工程力学实验报告.docx
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工程力学实验报告
实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验
实验时间:
设备编号:
温度:
湿度:
一、实验目的
1、观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。
2、测定低碳钢的弹性模量 E。
3、测定低碳钢拉伸时的屈服极限;强度极限,伸长率和截面收缩率
4、测定铸铁的强度极限。
5、比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)拉伸时的力学性质。
6、了解 CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。
二、实验设备和仪器
1.CMT 微机控制电子万能实验机
2.电子式引伸计仪
3.游标卡尺
4.钢尺
3.实验原理
试件夹持在夹具上,点击试件保护键,消除夹持力,调节拉力作用线,使之能通过试
件轴线,实现试件两端的轴向拉伸。
试件在开始拉伸之前,设置好保护限位圈,微机控制系统首先进入 POWERTEST3.0
界面。
试件在拉伸过程中,POWERTEST3.0 软件自动描绘出一条力与变形的关系曲
线如图 1—2,低碳钢在拉伸到屈服强度时,取下引伸计,试件继续拉伸,直至试件被
拉断。
1
低碳钢试件的拉伸曲线(图 1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈
缩四个阶段。
铸铁试件的拉伸曲线(图 1—2b)比较简单,既没有明显的直线段,也没有
屈服阶段,变形很小时试件就突然断裂,断口与横截面重合,断口形貌
粗糙。
抗拉强度 σb 较低,无明显塑性变形。
与电子万能实验机联机的
微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷 Fs、最大载荷 Fb 和铸铁
试件的最大载荷 Fb。
取下试件测量试件断后最小直径 d1 和断后标距 l1,由下述公式
σ s =
Fs
A0
σ b =
Fb
A0
δ =
l1 - l0
l0
⨯100%
ψ =
A0 - A1
A0
⨯100%
可计算低碳钢的拉伸屈服点 σs。
、抗拉强度 σb、伸长率 δ,和断面收
缩率 ψ;铸铁的抗拉强度 σb。
低碳钢的弹性模量 E 由以下公式计算:
E =
∆Fl0
A0∆l
式中 ΔF 为相等的加载等级,Δl 为与 ΔF 相对应的变形增量。
4、实验步骤
(1)低碳钢拉伸试验步骤
2
按照式样、设备的准备及测试工作,大致可以将低碳钢拉伸试验步骤归
纳如下:
首先,将式样标记标距点,测量式样直径 do 及标距 lo 。
在式样标距段的
两端和中间 3 处测量式样直径,每处直径取两个相互垂直方向的平均值,
做好记录。
3 处直径的最小值取作试验的初始直径 do 。
用扎规和钢板尺
测量低碳钢式样的初始标距长度 lo 。
接着,安装试件。
按照微机控制电子万能试验机的操作方法,运行电子
万能试验机程序,并开启控制器电源。
先将有力传感器的夹具夹住式样的一端,在微型电子计算机电子万能试
验机应用软件界面中执行力清零;在移动横梁,使式样的另一端缓慢插
入另一夹具的 V 型卡板中,锁紧夹头,进行保护从而消除加持力。
在式
样试验段上安装引申计,将引伸计的标距杆垫片垫好,或插好定位销钉;
并清零位移。
选择低碳钢拉伸试验方案,在控制软件界面中开始运行试验。
在弹性阶
段,读取每增加 VF 时的引伸计的读数,并记录下来。
进入屈服阶段后,
变形增大,当界面提示引伸计已到量程范围时,拆卸引伸计;手动切换
引伸计后,设定的切换点不再作用,继续试验,注意观察式样的变形情
况和“颈缩”现象。
最后,取下式样,翁合断口对准拼装,测量式样的最小直径 d1 和标距长
度 l1.
