材料力学实验 冯天涛 山东农业大学机械与电子工程学院. 实验项目 实验一 拉伸实验 实验二 压缩实验 实验三 拉伸时材料弹性常数的测定实验 实验四 剪切实验 实验五 冲击实验.

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1 材料力学实验 冯天涛 山东农业大学机械与电子工程学院

2 实验项目 实验一 拉伸实验 实验二 压缩实验 实验三 拉伸时材料弹性常数的测定实验 实验四 剪切实验 实验五 冲击实验

3 实验一 拉伸实验 一、实验目的 1 ．了解万能材料试验机的工作原理，掌握操作规程及 使用时的注意事项。 2 ．测定低碳钢的屈服极限、强度极限、伸长率、断面 收缩率。 3 ．测定铸铁的强度极限。 4 ．观察以上两种材料在拉伸过程中的各种现象，并利 用自动绘图装置绘制拉伸图。 5 ．比较低碳钢与铸铁拉伸时的机械性质。

4 实验一 拉伸实验 二、实验设备和量具 1 、量具：游标卡尺、钢尺、分规。 2 、设备：万能材料试验机。万能材料试验机 三、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。 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，故测定其抗拉强度极限。

5 实验一 拉伸实验

6 四、实验试样 五、实验方法及步骤 1 ．低碳钢试样的拉伸实验 1 ）测定试样的截面尺寸

7 实验一 拉伸实验 五、实验方法及步骤 2 ）试样标距长度 l 0 之间用分划器等分 10 格或 20 格， 并刻出分格线，以便观察变形分布情况，测定延伸率。 3 ）根据低碳钢的强度极限，估计加在试样上的最大载 荷，据此选择适当的机器量程。 4 ）试车正常后，正式实验开始，自动绘制拉伸图。拉伸图 5) 计算屈服极限、强度极限、延伸率和断面收缩率。

8 实验一 拉伸实验 低碳钢拉伸图

9 实验一 拉伸实验 五、实验方法及步骤 2 ．灰铸铁试样的拉伸实验 灰铸铁试样是在非常微小的变形情况下突然断裂的， 断裂后几乎测不到残变形。对灰铸铁只需测定它的强 度极限。

10 实验一 拉伸实验 六、注意事项 1 ．未经指导教师同意不得开动机器。 2 ．练习时要严格遵守操作规程。操作者不得擅自离开操 纵台。 3 ．要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载时 也要用慢速。按规定将载荷卸到所需值。 4 ．试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短现象。 5 ．试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。

11 实验一 拉伸实验 七、思考题 1 ．试比较低碳钢和铸铁的拉伸机械性质。 2 ．从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。 3 ．什么叫比例试件，它应满足什么要求？

12 实验二 压缩实验 一、实验目的 测定压缩时低碳钢的屈服极限和铸铁的强度极限。 观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象。 二、实验设备和量具 1 、万能材料试验机1 、万能材料试验机 2 、游标卡尺

13 实验二 压缩实验 三、实验原理 当试件承受压缩时，其上下两端面与试验机支承垫之 间产生很大的摩擦力，这些摩擦力阻碍试件上部和下 部的横向变形。当试件的高度相对增加时，摩擦力对 试件中部的影响将有所减小，因此抗压能力与试件高 度和直径的比值有关。 低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一般制成圆柱形， 高与直径之比在 1 ～ 3 的范围内。目前常用的压缩试 验方法是两端平压法。

14 实验二 压缩实验 四、实验步骤 1 、低碳钢试样的压缩实验 1 ）测定试样的截面尺寸 用游标卡尺测量试件两端及中部三处截面的直 径， 取三处中最小一处的平均直径来计算截面面积。 2 ）试验机的准备。 选择测力度盘。调整指针，对准零点，并调整自 动绘图器。

15 实验二 压缩实验 四、实验步骤 3 ）安装试件 将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验机球 形承垫的中心处。 4 ）检查试车 5 ）进行试验 缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况 和绘图纸上的压缩图，以便及时而正确地测定屈服载 荷，并记录下来。

16 实验二 压缩实验 四、实验步骤 2 、铸铁试样的压缩实验 铸铁试样压缩试验的步骤与低碳钢压缩试验基本相同， 但不测屈服载荷而测最大载荷。

17 实验二 压缩实验 五、注意事项 1 ．未经指导教师同意不得开动机器。 2 ．练习时要严格要遵守操作规程。 操作者不得擅自离开 操纵台。 3 ．要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。 卸载时也要慢速，按规定将载荷卸到所需值。 4 ．试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车。

