材料力学实验指导
专业：
学号：
姓名：
西南交通大学峨眉校区力学实验中心
一、学生实验须知
1．学生进入实验室，要严格遵守实验室的各项规章制度，服从指导教师的安排；
2．严禁在实验室大声喧哗和嬉戏；
3．保持实验室周围的整洁，不乱扔纸屑、果皮，不随地吐痰，严禁吸烟；
4．实验前应预习实验内容，弄清实验目的、原理和方法；
5．实验过程中应严肃认真，严格按照规定步骤操作，自己动手完成，及时记录和整理实验数据，不得转抄他人数据，要培养自己严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力；
6．使用仪器设备时，应严格遵守操作规程，若发现异常现象应立即停止使用，并及时向指导教师报告。如果因违反操作规程（或未经许可使用）而造成设备损坏，应按学校有关规定赔偿损失。
7．实验结束后，应将仪器设备和桌凳整理好并归还原位，协助打扫实验室卫生，经指导老师检查合格后方能离开实验室；
8．学生应按时（最迟不超过一周时间）上交实验报告，以供老师批改统计成绩。
二、实验仪器设备介绍
（一）材料力学多功能组合实验台
材料力学多功能组合实验台（以下简称实验台）是方便学生自己动手做材料力学电测实验的设备，配套使用的仪器设备还有：拉压型力传感器、力&应变综合参数测试仪、电阻应变片、连接导线与梅花改刀等，并配有计算机接口，可实现数据的计算机自动采集与计算。一个实验台可做多个电测实验，功能全面，操作简单，实验台结构如图2-1所示。
图2-1 材料力学多功能组合实验台
实验台为框架式整体结构，配置有拉压型力传感器及标准测点应变计(在试件待测点表面粘贴的电阻应变片)，通过力&应变综合参数测试仪（以下简称测试仪）实现力与应变的实时测量。实验台分前后两半部分，前半部分可做弯扭组合变形实验、材料弹性模量与泊松比测定实验、偏心拉伸实验、压杆稳定实验、悬臂梁实验、等强度梁实验；后半部分可做纯弯曲梁正应力测试实验、电阻应变片灵敏系数标定实验、组合叠梁实验等。
操作规程如下：
(1)将所作实验的试件通过有关附件连接到架体相应位置，连接拉压型力传感器和加载件到加载机构上。
(2)连接拉压型力传感器电缆线到测试仪后面传感器输入插座，连接电阻应变片导线到测试仪的各个测量通道接线柱上。
(3)打开测试仪电源，预热约20分钟左右，输入力传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般首次使用时已调好，如实验项目及力传感器没有改变，可不必重新设置），在不加载（加力点上下未接触）的情况下将测力初值和应变初值调至零。
(4)在初始值以上对各试件进行分级加载，转动手轮速度要均匀，记下各级力值和待测点各通道的应变值，若已与微机连接，则全部数据可由计算机进行分析处理。
注意事项
(1)每次实验前应事先接通测试仪电源，并打开测试仪电源开关，预热约20分钟左右。
(2)各项实验应从零开始加载，且不得超过规定的最终载荷值。
(3)加载机构作用行程为50mm，手轮转动到行程末端时应停止加载，以免损坏定位件。
(4)实验进行完后，应释放所加荷载，恢复到初始状态。
(5)蜗杆加载机构每半年或定期加润滑机油，避免干磨损，缩短使用寿命。
（二）XL2118C型力&应变综合参数测试仪
XL2118C型力&应变综合参数测试仪具有力、应变同时测试功能，如图2-2所示。使用前应将应变式拉压型力传感器接在仪器后面指定输入插座上，并采用一定的应变片接桥方法，根据测试要求，将相应的电阻应变片导线接入仪器的指定通道相应接线柱上形成一测量电桥，然后打开电源开关，预热一段时间即可正式加力进行测试。
图2-2 XL2118C型力&应变综合参数测试仪
主要特点有：
(1)全数字化智能设计，操作简单，使用方便。
(2)组桥方式全面，可组全桥、半桥、1/4桥，适合各种力学实验。
(3)配接力传感器测量拉压力，传感器配接范围广、精度高（0.01%）。
(4)测点切换采用进口优质器件程控完成，减少因开关氧化引起的接触电阻变化对测试结果的影响。
(5)采用仪器上面板接线方式，接线简单方便；接线端子采用进口端子，接触可靠，不易磨损。
(6)1个测力窗口和6个应变测试窗口，使各测点随不同载荷下的应变直观的同时显示出来，显示直观清晰，在一般情况下，不必进行通切换即可完成全部实验
操作规程如下：
(1)测力模块的使用方法
将力传感器接在测试仪后面指定位置处→打开仪器电源开关，系统自检显示“2118”字样时按下“设定”键两秒钟→设置测力传感器最大量程值（注意：单位指示灯应指示在正确单位上）→再按一下“设定”键，设置测力传感器的灵敏系数为指定值→再按一下“设定”键，设定完毕显示END→关闭电源再打开电源即可。
(2)应变测量模块的使用方法（一般采用“统一设定”）
统一设定：根据实际测试要求接好电桥→打开仪器电源开关，系统自检显示“2118”字样时按下“系数设定”键2秒钟→设置显示参数为“C1 ALL”→再按一下“系数设定”键设置显示为“C2 01”→再按一下“系数设定”键显示“CC –End-”→关闭电源再打开稍
等10秒钟→→→按一下“系数设定”键，修改应变灵敏系数为“F- （正确值）”→再按一下“系数设定”键→再按一下“自动平衡”键结束设置，若发现某通道显示数值不为0，则就检查接线端是否松动→准备加力正式试验。
单独设定：根据实际测试需要接好电桥→打开仪器电源开关，系统自检显示“2118”字样时按下“系数设定”键2秒钟→设置显示参数为“C1 One”→再按一下“系数设定”键设置显示为“C2 01”→再按一下“系数设定”键显示“CC –End-”→关闭电源再打开稍等10秒钟→→→按一下“系数设定”键设置“01 （正确值）”→再按一下“系数设定”键设置“02 （正确值）”→依次类推，直到最后一点设置好后，回到测试状态→按一下“自动平衡”键，若发现某通道显示数值不为0，则就检查接线端是否松动→准备加力正式试验。
（三）电阻应变片及其桥路接法
电测法的基本原理：采用专门的贴片工艺，将电阻应变片粘贴在构件表面待测点上，用电阻应变片测得待测点的线应变，再根据应变与应力之间的关系（胡克定律）确定出构件表面待测点的应力状态。该方法不仅用于验证材料力学的某些基本理论，测量材料的机械性能参数，而且是一种主要的工程测试手段，为解决工程实际问题及从事科学研究提供了良好的实验基础。
惠斯通电桥的基本特性：具有四个桥臂，相邻桥臂所测得的线应变符号相反，相对桥臂所测得的线应变符号相同。初始状态是四个桥臂的电阻相同，电桥处于平衡状态，一但在外力作用下，某个桥臂的电阻值发生改变，电桥将不再平衡，产生一输出信号，通过信号处理与标定，最终可得到构件待测点上的线应变。
电阻应变片在测量电桥中，往往会因环境温度的变化产生温度线应变，可利用电桥的基本特性，采用各种不同的接桥方法以达到温度补偿的目的，从复杂的变形中测量出所需要的应变分量，并可提高测量灵敏度和减少误差。
1、半桥电路接线法
(1)半桥单臂(1/4桥)测量(图2-3（a）)：AB桥臂接工作片，BC桥臂接温度补偿片，应变仪的读数为εd＝ε1，式中ε1为AB桥臂工作片所测得的线应变。
(a)半桥单臂测量 (b)半桥双臂测量
图2-3 半桥电路接线法
(2)半桥双臂测量（图2-3（b））：AB与BC桥臂接工作片，温度应变相互补偿，应变仪
的读数为εd ＝ε1―ε2，式中ε1与ε2分别为AB与BC桥臂工作片所测得的线应变。
2、全桥电路接线法
(1)全桥对臂测量（图2-4（a））：AB、CD桥臂接工作片，BC、AD桥臂接温度补偿片，应变仪的读数为εd＝ε1＋ε4；
(2)全桥测量（图2-4（b））：温度自补偿，应变仪的读数为εd ＝ε1―ε2－ε3＋ε4 。
(a)相对桥臂测量 (b)全桥测量
图2-4 全桥电路接线法
（四）XL3410S 多功能压杆稳定实验装置
XL3410S 多功能压杆稳定实验装置的外形结构如图2-5所示，该实验台主要是为完善和改进材料力学教学实验而研制，压杆稳定作为材料力学教学中的一个难点，可增加学生对压杆承载及失稳的感性知识，加深对压杆承载特性的认识，理解理想压杆是实际压杆的一种抽象，并正确认识二者的联系与差别，感受并实际测量不同支承条件（约束）对同一压杆承载能力的显著影响。
实验装置采用螺旋千斤式加载手轮进行加载，经压力传感器
由“力＆应变综合参数测试仪（后简称：测试仪）”的测力单元测
出力的大小，并由机械电子百分表的表盘直接读出压杆轴向位移
的大小，或将机械电子百分表按全桥接法接在测试仪的应变测试
单元上，间接测出压杆轴向位移。
实验前应将压力传感器接入测试仪后面指定插座上，并将位