(2)铸铁拉伸实验步骤
铸铁拉伸实验步骤与低碳钢拉伸实验步骤相同,只因铸铁是脆性材料,
3
无需再式样上刻画及标记标距点,无需安装引伸计,无需记录标距变形。
五、实验数据及处理
引伸仪标距 l =5mm
实验前
标距
直径 d0(mm)
截面Ⅰ 截面Ⅱ 截面Ⅲ
平均横截
面积
最小横截
面积
材料
l0(mm)
1 2
平
1 2 平均 1 2 平均
A (mm2
A0(mm2
均
)
)
低碳钢
铸铁
低碳钢弹性模量测定
载荷 F (kN)变形(mm) Δl变形增量(mm) δ(Δl)
F0 =
F1 =
F2 =
F3 =
F4 =
F5 =
ΔF =
δ (∆l) =
4
E =
∆F ⋅ l
δ (∆l) ⋅ A
=
实验后
材料标距 l1(mm)
低碳钢
铸铁
断裂处直径 d1(mm)
1 2 平均
断裂处横截面
积 A1(mm2)
屈服载荷和强度极限载荷
下屈服载荷最大载荷断口形状
材料
Fsl(kN)Δl(mm)Fb(kN)Δl(mm)
低碳钢
铸铁
5
载荷―变形曲线(F―Δl 曲线)及结果
材 料低碳钢铸 铁
F―Δl 曲线
断口形状
实验结果
上屈服极限σ su =
下屈服极限σ sl =
强度极限σ b =
延伸率 δ =
断面收缩率ψ =
强度极限σ b =
延伸率 δ =
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六、问题讨论
(1)比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能;
(2)试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。
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实验二金属材料的压缩试验
实验时间:
设备编号:
温度:
湿度:
1、实验目的
1、测定低碳钢的压缩屈服点 σs 铸铁材料压缩时的强度极限 σc;
2、观察铸铁材料在压缩时的变形和试件断口情况,并分析其破坏因;
3.分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。
二、实验设备和仪器
1、微机控制电子万能材料试验机;
2、游标卡尺。
3.钢尺
三.实验原理
金属材料的压缩试件一般制成如图 3-5-1 所示的圆柱形。
且试件不宜
过长(过长容易被压弯),也不宜过于粗短(过于粗短则试件两端面受摩
擦力影响的范围过大)。
所以,国家标准一般规定
h0=(1~2)d0
(1)
式中h0——压缩试件的高度
d0——压缩试件的原始横截面直径
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图 3-5-1
四、实验原理
铸铁在压缩过程中,试验机的自动绘图器将描绘出一条与其拉伸时相
似的 P-△L 压缩曲线(如图 3-5-2),所不同的是铸铁压缩到强度极限载
荷 Pb 之前要产生较大的变形。
试件由圆柱形被压缩成微鼓形直至破裂。
此时试验机力值显示窗口显示力值迅速下降,而而峰值力窗口记录了试
件最大载荷 Pb。
铸铁破坏时,由于剪应力的作用,破坏面出现在与试件
轴线约成 45º-50º 的斜面上。
5.实验步骤
1、 试件准备:
准备工作由实验室老师事先完成;
2、尺寸测量
a. 用数显游标卡尺测量试件中截面两个互相垂直方向的直径各一次取
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其平均值作为试件原始直径 d0 的值;
b.测量试件原始高度 h0 的值一次;
3、试验准备
a.依次打开试验机主机,计算机,打印机;
b.设置限位保护。
将限位杆上的挡圈调整到合适位置。
c. 打开计算机内试验软件,进入试验软件主窗口界面;
d.安装试件。
将试件尽量准确地放在下压板的中心处,调整上压板
至接近试件上截面位置,但不要与试件接触。
e.点击试验软件主窗口界面上方工具栏内的“实验方案”按扭,设置
好实验方案和实验参数。
4、进行实验
a.点击试验软件主界面上方工具栏内的“试验”按钮,在下拉菜单
中选择对应的试验方案。
b. 点击“运行”键,开始实验。
c.试件破坏后,关闭试验窗口,进行数据处理,编写打印实验报告。
d.结束实验,退出试验软件,依次关闭打印机、计算机、试验机。
清理实验现场。
六.数据处理
三、实验数据及处理
材料
直径 d0(mm)
1 2 平均
高度
l(mm)
l
d0
截面积
A0(mm2
)
屈服载荷
Fs(kN)
最大载荷
Fb(kN)
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低碳钢
铸铁
载荷―变形曲线(F―Δl 曲线)及结果
材料低碳钢铸铁
F―Δl 曲线
断口形状
实验结果屈服极限σ s =强度极限σ b =
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七、问题讨论
(1)观察铸铁试样的破坏断口,分析破坏原因;
(2)分析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。
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