【文章內(nèi)容簡介】 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟 （1）測量試樣的尺寸。（2）先將低碳鋼的拉伸試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)上，再把引伸儀安裝在試樣的中部，并將指針調(diào)零。（3）按等量逐級加載法均勻緩慢加載，讀取引伸儀的讀數(shù)。（1）將試樣打上標(biāo)距點(diǎn)，并刻畫上間隔為 或 的分格線。m105（2）在試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的中間以及兩標(biāo)距點(diǎn)的內(nèi)側(cè)附近，分別用游標(biāo)卡尺在相互垂直方向上測取試樣直徑的平均值為試樣在該處的直徑，取三者中的最小值作為計算直徑。27 / 151（3）把試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘，調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”點(diǎn)，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（4）開動萬能試驗(yàn)機(jī)，勻速緩慢加載，觀察試樣的屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，直至試樣被拉斷為止，并分別記錄下主動指針回轉(zhuǎn)時的最小載荷 和從動指針?biāo)Ａ粑恢玫膕F最大載荷 。bF（5）取下拉斷后的試樣，將斷口吻合壓緊，用游標(biāo)卡尺量取斷口處的最小直徑和兩標(biāo)點(diǎn)之間的距離。（1）測量試樣的尺寸。（2）把試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”點(diǎn)，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）開動萬能試驗(yàn)機(jī)，勻速緩慢加載直至試樣被拉斷為止，記錄下從動指針?biāo)Ａ粑恢玫淖畲筝d荷 。bF 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計算表 11 測定低碳鋼的彈性模量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計算試 樣 尺 寸： 直徑 ?dm引伸儀參數(shù)： 標(biāo)距 放大倍數(shù) 0l ?m變形/格載荷/ kN第 一 次 第 二 次讀數(shù) F增量 F?引伸儀讀數(shù) n 增量 ?引伸儀讀數(shù) n 增量 ?增量均值 ??F增量均值 格??n增量均值 格??n試樣在引伸儀標(biāo)距內(nèi)伸長的平均值 ml/0 m彈性模量 ?????? 204dFlAlE?GPa表 12 測定低碳鋼拉伸時的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計算試 樣 尺 寸 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前： 標(biāo) 距 ?lm 直 徑 d實(shí)驗(yàn)后：屈 服 載 荷 ?sFkN最 大 載 荷 b屈 服 應(yīng) 力 A/s?MPa抗 拉 強(qiáng) 度 28 / 151 標(biāo) 距 ?1lm 最 小 直 徑 d伸 長 率 ??????%10/l?斷面收縮率 A?拉斷后的試樣草圖 試 樣 的 拉 伸 圖表 13 測定灰鑄鐵拉伸時的強(qiáng)度性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計算試 樣 尺 寸 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前： 直 徑 ?dm最 大 載 荷 ?bFkN抗 拉 強(qiáng) 度 A/?MPa拉斷后的試樣草圖 試 樣 的 拉 伸 圖（1）強(qiáng)度性能指標(biāo)（屈服應(yīng)力 和抗拉強(qiáng)度 ）的計算精度要求為 ，即：s?b?凡＜ 的數(shù)值舍去，≥ 而＜ 的數(shù)值化為 ，≥ 的數(shù)MPa 值者則進(jìn)為 。（2）塑性性能指標(biāo)（伸長率 和斷面收縮率 ）的計算精度要求為 ，即：凡??%.＜ 的數(shù)值舍去，≥ 而＜ 的數(shù)值化為 ，≥ 的數(shù)值則進(jìn)為 。%. %.. %.7. 1 注意事項(xiàng)，嚴(yán)禁開“快速”檔加載。開動萬能試驗(yàn)機(jī)后，操作者不得離開工作崗位，實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生故障應(yīng)立即停機(jī)。，使用時須謹(jǐn)慎小心，不要用手觸動指針和杠桿。安裝時不能卡得太松，以防實(shí)驗(yàn)中脫落摔壞；也不能卡得太緊，以防刀刃損傷造成測量誤差。，防止沖擊。 思考題？？？應(yīng)如何避免或減小其影響？二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（1 學(xué)時）：低碳鋼和鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)29 / 151實(shí)驗(yàn)類型演示性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呵?yīng)力 。s?：抗壓強(qiáng)度 。bc，比較低碳鋼與灰鑄鐵在壓縮時的變形特點(diǎn)和破壞形式。 預(yù)習(xí)要求了解試驗(yàn)原理和試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備及使用原理（一）儀器設(shè)備。 （二）實(shí)驗(yàn)原理低碳鋼在壓縮過程中，當(dāng)應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時，其變形情況與拉伸時基本相同。