材料力学实验.docx
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材料力学实验.docx
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材料力学实验
实验一实验绪论
一、材料力学实验室实验仪器
1、大型仪器:
100kN(10T)微机控制电子万能试验机;200kN(20T)微机控制电子万能试验机;WEW-300C微机屏显式液压万能试验机;WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机
2、小型仪器:
弯曲测试系统;静态数字应变仪
二、应变电桥的工作原理
三、材料力学实验与材料力学的关系
四、材料力学实验的要求
1、课前预习
2、独立完成
3、性能实验结果表达执行修约规定
4、曲线图一律用方格纸描述,并用平滑曲线连接
5、应力分析保留小数后一到二位
实验二轴向压缩实验
一、实验预习
1、实验目的
I、测定低碳钢压缩屈服点
II、测定灰铸铁抗压强度
2、实验原理及方法
金属的压缩试样一般制成很短的圆柱,以免被压弯。
圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。
混凝土、石料等则制成立方形的试块。
低碳钢压缩时的曲线如图所示。
实验表明:
低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε,都与拉伸时大致相同。
进入屈服阶段以后,试样越压越扁,横截面面积不断增大,试样抗压能力也继续增强,因而得不到压缩时的强度极限。
3、实验步骤
I、放试样
II、计算机程序清零
III、开始加载
IV、取试样,记录数据
二、轴向压缩实验原始数据
指导老师签名:
徐
三、轴向压缩数据处理
测试的压缩力学性能汇总
强度确定的计算过程:
实验三轴向拉伸实验
一、实验预习
1、实验目的
(1)、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E;
(2)、测定低碳钢的屈服强度,抗拉强度。
断后伸长率δ和断面收缩率;
(3)、测定铸铁的抗拉强度,比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。
2、实验原理及方法
I.弹性模量E及强度指标的测定。
(见图)
低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线
(1)测弹性模量用等增量加载方法:
Fo=(10%~20%)Fs,Fn=(70%~80%)Fs
加载方案为:
F0=5,F1=8,F2=11,F3=14,F4=17,F5=20(单位:
kN)
数据处理方法:
平均增量法
(1)
线性拟合法
(2)
lo—原始标距
Aom—原始标距范围内横截面面积的平均值
-引伸计伸长增量的平均值;
(2)、强度指标
屈服强度
(N/mm2或MPa)
抗拉强度
(N/mm2或MPa)
II、塑性指标
的测定:
断后伸长率
断面收缩率
l1-拉断后的标距长度A0-原始横截面积的最小值。
A1-颈缩处的最小横截面积。
2、通过预习回答下列问题
(1)如何测定试样的原始横截面面积游标卡尺
(2)低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算下屈服阶段
(3)对低碳钢试样拉断后的标距测量,什么情况可以直接对接测量?
什么情况要求用断口移中法测量?
(要仔细阅读标距测量断口移中法)1/3*l0内,否则且测量结果不合格的时候可采用断口移中法测量。
二、实验原始数据
三、数据处理
(一)低碳钢拉伸弹性模量E的测定
(二)E值
(三)强度指标和塑性指标的测定
指导老师签名:
徐
强度和断面收缩率确定的计算过程:
思考题
1、测定E时为何要加初载荷F0,限制最高载荷Fn?
采用分级加载的目的是什么?
为了减小误差。
分级加载目的是使测得的弹性模量E减小误差,同时验证材料是否处于弹性状态,以保证实验结果的可靠性。
实验四扭转破坏实验
一、实验预习
I、实验目的
II、实验原理及方法
低碳钢实验步骤:
1、测量试样;
2、检查设备线路,并打开设备电源以及配套软件操作界面;
3、安装扭角测试装置,将一个定位环夹盒套在试样的一端,装上卡盘,将螺钉拧紧,再将另一个定位环夹套在试样的另一端,装上另一卡盘;根据不同的试样标距要求,将试样搁放在相应的V形块上,使卡盘和V形块的两端贴紧,保证卡盘与试样垂直,以确保标距准确,将卡盘上的螺母拧紧;
4、将试验机两端夹头对正,装夹试件,进行保护,清零;
5、记录实验数据;
6、实验结束后,取下试件,观察试样破坏断口形貌,打印实验结果,关闭软件,关闭电源。
铸铁实验步骤:
与低碳钢扭转实验步骤相同。
铸铁是脆性材料,只需记录试件的最大扭矩无需安装扭角测量装置。
二、实验原始数据
指导老师签名:
徐
三、数据处理
强度确定的计算过程:
四、思考题
1、低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线,此后经历大量塑性变形并沿横截面断裂,纵向线扭转了一定角度,圆周线和纵向线都偏移了一定角度,但圆筒沿轴线及周线的长度都没有变化。
说明了扭转平面假设的正确性。
2、低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。
低碳钢试样的断面与横截面重合,断面是最大切应力作用面,断口较为平齐,可知为剪切破坏。
铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面,断面是最大拉应力作用面,断口较为粗糙,因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。
实验五低碳钢切变模量G的测定
一、实验预习
I、实验目的
1、测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G;
2、了解扭角仪的原理。
II、实验原理及方法
机测法
,
Lo(标矩)=100mm,
(表分表读数)1/100mm
,
——极惯性矩
平均增量法
,
注意:
