材料试验2Word格式文档下载.docx
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4
CE
△LP△LS△L
P
Pb
O
PbPb
O△L△L
B
PC
PLPLPbPb
图2-2低碳钢拉伸图图2-3铸铁拉伸图
4,铸铁的受力破坏:
铸铁试件在承受拉力时变形很小,达到最大载荷时突然断裂破坏,
没有屈服阶段和颈缩现象,其强度极限远小于低碳钢的强度极限.
四,低碳钢试件的试验步骤
1,试件:
用游标卡尺量取试件"
两端和中间部分这三个截面的直径,切记在每
一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各量一次取其平均值,所测量的三个平均值中用
最小的值计算截面积A,Ao取三位有效数字.为了观察"
范围内伸长的变化情况,
用划线机每隔10mm刻一根圆周线,将标距长度分为十格.
2,试验机:
由低碳钢的强度极限σb和试件的横截面Ao,估记最大载荷,并由此值选
择合适的测力度盘.然后依照调整机器零点的三个步骤调准"
零"
点,并使从动指针靠
拢.同时装好自动绘图仪上的纸和笔.
3,装与检查:
先将试件安装在上夹头内,再移动下夹头(对WE-30型来讲,开动升降
电机,使活动台上下移动,依次调整上下夹头之间的距离),使上下夹头能适当装入试
件,然后把下夹头夹紧.试件安装就绪后,开动试验机,预加载荷(预加载荷对应的应
力不能超过低碳钢的比例极限),再卸载回"
点,以检查试验机是否工作正常.
4,试验:
开动试验机使之缓慢匀速加载,在加载过程中要注意观察测力指针的转动,
自动绘图器的情况和相应的试件变化现象.当指针不动或倒退时,说明材料开始屈服,
记录屈服载荷Ps,试件断裂后停车,由从动指针读出最大载荷Pb.试验完毕后取下断
裂后的两截试件,在断口处对齐并尽量靠近,用游标卡尺测量拉断后的标距长L1;
测
量两断口处的直径d1,应在每一断口处沿相互垂直位置测量两次,取其平均值,最后取
两个平均值中的小者,计算横截面A1.
五,铸铁试件的试验步骤
用游标卡尺测量试件中间截面两个相互垂直方向的直径,取其平均值,计算
截面A0.
2,试验机(同前).
3,安装与检查(同前).
4,开动机器,使自动绘图器工作,直至试件拉伸断裂为止.停车,记录最大载荷Pb.
取下试件和绘好的拉伸曲线图,将试验机复原.
六,记录表格
记录表格可自行设计,下面的格式仅供参考,把试验数据用表格记录下来.
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表2-1
直径0d(mm)
最小横截面
0max
截面Ⅰ截面Ⅱ截面Ⅲ
材料标距
0L
mm
⑴⑵平均⑴⑵平均⑴⑵平均
低碳钢
铸铁
表2-2
材料屈服载荷SP(gK)最大载荷0P(gK)
表2-3
断后处直径1d(mm)
断后标距长度
1L(mm)
(1)
(2)平均
断后处最小横截
面1A(2mm)
七,试验结果的处理
1,根据屈服载荷Ps和最大载荷Pb计算屈服极限σs和强度极限σb.
2,根据试件前,后,标距长度及横截面积计算延伸率δ和面积收缩率Ψ.
δs=
Ao
Ps
δb低碳=
δb铸铁=
δ=%100
01×
-
l
ll
ψ=%100
0×
A
AA
八,思考题
比较低碳钢和铸铁拉伸时的机械性质.
实验二弹性模量E的测定
一,实验目的:
1,观察在比例极限以内,力和变形的正比关系.验证弹性变形正比定律.
2,测定低碳钢A3的弹性模量E.
3,学会使用蝶式引伸仪.
1,万能材料试验机
2,蝶式引伸仪
3,原理
测定钢材的弹性模量时,一般采用在比例极限内的拉伸试验.已知虎克定律的关系
6
式为:
OEA
PL
L=
为了验证力和变形的线性关系,一般均采用增量法逐级加载,也就是分几次来逐级
加载,而不是一次就将载荷加至最终数值.如各次增加相同的拉力△P0.相应的引伸仪
测出的伸深长增加深也大致相等,这样就验证了虎克定律的正确性.