移传感器（机械电子百分表）的导线端接在测试仪上面任一通道
上形成全桥，以测量压杆轴向位移，选择压杆不同的两端约束（或
加中间约束）组合方式，安装好弹性压杆，调试测试仪为正常状
图2-5压杆稳定实验装置态即可正式实验。
因实验装置已具备了加力、测力（配置测力仪）和测位移（使用自身刻度盘或百分表）三项基本功能，故除了做弹性压杆稳定实验外，还可兼做其它力学实验与小型结构的静载实验。利于实验室的多台并列配置，方便学生自主实验。其功能还可进一步扩充和完善，为材料力学（及结构力学）实验教学的创新提供了必要的实验平台。
1、主要功能：
基本实验项目
(1)两端铰支
(2)一端固定，一端铰支
(3)两端固定
(4)两端铰支，中间约束
可增选实验项目
(1)一端铰支，一端自由
(2)一端铰支，一端可侧滑
(3)一端固定，一端可侧滑
(4)一端固定，一端自由
(5)一端弹性支撑，一端铰支
(6)一端弹性支撑，一端固定
(7)一端弹性支撑，一端自由
(8)一端弹性支撑，一端可侧滑
2、主要技术数据
(1)实验台重：7.5kg
(2)外形尺寸：200×200×610mm
(3)最大载荷：2kN
(4)测力传感器示值误差：≤±2％
(5)轴向位移测量误差：≤±0.02mm
(6)台体顶、底板中心偏离：≤±1mm
(7)试件截面尺寸：20×2mm
(8)试件材料弹性模量：E＝206GPa
(9)试件初弯曲率（δ/l）：≤1/10000
3、操作规程如下：
(1)将力传感器接在测试仪的后面指定位置，并将百分表接在测试仪的应变测量单元。
(2)在测试仪的测力功能模块处设置力传感器的最大量程和灵敏系数。
(3)在测试仪的应变功能模块处设置机械电子百分表的应变灵敏系数。
(4)调节实验装置的底脚螺母，使装置处于水平固定位置。
(5)按照从下到上的顺序，安装好试验用弹性压杆。
(6)顺时针缓慢转动加载手轮给弹性压杆加力，并记录数据。
三、实验项目及内容
实验一：偏心拉伸变形实验（拉弯组合变形实验）
一、实验目的和要求
1．测定偏心拉伸时最大正应力，验证迭加原理的正确性。 2．分别测定偏心拉伸时由轴力和弯矩所产生的应力。 3．测定偏心距e 。 4．测定弹性模量E 。 二、实验仪器设备与工具
力＆应变综合参数测试仪、组合实验台拉伸部件、梅花改刀、游标卡尺、钢板尺等。 三、预习思考
1．采用什么接桥方式可减小侧向偏心弯矩的影响？ 2．实测中采用什么组桥方式测试精度最高？ 四、实验原理
横截面积为A 0的偏心拉伸试件，如图3-1所示，在外载荷作用下，其轴力F N =F P ，弯矩M=F P ·e ，其中e 为偏心距。现假设弹性模量E 和偏心距e 未知，需要实测。根据迭加原理，得横截面上的应力为单向应力状态，其理论计算公式为拉伸应力和弯矩正应力的代数和。即
2
60min max bh
M
A F P ±
=σσ 偏心拉伸试件及应变片的布置方法如图1-1，R1和R2分别为试件两侧上的两个对称点。则
M F P
εεε+=1 M F P
εεε-=2
式中：P F ε—轴力引起的拉伸应变；
M ε—弯矩引起的最大应变。
图3-1 偏心拉伸试件及布片图
根据桥路原理，采用不同的组桥方式，便可分别测出与轴向力及弯矩有关的应变值P F ε和
M ε，则弹性模量E 和偏心距e 可按下式求得。
A F E P F P
??=
ε， P M F E hb e ????=62ε 最大正应力和由轴力、弯矩分别产生的应力也可方便求得。
M F N
σσσσ+=min
max ， 0A F P F N
=σ， 2266bh e
F bh M P M ?==σ
可直接采用半桥单臂方式测出R1和R2受力产生的应变值ε1和ε2，然后计算出轴力引起的拉伸应变P F ε和弯矩引起的应变εM ；也可采用邻臂桥路接法测出弯矩引起的应变εM ，（采用此接桥方式不需温度补偿片，测量精度为2倍，接线如图3－2（a ））；采用对臂桥路接法可直接测出轴向力引起的应变P F ε，（采用此接桥方式需加温度补偿片，测量精度为2倍，接线如图3-2（b ））。
图3-2 接线图
五、实验步骤
1．测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积A 0。附表3-1
2．拟订加载方案。先选取适当的初载荷F 0（一般取F 0 =10% Fmax 左右），估算Fmax （该实验载荷范围Pmax ≤5000N ），分4～6级加载。
3．根据加载方案，调整好实验加载装置。
4．按实验要求接好线，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。
5. 加载。均匀缓慢加载至初载荷F 0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录应变值P F ε和εM ，直到最终载荷。（附表3-2，半桥单臂测量E 、e
数据表格；附表3-3、对臂桥路测量数据表格；附表3-4，邻臂桥路测量数据表格。）
6．作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。 六、实验结果处理
1．求实测弹性模量E
2
2
1εεε+=
P
F ， 0
A F E P F P
??=
ε
2．求实测偏心距e
2
2
1εεε-=
M ， P
M
F E hb e ????=62ε
3．应力计算（用已知的E 、e ） 理论值
2
0min max 6hb
e
F A F P P ???±?=σσ 实验值（P F ε、M ε见表3-8和表3-9）
)(max M F P
E εεσ+=， )(min M
F P
E εεσ-=
表3-1 偏心拉伸试件相关数据
表3-2 半桥单臂(1/4桥)测量弹性模量E 、偏心距e
表3-3 对臂桥路（全桥）测量轴力应变P F ε
表3-4 邻臂桥路（半桥）测量弯矩应变M ε
实验二：弹性压杆临界力与钢压杆极限承载力的比较实验
一、实验目的
1．观察钢压杆失稳现象，理解钢压杆“极值点失稳”的实质。
2．测定常见支承约束条件下钢压杆失稳的极限载荷F jx，分析支承约束条件对压杆失稳的影响，并与中心压杆的欧拉临界压力F cr进行比较。
3．绘制常见支承约束条件下钢压杆的屈曲模态和压力位移曲线。
二、预习思考
1．欧拉的理想压杆模型有何特征？实验中的压杆与理想压杆有何区别？
2．为什么说欧拉压杆承载力公式是在小变形条件下导出的？
3．不同的支承约束方式对压杆的临界载荷有何影响？材料力学中是以什么参量来表示这种影响的？
三、实验仪器和设备
1．多功能压杆稳定试验装置
试验装置的结构简图如图3-3所示，它由底板、顶板和四根立柱构成加力架。在顶板上安装了加力和测力系统。采用螺旋加力方式，拧进顶部的加载手轮（加力旋钮）使丝杠顶推压头向下运动，即可对压杆加载。测力传感器中的弹性敏感元件置于丝杠和压头的芯轴之间。位移传感器为机电百分表，也装于顶板，通过承托卡感应压头的位移。这两种传感器的弹性元件上的电阻应变计均联接成全桥电路，输出的应变信号通过电缆接入仪器的相应插座，经放大和模数（A/D）转换，直接显示力值和位移值。
试验装置配备的支承有：下端铰支2副，中间约束卡1副；上铰支承（滚珠帽）1副。
图3-3 压杆稳定试验台图3-4 压杆稳定试样
2．压杆试件
压杆试件如图3-4所示，压杆和托梁均由65Mn弹簧钢制成，材料弹性模量E=210GPa，屈服极限 S为785MPa，试件截面尺寸为 b（宽）×t（厚）=20×2mm2，各种支承条件下压杆的计算长度参考图中的有关尺寸（L i）。
3．力&应变综合参数测试仪、游标卡尺、钢直尺等 四、实验原理
对于轴向受压的理想细长直杆（即柔度λ≥λP ），按小变形理论，其临界载荷可由欧拉公式求得：
2
min
2)
(L EI F cr μπ= 式中：E 为材料的弹性模量；I min 为压杆截面的最小轴惯性矩；L 为压杆的实际长度，本实验中根据两端的支承情况取不同的值；μ为长度因数。
实验所采用的压杆稳定试验装置为了简化压力位移曲线测量，以压杆受压时产生的轴向位移Δ替代压杆中点的侧向位移（挠度）f ，因为二者在数学上是相关的，当然不同支承条件下的Δ－f 关系有所不同。例如，在两端铰支条件下，其关系式为?=
L f π
2
。
