第一章 材料的力学性能试验 材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验,它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数,便于合理地使用材料,保证机器(结构)及其零件(构件)的安全工作。 材料的力学性能试验必须按照国家标准进行。 第一节 拉伸试验 一、实验目的 1.验证胡克定律,测定低碳钢的弹性常数:弹性模量E 。 2.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。 3.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。 4.测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标:抗拉强度b σ。 5.绘制低碳钢和灰铸铁的拉伸图,比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.万能试验机。 2.引伸仪。 3.游标卡尺。 三、实验试样 按照国家标准GB6397—86《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。 如图1-1所示,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。 对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。 (a ) (b ) 图1-1 拉伸试样 (a )圆形截面试样;(b )矩形截面试样 四、实验原理与方法 1.测定低碳钢的弹性常数 实验时,先把试样安装在万能试验机上,再在试样的中部装上引伸仪,并将指针调整到0,用于测量试样中部0l 长度(引伸仪两刀刃间的距离)内的微小变形。开动万能试验机,预加一定的初载荷(可取kN 4),同时读取引伸仪的初读数。 为了验证载荷与变形之间成正比的关系,在弹性范围内(根据A ?P σ求出的最大弹性载荷不超过kN 14)采用等量逐级加载方法,每次递加同样大小的载荷增量F ?(可选kN 2=?F ),在引伸仪上读取相应的变形量。若每次的变形增量大致相等,则说明载荷与变形成正比关系,即验证了胡克定律。弹性模量E 可按下式算出 l A l F E ????=
材料力学性能实验指导书(材料成型及控制工程专业) 张学萍 沈阳理工大学 二零一二年三月
目录 实验一硬度实验......................................................................... (3)
前言 《材料力学性能》这门课的实验是该课的重要组成部分,是该理论课的基础,正确地掌握实验的理论和方法,对提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力有重要意义。 编写本实验指导书,是根据《材料力学性能》教学大纲及教材的有关内容、又根据我院设备、仪器实际情况编写的,这样,与教材的内容相一致,便于安排实验教学。 本实验指导书适用于:材料成型及控制工程专业 编者 2012 年3月
实验一硬度实验 一.实验目的 1.掌握洛氏、布氏硬度的基本原理及测试方法。 2.根据材料的性质正确选择硬度计类型及压入条件。 3.熟悉各种硬度值之间的换算。 二、实验内容 用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度;用布氏硬度计测定45刚退火后的硬度。 三、概述 硬度试验操作简便,对工件损伤小,可在零件上直接测试,故在生产实践中应用很普遍。 硬度所表征的不是一个确定的物理量,它是衡量材料软硬程度的一种性能指标。硬度值的意义随试验方法而不同。硬度试验基本上可分为压入法和刻划法。对于以压入法进行的硬度试验,其硬度值是表示材料抵抗另一物体压入其表面的能力,洛氏、布氏和维氏硬度都属于压入法硬度试验。 (一)洛氏硬度试验法。 1.洛氏硬度是以压痕的深度来表示 材料的硬度值。图1-1为洛氏硬度试验 原理图。 测试洛氏硬度时,用规定的压头, 先后施加两个负荷:预负荷F0和主负 荷F1。总负荷F= F0+F1。图1-1中, 0-0位置为未加负荷时的压头位置;l-l 位置为施加10kg预负荷后的位置,压 入深度为h1;2-2位置为加上主负荷后 的位置,此时压入深度为h2;3-3位置图1-1 洛氏硬度试验原理 为卸除主负荷后由于弹性变形的恢复而 使压头略微提高的位置,此时压头的实际压入深度为h3。由主负荷引起的残余压入深度h=h3-h1,用此来衡量金属硬度值的大小。若直接用h来表示硬度,则会出现硬的金
实验日期_____________教师签字_____________ 同组者_____________审批日期_____________ 实验名称:拉伸和压缩试验 一、试验目的 1.测定低碳钢材料拉伸的屈服极限σs 、抗拉强度σb、断后延伸率δ及断 面收缩率ψ。 2.测定灰铸铁材料的抗拉强度σb、压缩的强度极限σb。 3.观察低碳钢和灰铸铁材料拉伸、压缩试验过程中的变形现象,并分析 比较其破坏断口特征。 二、试验仪器设备 1.微机控制电子万能材料试验机系统 2.微机屏显式液压万能材料试验机 3.游标卡尺 4.做标记用工具 三、试验原理(简述) 1
