工程力学实验指导书(3)

标距 L0 （mm） （1） 横截面1 （2） 平均 （1） 直径（mm） 横截面2 （2） 平均 （1） 横截面 横截面3 （2） 平均 面积A0 （mm2）

表1-2弹性模量原始数据记录表

载荷 (kN) 变形读数 ΔF 变形增量平均值δ(?l) 弹性模量E（GPa）

表1-3 实验后结果数据记录表

强度指标 屈服载荷Fs(kN) 屈服强度ζs (MPa) L1（mm） 极限载荷Fb(kN) 极限强度ζb (MPa) Lac（mm） / ΔLi δ(ΔL)i F Lcd（mm） 塑性指标 断后标距（L1）（mm） 断后收缩率δ（%） 断口直径d1（mm） 断面收缩率ψ（%） 0° 90°

2、铸铁

表1-4 试件原始尺寸记录表

直径（mm） 横截面1 （1） （2） 平均 （1） 横截面 横截面3 平均 （1） （2） 平均 横截面2 （2） 面积A0 （mm2） 第 8 页 共 41 页

表1-5 实验后结果数据记录表

强度指标 极限载荷Fb(kN) 抗拉强度ζb（MPa）

§2－2低碳钢和铸铁的压缩实验

一、实验目的

1．测定压缩时低碳钢的屈服极限?s；和铸铁的强度极限?b。

2．观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。 3．熟悉微机控制电子万能试验机的使用方法。

二、实验设备

1．DWD-100微机控制电子万能试验机 2．游标卡尺 三、试件

根据国家有关标准，低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般采用圆柱形试件，如图2－5(a)所示。低碳钢压缩试件的高度和直径的比例为3:2，铸铁压缩试件的高度和直径的比例为2:1。

d 0

(a)

ζ 铸铁 低碳钢 ε O 图2－5

(b)

四、实验原理

1．低碳钢压缩实验

低碳钢在压缩时的???曲线如图2－5(b)所示，图中还用虚线绘出了低碳钢在拉伸时的???曲线，从这两条曲线可以看出，在屈服阶段以前，它们基本上是重合的，这说明低碳钢在压缩时的弹性模量E和屈服极限?s与拉伸时大致相同，但在超过屈服极限以后，因低碳钢试件的轴向长度h0不断缩短，受压面积越来越大，直到被压成鼓形而不产生断裂，如图2－6(a)所示。

第 9 页 共 41 页

F

O △L

(a) (c) (b)

图2－6

如果载荷足够大（例如加至2000KN），试件可被压成饼状，所以无法测定材料的压缩强度极限，

故一般来说，钢材的力学性能主要是用拉伸实验来确定，并认为屈服极限?s为低碳钢压缩时的强度特征值：

?s?Fs A0式中A0为试件初始横载面面积，Fs为低碳钢压缩时的屈服载荷。

必须指出低碳钢压缩时的屈服阶段并不象拉伸时那样明显，因此在确定Fs时要特别小心地观察。在缓慢而均匀地加载下，屈服之后加载到试件产生明显变形即停止加载。这是因为低碳钢受压时变形较大而不破裂，因此愈压愈扁。横截面增大时，其实际应力不随外载荷增加而增加，故不可能得到最大载荷Fb，因而也得不到强度极限，所以在实验中是以变形来控制加载的。 2．铸铁的压缩实验

铸铁是典型的脆性材料，在压缩时并无屈服阶段，其F－?1曲线如图2－6(b)所示，当对试件加至极限载荷Fb时，试件在压缩变形很小时就突然发生剪断破坏，断面与试件轴线的夹角大约为40o～55o，如图2－6(c)所示。此时力值迅速下降，读取最大的载荷Fb值，即可确定铸铁的强度极限： ?b?Fb A0式中A0为试件初始横载面面积，Fb为铸铁压缩时的极限载荷。

