前试件计算部分断面面积。
此外,试件的表面要求一定的光洁度。
光洁度对屈服点有影响。
因此,试件表面不应有刻痕、切口、翘曲及淬火裂纹痕迹等。
五、实验步骤:
1.量度试件尺寸:
1)量度直径d0。
对于圆试件,在计算长度的两端及中部三处用卡尺测量,每一处都要在两个互相垂直的方向上量出直径,取其直径最小值,测量精度到±
0.1mm;
2)确定计算长度L0;
在试件中间等粗的细长部分内,量取计算长度L0(按10倍或5倍试件确定)。
然后用刻线机(记号笔等)把计算长度L0分成若干等分(通常是以5mm或10mm为一等分)。
以便当试件断裂不在中间时进行换算,从而求得比较正确的延伸率。
但刻线时,应尽量轻微。
2.低碳钢拉伸实验的主要操作步骤:
(1)打开计算机,运行POPWARE-PI软件,见图1.3,进行权限选择,选中“实验员”,点击【确定】;
图1.3POPWARE-PI软件
进入试验操作界面见图1.4。
图1.4试验操作界面
(2)依次打开主机和油泵的电源开关(见图1.5)。
图1.5主机和油泵的电源开关位置图
(3)调入所做试验的试验方案。
(4)进入试样信息界面,输已测量试样信息,确认无误后,按【确认】,进入试验操作界面。
也可在试验操作界面输入修改试样信息。
若试验方案中“试样信息类型”选择“简单类型”,在试验操作界面中,按【试样信息】按钮后出现入图试样信息输入界面图1.6。
图1.6简单类型试样信息输入界面
试样截面形状:
显示试样截面形状,在试验方案中设定。
试样基本信息:
试验时必须具备的项目。
若某些项目无用,可固定一个缺省值。
当输入试样直径(或宽度、厚度)后,程序能自动计算面积。
注意:
试样面积不能为零。
试样附加信息:
此类信息与程序运行无关,只是在数据保存、报表输出中用。
试样附加信息中的项目可在试验方案中设置。
(5)选择与试样信息对应的试样。
(6)移动油缸夹紧试样(见图1.7)。
装夹试样前请注意试验力调零。
(7)按【试验开始】按钮,开始试验。
①开始试验曲线记录。
②若试验时使用因伸计随时可人工干预何时取引伸计,亦可由计算机自动提示后取下引伸计。
③若试验过程为“手动控制”则选择“手动”控制页,手工控制试验进程。
若为“自动程控”,则选择“程控”页,整个试验过程由计算机自动处理。
④试验完成后自动停止,亦可人工干预何时停止(按【停止】按钮)。
结束本次试验。
图1.7移动油缸夹紧试样按钮位置图
(7)分析、保存试验结果
①按快捷按钮【保存】,保存整个试验过程记录。
文件后缀名为“*.dat”,保存在工作目录的“\SXXXX”子目录下。
XXXX指当年工作年份,它记录了整个试验过程中的各个参数。
②按【数据处理】:
进入数据处理界面图1.8,进行数据分析处理、报告打印等。
图1.8数据处理界面
(8)试验结束后应先关掉油泵电源,再关主机电源,退出试验软件。
3.实验注意事项:
随时注意观察试件在拉伸过程中的形状变化和应力——应变曲线的变化情况。
1)当试件拉伸过程中,当应力——应变曲线出现平台时载荷即到达屈服阶段,在试件表面可能出现滑移线。
2)过了屈服阶段后,观察冷作硬化现象。
3)当载荷到达最大值(
)时,曲线开始回落下降,密切注意试件形状的变化,此时可看到颈缩现象。
4)试件拉断后,立即停机存盘。
打印出所得的拉伸图,取下试件并量测此时的断后标距长度
(如果试件是断在计算长度之外的作废)和颈缩处的最小直径
。
量度时将试件的两半接在一起,使其尽量紧贴。
图1.9图1.10
4.试验结果整理和计算
1)对拉伸曲线的修正。
拉伸曲线得到后,往往在开始处形成如图1.9中所示的不规则的曲线。
这是由于试验开始时,握紧器、夹具和试件之间尚未紧密相接。
并非完全由于试件变形所致。
因此对此曲线要进行修正,即将拉伸图直线部分往下延长,它与横座标相交,交点即为原点