对于理想状态的中心受压直杆，当F 图3-5 压力与侧向位移曲线的可能形态 但是实际的压杆，不可避免地会有一些初始曲率；压杆的材质不可能是绝对均匀的，有时还存在残余应力，以致杆受压后其横截面上产生的分布应力的合力的作用线不与杆轴线重合；同时压力的作用线不可能毫无偏差地与杆轴线重合；压杆的约束也不可能是完全光滑的。所有这些因素都导致实际压杆的失稳过程具有一些区别于理想压杆失稳的特点，因而实验中测定的压杆的极限荷载F jx 只可能逼近欧拉载荷F cr ，实验的精度很大程度上取决于实验试件的制造、实验装置的调试和实验过程的操作，应引起高度重视。 对于在制造（选材、热处理和磨削）过程中压杆加工精度高，压杆安装精度也高的实验，压杆便可达到很高的最大承载力F max ，杆件无明显的弯曲，F －f 关系也呈较陡的斜直线。当 压杆的内能达到一定水平，超过了杆端支承的静摩擦等阻力因素，压杆就会突然弯曲，压力突降趋于平稳后的载荷即为压杆的极限载荷F jx ，如图中的曲线O A ′B ′。如果试件在制造和安装过程中精度不够，压杆在受力开始即产生弯曲变形，致使F －f 曲线的OA″段发生倾斜，但此时弯曲变形较之压缩变形还不是主要的，其挠度f 增加较慢，而当F 趋近于F cr 时弯曲变形成为主要变形，f 则急剧增大如图3-5中的曲线O A ″B ″所示。作曲线O A ″B ″的水平渐近线，与之对应的载荷纵坐标即代表压杆的极限载荷F jx 。 五、实验方法和步骤 1．试件的测量和安装 测量试件的长度L 、宽度b 和厚度t 。因试件厚度t 对临界载荷影响很大，故应在沿压杆长度方向测取5～6处的厚度数据，取其平均值用以计算截面的最小轴惯性矩I min 。 设定压杆试验的模式（支承方式），按支承方式如图3-11的要求，调整支座，并仔细检查是否符合设定状态，特别注意尽可能使压力作用线与压杆轴线重合。 调整底板上的调平螺母使试验台体稳定。 2．仪器的联接 将力和轴向位移传感器电缆接入仪器的相应输入位置，若用计算机采集数据，需接好与计算机并口的连接电缆和电源线，打开电源开关。 3．为保证试件失稳后不发生屈服，试验前应根据欧拉公式估算试验的欧拉临界力F cr ，并根据下式估算在弹性范围内试件允许的最大挠度f max ，即 W f F S F cr cr max ≤[σ] 式中：S 0、W 分别为试件横截面面积和抗弯截面模量。 [σ]取(0.7－0.8)σs ，σs 为试件材料的屈服极限。 可将最大挠度f max （横向位移）换算为最大轴向位移Δmax 。 图3-6 可供选择的支承方式及其编号 4．仪器调试，预加载 在测试仪的测力功能模块处设置力传感器的最大量程和灵敏系数，详见前面仪器设备介绍的力/应变综合参数测试仪的操作规程，这里不再叙述。 同理，设置好应变测量模块的相关参数。 然后进行荷载、位移传感器初始状态的调整：松开加力旋钮，再慢慢拧进，当所显示的力值稍微改变时，即可调整百分表下的调节垫，确定百分表指针读数达到5mm 左右为位移初始零点，并将力值初值归零。 5．开始实验 缓慢地连续地转动加载手轮给压杆加力，反复观察试件变形现象及弹性曲线特征，体味加力时的手感，注意有无手感突然松驰，试件突然变弯，压力突然下降现象。若有，则此时试件是从直线状态平衡瞬即跳至微弯状态平衡，记录下最大载荷F max 和压杆的极限荷载值F jx 。 以上的实验过程应重复几次，方可鉴别。 6．作完一种模式的压杆稳定实验，可依次设定作其他模式的压杆稳定试验，重复以上的操作步骤。由图3-6可知，上、中、下三类支座的组合方式甚多（几十种），可供选择的实验项目很多，学生的选择余地很大。至于弹性支承条件下的压杆稳定试验可作为探索性的实验项目或留作后续课程选做。 六、实验结果处理 1．将实验数据整理填入表3-5、表3-6中。 比较各种支承条件下理论临界力F cr 与实验极限载荷F jx 的差异，说明产生的原因，并说明支承条件对压杆临界承载力的影响。 2．绘制出压杆失稳的屈曲模态。 3. 理论值的计算：（注意L 和μ的不同取值） i L μλ= ，t A I i 6 3min == ，2 min 2)(L EI F cr μπ= 实验值的确定：压力突降趋于平稳后的载荷即为压杆的极限载荷F jx 。 七、复习思考题 1．在整个加载过程中，压杆平衡状态的性质（状态的稳定性）有何变化？如何解释平衡状态“跳跃”的机理？为何在有的情况下却又没有这种现象？ 2．仔细对比每次出现的峰值F max ，可见该值是不稳定的，有时甚至差别很大，为什么？它是否对应于理想压杆的F cr ？ 3．由图3-5可见，实验中的压杆可能出现两个特征压力值F max 和F jx ，为什么不应将F max 而将F jx 作为实验压杆的极限承载能力的衡量指标？为什么F jx 与相应的理想压杆临界力F cr 值相对应？ C 61`材料的拉伸压缩实验 一、实验目的 1.观察试件受力和变形之间的相互关系； 2.观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理 现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3.测定拉伸时低碳钢的强度指标（s 、b ）和塑性指标（、）；测定压 缩时铸铁的强度极限b。 4.学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。 二、实验设备 1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 三、实验材料 拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示： d l l 图1 拉伸试件图2 压缩试件 四、实验原理 1、拉伸实验 低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。 对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响； B 点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs 时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s =F s / A 0（A 0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。 图3 低碳钢拉伸曲线 屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷F b 后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式b =F b /A 0计算强度极限（A 0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率和端面收缩率 ，即 %100001?-= l l l δ，%1000 1 0?-=A A A ψ 式中，l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度，A 1为颈缩处的横截面积。 2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换和处理， 并输入计算机，得到F-l 曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。 图4 铸铁压缩曲 线 材料力学实验指导书 §5 梁弯曲正应力电测实验指导书 1、概述 梁是工程中常用的受弯构件。梁受弯时，产生弯曲变形，在结构设计和强度计算中经常要涉及到梁的弯曲正应力的计算，在工程检验中，也经常通过测量梁的主应力大小来判断构件是否安全，也可采用通过测量梁截面不同高度的应力来寻找梁的中性层。 2、实验目的 1、用应变电测法测定矩形截面简支梁纯弯曲时，横截面上的应力分布规律。 2、验证纯弯梁的弯曲正应力公式。 3、观察纯弯梁在双向交变加载下的应力变化特点。 3、实验原理 梁纯弯曲时，根据平面假设和纵向纤维之间无挤压的假设，得到纯弯曲正应力计算公式为： Z I My =σ 式中：M —弯矩 Z I —横截面对中性层的惯性矩 y —所求应力点的纵坐标（中性轴为坐标零点）。 由上式可知梁在纯弯曲时，沿横截面高度各点处的正应力按线性规律变化，根据纵向纤维之间无挤压的假设，纯弯梁中的单元体处于单纯受拉或受压状态，由单向应力状态的胡克定律E *εσ=可知，只要测得不同梁高处的ε，就可计算出该点的应力σ，然后与相应点的理论值进行比较，以验证弯曲正应力公式。 4、实验方案 4.1实验设备、测量工具及试件： YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm 游标卡尺、四点弯曲梁试件（图5.1）。 YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、分析等。 图5.1实验中用到的纯弯梁，矩形截面，在梁的两端有支撑圆孔，梁的中间段有四个对称半圆形分配梁加载槽，加载测试时，两半圆型槽中间部分为纯弯段，在纯弯段中间不同梁高部位、在离开纯弯段中间一定距离的梁顶及梁底、在加工有长槽孔部位的梁顶及梁底均粘贴电阻应变片。 4.2 装夹、加载方案 安装好的试件如图5.2所示。试验时，四点弯曲梁通过销轴安装在支座的长槽孔内，形成滚动铰支座。梁向下弯曲时，荷载通过分配梁等量地分配到梁上部两半圆形加载槽，梁向上弯曲时，荷载通 过分配梁等量地分配到梁下部两半圆形加载槽，分配梁的两个加载支滚，一个为滚动铰支座，一个为 图5.1 四点弯曲梁试件 第五章材料力学实验 5.1 拉伸 拉伸是材料力学最基本的实验，通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性能参数，如弹性模量、强度、塑性等。 一．实验目的 1．测定塑性材料的上下屈服强度R eH 、R eL 、抗拉强度R m 、断后延伸率Ａ和截面收缩率Z；测定脆性材料的抗拉强度R m； 2．掌握用引伸计测定塑性材料的弹性模量的方法； 3．绘制材料的载荷-位移曲线； 4．观察和分析上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并比较它们力学性质的差异； 5．了解电子万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 二．仪器、设备及试件 电子万能材料试验机，引伸计，游标卡尺等。 最常见的拉伸试件的截面是圆形和矩形，如图5.1-1（a）、（b）所示。 l）是待测部分的主体，其截面积为S0。按标试件分为夹持部分、过渡段和待测部分。标距（ l）与其截面积（S0）之间的关系，拉伸试件可分为比例试件和非比例试件。按国家标准GB228-2002距（ 的规定，比例试件的有关尺寸如下表5.1-1。 表5.1-1 三．实验原理 1．塑性材料弹性模量的测试 在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E ，也叫杨氏模量。因此金属材料拉伸时弹性模量E 的测定是材料力学最主要最基本的一个实验。 测定材料弹性模量E 一般采用比例极限内的拉伸实验，材料在比例极限内服从虎克定律，其荷载与变形关系为： ES Fl l = ? （5.1-1） 若已知载荷F 及试件尺寸，只要测得试件标距内的伸长量Δl 或纵向应变即可得出弹性模量E 。 000 Fl F E lS S = =? （5.1-2） 本实验采用引伸计在试件预拉后，夹持在试件的标距范围内，并在弹性阶段测试；当进入过弹性阶段或屈服阶段，取下引伸计。其中塑性材料的拉伸实验不间断。 2．塑性材料的拉伸（低碳钢） 实验原理如图5.1-2（a ）所示，首先，实验各参数的设置由PC 传送给测控中心后开始实验，拉伸时，力传感器和引伸计分别通过两个通道将式样所受的载荷和变形连接到测控中心，经相关程序计算后，再在PC 机上显示出各相关实验结果。 图5.1-2（b ）所示是典型的低碳钢拉伸图。 当试件开始受力时，因夹持力较小，其夹持部分在夹头内有滑动，故图中开始阶段的曲线斜率 低碳钢的屈服阶段通常为较为水平的锯齿状（图中的B ′-C 段），与最高载荷B ′对应的应力称上屈服极限，由于它受变形速度等因素的影响较大，一般不作为材料的强度指标；同样，屈服后第一次下降的最低点也不作为材料的强度指标。除此之外屈服过程中的最小值（B 点）作为屈服强度R e L ： el el F R S = （5.1-3） 当屈服阶段结束后（C 点），继续加载，载荷—变形曲线开始上升，材料进入强化阶段。若在这一阶段的某一点（如D 点）卸载至零，则可以得到一条与比例阶段曲线基本平行的卸载曲线。此时立即再加载，则加载曲线沿原卸载曲线上升到D 点，以后的曲线基本与未经卸载的曲线重合。可见 《材料力学》实验指导书（土木工程） 铜陵学院土木建筑系实验中心 王明芳编 2012-2-22 力学实验规则及要求 一、作好实验前的准备工作 （1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。 （2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。 （3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。 二、严格遵守实验室的规章制度 （1）课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。 （2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。 （3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。 （4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。 三、认真做好实验 （1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。 （2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。 （3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。 四、实验报告的一般要求 实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、表格简明。 目录 实验一纯弯曲梁横截面上正应力的分布规律实验 (4) 实验二材料弹性模量E、泊松比μ的测定 (7) 实验三偏心拉伸实验 (12) 实验四等强度梁实验 (16) 实验五悬臂梁实验 (18) 实验六压杆稳定实验 (21) 实验七纯扭转实验 (25) 实验八电阻应变片灵敏系数测定实验实验 (28) 课程教案 课程名称： 任课教师： 所属院部：建筑工程与艺术学院 教学班级： 教学时间：2015—2016 学年第 1 学期湖南工学院 1 实验一 拉伸实验 一、本实验主要内容 低碳钢和铸铁的拉伸实验。 二、实验目的与要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F L -?曲线）。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 三、实验重点难点 1、拉伸时难以建立均匀的应力状态。 2、采集数据时，对数据的读取。 四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、讨论、启发、演示、辩论等；实验前对学生进行实验的理论指导和提醒学生实验过程的注意事项。 五、作业与习题布置 1、低碳钢拉伸图分为几阶段？每一阶段，力与变形有何关系？有什么现象？ 2、低碳钢和铸铁在拉伸时可测得哪些力学性能指标？用什么方法测得？ 1 实验一 拉伸实验 拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。 一、实验目的要求 1.测定低碳钢的流动极限S σ、强度极限b σ、延伸率δ、截面收缩率ψ和铸铁的强度极限b σ。 2.根据碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F L -?曲线）。 3.比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。 二、实验设备和仪器 万能材料试验机、游标卡尺、分规等。 三、拉伸试件 金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l 称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。 为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即 5l d =或10l d =。 对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积 和试件标距关系为l = l =A 为标距段内的截面积。 