四、试验原始数据记录 1.拉伸试验 低碳钢材料屈服载荷 最大载荷 灰铸铁材料最大载荷 2.灰铸铁材料压缩试验 直径d0 最大载荷 教师签字:2
五、试验数据处理及结果 1.拉伸试验数据结果 低碳钢材料: 铸铁材料: 2.低碳钢材料的拉伸曲线 3.压缩试验数据结果 铸铁材料: 3
4.灰铸铁材料的拉伸及压缩曲线: 5.低碳钢及灰铸铁材料拉伸时的破坏情况,并分析破坏原因 ①试样的形状(可作图表示)及断口特征 ②分析两种材料的破坏原因 低碳钢材料: 灰铸铁材料: 4
6.灰铸铁压缩时的破坏情况,并分析破坏原因 六、思考讨论题 1.简述低碳钢和灰铸铁两种材料的拉伸力学性能,以及力-变形特性曲线 的特征。 2.试说明冷作硬化工艺的利与弊。 3.某塑性材料,按照国家标准加工成直径相同标距不同的拉伸试样,试 判断用这两种不同试样测得的断后延伸率是否相同,并对结论给予分析。 5
七、小结(结论、心得、建议等)6
DMA 测量形状记忆高聚物性能原理及应用 聚合物材料的动态力学性能测试 在外力作用下,对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析,即为动态力学分析。动态力学分析能得到聚合物的动态模量( E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。同时,动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏,考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息,如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等。 实验原理 高聚物是黏弹性材料之一,具有黏性和弹性固体的特性。它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性,这种特性不消耗能量;另一方面,它又具有像非流体静应力状态下的黏液,会损耗能量而不能贮存能量。当高分子材料形变时,一部分能量变成位能,一部分能量变成热而损耗。能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。材料的内耗是很重要的,它不仅是性能的标志,而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。 如果一个外应力作用于一个弹性体,产生的应变正比于应力,根据虎克定律,比例常数就是该固体的弹性模量。形变时产生的能量由物体贮存起来,除去外力物体恢复原状,贮存的能量又释放出来。如果所用应力是一个周期性变化的力,产生的应变与应力同位相,过程也没有能量损耗。假如外应力作用于完全黏性的液体,液体产生永久形变,在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度,应变落后于应力90o,如图2-61(a)所示。聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有,这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用,而分子链又倾向于排列成最低能量的构象。在周期性应力作用的情况下,这些分子重排跟不上应力变化,造成了应变落后于应力,而且使一部分能量损耗。图2-61(b)是典型的黏弹性材料对正弦应力的响应。正弦应变落后一个相位角。应力和应变可以用复数形式表示如下。 σ*=σ0exp(iωt) γ*=γ0 exp[i (ωt-δ) ] 式中,σ0和γ0为应力和应变的振幅;ω是角频率;i是虚数。用复数应力σ*除以复数形变γ*,便得到材料的复数模量。模量可能是拉伸模量和切变模量等,这取决于所用力的性质。为了方便起见,将复数模量分为两部分,一部分与应力同位相,另一部分与应力差一个90o的相位角,如图2-61(c)所示。对于复数切变模量 E*=E′+iE″ (2-60)
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。
篇一:材料力学实验报告答案 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) ?s??b? psa0pba0 =300mpa 左右=420mpa 左右 =20~30%左右=60~75%左右 ?? l1?l0 ?100% l0a0?a1 ?100% a0 ?= 五、回答下列问题(2分,每题0.5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(0.5分) 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm (0.5分) 三、实验数据(1分)四、实验结果处理(2分) ?b? pb =740mpaa0 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?