由实验表明，铸铁的抗压能力比其抗剪能力好，而且在受压时的强度极限比受拉时的要高3～4倍，故铸铁只适用于受压构件。 五、实验步骤 1．试件准备

测量试件中间处的直径，在互相垂直的两个方向各测量一次，以其平均直径计算出试件的初始横截面面积A0，再测量试件高度。 2．试验机准备

（1）连接电源，开机（试验机与计算机）；

（2）在计算机上，打开实验程序，点击“联机”按扭，实现试验机与计算机联机；点击 “载荷

第 10 页 共 41 页

清零”按扭，实现试验机载荷清零。

（3）试样录入，点击“试样录入”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，准确填写实验信息。

（4）参数设置，点击“参数设置”按扭，弹出的对话框，在老师指导下，填写以下实验参数： 初试验值，根据试件极限载荷的大小与试验机的最大试验力确定，要求该数值大于试件极限载

荷，不大于试验机的最大试验力。本次实验所用试验机的最大试验力为100000N（100000N =100kN=10吨）；

初试验速度，一般取0.5mm/min； 结束条件，一般取30；

选择“下空间压缩”、 “停车返回”、“不使用引伸仪”等选项。

3．安装试件

将试件放在试验机下压板中心处。 4．开始试验

（1）选择编号，选择刚刚设置的试验编号并选择在实验过程中希望看到的实验曲线； （2）查看信息是否正确；

（3）开始试验，点击“开始试验”按扭； （4）在实验过程中动态选择实验曲线；

（5）低碳钢试件达到压缩变形量的限值或铸铁试件断裂后，试验结束；注意保存数据文件，记录最大力。

（6）从试验图形曲线上读取所需数据；也可以点击“数据管理”按扭，进入数据管理界面，查看原始数据并按增量法重新计算弹性模量，或重新读取所需数据。

（7）结束试验；退出实验程序，取下试件。

5．试验完毕，关闭试验机、电脑。清理现场，工具复位。 6．整理数据，完成实验报告

六、思考题

（1）为何低碳钢压缩时测不出破坏载荷，而铸铁压缩时测不出屈服载荷？ （2）根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸破坏作比较。 （3）通过拉伸与压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别。 （4）通过拉伸与压缩实验，比较铸铁的强度极限在拉伸和压缩时的差别。 七、实验报告内容

1.实验目的；

2.实验设备；

3.实验成果与分析，包括原始数据、实验结果数据与曲线、根据实验数据绘制曲线等。 4．实验结果讨论与实验小结，即实验报告的最后部分，同学们综合所学知识及实验所得结论认真回答思考题并提出自己的见解、讨论存在的问题。 八、实验记录参考表格

表2-1 试件原始尺寸

直径d（mm） 高度 材 料 （mm） （1） （2） 低碳钢 铸 铁 平均 （1） （2） 平均 （1） （2） 平均 横截面1 横截面2 横截面3 最小横截面 面积A0 （mm2）

第 11 页 共 41 页

表2-2 实验数据和计算结果

屈服载荷 材 料 (kN) 低碳钢 铸 铁 / / / / (MPa) (kN) (MPa) 低碳钢 铸铁 屈服极限 最大载荷 强度极限 破坏形式简图

§2－3低碳钢和铸铁的扭转实验

一、实验目的

1．测定低碳钢的剪切屈服极限?s及剪切强度极限?b。

2．测定铸铁的剪切强度极限?b。

3．观察低碳钢和铸铁扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异。 4．了解扭转试验机的操作规程。

二、实验设备

1．ND-1000型微机控制电子式扭转试验机

2．游标卡尺 三、试件

采用圆形截面试件，如图2－7所示，在试件表面画上一条纵线，以便观察试件的扭转变形。

纵线 图2－7

四、实验原理

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。测定扭转条件下的力学性能，对零件等受扭的构件在设计计算和选材方面有重要的实际意义

试件承受扭矩时，材料处于纯剪切应力状态，是拉伸以外的又一重要应力状态，常用扭转实验来研究不同材料在纯剪切应力状态下的机械性质。

第 12 页 共 41 页

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库工程力学实验指导书(3)在线全文阅读。