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1、材料力学实验(一),低碳钢、铸铁轴向拉伸及弹性模量E测定实验,绪论,1、材料力学是一门研究构件承载能力的科学。材料力学不研究力的外效应，而只研究其内效应，即不考虑固体在外力作用下的运动效应而只考虑固 体的变形状态，因此，在材料力学研究中，不能将固体作为刚体，而要 将其作为变形体。,2、材料力学研究的对象称为构件，而构件均由固体材料制成。在外力和温度 等外界因素作用下，一切固体都将发生变形，故构件一般都是变形固体。,3、构件：组成机械零件或构筑物的杆件统称为构件。对构件的三项基本要求：具有足够的强度：构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。具有足够的刚度：构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。满足稳
2、定性要求：构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。,4、材料力学的任务：1）研究材料的力学性能；2）研究构件的强度、刚度和稳定性；3）合理解决安全与经济之间的矛盾。在实验研究基础上，进行理论分析是完成材料力学任务所必需的途径和手段。,一、材料力学实验的意义：,1、材料力学实验是材料力学理论教学中非常重要的实践性环节，这两者是不可分割的。因为我们在对构件进行理论分析时，往往是把实际问题抽象为理想的计算模型，再根据科学的假设，推导出一般性公式。然而，这些简化和假设是否正确，理论计算公式能否在设计中应用，必须通过实验来验证。,2、我们在解决工程构件设计中的强度、刚度和稳定性等问题时，首先就要
3、知道反应这些材料的力学性能参数，而这些力学性能参数也必须通过实验来测定。,3、在实际工程中有许多构件的几何形状非常复杂或者构件所受的外力非常复杂或者工程构件的边界条件不清楚，难以用材料力学理论来求解或根本就没有解，在这样的情况下，就更需要用力学实验的方法来寻求解答即实验应力分析。,4、通过实验培养严肃认真的工作态度，实事求是的科学工作作风。培养独立分析问题、解决问题的能力，培养实验动手能力。,二、材料力学实验与理论之关系,材料力学实验,材料力学理论,应力，应变分析理论,实验验证,零件疲劳设计校核构件动态强度设计校核,构件静动态应变(含变形）、应力实测,构件静强度，刚度、稳定性设计、校核,构件塑
4、性设计强度校核,三、材料力学实验的主要内容,（1）测定材料的力学性能 a、为构件设计提供材料的力学性能指标和参数；b、材料材质复验；c、评定材料的热处理工艺、焊接工艺；d、构件失效分析；e、研究新型合金材料；复合材料。（2）验证材料力学理论 验证理论有三层意义,验证现有理论,验证新建立的理论,修正、发展现有理论,（3）实验应力分析 特点：只要是变形固体，不管结构形状、受力如何复杂，也不必准 确了解边界条件，在某些特殊条件下，用实验方法甚至能比理论计算更简便、迅速准确的提供结果或结论。,四、实验目的：,3、观察试样在拉伸全过程中的各种变形现象；,1、测定低碳钢的弹性模量 下屈服强度 抗拉强度 断
5、后伸长率 断面收缩率；,2、测定铸铁的抗拉强度,断后伸长率；,4、分析低碳钢和铸铁试样断口特点并比较其力学性能。,五、实验步骤:,5、取下试样，观察并描述试样破坏后断口特征并分析破坏原因。,3、测定低碳钢的弹性模量；,1、测定试样的原始直径 原始标距；,2、装夹试样，启动计算机，进行加载，测定低碳钢拉伸下 屈服力,及最大力；测定铸铁拉伸最大力;,4、测定试样断后缩颈处最小直径；断后标距；,六、实验材料和试样:,低碳钢、铸铁拉伸采用比例标准圆形试样,同种材料的断后伸长率不仅取决于材质，而且还取决于试样的标距,七、实验设备和仪器:,1.CMT5105电子式万能试验机；,2.SCDY-1型双侧电子引
6、伸计；,3.0.01mm数字游标卡尺；,双侧电子引伸计,4、试样标距打点器。,1、弹性模量E的测定:,材料在线弹性范围内，其应力、应变成正比关系,式中Le 采用引伸计的刀口间距 Le50mm,双侧电子引伸计,O,F,在变形图上测E,DL,n,m,用鼠标分别点直线上n和m两点，屏幕上分别显示n点和m的变形及力值。,八、实验原理：,2、低碳钢拉伸曲线,下屈服强度,抗拉强度,O,F,Dl,Fb,用鼠标指向曲线最高点，屏幕显示最大载荷值,用鼠标指向锯齿波最低点，屏幕显示屈服载荷值,Fs,卸载线,断后伸长率,断面收缩率,oe段(oa段；ae段)、ec段、cb段、bk段 各段含义,抗拉强度：,3、铸铁拉伸
7、曲线,用鼠标指向曲线的最高点，屏幕显示最大载荷值,断后伸长率：,铸铁拉伸过程比较简单，可近似认为经弹性阶段直接过渡到断裂,九、实验原始数据：,1、低碳钢拉伸实验数据：,试样原始直径和标距：,下屈服力：,2、两点法测量弹性模量 E(在变形图上测量，实验前变形清零）,试样断后直径和标距：,最大力：,3、铸铁拉伸实验数据：,试样原始直径和标距：,最大力：,试样断后标距：,十、实验计算结果,1、低碳钢材料：,下屈服强度：,抗拉强度：,断后伸长率：,断面收缩率：,2、弹性模量：,3、铸铁材料：,抗拉强度：,断后伸长率：,十一、实验报告要求,1计算材料强度指标及塑性指标，低碳钢弹性模量 E(Gp)；,4描述断口特征；,3比较两种材料拉伸力学性能；,2强度指标以MPa为单位并保留3位有效数字；,5、实验结果分析。,手动控制盒,楔形夹具,电源开关,移动横梁,电子万能材料试验机,CMT5105,