材料力学 实验报告 对应课程 学号 学生 专业 班级 指导教师 成绩总评 学年第学期
目录 1.低碳钢及铸铁拉伸破坏实验???????????????(3 ) 2.低碳钢及铸铁压缩破坏实验???????????????(8 ) 3.引伸计法测定材料的弹性模量??????????????( 12 ) 4.低碳钢及铸铁扭转破坏实验???????????????(15) 5.载荷识别实验?????????????????????( 19) 成绩总评定 : 拉伸压缩测E扭转载荷识别
低碳钢及铸铁拉伸破坏实验 实验日期: 同组成员: 一、实验目的及原理 二、实验设备和仪器 1、试验机名称及型号: 吨位: 精度: 2、量具名称: 精度: 三、实验步骤 (一)、低碳钢、铸铁拉伸实验步骤:
四、试样简图 低碳钢试样 实验前实验后试 样 简 图 铸铁试样 实验前实验后试 样 简 图
五、实验数据及计算 低碳钢拉伸试验 (一)试件尺寸 (a)试验前 试件标直径d0( mm )最小横截距 横截面 1横截面 2横截面 3面面积L0平平平A (1)(2)(1)(2)(1) ( 2)02 ( mm )均均均( mm ) (b)试验后 断后标断口直径 d 1 ( mm )距 L1 12平均( mm )断口(颈缩处)最小横截面面 积 A1 ( mm2 ) 屈服极限:强度极限:断后延伸率: F s s (MPa) A0 F b b (MPa) A0 ( L 1 L O ) 100% L0
A0 A1100% 断面收缩率: A0 铸铁拉伸试验 (a)试验前 试件标直径d0( mm )最小横截距 横截面 1横截面 2横截面 3面面积L0平平平A (1)(2)(1)(2)(1) ( 2)02 ( mm )均均均( mm ) (b)试验后 F b 强度极限:b(MPa ) (二)绘出低碳钢的“力—位移、及铸铁的“ 力-位移”曲线低碳钢铸铁
实验7 聚合物动态力学性能的测定 聚合物材料,如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性,用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性,已证明是一种非常有效的方法。材料的动态力学行为是指材料在振动条件下,即在交变应力(或交变应变)作用下作出的力学响应。测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析(dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ) 一、二、实验目的 了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。了解影响动态力学分析实验结果的因素,正确选择实验条件。掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。 实验原理 聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质,实质是聚合物的力学松弛行为。研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力,使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。这种周期性的外力引起试样周期性的形变,其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中,没有损耗,而另一部分所做功,在形变时以热的形式消耗掉。应变始终落后应力一个相位,以拉伸为例,当试样受到交变的拉伸应力作用时,其交变应力和应变随时间的变化关系如下: 应力 )sin(0δ?σσ+=t (7-1) )900(0<<δ应变 t ?εεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅;ω是角频率;δ是应变相位角。
式(7-1)和式(7-2)说明应力变化要比应变领先一个相位差δ,见图7.1。 图7.1 应力应变和时间的关系 将式(7-1)展开为: δ?σδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3) 即认为应力由两部分组成,一部分)cos sin (δ?σt 与应变同相位,另一部分)sin cos (0δ?σt 与应变相差2/π。根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量,定义'E 为同相位的应力和应变的比值,而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值,即 t E t E ?εωεσcos ''sin '00+= (7-4) 此时模量是一个复数,叫复数模量*E 。 '''*iE E E += (7-5) 'E 为实数模量又称储能模量,表示材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量;''E 为虚数模量也称损耗模量,表示在形变过程中以热的方式损耗的能量。 ' ''tan E E =δ (7-6) 式(7-6)中,δtan 为损耗角正切或称损耗因子。 研究材料的动态力学性能就是要精确测量各种因素(包括材料本身的结构参数及外界条件)对动态模量及损耗因子的影响。 聚合物的性质与温度有关,与施加于材料上外力作用的时间有关,还与外力作用的频率有关。当聚合物作为结构材料使用时,主要利用它的弹性、强度,要求在使用温度范围内有较大的贮能模量。聚合物作为减震或隔音材料使用时,则主要利用它们的粘性,要求在一定