设试件截面面积为A0.引伸仪标距为L0.取各次长度增加量的平均值为δ,则由虎克
定律的关系式即可计算出弹性模量:
E
δ
=
试验时为了夹牢试件和消除试件与机构之间的空隙,必须加一定的"
初载荷"
.并
且开始时引伸仪机构间也存在有空隙,同时其刀刃往往在试件表面上有微小的滑动.这
些都会影响读数的准确性,所以应将引伸仪放好后再加初载荷.小于初载荷的数据不与
考虑,自初载荷始逐级加载,测量其伸长.
在实验前要拟定"
加载方案"
拟定加载方案时一般根据以下几点来考虑:
1,由于在此例极限内进行试验,故最终应力值不能超过比例极限,但也不宜低于它的
一半.
2,最终载荷值要与试验机测力范围相适应.
3,最终变形要与仪器量程相适应.
4,至少应有5—6级加载,第一级可作为初载荷,每级加载要使仪器的刻度值有明显的
变化.
三,蝶式引伸仪的使用
1,结构及原理
蝶式引伸仪主要由三部分组成:
感受变形部分,传递部分,指示部分.
①感受变形部分
主要由一对上刀口和下刀口组成,并直接与试棒接触.上刀口可在标杆中上下移动,
在选择位置上固定,下刀口可绕自身转动,上下刀口之间的纵向距离就是试件的标准长
度,横向距离就是试件的直径变化范围,上下刀口横向移动是通过套在导杆内弹簧在导
向套内的移动实现.
②传递部分
把变形传递到量表是通过装在左,右主体内的两活动下刀口来实现的,活动下刀口
的一端是60°
尖角,另一端设有一顶尖.他们分别被支承在旋入左,右主体的螺轴锥尖
上,形成一等臂杠杆.引伸仪工作时,传递部分的任务是将试件标距范围内的变形量传
递到配用表上,通过指针的转动直观反映出来.
③指示部分
引伸仪配用两只量表.可按不同的精度要求选用分度为0.01㎜的百分表或分度值为
0.001㎜的千分表.
由图上可以看出,当蝶式引伸仪上下刀口紧卡在试件上时,由试件受力所产生的轴
向位移,使活动下刀口绕中点转动,由于杠杆比为1:
1,使量表直接反映出轴向位移数
值来.
7
pp
活动下刀口
试件
定位螺栓
底板
右主体
量表
加紧夹
上刀口
左主体
碟式引伸仪结构简图
2,操作步骤
①根据使用和实际需要,决定标距和选用量表.
刀口的位置,使上下刀口距离等于标距值.
②,松开紧固螺钉调整量表位置,使上下刀口底面与板上定位螺钉接触,顶尖与量表③
测量杆平面接触,测量拉伸变形时,量表起始位置应在指针正向行程0.1㎜以上,然后
固定好量表,转动量表圈罩使指针指"
0"
.注意,紧固量表时,要保证量表测量杆能上
下活动自如不被卡住,如系重复使用,则不需要每次实验都要调整量表位置.
④手握蝶式引伸仪,压缩弹簧,使两刀口分开,夹持在试件上如果夹力不够,可调整
连接板簧帽.
⑤如增加上刀口夹紧力时,需要在标杆上使用夹紧架,其位置应尽量靠近上刀口处,
夹紧力也可以通过簧帽调整.
⑥试件在标距范围内的伸长量取两表数值的平均值进行计算(试件读数常会不一致,
但相差不太大,如相差太大则应检查引伸仪安装是否合适.
3,注意事项:
①引伸仪系精密仪器,使用时必须小心,轻拿轻放.
②引伸仪的下刀口是两锥体支撑,出厂时已调好,不得随便调整.
③安装时,要轻轻夹持在试件上,以防刀口崩口,影响使用.