四、实验方法与步骤 材料力学实验 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688] 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：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1 =8，F 2 =11，F 3 =14，F 4 =17 ，F 5 =20 （单位：kN） 数据处理方法： 平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ（1） 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( （2） 试验一岩石单轴抗压试验 一、试验的目的： 测定岩石的单轴抗压强度R c。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 本次试验主要测定天然状态下试样的单轴抗压强度。 二、基本原理 岩石的单轴抗压强度是指岩石试样在单向受压至破坏时，单位面积上所承受的最大压应力: （MPa） 一般简称抗压强度。根据岩石的含水状态不同，又有干抗压强度和饱和抗压强度之分。 岩石的单轴抗压强度，常采用在压力机上直接压坏标准试样测得，也可与岩石单轴压缩变形试验同时进行，或用其它方法间接求得。 三、主要仪器设备 1、钻石机、切石机、磨石机或其他制样设备。 2、测量平台、角尺、放大镜、游标卡尺。 3、压力机，应满足下列要求： (1)压力机应能连续加载且没有冲击，并具有足够的吨位，使能在总吨位的10%—90%之间进行试验。 (2)压力机的承压板，必须具有足够的刚度，其中之一须具有球形座，板面须平整光滑。 (3)承压板的直径应不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如压力机承压板尺寸大于试样尺寸两部以上时，需在试样上下两端加辅助承压板。辅助承压板的 刚度和平整度应满足压力机承压板的要求。 (4)压力机的校正与检验，应符合国家计量标准的规定。 三、操作步骤 1、试样制备 （1）样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块，在取样和试样制备过程中，不允许发生认为裂隙。 (2)试件规格：采用直径5厘米，高为10厘米的方柱体，各尺寸允许变化范围为：直径及边长为±0.2厘米，高为±0.5厘米。 （3）对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径之比宜为2.0～2.5。 （4）试样制备的精度应満足如下要求： a沿试样高度，直径的误差不超过0.03cm； b试样两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm； c端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°； d 方柱体试样的相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0.25°。 （4）试样含水状态处理 在进行试验前应按要求的含水状；制备试样时采用的冷却液，必须是洁净水，不许使用油液。 （5）对于遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石，应采用干法制样 2、试样描述 描述内容包括：岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程度、胶结物性质等；加荷方向与岩石试样内层理、节理、裂隙的关系及试样加工中出现的问题； 3、试样尺寸测量 实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能 一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ψ。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l F ?-曲线）。 二、仪器设备 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。 三、实验原理简要 材料的力学性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷s F 时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷s F ，继续加载，测得最大载荷b F 。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂。 铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。 四、实验过程和步骤 1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。 2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。 3、 按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操 作要求见万能试验机使用说明。 4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的l F ?-曲线显示在微机显示屏 上。从低碳钢的l F ?-曲线上读取s F 、b F 值，从铸铁的l F ?-曲线上读取b F 值。 5、 测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。 6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l 。 7、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。 1,为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同? 答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性. 材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外). 2, 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征. 答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状, 且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。. 3,分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏. 4,低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料? 答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。 通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。 5,试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 6, 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。 7, 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。 8,测G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。 9, 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因. 工程力学实验指导书 主讲：林植慧 机械与汽车工程学院 SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING 实验一, 二 低碳钢(Q235钢)、铸铁的轴向拉伸试验 一、实验目的与要求 1．