1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)一低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼的屈服極限s、強(qiáng)度極限b、伸長(zhǎng)率和斷面收縮率；2觀察低碳鋼拉伸過(guò)程中的彈性變形、屈服、強(qiáng)化和縮頸等物理現(xiàn)象；3. 熟悉材料試驗(yàn)機(jī)和游標(biāo)卡尺的使用。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1手動(dòng)數(shù)顯材料試驗(yàn)機(jī)2MaxTC220試驗(yàn)機(jī)測(cè)試儀3游標(biāo)卡尺四、試樣制備低碳鋼試樣如圖所示，直徑d=10mm，測(cè)量并記錄試樣的原始標(biāo)距L0。五、實(shí)驗(yàn)原理1. 材料達(dá)到屈服時(shí)，應(yīng)力基本不變而應(yīng)變?cè)黾?，材料暫時(shí)失去了抵抗變形的能力，此時(shí)的應(yīng)力即為屈服極限s。2. 材料在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力，即為強(qiáng)度極限b。3. 試樣的原始標(biāo)距為L(zhǎng)0，拉斷后將兩段試

2、樣緊密對(duì)接在一起。量出拉斷后的長(zhǎng)度L1，伸長(zhǎng)率為拉斷后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比，即 4. 拉斷后，斷面處橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比為斷面收縮率，即式中A0試樣原始橫截面積；A1試樣拉斷后斷口處最小橫截面積。六、實(shí)驗(yàn)步驟1調(diào)零。打開(kāi)力儀開(kāi)關(guān)，待示力儀自檢停后，按清零按鈕，使顯示屏上的按鈕顯示為零。2加載。用手握住手柄，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)施力使動(dòng)軸通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)千斤頂?shù)慕z杠上升，使試樣受力，直至斷裂。3示力。在試樣受力的同時(shí)，裝在螺旋千斤頂和頂梁之間的壓力傳感器受壓產(chǎn)生壓力信號(hào)，通過(guò)回蕊電纜傳給電子示力儀，電子示力儀的顯示屏上即用數(shù)字顯示出力值。4關(guān)機(jī)。實(shí)驗(yàn)完畢，卸下試樣，操作定載升降

3、裝置使移動(dòng)掛梁降到最低時(shí)關(guān)閉力儀開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源。 七、數(shù)據(jù)處理1. 記錄相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)原始直徑斷口直徑原始標(biāo)距拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度（mm）do=10mmd1=Lo=L1=2. 計(jì)算伸長(zhǎng)率和斷面收縮率3. 在應(yīng)力應(yīng)變圖中標(biāo)出屈服極限s和強(qiáng)度極限b八、應(yīng)力應(yīng)變圖分析低碳鋼的拉伸過(guò)程分為四個(gè)階段，分別為彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和縮頸階段。1. 彈性變形階段：在拉伸的初始階段，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系為直線，此階段符合胡克定律，即應(yīng)力和應(yīng)變成正比；2. 屈服階段：超過(guò)彈性極限后，應(yīng)力增加到某一數(shù)值時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)接近水平線的小鋸齒形線段，此時(shí)，應(yīng)力基本保持不變，而應(yīng)變顯著增加，材料失去了抵抗變形的能力，

4、鋸齒線段對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為屈服極限；3. 強(qiáng)化階段：經(jīng)屈服階段后，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形，必須增加拉力，強(qiáng)化階段中最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為材料所能承受的最大應(yīng)力，即強(qiáng)度極限；4. 縮頸階段：當(dāng)應(yīng)力增大到最大值之后，試樣某一局部出現(xiàn)顯著收縮，產(chǎn)生縮頸，此后使試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)所需要的拉力減小，最終試樣在縮頸處斷裂。九、實(shí)驗(yàn)作業(yè)1說(shuō)明測(cè)定屈服極限s、強(qiáng)度極限b、伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的實(shí)驗(yàn)原理及拉伸實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟；2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算材料的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率；3. 在應(yīng)力應(yīng)變圖中標(biāo)出屈服極限s和強(qiáng)度極限b；4. 對(duì)應(yīng)力應(yīng)變圖進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)二測(cè)定材料彈性模量E一、實(shí)驗(yàn)名稱測(cè)定材料的彈性

5、模量。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測(cè)定Q235鋼彈性模量E的實(shí)驗(yàn)方法；2熟悉CEG-4K型測(cè)E試驗(yàn)臺(tái)及其配套設(shè)備的使用方法。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1CEG-4K型測(cè)E試驗(yàn)臺(tái)2球鉸式引伸儀四、主要技術(shù)指標(biāo)1. 試樣：Q235鋼，如圖所示，直徑d=10mm，標(biāo)距L=100mm。2. 載荷增重F=1000N（砝碼四級(jí)加載，每個(gè)砝碼重25N，初載砝碼一個(gè)，重16N，采用1：40杠桿比放大）五、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，從F0到F4逐級(jí)加載，載荷的每級(jí)增量為1000N。每次加載時(shí)，記錄相應(yīng)的長(zhǎng)度變化量，即為F引起的變形量。在逐級(jí)加載中，如果變形量L基本相等，則表明F與L為線性關(guān)系，符合胡克定律。完成一次加載過(guò)程，將得到L的一組

