计算机专业专科本科实践活动方案.docx
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计算机专业专科本科实践活动方案
2013年春季土木工程、建筑施工与管理专业实践活动方案
根据开放教育对学生学习的要求,结合我校本学期学生学习需求情况,现将本学期建筑施工专业实践活动安排如下:
一、实践目的:
为了使我校土木工程本科和建筑施工与管理专科的学员在学习课程知识的同时,对建筑用低碳钢和铸铁的材质性能进一步深入的了解,特安排本次专业实践活动。
二、实践内容:
11秋、12春秋、13春土木工程本科学员,以及12春秋、13春建筑施工专科学员,在西安工业大学建工系的建筑材料实验室,根据实践指导教师的要求进行建筑工程金属材料性能的两项实验。
1、金属材料的拉伸实验
2、金属材料的扭转实验
具体实验内容见所附实验内容。
实践活动结束后,要求每位学员撰写实验报告报告。
三、实践安排时间:
本次实践定于5月19日(周日)上午8:
30开始进行。
四、实践地点:
西安工业大学未央校区(北三环大明宫后面),教D楼一楼,建材实验室。
乘公交207路区间、336、509、719直达西安工业大学站,下车后到西门进校园。
五、实践要求:
本次实践要求以上年级土木本科和建筑专科学员必须按照学校安排,由班主任带领准时参加并签到。
学校将以本次实践每位学员参与情况及实验报告作为依据,对学员的形考实践部分进行评分。
不参与者本学期形考实践部分成绩按“0”计。
董立
2013年5月6日
附件一:
实验内容
附件二:
实验报告
附件一:
一、金属材料的拉伸实验
1.1.1实验材料
拉伸实验的金属材料是:
低碳钢和铸铁。
1.1.2实验目的
1、测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ;
2、测定铸铁的抗拉强度σb;
3、观察、比较塑性材料和脆性材料在拉伸过程中的各种物理现象(包括弹性、屈服、强化和颈缩、断裂等现象);
4、学习、掌握万能试验机和相关仪器的使用方法。
1.1.3实验设备
1、万能试验机
2、游标卡尺
1.1.4实验试件
试件的尺寸和形状对实验结果会有所影响。
为了避免这种影响,便于各种材料机械性质的相互比较,国家对试件的尺寸和形状有统一规定[中华人民共和国国家标准《金属材料室温拉伸试验法》(GB/T228-2002)]。
本实验的试件采用国家标准GB/T228-2002所规定的常用的圆形横截面比例试件,直径尺寸d=10mm,试验段长度(标距)l0=100mm(见图1-1)。
1.1.5实验原理及方法
低碳钢是指含碳量在0.3%以下的碳素钢,这类钢材在工程中使用较广,在拉伸试验中表现出的力学性能也最为典型。
本次实验主要测定它的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标。
这些力学性能指标,是由拉伸破坏实验来确定的,可以用材料的拉伸图来描述,实验后,利用所记录的实验数据,绘制出完整的低碳钢的拉伸图曲线(见图1-2)。
图1-1拉伸实验试件图1-2低碳钢拉伸图
在拉伸实验前,先测定低碳钢试件的直径d0和标距l0。
实验时,首先将试件安装在实验机的上、下夹头内。
然后开动实验机,缓慢加载,同时记录下各个实验阶段的载荷F和相应的拉伸变形量△L,随着载荷的逐渐增大,材料呈现出不同的力学性能:
图1-3低碳钢拉伸F-△L曲线
(1)弹性阶段(Ob段)
在拉伸的初始阶段,F-△L曲线(Oa段)为一直线,说明载荷与变形成正比,即满足胡克定理,此阶段称为线形阶段。
线性段的最高点则称为材料的比例极限(σP),线性段的直线斜率即为材料的弹性摸量E。
线性阶段后,F-△L曲线不为直线(ab段),载荷与变形不再成正比,但若在整个弹性阶段卸载,F-△L曲线会沿原曲线返回,载荷卸到零时,变形也完全消失。
卸载后变形能完全消失的应力最大点称为材料的弹性极限(σe),一般对于钢等许多材料,其弹性极限与比例极限非常接近。
(2)屈服阶段(bc段)
过了弹性阶段后,载荷变化很小,只是在某一小范围内上下波动,而变形却急剧增长,这种现象就称为屈服。
使材料发生屈服的应力称为屈服应力或屈服极限(σs),一般取下屈服值作为屈服极限。
当材料屈服时,如果用砂纸将试件表面打磨,会发现试件表面呈现出与轴线成45°斜纹。