18 实验二 压缩实验 六、思考题 1 ．试分别比较低碳钢和铸铁在轴向拉伸和压缩下的力学 性质。 2 ．由低碳钢和铸铁的拉伸和压缩试验结果，比较塑性材 料和脆性材料的力学性质以及它们的破坏形式。 3 ．为什么铸铁试件在压缩时沿着与轴线大致成 45° 的斜 面破坏？

19 实验三 拉伸时材料弹性常数的测 定实验 一、实验目的 1 ．在比例极限内，验证虎克定律。 2 ．测定钢材的弹性模量 E 以及泊松比。 3 ．了解电阻应变仪的原理及使用方法。 二、实验设备及仪器 1 ．万能材料试验机 1 ．万能材料试验机 2 ． 静态电阻应变仪

20 实验三 拉伸时材料弹性常数的测 定实验 三、实验原理 材料弹性常数 E 及泊松比的测定，一般是在比例极限 以内的拉伸试验中进行的。为了保证试件上被测部位 的应力是均匀分布的。要求试件有一定的长度，测量 应变的方法很多，这里采用电测法。

21 实验三 拉伸时材料弹性常数的测 定实验 四、实验步骤 1. 测量试件横截面的几何尺寸 b ， h ，求出面积 F=b×h 。 2. 熟悉应变仪的使用和接线方法，并进行刻度读数练 习。 3. 接上纵向 “ 工作片 ” R1 和 “ 补偿片 ” R2 ，根据预定的 载荷增量△ P ，逐级加载，记录相应的读数△，卸载。 4 ．以横向片代替 “ 工作片 ” R1 ，重复 3 ，测得△

22 实验三 拉伸时材料弹性常数的测 定实验 五、试验结果的处理 1. 由 P ， F 算出, 用测得在方格纸上按一定比例画出图， 观察各点是否近似于一直线，以验定虎克定律。 2. 求出弹性模量和泊松比。 六、注意事项 1 ．未经指导教师同意不得开动机器。 2 ．练习时要严格要遵守操作规程。操作者不得擅自离 开操纵台。 3 ．要慢速均匀加载，使测力指针匀速缓慢转动。卸载 时也林用慢速。按规定将载荷卸到所需值。

23 实验三 拉伸时材料弹性常数的测 定实验 六、注意事项 4 ．试件安装必须正确、防止偏斜和夹入部分过短现象。 5 ．试验时听见异声或发生任何故障，应立即停车 。 七、思考题 1 ．试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响？ 2 ．试验时为什么要加初载荷？

24 实验四 剪切实验 一、实验目的 测定低碳钢的剪切强度极限。并观察试样破坏情况。 二、实验设备 万能材料试验机 剪切器

25 实验四 剪切实验 三、实验原理 实际工程中的铆钉、销钉、键等联接件，都直接承受 剪切。此种联接件主要承受剪切和挤压变形，还伴随 有弯曲作用，受力情况比较复杂。因此，在工程设计 中对于上述联接件都是直接从剪切实验中测取金属材 料的实际剪切强度极限来作为强度计算的依据。

26 实验四 剪切实验 四、实验步骤 1 ．测量试样截面尺寸。 2 ．选择试验机及所用量程。 3 ．安装剪切器及试样，测读破坏载荷。加载过程中利 用自动绘图器观察大致的载荷 —— 变形关系，结合示 力指针前进情况，粗略地判定试样开始进入全面屈服 时的载荷。 4 ．试验完毕，做好常规的清理工作。

27 实验四 剪切实验 五、试验结果的处理 根据试件直径计算两倍的横截面面积。再根据公式算 出低碳钢的剪切强度极限。 绘出试件断口形貌并进行分析。 六、思考题 1 ．低碳钢材料在剪切试验中，其剪切断口有何特点？ 2 ．实际剪切与理论纯剪切有哪些区别？

28 实验五 冲击实验 一、实验目的 测定钢材与铸铁的冲击韧度，观察破坏情况，进行比较。 二、 实验设备 冲击试验机 。

29 实验五 冲击实验 三、 实验原理 变形速度不同，材料的机械性质也会随之发生变化。 在工程上常采用 “ 冲机韧度 ” 来表示材料抵抗冲击的能力。

30 实验五 冲击实验

31 四、实验步骤 1 ．学习冲击试验机的使用。特别要严格遵守操作规程 2 ．在安装试件之前先进行空打，记录试验机因摩擦阻 力所消耗的能量，并校对零点。 3 ．分别安装低碳钢 ( 或中碳钢 ) 与铸铁试件，测定其冲 击韧度。 五、试验结果的处理 根据试件折断所消耗的能量，计算低碳钢 ( 或中碳钢 ) 与铸铁的  k ，并进行比较。 观察两种材料断口的差异。