扭 转 实 验 一.实验目的: 1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理,并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。 二.实验设备及工具 扭转试验机,游标卡尺、扳手。 三.试验原理: 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。(在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍,以及相关的书籍介绍,自己编写。) 四.实验步骤 1.a 低碳钢实验(华龙试验机) (1)量直径: 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。 (2)安装试样: 启动扭转试验机,手动控制器上的“左转”或“右转”键,调整活动夹头的位置,使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求,把试样水平地放在两夹头之间,沿箭头方向旋转手柄,夹紧试样。 (3)调整试验机并对试样施加载荷: 在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点;根据你所安装试样的材料,在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”,并点击“加载”而确定;用键盘输入实验编号,回车确定(按Enter 键);鼠标点“开始测试”键,给试样施加扭矩;在加载过程中,注意观察屈服扭矩的变化,记录屈服扭矩的下限值,当扭矩达到最大值时,试样突然断裂,后按下“终止测试”键,使试验机停止转动。 (4)试样断裂后,从峰值中读取最大扭矩 。从夹头上取下试样。 (5)观察试样断裂后的形状。 1.b 低碳钢实验(青山试验机) (1)量直径: 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置,每个位置互相垂直地测量2次直径,取其平均值;然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。 (2)安装试样: 启动扭转试验机,手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键,调整活动夹头的位置,使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求,把试样水平地放在两夹头之间,s τb τb τ 0d S M b M 0d
静拉伸试验 一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备 微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样 本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样,试样成分分别为铝合金和45#,各有数支。 四、实验原理 按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定,在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中,然后开动试验机,使试样受到缓慢增加的拉力(一般应变速率应≤0.1m/s ),直到拉断为止,并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。 试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样,而不仅仅是标距部分的伸长,还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素,由于试样开始受力时,头部在头内的滑动较大,故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别: (1)塑性材料: 脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料,其从开始承受拉力直至试样被拉断,变形都比较大。塑性材料在发生断裂时,会发生明显的塑性变形,也会出现屈服和颈缩等现象; (2)脆性材料: 脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料,其从开始承受拉力直至试样被拉断,变形都很小。并且,大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段,几乎没有塑性变形,在断裂前不会出现明显的征兆,不会出现屈服和颈缩等现象,只有断裂时的应力值—强度极限。 脆性材料在承受拉力、变形记小时,就可以达到m F 而突然发生断裂,其抗拉强度也远远 小于45钢的抗拉强度。同样,由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度,而根据公式,10 l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备 用笔在试样间距0L (10cm )处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径,并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备:
青岛黄海学院实验指导书 课程名称:材料力学 课程编码: 04115003 主撰人:吕婧 青岛黄海学院
目录 实验一拉、压实验 (1) 实验二扭转实验 (6) 实验三材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (8) 实验四纯弯曲梁的正应力实验 (12)
实验一低碳钢拉伸实验 一、实验目的要求: (一)目的 σ、延伸率δ,截面收缩率ψ。 1.测定低碳钢的屈服极限σS,强度极限 b σ,观察上述两种材料的拉伸和破坏现象,绘制拉伸时2.测定铸铁的强度极限 b 的P-l?曲线。 (二)要求 1.复习讲课中有关材料拉伸时力学性能的内容;阅读本次实验内容和实设备中介绍万能试验机的构造原理、操作方法、注意事项,以及有关千分表和卡尺的使用方法。 2.预习时思考下列问题:本次实验的内容和目的是什么?低碳钢在拉伸过程中可分哪几个阶段,各阶段有何特征?试验前、试验中、试验后需要测量和记录哪些数据?使用液压式万能试验机有哪些注意事项? 二、实验设备和工具 1.万能实验 2.千分尺和游标卡尺。 3.低碳钢和铸铁圆形截面试件。 三、实验性质: 验证性实验 四、实验步骤和内容: (一)步骤 1.取表距L =100mm.画线 2.取上,中,下三点,沿垂直方向测量直径.取平均值