这是由于试件的45°斜截面上作用有最大切应力,这些斜纹是由于材料沿最大切应力作用面产生滑移所造成的,故称为滑移线。
(3)强化阶段(ce段)
经过屈服阶段后,F-△L曲线呈现出上升趋势,这说明材料的抗变形能力又增强了,这种现象称为应变硬化。
若在此阶段卸载,则卸载过程的F-△L曲线为一条斜线(即d-d'斜线),其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。
当载荷卸载到零时,变形并未完全消失,载荷减小至零时残留的应变称为塑性应变或残余应变,相应地载荷减小至零时消失的应变称为弹性应变。
卸载完之后,立即再加载,则加载时的载荷与变形的关系基本上沿卸载时的直线变化。
因此,如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验,其比例极限或弹性极限将得到提高,这一现象称为冷作硬化。
在强化阶段F-△L曲线存在一个最高点,该最高点对应的应力称为材料的强度极限(σb),强度极限所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷Fb。
(4)颈缩阶段(ef段)
试样拉伸达到强度极限σb之前,在标距范围内的变形是均匀的。
当应力增大至强度极限σb之后,试样出现局部显著收缩,这一现象称为颈缩。
颈缩现象出现后,使试件继续变形所需载荷减小,故F-△L曲线呈现下降趋势,直至最后在f点断裂。
试样的断裂位置处于颈缩处,断口形状呈杯状,这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。
这里要注意以下几个问题:
1、拉伸图中拉伸变形△L是整个试件的伸长(不仅是标距部分的伸长),并且包括机器本身弹性变形和试件头部在夹板中的滑动等。
2、在弹性阶段,理论上的拉伸曲线应是一段直线,因试件开始受力时,头部在夹板中的滑动很大,所以绘出的拉伸图最初一段是曲线。
3、在屈服阶段,拉伸曲线(b-c)呈水平方向变动,常成锯齿状,由于上屈服点b′受变形速度和试件形状等影响较大,而下屈服点b则比较稳定,故工程上均以b点所对应的载荷作为材料屈服时的载荷Fs,屈服极限按下式计算:
σs=Fs(MN)/A0(m2)(MPa)(1-1)
A0-试样的初始横截面积。
4、在强化阶段,当试件所受拉力达到最大载荷Fb之前,在标距范围内的变形是均匀的,拉伸曲线是一段平缓上升的曲线,在这段曲线的最高点e,拉力达到最大载荷Fb,以下式计算强度极限:
σb=Fb(MN)/A0(m2)(MPa)(1-2)
5、在局部收缩阶段,当拉力达到最大载荷Fb后,试件开始局部伸长和颈缩。
在颈缩发生部位,其横截面面积迅速缩小,继续拉伸所需的载荷也迅速减小,拉伸曲线从e点开始下降,直至点f试件断裂。
此时通过测量试件断裂后的长度l1和断口处的直径d1,由公式:
(1-3)
即可算出延伸率δ和截面收缩率ψ。
式中:
l0:
试件初始标距长度
l1:
试件拉断后,重新将断口加以对紧后所量得的标距端点间的长度
A1:
缩颈处横截面积
在测量l1时,要注意这样一种情况:
即断口在标距中间1/3范围内,则可以直接测量两端标距间距离为l1,如断口不在标距范围的中间1/3以内,这是,由于在断裂试件的较短一段上,必将受到试件较粗部分的影响,而降低颈缩部分的局部伸长量,从而使δ的数值偏大,此时直接测量的结果不能正确反映材料的延伸率,因此,需要采用“断口移中法”推算出标距l1,具体方法是:
设两标点f、f1之间共有10格,断口g点靠近左段,如图2-4所示,取左边标点f至断口间的格数的两倍为nˊ格(应取为整数)的h点,量得fh段的长度为lˊ;再自h向右取格数n〞至i点,使得nˊ+2n〞=10格,然后量出hi的长度为l〞;即可算出断裂后的标距l1=lˊ+2l〞。
若断口靠近试件两端,而其与头部距离或小于直径的两倍,则试验结果无效,需重做。
图1-4断口移中图
铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅,锰,硫,磷等元素的多元铁基合金。
铸铁具有许多优良的性能及生产简便,成本低廉等优点,因而是应用最广泛的材料之一。
其拉伸实验方法与低碳钢的拉伸实验相同,但是铸铁在拉伸时的力学性能明显不同于低碳钢,其F-△L曲线如图2-5所示。
铸铁从开始受力直至断裂,变形始终很小,既不存在屈服阶段,也无颈缩现象。