观察低碳钢(Q235钢)和铸铁在拉伸试验中的各种现象。 2．测绘低碳钢和铸铁试件的载荷―变形曲线(F ―Δl 曲线)及应力―应变曲线(σ―ε曲线)。 3．测定低碳钢拉伸时的比例极限P σ，屈服极限s σ、强度极限b σ、伸长率δ、断面收缩率ψ和铸铁拉伸时的强度极限b σ。 4．测定低碳钢的弹性模量E 。 5．观察低碳钢在拉伸强化阶段的卸载规律及冷作硬化现象。 6．比较低碳钢(塑性材料)和铸铁(脆性材料)的拉伸力学性能。 二、实验设备、仪器和试件 1．微机控制电子万能试验机。 2．电子式引伸计。 3．游标卡尺。 4．低碳钢、铸铁拉伸试件。 三、实验原理与方法 材料的力学性能主要是指材料在外力作用下，在强度和变形方面表现出来的性质，它是通过实验进行研究的。低碳钢和铸铁是工程中广泛使用的两种材料，而且它们的力学性质也较典型。 试验采用的圆截面短比例试样按国家标准（GB/T 228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》） 制成，标距0l 与直径0d 之比为5100 0或=d l ，如图1-1所示。这样可以避免因试样尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。图中：0d 为试样直径，0l 为试样的标距。国家标准中还规定了其他形状截面的试样。 图 1-1 金属拉伸试验在微机控制电子万能试验机上进行，在实验过程中，与电子万能试验机联机的计算机显示屏上实时绘出试样的拉伸曲线(也称为F ―l ?曲线)，如图1-2所示。低碳钢试样的拉伸曲线(图1-2a)分为弹性阶段，屈服阶段，强化阶段及局部变形阶段。如果在强化阶段 测量材料弹性模量E实验 一、实验名称 测定材料的弹性模量。 二、实验目的 1．掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法； 2．熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。 三、实验设备及仪器 1．CEG-4K型测E试验台 2．球铰式引伸仪 四、试样制备 1. 试样：Q235钢，如图所示，直径d=10mm，标距L=100mm。 2、载荷增重ΔF=1000N（砝码四级加载，每个砝码重25N，初载砝码一个，重16N，采用1：40杠杆比放大） 五、实验原理 实验时，从F0到F4逐级加载，载荷的每级增量为1000N。每次加载时，记录相应的长度变化量，即为ΔF引起的变形量。在逐级加载中，如果变形量ΔL 基本相等，则表明ΔF与ΔL为线性关系，符合胡克定律。完成一次加载过程，将得到ΔL的一组数据，实验结束后，求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平，代入胡克定律计算弹性模量。即 EA l F l ? ? = ? ?001 .0 备注：引伸仪每格代表0.001mm。 六、实验步骤及注意事项 1．调节吊杆螺母，使杠杆尾部上翘一些，使之与满载时关于水平位置大致对称。 2．把引伸仪装夹到试样上，必须使引伸仪不打滑。 注意：对于容易打滑的引伸仪，要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。引伸仪为精密仪器，装夹时要特别小心，以免使其受损。采用球铰式引伸仪时，引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°左右的角度。 3．挂上砝码托。 4．加上初载砝码，记下引伸仪的初读数。 5．分四次加等重砝码，每加一次记录一次引伸仪的读数。注意：加砝码时要缓慢放手，以使之为静载，防止砝码失落而砸伤人、物。 6．实验完毕，先卸下砝码，再卸下引伸仪。 七、数据处理 1. 记录相关数据 分级加载初载一次加载二次加载三次加载四次加载引伸仪读数L0= L1= L2= L3= L4= 2.计算 （1）各级形变量的计算 分级加载一次加载二次加载三次加载四次加载平均值形变量ΔL1= ΔL2= ΔL3= ΔL4= ΔL平= 材料力学实验指导书 (2007版) 中国海洋大学工程学院土木工程实验中心 编者：郭卫国 学生实验守则 一、实验前要认真预习，明确实验内容、原理、目的、步骤和注意事项；课外 实验研究项目，实验前应拟定实验方案，并经实验室管理人员审查同意方 可实施； 二、学生在教师的指导下自主进行实验，要严格遵守仪器设备操作规程，节约 使用实验材料和水、电、气，如实记录实验现象、数据和结果，认真分析，独立完成实验报告； 三、爱护仪器设备及其他设施、物品，不得擅自动用与实验无关的仪器设备和 物品；不准擅自将实验室的物品带出室外；损坏或遗失仪器设备及其他设施、物品，应按学校有关规定进行赔偿； 四、实验完毕后，要及时关闭电源、水源、气源，清理卫生，将仪器设备和实 验物品复位，经指导老师检查合格后方可离开； 五、注意安全，熟悉安全设施和事故处理措施，实验过程中发现异常情况要及 时报告；发生危险时，应立即关闭电源、水源、气源，并迅速撤离；规范处理实验废液、废气和固体废弃物； 六、遵守纪律，必须按规定或预约时间参加实验，不得迟到、早退、旷课；保 持实验室安静，不准大声喧哗、嬉闹，不准从事与实验无关的活动；保持 实验室清洁，不准吸烟，不准随地吐痰、乱扔杂物。 前言 实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力－应变的线性关系就是胡克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面，因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计中的强度、刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数， 专业： 学号： 姓名： 西南交通大学峨眉校区力学实验中心 一、学生实验须知 1．学生进入实验室，要严格遵守实验室的各项规章制度，服从指导教师的安排； 2．严禁在实验室大声喧哗和嬉戏； 3．保持实验室周围的整洁，不乱扔纸屑、果皮，不随地吐痰，严禁吸烟；4．实验前应预习实验内容，弄清实验目的、原理和方法； 5．实验过程中应严肃认真，严格按照规定步骤操作，自己动手完成，及时记录和整理实验数据，不得转抄他人数据，要培养自己严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力； 6．使用仪器设备时，应严格遵守操作规程，若发现异常现象应立即停止使用，并及时向指导教师报告。如果因违反操作规程（或未经许可使用）而造成设备损坏，应按学校有关规定赔偿损失。 7．实验结束后，应将仪器设备和桌凳整理好并归还原位，协助打扫实验室卫生，经指导老师检查合格后方能离开实验室； 8．学生应按时（最迟不超过一周时间）上交实验报告，以供老师批改统计成绩。 - 1 - 二、实验仪器设备介绍 （一）材料力学多功能组合实验台 材料力学多功能组合实验台（以下简称实验台）是方便学生自己动手做材料力学电测实验的设备，配套使用的仪器设备还有：拉压型力传感器、力&应变综合参数测试仪、电阻应变片、连接导线与梅花改刀等，并配有计算机接口，可实现数据的计算机自动采集与计算。一个实验台可做多个电测实验，功能全面，操作简单，实验台结构如图2-1所示。 图2-1 材料力学多功能组合实验台 实验台为框架式整体结构，配置有拉压型力传感器及标准测点应变计(在试件待测点表面粘贴的电阻应变片)，通过力&应变综合参数测试仪（以下简称测试仪）实现力与应变的实时测量。实验台分前后两半部分，前半部分可做弯扭组合变形实验、材料弹性模量与泊松比测定实验、偏心拉伸实验、压杆稳定实验、悬臂梁实验、等强度梁实验；后半部分可做纯弯曲梁正应力测试实验、电阻应变片灵敏系数标定实验、组合叠梁实验等。 操作规程如下： (1) 将所作实验的试件通过有关附件连接到架体相应位置，连接拉压型力传感器和加载件到加载机构上。 (2) 连接拉压型力传感器电缆线到测试仪后面传感器输入插座，连接电阻应变片导线到测试仪的各个测量通道接线柱上。 (3) 打开测试仪电源，预热约20分钟左右，输入力传感器量程及灵敏度和应变片灵敏系数（一般首次使用时已调好，如实验项目及力传感器没有改变，可不必重新设置），在不加载（加力点上下未接触）的情况下将测力初值和应变初值调至零。 (4) 在初始值以上对各试件进行分级加载，转动手轮速度要均匀，记下各级力值和待测点各通道的应变值，若已与微机连接，则全部数据可由计算机进行分析处理。 