④引伸仪在被测试件的变形超过最大量程时,必须卸下停止使用,以免损坏仪器.
⑤当使用螺帽调整夹紧力时,使用后必须把螺帽退回原始位置.
四,实验步骤
1,测量试件截面尺寸,计算截面面积,拟订加载方案.在标距长度范围内,测量试件
两端及中间三个截面的直径,取三处平均直径d计算截面面积A0.
2,准备试验机
①,复习试验机操作规程
②,根据最终载荷的大小,选择测力度盘和相应的摆锤,调整指针,对准零点.
8
3,安装试件和引伸仪
①,将试件安装在试验机夹头上.
②,了解引伸仪的操作规程,小心正确的安装引伸仪使其刀刃位于试件对称平面内,调
整千分表罩圈指"
.
4,进行试验
用慢速逐渐加载至初载荷,记下引伸仪的读数,缓慢的逐次等量加载.每增加一
次载荷,记录一次引伸仪读数,随时估算引伸仪先后两次读数值的差值,借以判断工作
是否正确,继续加载至最终数值为止.
可再卸载至初载荷以内,轮换操作重复进行以上试验.
5,结束工作
①,轻轻取下引伸仪,放入仪器盒中.卸载后,取出试件.
②,请教师检查实验记录.
③,将试验机一切机构复原,清理设备.
五,实验结果整理
1,试件尺寸
=OLmm,=Odmm,=OA2mm
数据计算:
)+
平均平均21
(
1
AA=δ
实验记录
载荷引伸仪读数单位310×
量表Ⅰ量表Ⅱ
总载荷
增量
)(gKp读数1A增量1A读数2A增量2A
六,思考题:
1,用逐级加载法求出弹性模量E与一次加载到最终值所求出弹性摸量是否相同
2,为什么测定弹性模量时截面面积取三处的平均值,而在拉伸实验时截面面积取试件
三处之中最小值
实验三扭转实验
一,NJ-100B型扭转试验机
9
试验机采用直流电动机无级调速机械传动加载,可以正反两个方向施加扭矩进行扭
转试验,用电子自动平衡随动系统测取扭转.最大载荷扭矩是100mKg·
有四个测力
度盘,分别是:
0~10mKg·
0~20mKg·
0~50mKg·
0~100mKg·
;
扭转速度为
min36~0oo和min360~0oo两个范围;
试件最长可达650mm.
构造原理:
本试验机由加载机构,测力针,自动绘图器组成.加载机构由6个滚球
轴承支持在机座的导轨上,它可以左右自由滑动,加载时,由直流电机带动减速箱减速,
夹头转动对试件施加扭矩,转速由电表指出.在测力计内有杠杆测力系统,通过刻度盘
指出试件所受扭矩的大小.自动绘图器由绘图笔和滚筒等组成,绘图笔的移动量表示扭
转的大小,绘图滚筒的转动表示试件加力端夹头的绝对转角,其转动量正比于试件的转
角.
二,操作步骤
1,检查试验机夹头的形式是否与试件相配合,将速度范围置于0C0~360
min
0C处,调
速电位器置于零位.
2,根据所需最大扭转的转动量程选择旋扭,选取相应的测力度盘,按下电源开关接通
电源,转动调零旋扭,使指针对准零点.
3,装好自动绘图器的笔和纸,挂好传动齿轮,打开绘图开关.
4,安装试件,先将试件的一端插入夹头,调整加载机构作水平移动,使试件另一端插
入夹头,然后夹紧.
5,加载,按下加载开关,逐级增加调速电位器的刻度值,操纵直流电动机转动,对试
件施加扭矩.
6,实验完毕,停车,取下试件,将机器复原并清理现场.
三,注意事项:
1,施加扭矩后,禁止再转动量旋钮.
2,使用V型夹板夹持试件时,必须尽量夹紧,以免实验过程中试件打滑.
3,机器运转时,操作者不得擅自离开,听见异声或发生任何故障应立即停车.
扭转杆是基本变形之一,而扭转试验是测金属材料机械性能的一个基本实验.