断口垂直于试样轴线,这说明引起试样破坏的原因是最大拉应力。
图1-5铸铁拉伸F-△L曲线
1.1.6实验步骤
1、试件准备
对于低碳钢试件,为便于观察变形沿轴向的分布情况,用刻线机在试件标距范围内每隔大约10mm刻上分格线,将标距分成十格。
在标距L0内,用游标卡尺分别测量试件两端及中部三个横截面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的直径,每处在相互垂直的两个方向各测一次,取平均值为该处直径,以三处测量结果中的最小值作d0,计算试件的横截面面积A0,A0取三位有效数字,填入实验报告的原始记录表中。
2、开机
打开万能试验机主机电源开关,调整到合适的量程并调零,启动油泵。
3、安装试件
试件两端头至少2/3长度被夹具夹紧为宜。
夹好上夹头,再夹下夹头。
4、开始测试
缓慢加载,分别记录载荷与对应的变形量,直至拉断为止。
5、取下试件
将试件取下,观察、比较试件的破坏断口形状,分析破坏原因。
6、工具复原,经指导教师检查后关闭油泵和试验机电源。
7、测量数据
将断裂低碳钢试件的两端对齐并尽量挤紧,用游标卡尺测量断裂后标距长度l1。
测量两端断口的直径,应在每段断口处两个互垂方向各测一次,计算其平均值,取其中最小者计算A1,测量结果记录在后面的实验报告数据表中。
8、实验数据计算
根据实验过程中记录的数据,按照相应公式计算出实验结果,并将该结果填入实验报告的表中。
1.1.7思考题
1、从实验现象和实验结果对比低碳钢和铸铁的力学性能。
2、比较低碳钢拉伸、铸铁拉伸的断口形状,分析其破坏的力学原因。
二、金属材料的扭转实验
2.2.1实验材料
扭转实验的金属材料是:
低碳钢和铸铁。
2.2.2实验目的
1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs,低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb;
2、观察低碳钢和铸铁试件扭转时的破坏过程,分析它们在不同受力时力学性能的差异;
3、了解扭转试验机的操作规程。
2.2.3实验设备
1、微机控制扭转试验机
2、游标卡尺
2.2.4实验试件
根据国家材料性能实验的有关标准和实验设备要求,本实验试件的形状尺寸如图2-6所示。
图2-6扭转实验试件
2.2.5实验原理及方法
工程中经常遇到承受扭转作用的构件,特别是很多传动零件都在扭转条件下工作。
测定扭转条件下材料的力学性能,对受扭构件在设计计算和选材方面有着重要的实际意义。
圆柱形试件在纯扭转时,试件表面应力状态如图2-7所示,其最大剪应力和
正应力绝对值相等,其夹角成45°,因此扭转实验可以明显地区分材料的断裂方式—拉断或剪断。
如果材料的抗剪强度低于抗拉强度,破坏形式为剪断,断口应与其轴线垂直;如果材料的抗拉强度小于抗剪强度,破坏原因为拉应力,破坏面应是沿45°的方向。
图2-7圆轴扭转时的表面应力
材料的扭转过程可用M-φ曲线来描述。
M为施加扭矩,φ为试样的相对扭转角。
图2-8、图2-9为两种典型材料(低碳钢和铸铁)的扭转曲线。
低碳钢扭转曲线的直线部分为弹性阶段,此时截面上的剪应力为线性分布,最大剪应力发生在横截面周
图2-8低碳钢扭转曲线图2-9铸铁的扭转曲线
边处,圆心处剪应力为零,如图2-10(a)所示。
低碳钢扭转时有明显的屈服阶段,但与拉伸实验相比,它的屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的,如图2-10(b)所示。
当横截面全部屈服后,试样才全面进入塑性,扭转曲线图上出现屈服平台,这时,横截面上的剪应力不再成线性分布,可以认为这时整个圆截面皆为塑性区,如图2-10(c)所示,低碳钢试件扭转达到屈服极限。
过了屈服阶段后,材料的强化使抗扭的能力又有缓慢的上升,但变形非常明显,在试样安装后画的纵向直线逐渐变成螺旋线,扭矩继续增加,直至破坏。
破坏时的扭矩,即为最大扭矩Mb,低碳钢试件扭转达到抗扭强度极限。
(a)(b)(c)
图2-10剪应力分布图
铸铁的扭转曲线是较明显地偏离直线,形成一条曲线,其扭转过程没有明显的屈服过程,扭矩继续增加至破坏时,铸铁试件的扭转达到抗扭强度极限。
2.2.6实验步骤
1、测量试件直径
量取三个截面,每个截面测量两个互相垂直的方向取平均值,用三处截面中平均值最小者为试件直径,将测量结果填入后面的实验报告表中。