3.实验机指针调零. 4.缓慢加载,读出 s P .b P .观察屈服及颈缩现象,观察是否出现滑移线. 5.测量低碳钢断裂后标距长度1l ,颈缩处最小直径1d (二)实验内容: 1.低碳钢试件 (1)试件 (2)计算结果 屈服荷载 s P =22.1KN 极限荷载 b P =33.2KN 屈服极限 s σ=s P /0A =273.8MPa 强度极限 b σ=b P /0A =411.3MPa 延伸率 δ=(1l -0l )/0l *100%=33.24% 截面收缩率ψ=(0A -1A )/0A *100%=68.40% (3)绘制低碳钢P~ l ? 曲线
《材料力学性能》实验教学指导书 实验总学时:4 实验项目:1.准静态拉伸 2. 不同材料的冲击韧性 材料科学与工程学院实验中心 工程材料及机制基础实验室
实验一 准静态拉伸 一、实验目的 1.观察低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)在准静态拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化和颈缩等现象),并绘制拉伸图。 2.测定低碳钢的屈服极限σs ,强度极限σb ,断后延伸率δ和断面收缩率ψ。 3.测定铸铁的强度极限σb 。 4.比较低碳钢和铸铁的力学性能的特点及断口形貌。 二、概述 静载拉伸试验是最基本的、应用最广的材料力学性能试验。一方面,由静载拉伸试验测定的力学性能指标,可以作为工程设计、评定材料和优选工艺的依据,具有重要的工程实际意义。另一方面,静载拉伸试验可以揭示材料的基本力学行为规律,也是研究材料力学性能的基本试验方法。 静载拉伸试验,通常是在室温和轴向加载条件下进行的,其特点是试验机加载轴线与试样轴线重合,载荷缓慢施加。 在材料试验机上进行静拉伸试验,试样在负荷平稳增加下发生变形直至断裂,可得出一系列的强度指标(屈服强度s σ和抗拉强度b σ)和塑性指标(伸长率δ和断面收缩率ψ)。通过试验机自动绘出试样在拉伸过程中的伸长和负荷之间的关系曲线,即P —Δl 曲线,习惯上称此曲线为试样的拉伸图。图1即为低碳钢的拉伸图。 试样拉伸过程中,开始试样伸长随载荷成比例地增加,保持直线关系。当载荷增加到一定值时,拉伸图上出现平台或锯齿状。这种在载荷不增加或减小的情况下,试样还继续伸长的现象叫屈服,屈服阶段的最小载荷是屈服点载荷s P ,s P 除以试样原始横截面面积Ao 即得到屈服极限s σ: 0 s s A P =σ 试样屈服后,要使其继续发生变形,则要克服不断增长的抗力,这是由于金属材料在塑性变形过程中不断发生的强化。这种随着塑性变形增大,变形抗力不断增加的现象叫做形变强化或加工硬化。由于形变强化的作用,这一阶段的变形主要是均匀塑性变形和弹性变形。当载荷达到最大值b P 后,试样的某一部位截面积开始急剧缩小,出现“缩颈”现象,此后的变形主要集中在缩颈附近,直至达到P b 试样拉断。P b 除以试样原始横截面面积A 0即得到
材料力学性能拉伸试验报告 材化08 李文迪 40860044
[试验目的] 1. 测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能。 2. 测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。 [试验材料] 通过室温拉伸试验完成上述性能测试工作,测试过程执行GB/T228-2002:金属材料室温拉伸试验方法: 1.1试验材料:退火低碳钢,正火低碳钢,淬火低碳钢的R4标准试样各一个。 1.2热处理状态及组织性能特点简述: 1.2.1退火低碳钢:将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃,保温一段时间后,缓慢而均匀 的冷却称为退火。 特点:退火可以降低硬度,使材料便于切削加工,并使钢的晶粒细化,消除应力。1.2.2正火低碳钢:将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃,保温后在空气中冷却称为正 火。 特点:许多碳素钢和合金钢正火后,各项机械性能均较好,可以细化晶粒。 1.2.3淬火低碳钢:对于亚共析钢,即低碳钢和中碳钢加热到Ac3以上30-50℃,在此 温度下保持一段时间,使钢的组织全部变成奥氏体,然后快速冷却(水冷或油冷),使奥氏体来不及分解而形成马氏体组织,称为淬火。 特点:硬度大,适合对硬度有特殊要求的部件。 1.3试样规格尺寸:采用R4试样。 参数如下:
1.4公差要求 [试验原理] 1.原理简介:材料的机械性能指标是由拉伸破坏试验来确定的,由试验可知弹性阶段 卸荷后,试样变形立即消失,这种变形是弹性变形。当负荷增加到一定值时,测力度盘的指针停止转动或来回摆动,拉伸图上出现了锯齿平台,即荷载不增加的情况下,试样继续伸长,材料处在屈服阶段。此时可记录下屈服强度R 。当屈服到一定 eL 程度后,材料又重新具有了抵抗变形的能力,材料处在强化阶段。此阶段:强化后的材料就产生了残余应变,卸载后再重新加载,具有和原材料不同的性质,材料的强度提高了。但是断裂后的残余变形比原来降低了。这种常温下经塑性变形后,材料强度提高,塑性降低的现象称为冷作硬化。当荷载达到最大值Rm后,试样的某一部位截面开始急剧缩小致使载荷下降,至到断裂。 [试验设备与仪器] 1.1试验中需要测得: (1)连续测量加载过程中的载荷R和试样上某段的伸长量(Lu-Lo)数据。(有万能材料试验机给出应力-应变曲线) (2)两个个直接测量量:试样标距的长度 L o;直径 d。 1.2试样标距长度与直径精度:由于两者为直接测量量,工具为游标卡尺,最高精度为 0.02mm。 1.3检测工具:万能材料试验机 WDW-200D。载荷传感器,0.5级。引伸计,0.5级。 注1:应力值并非试验机直接给出,由载荷传感器直接测量施加的载荷值,进而转化成工程应力,0.5级,即精确至载荷传感器满量程的1/500。 注2:连续测试试样上某段的伸长量由引伸计完成,0.5级,即至引伸计满量程的1/50。