扭转试件的中间工作部分应做成薄壁管为最理想,可以得到近似均匀分布的纯剪
切,但因加工精度成本高而采用实心圆或截面,根据YB36-64金属扭转试验的标准件为
圆形截面,标距部分直径d=±
10mm,标距长mmL1000=,亦可采用mmL500=的短
试件.
扭转试验时,试件内一点处于纯剪切应力状态,横截面上的剪应力τ值等于45°
斜截面上的主应力值,其一为拉应力=1στ,另一为压应力=2στ,这样,扭转试验
时,破坏形式能表达出金属材料是正应力拉断还是切应力剪断.
四,扭转实验的目的
1,观察低碳钢,铸铁材料的扭转变形和破坏现象.
2,测定低碳钢的扭转变形屈服极限sτ,扭转强度极限bτ以及铸铁的扭转强度极限bτ.
五,原理
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塑性材料的M-φ显示强化阶段几乎占全阶段的绝大部分,它的扭转图(M-φ)如
图所示.如低碳钢扭转时具有可分辨的屈服台阶,相应于该处的扭转剪应力值称之为扭
转屈服点或扭转屈服极限,以
aτ表示,在屈服台阶的起始A点,对应于横截面上周边最
大剪应力刚达到材料的剪切屈服点,由于剪应力达到屈服点的材料逐步向心伸展,而反
映在M-φ曲线略微上升,直到B点趋于平坦同时也进入屈服阶段的末期,以B点扭距
值定为0M按全截面理论屈服,屈服点的近似计算式为:
S
sW
M
=τ①
式中163dWPπ=是试件抗扭距截面模量,在继续扭转变形时材料进一步强化,达
到M-φ曲线的极大点C时,试件开始被剪断相应于C点的最大扭矩为M与①类似,得
强度极限的计算式.
MMbMsO
C
φ
MbMO
图①图②
b
bW
=τ②
低碳钢试件受扭破坏时,断口与横截面一致且较平整,是剪切破坏形式;
铸铁试件
的扭转图(T-φ)如图②所示,在很小的扭角下试件就会断裂,相应于断裂时的最大
扭转T,强度极限的计算公式为:
=τ③
式中PW为试件的抗扭矩截面模量.
铸铁试件受扭破坏的断口是在o45方向呈旋转面,该截面即为最大主应力1σ所在,
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因而是拉断破坏形式,比较这两种材料的断口,可以得出这样的结果:
低碳钢抗拉能力
大于抗剪能力,而铸铁抗剪能力大于抗拉能力.
六,方法及步骤
1,测量试件直径(与拉伸试验同);
2,将试件一端装于试验机与摆锤相连的夹头中,调整示力盘至零点;
3,夹紧另一端,调好自动绘图装置,开始对试件逐渐均匀地施加扭转外力偶距,读下
屈服点负荷,然后点动,直至试件破坏为止,记下最大负荷.
④将机器恢复原位,并把工具,试件放回原处.
七,实验记录及计算结果
项目材料
直径
d0(cm)
抗扭模量
Wp(m㎡)
屈服扭矩
Mes(N/m)
屈服应力
)
(2m
Nsτ
破坏扭距
)(mNMb·
破坏应力
)(2m
N
Sτ
破坏后
截面形
状图
根据低碳钢和铸铁的拉伸,压缩和扭转三种试验结果,分析总结两种材料的力学机
械性质.
实验四弯曲实验
一,实验目的
1,了解电测技术,练习静态电阻应仪的接线,平衡,测读.
2,测定纯弯曲时截面的应力分布规律,验证纯弯曲正应力公式.
二,实验设备
1,纯弯曲梁实验器
2,静态电阻应变仪
三,试件
在欲测梁试件的纯弯曲段上贴有五个测量电阻片,见图示5-1.
把五个电阻片从上到下,依次编号为①②③④⑤,也就是说在中性轴上贴的哪一片
号码为③.