2、开机
打开扭转机电源,打开计算机电源,打开实验软件。
3、在软件主控面中参数设定
1)转速。
对于铸铁试件,采用机器默认的5度/min,对于低碳钢试件,前期都采用机器默认的5度/min,到了强化阶段,可加快转速。
2)实验方案。
分别填写铸铁或低碳钢。
4、安装试件
将试件(铸铁或低碳钢)正确的插入机器的夹装模块中,试件夹头的平面部分一定要对着夹装模块中的平面部分,两头都安装正确后,现用手将紧固螺钉拧紧,然后用专用扳手进行紧固。
用粉笔在试件表面上画一条纵直线,以便观察试件的变形。
5、开始测试
对于低碳钢试样,首先采用机器的默认转速5度/min,直到屈服后改用快速加载直至破坏。
对于铸铁试样,由于其变形较小,始终采用机器的默认转速直至破坏。
试样破坏后机器自动停机。
6、记录实验数据,针对每一个阶段,分别记录扭矩和与其对应的扭转角。
7、取出试件,观察断口形状及塑性变形情况。
8、实验完毕,工具复原,经指导教师检查后,试验机复位,关闭电源。
9、完成实验后,对数据进行处理,填入后面的实验报告表中。
并且根据数据记录,分别绘制出铸铁和低碳钢的M-φ曲线图。
2.2.7思考题
1、安装试件时,试件的纵轴线与试验机夹头的轴线是否要重合,为什么?
2、低碳钢拉伸和扭转的断裂方式是否一样?
破坏原因是否相同?
3、铸铁在压缩和扭转时,断口外缘都与轴线成45°,其破坏原因是什么?
附件二:
陕西电大新城分校
金属材料的拉伸实验报告
姓名班级学号实验日期
一、实验目的:
1、测定低碳钢的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ;
2、测定铸铁的抗拉强度σb;
3、观察、比较塑性材料和脆性材料在拉伸过程中的各种物理现象(包括弹性、屈服、强化和颈缩、断裂等现象);
4、学习、掌握万能试验机和相关仪器的使用方法。
二、实验设备:
设备名称型号
量具名称精度
三、实验记录与计算结果:
1、低碳钢试件原始尺寸记录表
标距L0
(
)
直径(
)
最小横截面面积A0(
)
横截面1
横截面2
横截面3
(1)
(2)
平均
(1)
(2)
平均
(1)
(2)
平均
2、铸铁试件原始尺寸记录表
直径(
)
最小横截面面积A0(
)
横截面1
横截面2
横截面3
(1)
(2)
平均
(1)
(2)
平均
(1)
(2)
平均
3、低碳钢实验数据记录表
屈服载荷(kN)
最大载荷(kN)
拉断后标距L1(mm)
断口处直径(mm)
断口处横截面面积A1(
)
(1)
(2)
平均
(3)
(4)
平均
4、低碳钢计算结果记录表
强度指标(MPa)
塑性指标(%)
5、铸铁计算结果记录表
强度指标
最大载荷(kN)
抗拉强度σb(MPa)
四、根据实验记录数据,分别绘制低碳钢和铸铁的P-△L曲线图
低碳钢拉伸图
铸铁拉伸图
五、简述拉伸实验原理,通过实验所得出的结论;并描述低碳钢和铸铁拉伸断裂后的断口形式:
六、思考与分析:
1、低碳钢的屈服力如何确定?
2、低碳钢和铸铁在拉伸时的力学性能有何不同?
陕西电大新城分校
金属材料的扭转实验报告
姓名班级学号实验日期
一、实验目的:
1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs,低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb;
2、观察低碳钢和铸铁试件扭转时的破坏过程,分析它们在不同受力时力学性能的差异;
3、了解扭转试验机的操作规程。
二、实验设备:
设备名称型号
量具名称精度
三、实验记录与计算结果:
1、扭转试件原始尺寸
材料
直径(
)
最小横截面直径d(
)
横截面1
横截面2
横截面3
1
2
平均
1
(2)
平均
1
2
平均
低碳钢
铸铁
2、实验数据报表
材料
屈服强度(Mpa)
抗扭强度(Mpa)
破坏断口形状简图
破坏原因
低碳钢
铸铁
/
四、根据实验记录数据,分别绘制低碳钢和铸铁的M-φ曲线图
低碳钢扭转图
铸铁扭转图
五、简述扭转实验原理,通过实验所得出的结论:
六、思考与分析:
1、低碳钢和铸铁在扭转破坏过程中有什么不同的现象?
2、根据拉伸、压缩和扭转实验的结果,综合分析低碳钢和铸铁的抗拉、抗压和抗剪能力。
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