每加一级砝码需轻敲击一下加力杆以克服变形传递时的机械间隙。
电测法
纯剪切
,
图(b)
,
图(c)半桥接法
应变仪读数
平均增量法
III、本次实验应变仪选用半桥组桥方式,画出相应的电路原理图。
二、实验原始数据
1、切变模量G试验试样尺寸及有关参数
2、切变模量G试样结果
G取三位有效数字。
三、数据处理
四、讨论
1、比较机测法和电测法测G的结果,对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。
电测法的灵敏度高,精确度也比较高,可以实测,遥测。
高温,高压,动态等特殊工作条件都可以使用,而缺点是不能测出构件内部的应变,也不能准确地反映应变分部的急剧变化。
而机测法操作简单但是精度不高。
实验六纯弯曲梁的正应力实验
一、实验预习
I实验目的
1、初步掌握电测方法和多点测量技术;
2、测定梁在纯弯和横力弯曲下的弯曲正应力及其分布规律。
II实验设备
1、电子万能试验机或简易加载设备;
2、电阻应变仪及预调平衡箱;
3、进行截面钢梁。
III实验原理
IV本次实验应变仪选用1/4组桥方式,画出相应的外接应变片接线图和电路原理图
V根据梁的尺寸和载荷,用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=1kN时,横截面上、下边缘及距离中性层h/4处的应力,并用胡克定律估算梁上应变片在F=1kN时的应变值
二、实验数据
钢梁几何尺寸
b
h
L
a
C
k
E
20mm
40mm
600mm
200mm
30mm
2.19
215GPa
组别号:
方婕陈宇超宣哲何恺杰指导老师签名:
徐
三、数据处理
1、横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN时的实测应力增量。
横截面上边缘是1测点号,下边缘是5测点号。
离中性层
2、误差计算(中性层的应力计算绝对误差,其他为相对误差)
四、思考题
(1)分析你的原始数据记录,总结你这次测量数据的偏差情况。
从处理的数据来看,上边缘的误差最小,其他误差也较小,因此本次测量数据的偏差不大,二次在相同△F下测量的结果△ε也较为相近。
(2)整理实验数据时,对中间几个测点,应取前后两枚应变片应变的平均值。
试问在实测中这一平均值可用什么方法直接得到?
怎么组桥?
请画出测量桥的电路原理图。
在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的,因为如果将前后2枚应变片组成半桥测量的话,其应变值刚好互相抵消了。
只有上下2枚应变片是可以组成半桥来直接测量的,一个受拉,一个受压,更改下方式或系数就可以直接得到其平均值。
实验七弯扭组合变形的主应力测定
一、实验预习
I实验目的
1、测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力;
2、测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。
II实验原理
1、弯矩M测定。
在贴片情况下,应弯矩引起X方向的应变,利用半桥接法可以得到加载时应变仪读数
温度影响不用考虑,此外,
,可得
,即利用+45°/-45°应变片组成全桥,可以测得扭矩。
III理论计算载荷为9.8N时圆管各测量点(有2点)的主应力大小及方向(要求画出主单元体,明确X轴的方位)
A:
B:
IV本实验所用应变花的布片示意图和简要说明(要求设定的X轴与上述“3”的设定一致)。
二、实验原始数据
三、数据处理
根据你的实测应变增量值,计算载荷为9.8N时圆管测量点的主应力大小及方向(要求画出主单元体,明确X轴的方位)
A
B
实验八压杆稳定实验
一、实验预习
I实验目的
1、观察压杆的失稳
2、测定两端铰支压杆的临界压力
3、观察改变支座约束对压杆临界压力的影响
II设备及装置
1、带有力传感和显示器的简易加载装置或万能电子试验机
2、数字应变仪
3、大量程百分表及支架
4、游标卡尺及卷尺
5、试样,压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆,截面为矩形,两端加工成带有小圆弧的刀刃,在试样中点的左右两端各贴一枚应变片。
6、支座,支座为浅V性压杆变形时两端可以绕着Z轴转动,故可作为铰支架。
III实验原理及方法
1、加载时,应变仪读数不可超过2500,以防产生塑性变形。
二、实验原始数据
三、数据处理
(用matlab软件绘制)
由图可知临界压力应该是800N。
这是实测值。
而理论值得计算如下:
实测值只是由图估计,另外测量时由于仪器老化等问题也会出现误差。
四、思考题
1、若临界压力的实测值远低于理论值,其主要原因是什么?
有可能是V形支座的底线不在压杆的同一纵向对称平面内,也有可能是材料不均匀程度较大,压力偏心现象严重,导致临界压力实测值远低于理论值;
可能在装夹压杆时,压杆就有受力,有初始弯曲,受初始弯矩等因素的影响;
由于实验所用仪器精度较低,不能准确显示实际压力。
实验九冲击实验
一、实验预习
1、实验目的
i了解冲击实验的意义,材料在冲击载荷作用下所表现的性能。
ii测定低碳钢和铸铁的冲击韧度值。
2、设备及装置
i摆式冲击试验机
ii游标卡尺
3、实验原理和方法
冲击实验是研究材料对于动荷抗力的一种实验,和静载荷作用不同,由于加载速度快,使材料内的应力骤然提高,变形速度影响了材料的机构性质,所以材料对动载荷作用表现出另一种反应。
往往在静荷下具有很好塑性性能的材料,在冲击载荷下会呈现出脆性的性质。
此外在金属材料的冲击实验中,还可以揭示了静载荷时,不易发现的某结构特点和工作条件对机械性能的影响(如应力集中,材料内部缺陷,化学成分和加荷时温度,受力状态以及热处理情况等),因此它在工艺分析比较和科学研究中都具有一定的意义。
二、实验原始数据
指导老师:
徐
三、数据处理
此实验可以看出低碳钢的冲击韧度远远大于铸铁,进一步说明铸铁是脆性材料,易碎。
意见和建议
老师们很耐心地教实验,很负责地讲解,让我们受益颇深。
建议能否有一本实验指导用书。
这样可能会更好一些。
希望材料力学实验课越上越好。
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- 材料力学 实验