12
h
a
L2
L
图5-1
四,原理
梁受弯曲时中截面上各点的弯曲正应力的理论值为:
δ①=
Z
W
σ②=
hw
I
M4/.δ③=0
δ④=
M4/.δ⑤=
式中:
Mw指中截面上的弯矩;
Wz指中截面对中性轴Z的抗弯截面模量;
Iz指中截面对中性轴Z的惯性矩.
现在电测法测量跨中截面①,②,③,④,⑤五个点的应力,加载过程中用电阻应
变仪测出其应变ε①,ε②,ε③,ε④,ε⑤由单向应力的弹性变形定律算出截面上各点
的应力.
σ①=Eε①
σ②=Eε②
σ③=Eε③
σ④=Eε④
σ⑤=Eε⑤
式中E钢梁的弹性模量,可取E=210×
109N/㎡;
将测出的应力与理论计算值相比较.
五,实验步骤
13
1,预习静态电阻应变仪与调平衡箱的使用说明;
2,将已帖好的测量片和补偿片的引出导线接在预调平衡箱接线柱上,按电阻应变仪多
点测量时的实验步骤做好测量前的准备工作;
3,加载至最大载荷,然后卸载,检查应变仪是否处于正常状态;
4,正式测量,逐级加法码,在应变仪上分别读出五个点的应变大小并记录,卸载;
5,使仪器恢复到正常状态.
六,注意事项
1,试验时必须要遵守应变仪的操作规程和使用注意事项;
2,加载时要缓慢;
3,试验前准备好一份本次实验的记录表格,在实验过程中填数据.
七,实验结果整理
1,试件数据
Rb=600mmα=200mm
H=30mmb=8mm
弹性模量E=2.1×
106㎏/㎏2
抗弯曲截面模量WZ=bh2/6
惯性矩JZ=bh3/12
2,实验记录
载荷(N)应变读数单位:
格(1us=10-6)
增量片①增量片②增量片③增量片④增量片⑤载荷读数
P
载荷增量△p
读数
A
增量△A
B
增量△B
C
增量△C
D
增量△D
E
增量△E
△P平均=△A平均=△B平均=△C平均=D△平均=△E平均=
3,数据计算
实验结果:
增量片①ε①=△A①=
σ①=Eε①=
增量片②ε②=△B②=
14
σ②=Eε②=
增量片③ε③=△C③=
σ③=Eε③=
增量片④ε④=△D④=
σ④=Eε④=
增量片⑤ε⑤=△E⑤=
σ⑤=Eε⑤=
理论计算值:
截面弯距aPMW·
=
点①的应力=
=
①σ
点②的应力σ②=
·
z
J
hM4
点③的应力=
hM
③
σ
点④的应力=
4④
点⑤的应力=
①
比较实验结果和理论计算值:
测点编号理论值α理实验值σ实误差百分数[(σ理-σ实)/σ理]
×
100%
①
②
③
④
⑤
15
附:
YJ-25型电阻应变仪工作原理与结构
一,工作原理
YJ-25静态电阻应变仪的原理方框图,如图所示5-2:
信号发生器
稳压电源
A/DZ转换器检波解条电桥盒放大器
数码显示
被测信号
~220v50HZ
图5-2YJ-25型电阻应变仪原理图
1,应变测量
将电阻应变仪片贴在试件上,当试件受外力作用产生变形时,应变产生相应变形,
其阻值也随之变化.在一定范围内,其电阻相对变化量△R/R与试件长度变化量成线性
关系,即:
εK
K
R
……………………………………………….
(1)
式中K为电阻应变仪片灵敏系数.
由
(1)可知,为了测得应变ε,只需求出△R即可.为此,我们通常将电阻应变
片(或电阻应变片和精密线绕电阻)组成测量电桥.如图5-3所示.
R1R4
R2R3
U
图5-3电桥原理图
16
其中:
E为供桥电压,U为输出电压.根据电桥理论:
))((
)(
4321
4231
RRRR
ERRRRR
++
--
当电桥中的测量变片产生增量△R时,ORRRRR====4321
电桥的输出电压:
ε
εEK
KE
RR
RE
2424
≈
+
=…………………………………..⑵
ε∑=
∑·
=EK
EU
由上可知,对电压U进行测量,
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