材料 学性能实院系:材料学院姓名:王丽朦学号:200767027 验报力告 实验目的: 通过拉伸试验掌握测量屈服强度,断裂强度,试样伸长率,界面收缩率的方法;通过缺口拉伸试验来测试缺口对工件性能的相关影响; 通过冲击试验来测量材料的冲击韧性; 综合各项试验结果,来分析工件的各项性能; 通过本实验来验证材料力学性能课程中的相关结论,同时巩固知识点,进一步深刻理解相关知识; 实验原理: 1)屈服强度 金属材料拉伸试验时产生的屈服现象是其开始产生宏观的塑性变形的一种标志。弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡,表现在试验过程中的现象为,外力不增加即保持恒定试样仍能继续伸长,或外力增加到某一数值是突然下降,随后,在外力不增加或上下波动情况下,试样继续伸长变形,这便是屈服现象。呈现屈服现象的金属材料拉伸时,试样在外力不增加仍能继续伸长时的应力称为屈服点,记作σs; 屈服现象与三个因素有关:(1)材料变形前可动位错密度很小或虽有大量位错但被钉扎住,如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所钉扎;(2)随塑性变形发生,位错快速增殖;(3)位错运动速率与外加应力有强烈的依存关系。影响屈服强度的因素有很多,大致可分为内因和外因。 内因包括:金属本性及晶格类型的影响;晶界大小和亚结构的影响;还有溶质元素和第二相的影响等等。通过对内因的分析可表征,金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标,受许多内在因素的影响,改变合金成分或热处理工艺都可使屈服强度产生明显变化。 外因包括:温度、应变速率和应力状态等等。总之,金属材料的屈服强度即受各种内在因素的影响,又因外在条件不同而变化,因而可以根据人们的要求予以改变,这在机件设计、选材、拟订加工工艺和使用时都必须考虑到。 2)缺口效应 由于缺口的存在,在静载荷作用下,缺口截面上的应力状态将发生变化,产生所谓的“缺口效应”,从而影响金属材料的力学性能。 缺口的第一个效应是引起应力集中,并改变了缺口前方的应力状态,使缺口试样或机件所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或三向应力状态,也就是出现了σx(平面应力状态)或σy与σz(平面应变状态),这要视板厚或直径而定。
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
大连理工大学实验报告 学院(系):材料科学与工程学院专业:材料成型及控制工程班级:材0701姓名:学号:组:___ 指导教师签字:成绩: 实验一金属拉伸实验 Metal Tensile Test 一、实验目的Experiment Objective 1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS,抗拉强度σb,延伸率δ和断面收缩率 φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。 3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。 二、实验概述Experiment Summary 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一,是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上,温度、应力状态和加载速率确定的条件下,对试样逐渐施加拉伸载荷,直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式,即过量弹性变形,塑性变形和断裂。在实验过程中,试样发生屈服和条件屈服时,以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积,求的该材料的屈服点σS,屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量,分别除以试样的原始标距长度,及试样的原始横截面积,求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。 三、实验用设备The Equipment of Experiment 拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺,拉力
实验机主要有机械式和液压式两种,该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验,而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。 (一)加载部分The Part of Applied load 这是对试样施加载荷的机构,它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形,使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱,其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架,随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架,其下方为钳口座,内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中,下钳口座固定在升降丝杆上。 