材料力学实验指导书 河北科技大学建筑工程学院 2005年2月 目录 实验一拉伸实验 (2) 实验二压缩实验 (7) 实验三纯弯曲梁的正应力实验 (10) 实验四材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (14) 附录1 微控万能材料实验机 (19) 附录2 组合式材料力学多功能实验台 (20) 附录3 电测法的基本原理 (22) 实验一 拉伸试验 一、实验目的和实验要求 1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力s σ和抗拉强度b σ。 2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率δ和断面收缩率ψ。 3.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度b σ。 4.绘制低碳钢和灰铸铁的应力应变图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。 5.学习和掌握材料的力学性能测试的基本实验方法。 二、实验原理 1．为了检验低碳钢拉伸时的机械性质，应使试样轴向受拉直到断裂，在拉伸过程中以及试样断裂后，测读出必要的特征数据（如；P S 、P b 、l 1、d l ）经过计算，便可得到表示材料力学性能的四大指标：σs 、σb 、δ、ψ。 2．铸铁属脆性材料，轴向拉伸时，在变形很小的情况下就断裂，故一般测定其抗拉强度极限 σb 。 三、实验方法 按照国家标准《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标 实验开始后，观察实验软件绘出的拉伸过程中的σ-ε曲线，直至试件拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性质。 材料力学实验报告答案 Prepared on 22 November 2020 材料力学实验报告 评分标准 拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（P－ΔL曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度0.02 mm 三、实验数据（2分） 四、实验结果处理 （4分） 0A P s s = σ ＝300MPa 左右 0 A P b b = σ ＝420MPa 左右 ％10000 1?-= L L L δ ＝20～30％左右 ％＝ 1000 1 0?-A A A ψ ＝60～75％左右 五、回答下列问题（2分，每题分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。 略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同为什么 相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。 压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb 。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备 （1分） 机器型号名称电子万能试验机 （分） 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm （分） 三、实验数据（1分） 四、实验结果处理 （2分） A P b b = σ =740MPa 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。 略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。 略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫 §1－1 轴向拉伸实验 一、实验目的 1、 测定低碳钢的屈服强度eL R （s σ）、抗拉强度m R （b σ）、断后伸长率A 11.3（δ10）和断面收缩率Z （ψ）。 2、 测定铸铁的抗拉强度m R （b σ）。 3、 比较低碳钢?5（塑性材料）和铸铁?5（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。 注：括号内为GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。 二、设备及试样 1、 电液伺服万能试验机（自行改造）。 2、 0.02mm 游标卡尺。 3、 低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段L 0十等分，并刻画出圆周等分线。 4、 铸铁圆形横截面非比例试样一根。 注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标距0L 与原始横截面积0S 的关系满足00S k L =。比例系数k 取5.65时称为短比例试样，k 取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数k 取5.65。非比例试样0L 与0S 无关。 三、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，在拉伸时表现出的力学性能也最为典型。 ΔL （标距段伸长量） 低碳钢拉伸图（F —ΔL 曲线） 以轴向力F 为纵坐标，标距段伸长量ΔL 为横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图，即F —ΔL 曲线。低碳钢的拉伸图如上图所示，F eL 为下屈服强度对应的轴向力，F eH 为上屈服强度对应的轴向力，F m 为最大轴向力。 F —ΔL 曲线与试样的尺寸有关。为了消除试样尺寸的影响，把轴向力F 除以试样横截面的原始面积S 0就得到了名义应力，也叫工程应力，用σ表示。同样，试样在标距段的伸长ΔL 除以试样的原始标距ＬO 得到名义应变，也叫工程应变，用ε表示。σ—ε曲线与F —ΔL 曲线形状相似，但消除了儿何尺寸的影响，因此代表了材料本质属性，即材料的本构关系。 第一章绪论 §1.1 材料力学实验的内容 实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化，实际构件典型化，公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度，刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂，构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据，这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此，材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容： 1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料在变形、强 度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈服极限（屈服强度）、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。此外，材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展，各种新型合金材料、合成材料不断涌现，力学性能的测定，是研究每一中新型材料的重要任务。 2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的，例如杆件 的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。 3.实验应力分析某些情况下，例如因构件几何形状不规则，受力复杂或精确的边 界条件难以确定等，应力分析计算难于获得准确结果。这时，用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。