6、數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，求L1到L4的平均值L平，代入胡克定律計(jì)算彈性模量。即備注：引伸儀每格代表0.001mm。六、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1調(diào)節(jié)吊桿螺母，使杠桿尾部上翹一些，使之與滿載時(shí)關(guān)于水平位置大致對(duì)稱。2把引伸儀裝夾到試樣上，必須使引伸儀不打滑。注意：對(duì)于容易打滑的引伸儀，要在試樣被夾處用粗紗布沿圓周方向打磨一下。引伸儀為精密儀器，裝夾時(shí)要特別小心，以免使其受損。采用球鉸式引伸儀時(shí)，引伸儀的架體平面與試驗(yàn)臺(tái)的架體平面需成45°左右的角度。3掛上砝碼托。4加上初載砝碼，記下引伸儀的初讀數(shù)。5分四次加等重砝碼，每加一次記錄一次引伸儀的讀數(shù)。注意：加砝碼時(shí)要緩慢放手，以使之為靜載，防止砝碼失

7、落而砸傷人、物。6實(shí)驗(yàn)完畢，先卸下砝碼，再卸下引伸儀。七、數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算1. 原始數(shù)據(jù)記錄分級(jí)加載初載一次加載二次加載三次加載四次加載引伸儀讀數(shù)L0=L1=L2=L3=L4=2. 計(jì)算（1）各級(jí)形變量的計(jì)算分級(jí)加載一次加載二次加載三次加載四次加載平均值形變量L1=L2=L3=L4=L平=（2）材料面積的計(jì)算（3）彈性模量的計(jì)算（彈性模量單位MPa）八、實(shí)驗(yàn)作業(yè)1說(shuō)明測(cè)定彈性模量E的實(shí)驗(yàn)原理、步驟及注意事項(xiàng)；2根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的原始數(shù)據(jù)，計(jì)算材料的彈性模量E。實(shí)驗(yàn)三低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)定低碳鋼的剪切屈服極限及剪切強(qiáng)度極限；2測(cè)定鑄鐵的剪切強(qiáng)

8、度極限；3觀察比較兩種材料扭轉(zhuǎn)變形過(guò)程中的各種現(xiàn)象及其破壞形式，并對(duì)試件斷口進(jìn)行分析。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)2游標(biāo)卡尺四、試樣制備低碳鋼和鑄鐵試樣如圖所示，直徑d=10mm，分別測(cè)量并記錄試樣的原始標(biāo)距L0。五、實(shí)驗(yàn)原理扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)是將材料制成一定形狀和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)試樣，置于扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上面的自動(dòng)繪圖裝置可繪出扭轉(zhuǎn)曲線，并能測(cè)出金屬材料抵抗扭轉(zhuǎn)時(shí)的屈服扭矩和最大扭矩。通過(guò)計(jì)算可求出屈服極限及剪切強(qiáng)度極限。 其中：六、實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)量試件標(biāo)距；2選擇試驗(yàn)機(jī)的加載范圍，弄清所用測(cè)力刻度盤(pán)；3安裝試樣，調(diào)整測(cè)力指針；4實(shí)驗(yàn)測(cè)試。開(kāi)機(jī)緩慢加載，注意觀察試件、測(cè)力指針和記錄圖，記錄

9、主要數(shù)據(jù)，在低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)，有屈服現(xiàn)象，記錄測(cè)力盤(pán)指針擺動(dòng)的最小扭矩為屈服扭矩Ts，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束記錄最大扭矩Tb；5鑄鐵在扭轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)屈服現(xiàn)象，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束記錄最大扭矩Tb；6關(guān)機(jī)取下試件，將機(jī)器恢復(fù)原位。七、數(shù)據(jù)記錄及處理1. 原始數(shù)據(jù)記錄材料直徑d0(mm)標(biāo)距L0(mm)屈服扭矩Ts(Nm)最大扭矩Tb(Nm)低碳鋼10鑄鐵102. 計(jì)算（1）抗扭截面系數(shù)Wt的計(jì)算（單位mm3）（2）低碳鋼的屈服極限及剪切強(qiáng)度極限的計(jì)算（單位MPa） （3）鑄鐵剪切強(qiáng)度極限的計(jì)算（單位MPa）八、繪制斷口示意圖并分析破壞原因(a)低碳鋼斷口示意圖 (b)鑄鐵斷口示意圖破壞原因分析：低碳鋼材料的抗剪能力低于抗拉