2)根据拉伸图的比例,找出相应的
,
位置,计算得:
下屈服点
强度极限
3)计算延伸率:
试件拉断后的残余变形在整个长度的分布是非均匀的。
在颈缩部分大,而非颈缩部分残余变形小一些(见图1.1)。
由此看出,断在中间时,试件残余变形最大,延伸率也最大。
为了对同一种材料只得出一个相对稳定的值,不因断裂的位置而异,可以将试验所得到的残余变形换算成相当于试件在中间断裂时的“标准数值”此方法叫“断处移中法”(见图1.12)。
例如在图1.12中,其延伸率应换算为
其中:
m及n的小格数目依具体情况而选定。
4)断面收缩率:
——颈缩处的最小面积。
5)拉断时颈缩处的实际应力:
压缩试验
一、试验目的
研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。
二、压缩试件与试验所用机器、仪器和工具:
1、压缩试件
取两种不同材料的试件——低碳钢和铸铁。
按国标GB/T7314-2019,金属试件一般采用圆柱形如右图1.13,其高与直径之比应为l<
<2。
其它材料的试件一般都采用立方体。
2、试验所用机器、仪器和工具:
与拉伸试验相同,采用压缩夹具。
三、实验步骤:
1、量试件尺寸(长、宽、高、直径)。
2、把试件放在试验机上。
3、开机动器,进行试验,一直到试件破坏。
4、卸去载荷,取出破坏的试件。
5、打印出实验报告。
图1.13
四、实验注意事项:
1、低碳钢不能压到破坏,压到45kN时即停止试验。
2、为了能很好地观察铸铁的破坏裂纹,在试验中,一旦发现载荷值上升缓慢时,需及时停止加载。
五、试验结果的整理和计算
1.低碳钢
低碳钢为塑性材料,其压缩图见图1.14,开始时遵守胡克定律沿直线上升,比例极限以后变形加快,但无明显屈服阶段。
相反地,图形逐渐向上弯曲。
这是因为在过了比例极限后,随着塑性变形的迅速增长,而试件的横截面积逐渐增大,因而承受的载荷也随之增大。
从实验我们知道,低碳钢试件可以被压成极簿的平板而一般不破坏。
因此,其强度极限一般是不能确定的。
我们只能确定的是压缩的屈服极限应力。
图1.14低碳钢压缩图1.15铸铁压缩
2.铸铁
铸铁为脆性材料,其压缩图在开始时接近于直线,与纵轴之夹角很小,以后曲率逐渐增大,最后至破坏,因此只确定其强度极限(见图1.15)。
铸铁试件受压力作用而缩短,表明有很少的塑性变形的存在。
当载荷达到最大值时,试件即破坏,并在其表面上出现了倾斜的裂缝(裂缝一般大致在与横截面成45°
的平面上发生)铸铁受压后的破坏是突然发生的,这是脆性材料的特征。
从试验结果与以前的拉伸试验结果作一比较,可以看出,铸铁承受压缩的能力远远大于承受拉伸的能力。
抗压强度远远超过抗拉强度,这是脆性材料的一般属性。
思考题
1.试述低碳钢拉伸过程的四个阶段的力学特性。
2.比较低碳钢与铸铁拉伸破坏时的端口形状有什么不同,为什么?
3.讨论环境条件(温度、加载速率、受力状态)对屈服强度有何影响?
4.低碳钢为什么得不到抗压极限强度?
5.对铸铁受压破坏的端口进行力学受力分析。
实验二梁的纯弯曲正应力实验
1.学习使用电阻应变仪,初步掌握电测方法和多点应变测量技术。
2.测定梁在纯弯曲时的弯曲正应力及其分布规律
二、实验设备
1.WYS-1弯曲实验台架;
2.YE2538电阻应变仪;
3.矩形截面钢梁;
4.螺丝刀;
5.温度补偿应变片。
三、实验原理和方法
WYS-1弯曲实验台架如图2.1所示,钢梁简支于A、B两点,在对称的C、D两点通过拉杆和横杆螺旋加载使梁产生弯曲变形,CD梁受纯弯曲作用。
采用转动手轮使螺旋下移加载,总荷载的大小由压力传感器来测量。
试样的受力如图2.2所
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