§1.2 材料力学试验的标准、方法和要求 材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等，虽是材料的固有属性，但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境（温度、介质）等有关。为使实验结果能相互比较，国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。 材料力学实验指导书(工科类专业) 材料力学实验指导书(工科类专业) 实验一 拉伸实验 一、 实验目的 1.测定低碳钢的屈服强度eL R （s σ）、抗拉强度m R （b σ）、断后伸长率A 11.3（δ10）和断面收缩率Z （ψ）。 2.测定铸铁的抗拉强度m R （b σ）。 3.比较低碳钢（塑性材料）和铸铁（脆性材料）在拉伸时的力学性能和断口特征。 注：括号内为GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》发布前的旧标准引用符号。 二、 设备及试样 1.电液伺服万能试验机。 2.0.02mm 游标卡尺。 3.低碳钢圆形横截面比例长试样一根。把原始标距段L 0十等分，并刻画出圆周等分线。 4.铸铁圆形横截面非比例试样一根。 注：GB/T228-2002规定，拉伸试样分比例试样和非比例试样两种。比例试样的原始标距0L 与原始横截面积0S 的关系满足00S k L =。比例系数k 取5.65时称为短比例试样，k 取11.3时称为长比例试样，国际上使用的比例系数k 取5.65。非比例试样0L 与0 S 无关。 三、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，在拉伸时表现出的力学性能也最为典型。 ΔL （标距段伸长量） 低碳钢拉伸图（F —ΔL 曲线） 以轴向力F 为纵坐标，标距段伸长量ΔL 为 横坐标，所绘出的试验曲线图称为拉伸图，即F —ΔL 曲线。低碳钢的拉伸图如上图所示，F eL 为下屈服强度对应的轴向力，F eH 为上屈服强度对应 的轴向力，F m 为最大轴向力。 F —ΔL 曲线与试样的尺寸有关。为了消除 试样尺寸的影响，把轴向力F 除以试样横截面的原始面积S 0就得到了名义应力，也叫工程应力， 用σ表示。同样，试样在标距段的伸长ΔL 除以试样的原始标距ＬO 得到名义应变，也叫工程应 材料力学实验报告 院系 班级 学号 姓名 实验一金属材料拉伸实验 实验日期： 同组成员： 一．实验目的 1．测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和断面收缩率。 2．测定铸铁的强度极限。 二．实验设备 1．万能材料试验机 2．游标卡尺 三．实验步骤 1．用游标卡尺在试件标距长度内取三处，测每一处截面两个相互垂直方向的直径，取其平均值。最后以三处平均值中最小值作为试件的直径。 2．选择试验机的量程 根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。 3．打开电源开关，打开油泵开关，关上回油阀，打开送油阀，将工作台抬高1-2厘米，消除自重，关上送油阀。 4．装夹试件，调读盘零点。 5．打开送油阀，缓慢加载，测试并观察，记录相关数据。 6．试件拉断后，关上送油阀，将试件取出，记录相关数据，测试件断后标距及断后直径。 7．实验整理 四、实验记录及实验结果： 1、试件尺寸记录 - 1 - 2、载荷及计算结果 3、绘出低碳钢和铸铁的P-ΔL图 五、实验结论与分析： 1、分析比较两种典型金属材料的抗拉机械性能。 2、国家标准《金属拉伸实验方法》（GB228-87）中规定拉伸试样分为短试样和长试样，对同一材质、 同一直径的圆形试样，短试样和长试样的断后延伸率是否相同？若不一样哪个大？ - 2 - 实验二铸铁材料压缩实验 实验日期： 同组成员： 一．实验目的 1．测定铸铁抗压强度极限σb。 2．观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象。 二．实验设备 1．万能材料试验机 2．游标卡尺 三．实验步骤 1．测量试件直径 用游标卡尺在试件相互垂直方向的直径各测一次，取其平均值。 2．选择试验机的量程 根据试件的强度极限和截面积，估算试件的最大载荷，选择合适的量程。 3．打开电源开关，打开油泵开关，关上回油阀，打开送油阀，将工作台抬高1-2厘米，消除自重，关上送油阀。 ４．安装试件，注意载荷对中。调读盘零点。 ５．打开送油阀，缓慢加载，测试并观察，试件压断后，关上送油阀，将试件取出，记录相关数据。 四、实验记录及实验结果： 1、试件几何尺寸记录 2、实验数据记录及处理 五. 实验结论与分析： 1、铸铁的破坏形式说明什么问题？ 2、铸铁压缩与拉伸破坏端面形状有什么不同？ - 3 - 材料力学实验报告答案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 材料力学实验报告 评分标准 拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、 ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（P－ ΔL曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度0.02 mm 三、实验数据（2分） 四、实验结果处理 （4分） 0A P s s = σ ＝300MPa 左右 0 A P b b = σ ＝420MPa 左右 ％10000 1?-= L L L δ ＝20～30％左右 ％＝ 1000 1 0?-A A A ψ ＝60～75％左右 五、回答下列问题（2分，每题分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。 略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同为什么 相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。 压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb 。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 机器型号名称电子万能试验机 （分） 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm （分） 三、实验数据（1分） 四、实验结果处理 （2分） A P b b = σ =740MPa 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。 略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。 略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫 当试件的两端稍有不平行时，利用试验机上的球形承垫自动调节，可保证压力通过试件的轴线。 4. 对压缩试件的尺寸有何要求为什么 试件承受压缩时，上下两端与试验机承垫之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受阻，导致测得的抗压强度比实际偏高。试件越短，影响越明显。 若试件过长，容易产生失稳现象。 5. 铸铁的压缩破坏形式说明了什么 铸铁的抗剪能力低于抗压能力。 测定弹性模量E 实验报告 一、实验目的 （1分） 1. 测定常用金属材料的弹性模量Ｅ 二、实验设备 （1分） 机器型号名称 电子万能试验机 测量尺寸的量具名称 游标卡尺 精度 0.02 mm 引伸计标距 50 mm材料力学实验指导书(拉伸、扭转、冲击、应变)
材料力学实验指导书
材料力学试验
材料力学实验指导书
《材料力学实验指导书》解析
材料力学实验
材料力学实验指导书
材料力学实验参考
材料力学实验
材料力学实验指导书
材料力学实验指导书(测量材料弹性模量E)
材料力学实验指导书0908资料
材料力学实验指导要点
材料力学实验指导书 (1)..
材料力学实验报告答案
材料力学拉伸试验
材料力学实验指导书分析
材料力学实验指导书(工科类专业)
材料力学实验报告1
材料力学实验报告答案