10、（壓）能力，低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)沿最大切應(yīng)力的作用面發(fā)生斷裂，為切應(yīng)力作用而剪斷，因此，其破壞斷面與曲線垂直，見(jiàn)圖(a)所示；鑄鐵材料的抗拉強(qiáng)度較低，鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)沿最大拉應(yīng)力的作用面發(fā)生斷裂，由應(yīng)力狀態(tài)可知，純剪切最大拉應(yīng)力作用的主平面與X軸夾角為45°，因此，鑄鐵圓形試件破壞斷面與軸線成45°螺旋面，如圖(b)所示。九、實(shí)驗(yàn)作業(yè)1說(shuō)明測(cè)定低碳鋼剪切屈服極限、剪切強(qiáng)度極限及鑄鐵剪切強(qiáng)度極限的實(shí)驗(yàn)原理及步驟；2根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的原始數(shù)據(jù)，計(jì)算低碳鋼的剪切屈服極限、剪切強(qiáng)度極限及鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限；3繪制低碳鋼和鑄鐵的斷口示意圖，并分析其破壞原因。實(shí)驗(yàn)四矩形截面梁純彎曲正應(yīng)力的電測(cè)實(shí)驗(yàn)

11、一、實(shí)驗(yàn)名稱矩形截面梁純彎曲正應(yīng)力的電測(cè)實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)使用電阻應(yīng)變儀，初步掌握電測(cè)方法；2測(cè)定矩形截面梁純彎曲時(shí)的正應(yīng)力分布規(guī)律，并與理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式的正確性。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1WSG80型純彎曲正應(yīng)力試驗(yàn)臺(tái)2靜態(tài)電阻應(yīng)變儀四、主要技術(shù)指標(biāo)1矩形截面梁試樣圖1 試樣受力情況材料：20號(hào)鋼，E=208×109Pa；跨度：L=600mm，a=200mm，L1=200mm；橫截面尺寸：高度h=28mm，寬度b=10mm。2載荷增量載荷增量F=200N（砝碼四級(jí)加載，每個(gè)砝碼重10N采用1：20杠桿比放大），砝碼托作為初載荷，F(xiàn)0=26 N。3精度 滿足教

12、學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，誤差一般在5%左右。五、實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示，CD段為純彎曲段，其彎矩為，則，。根據(jù)彎曲理論，梁橫截面上各點(diǎn)的正應(yīng)力增量為： （1）式中：y為點(diǎn)到中性軸的距離；Iz為橫截面對(duì)中性軸z的慣性矩，對(duì)于矩形截面 （2）由于CD段是純彎曲的，縱向各纖維間不擠壓，只產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，所以各點(diǎn)均為單向應(yīng)力狀態(tài)。只要測(cè)出各點(diǎn)沿縱向的應(yīng)變?cè)隽?，即可按胡克定律?jì)算出實(shí)際的正應(yīng)力增量。 （3）在CD段任取一截面，沿不同高度貼五片應(yīng)變片。1片、5片距中性軸z的距離為h/2，2片、4片距中性軸z的距離為h/4，3片就貼在中性軸的位置上。測(cè)出各點(diǎn)的應(yīng)變后，即可按（3）式計(jì)算出實(shí)際的正應(yīng)力增量，并畫(huà)出正應(yīng)力沿截面

13、高度的分布規(guī)律圖，從而可與（1）式計(jì)算出的正應(yīng)力理論值進(jìn)行比較。 六、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1開(kāi)電源，使應(yīng)變儀預(yù)熱。2在CD段的大致中間截面處貼五片應(yīng)變片與軸線平行，各片相距h/4，作為工作片；另在一塊與試樣相同的材料上貼一片補(bǔ)償片，放到試樣被測(cè)截面附近。應(yīng)變片要采用窄而長(zhǎng)的較好，貼片時(shí)可把試樣取下，貼好片，焊好固定導(dǎo)線，再小心裝上。3調(diào)動(dòng)蝶形螺母，使杠桿尾端翹起一些。4把工作片和補(bǔ)償片用導(dǎo)線接到預(yù)調(diào)平衡箱的相應(yīng)接線柱上，將預(yù)調(diào)平衡箱與應(yīng)變儀聯(lián)接，接通電源，調(diào)平應(yīng)變儀。5先掛砝碼托，再分四次加砝碼，記下每次應(yīng)變儀測(cè)出的各點(diǎn)讀數(shù)。注意加砝碼時(shí)要緩慢放手。6取四次測(cè)量的平均增量值作為測(cè)量的平