当电动机带动油泵工作时,通过送油阀手轮打开送油阀,油液便从油箱经油管和进入工作油缸,从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验,在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后,关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀,则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱,工作台下降到原始位置。 (二)测力部分The Part of Measuring Force 加载时,油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同,此油压便推动测力活塞,通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时,摆锤上方的推板便推动水平齿杆,使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比,因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。 四、试样Sample 拉伸试样,通常加工成圆型或矩形截面试样,其平行长度L0等于5d或10d (前者为长试样,后者为短试样),本实验用短试样,即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。 图1-1圆柱形拉伸试样及尺寸
§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。
目录 实验一 金属材料的拉伸与压缩实验 (1)
实验二 金属材料的扭转实验………………………………… 实验三 金属材料的弹性模量E和波桑系数 测定………………… 实验四 桥路变换…………………………………………………… 实验五 纯弯梁的正应力测定……………………………………… 实验六 空心簿壁圆桶的主应力测定……………………………… 实验七 偏心拉伸…………………………………………………… 实验一金属材料的拉伸与压缩试验 一、一、实验目的 1. 1.了解液压式材料试验机的工作原理,初步掌握试验机的操作规程。 2. 2.测定低碳钢的屈服(流动)极限σS,强度极限σb,延伸率δ和截面收缩率Ψ。观察试件在拉伸过程中的各种现象(弹性、屈服、强化、颈缩)。 3. 3.测定铸铁材料的拉伸和压缩强度极限σb。 4. 4.比较低碳钢和铸铁的机械性质及破坏时的断口形式。 二、二、实验原理及计算 测定金属材料的机械性质需要将试件制成符合国家标准的形状和尺寸。一般规定,圆形截面的拉伸试件其标距L0与直径D0的关系为L0=10D0;压缩试件的 高度H0与直径D0的关系为。见图1. 图1-1 图1-2 为低碳钢和铸铁试件的P―ΔL图。
图1-2 低碳钢试件在拉伸过程中,可分为四个阶段: 1. 1.弹性阶段: 载荷与变形成正比,P―ΔL图中表现为OA直线段。 屈服阶段: 2. 2. P―ΔL图中的BC段,为一水平锯齿形曲线,此时材料暂时失去了抵抗变形的能力,表现为载荷在很小的范围内波动,而变形量则比较明显。此时 可观察到试验机 测力盘上的主动针在某一刻度值范围内波动,取主动针回摆的最小读数值,即BC段中的下极限作为屈服载荷PS并记录下来,屈服极限σS可按下式计算: MN/m2 3. 3.强化阶段。P―ΔL图中的CE阶段,在此阶段材料又恢复了抵抗变形的能力,要使它继续变形则必须增加载荷。在此阶段(例如D点)卸载,则按图1-2所示的DD’斜直线回到D'短时间內若再加载,则P—?L图大致仍按D'D斜直回到D点,然后又回沿DE曲线变化。DD' OA。 4. 4.颈缩阶段P―ΔL图中的E点处,试件所承受的载荷为极限载荷P b,强度极限σb可按下式计算: MN/m2 过E点后,试件局部某处的横截面积急剧变小,形成颈缩现象,使试件继续变形所需的载荷也相应减小,所以曲线下降,直至F点试件在颈缩处被拉断。 将拉断的试件紧密吻合后测得标距为L1,则延伸率按下式计算: 测得断口处的最小直径D1,则截面收缩率为:
材料的拉伸压缩实验 徐浩20 机械一班 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。 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)如图所示, d l0 l 四、实验原理 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2。 对于低碳钢材料,由图2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/ A0(A0为试件变形前的横截面积)计算屈服极限。
图2 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。 五、实验步骤及注意事项 1、拉伸实验步骤 (1)试件准备:在试件上划出长度为l 0的标距线,在标距的两端及中部三 个位置上,沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值,再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d 0。 (2)试验机准备:按试验机计算机打印机的顺序开机,开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”,运行配套软件。 (3)安装夹具:根据试件情况准备好夹具,并安装在夹具座上。 (4)夹持试件:若在上空间试验,则先将试件夹持在上夹头上,力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端;若在下空间试验,则先将试件夹持在下夹头上,力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。 (5)开始实验:消除夹持力;位移清零;按运行命令按钮,按照软件设定的方案进行实验。 (6)记录数据:试件拉断后,取下试件,将断裂试件的两端对齐、靠紧,用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l 1及断口处的最小直径d 1(一般从相