14、均應(yīng)變，代入（3）式計(jì)算可得各點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力，并畫(huà)出測(cè)量的正應(yīng)力分布圖。7加載過(guò)程中，要注意檢查各傳力零件是否受到卡、別等，受卡、別等應(yīng)卸載調(diào)整。8實(shí)驗(yàn)完畢將載荷卸為零，工具復(fù)原，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查方可關(guān)閉應(yīng)變儀電源。七、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算彎曲梁截面各點(diǎn)處的理論正應(yīng)力增量（1）記錄測(cè)點(diǎn)的位置測(cè)點(diǎn)編號(hào)12345測(cè)點(diǎn)至中性軸的距離y(mm)1470714（2）計(jì)算矩形橫截面對(duì)中性軸z的慣性矩Iz （3）根據(jù)公式直接計(jì)算各點(diǎn)的理論正應(yīng)力增量測(cè)點(diǎn)編號(hào)12345理論正應(yīng)力增量(MPa)2計(jì)算彎曲梁截面各點(diǎn)處的實(shí)際正應(yīng)力增量（1）各測(cè)點(diǎn)原始數(shù)據(jù)記錄測(cè)點(diǎn)初載一次加載二次加載三次加載四次加載1應(yīng)變儀讀數(shù)0=1=2=3

15、=4=2應(yīng)變儀讀數(shù)0=1=2=3=4=3應(yīng)變儀讀數(shù)0=1=2=3=4=4應(yīng)變儀讀數(shù)0=1=2=3=4=5應(yīng)變儀讀數(shù)0=1=2=3=4=（2）各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變?cè)隽康挠?jì)算測(cè)點(diǎn)一次加載二次加載三次加載四次加載平均值1應(yīng)變?cè)隽?=2=3=4=平=2應(yīng)變?cè)隽?=2=3=4=平=3應(yīng)變?cè)隽?=2=3=4=平=4應(yīng)變?cè)隽?=2=3=4=平=5應(yīng)變?cè)隽?=2=3=4=平=（3）各測(cè)點(diǎn)實(shí)際正應(yīng)力增量的計(jì)算測(cè)點(diǎn)編號(hào)12345實(shí)際正應(yīng)力增量(MPa)3計(jì)算各測(cè)點(diǎn)理論與實(shí)際正應(yīng)力的誤差e 測(cè)點(diǎn)編號(hào)12345誤差e八、實(shí)驗(yàn)作業(yè)1說(shuō)明矩形梁純彎曲正應(yīng)力電測(cè)實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)等；2分別計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的理論和實(shí)際彎曲正應(yīng)力

16、增量，驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式的正確性；3繪制彎曲正應(yīng)力沿截面高度的分布規(guī)律圖。實(shí)驗(yàn)五測(cè)定材料切變模量G一、實(shí)驗(yàn)名稱測(cè)定材料切變模量G。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握測(cè)定Q235鋼切變模量G的實(shí)驗(yàn)方法；2熟悉NY-4型扭轉(zhuǎn)測(cè)G儀的使用方法。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1NY-4型扭轉(zhuǎn)測(cè)G儀2百分表3游標(biāo)卡尺四、主要技術(shù)指標(biāo)1. 試樣：直徑d=10mm，標(biāo)距L0=60-100mm（可調(diào)）， 材料Q235鋼。2力臂：長(zhǎng)度a=200mm，產(chǎn)生最大扭矩T=4Nm。3百分表：觸點(diǎn)離試樣軸線距離b=100mm，放大倍數(shù)K=100格/mm，用百分表測(cè)定扭轉(zhuǎn)的位移。4. 砝碼：4塊，每塊重5N，砝碼托作初載荷，T0=0.26Nm，扭矩增

17、量T=1Nm。5精度：誤差不超過(guò)5%。五、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)時(shí)，從F0到F4逐級(jí)加載，扭矩的每級(jí)增量為1Nm。每次加載時(shí)，相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角變化量即為T(mén)引起的變形量。在逐級(jí)加載中，如果變形量基本相等，則表明與T為線性關(guān)系，符合剪切胡克定律。完成一次加載過(guò)程，可計(jì)算得到的一組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，求1到4的平均值平，代入剪切胡克定律計(jì)算彈性模量。即六、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1桌面目視基本水平，把儀器放在桌上（先不加砝碼托及砝碼）。2調(diào)整兩懸臂桿的位置，大致達(dá)到選定標(biāo)距，固定左旋臂桿，再固定右旋臂桿，調(diào)整右橫桿，使百分表觸頭距試樣軸線距離b=100mm，并使表針預(yù)先轉(zhuǎn)過(guò)十格以上（b值也可不調(diào)，按實(shí)際測(cè)值計(jì)算）。3用游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)距，作為實(shí)際計(jì)算用。4掛上砝碼托，記下百分表的初讀數(shù)。5分四次加砝碼，每加一次記錄一次表的讀數(shù)，加砝碼時(shí)要緩慢放手。6實(shí)驗(yàn)完畢，卸下砝碼。七、數(shù)據(jù)記錄及