當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力后，試樣產(chǎn)生塑性變形，隨著壓力的繼續(xù)增加，試樣的橫截面面積不斷變大直至被壓扁。故只能測其屈服載荷 ，屈服應(yīng)力為sFAs??式中： 為試樣的原始橫載面面積。A灰鑄鐵在壓縮過程中，當(dāng)試樣的變形很小時即發(fā)生破壞，故只能測其破壞時的最大載荷 ，抗壓強(qiáng)度為bcF AFσbc? 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟 ，并涂上潤滑油。用游標(biāo)卡尺在試樣的中間截面相互垂直的方向上各測量一次直徑，取其平均值作為計算直徑。，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”，將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。、下承墊之間，并檢查對中情況。，均勻緩慢加載，注意讀取低碳鋼的屈服載荷 和灰鑄鐵的最sF大載荷 ，并注意觀察試樣的變形現(xiàn)象。bF實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計算30 / 151表 21 測定低碳鋼和灰鑄鐵壓縮時的強(qiáng)度性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計算材料試樣直徑 m/d實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 實(shí)驗(yàn)后的試樣草圖 試樣的壓縮圖低碳鋼屈服載荷 ?sFkN屈服應(yīng)力 A?MPa灰鑄鐵最大載荷 ?bck抗壓強(qiáng)度 FPa 思考題 和 的數(shù)值有何差別？s?b。 三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（1 學(xué)時）：低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)類型演示性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，測定低碳鋼的彈性常數(shù)：切變模量 。G：扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力 和抗扭強(qiáng)度 。s?b?：抗扭強(qiáng)度 。b，比較低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞形式。 預(yù)習(xí)要求了解試驗(yàn)原理和試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備及使用原理（一）儀器設(shè)備。 （二）實(shí)驗(yàn)原理為了驗(yàn)證剪切胡克定律，在彈性范圍內(nèi)，采用等量逐級加載法。試驗(yàn)裝置如圖 31所示，將試樣安裝在扭角儀上，每次增加同樣的扭矩 ，若扭轉(zhuǎn)角 也基本相等，T???即驗(yàn)證了剪切胡克定律。31 / 151Flab176。217。214。177。237。197。164。170。202。212。209。249。188。211。216。193。166。177。219。178。226。191。圖 31 扭角儀根據(jù)扭矩增量的平均值 ，測得的扭轉(zhuǎn)角增量的平均值 ，由此可得到切變模量T???pITlG???式中： 為試樣的標(biāo)距； 為試樣在標(biāo)距內(nèi)橫截面的極慣性矩； 為試樣的直l 32/d4p??I d徑。若載荷增量的平均值為 ，則扭矩增量的平均值為 ，若測量點(diǎn)的位移增F?aFT??量平均值為 ，則扭轉(zhuǎn)角增量的平均值為 ，將這些關(guān)系式代入上式，即得??b/?????432dalFG式中： 為載荷力臂； 為測量力臂。ab試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點(diǎn)處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，測矩盤上的指針會出現(xiàn)停頓，這時指針?biāo)甘镜耐饬ε季氐臄?shù)值即為屈服力偶矩，低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為esMpess43WM??式中： 為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。16/3pdW??在測出屈服扭矩 后，改用電動加載，直到試樣被扭斷為止。測矩盤上的從動指針sT所指示的外力偶矩數(shù)值即為最大力偶矩 ，低碳鋼的抗扭強(qiáng)度為ebp43??對上述兩公式的來源說明如下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過程中，利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上的自動繪圖裝置繪出的圖如圖 16 所示。當(dāng)達(dá)到圖中 點(diǎn)時， 與 成正比的關(guān)系開始破壞，這時，??eMAeM?試樣表面處的切應(yīng)力達(dá)到了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力 ，如能測得此時相應(yīng)的外力偶矩 ，s? epM如圖 17a 所示，則扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為 pesW?經(jīng)過 點(diǎn)后，橫截面上出現(xiàn)了一個環(huán)狀的塑性區(qū)，如圖 17b 所示。若材料的塑性A很好，且當(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)展到接近中心時，橫截面周邊上各點(diǎn)的切應(yīng)力仍未超過扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力，此時的切應(yīng)力分布可簡化成圖 17c 所示的情況，對應(yīng)的扭矩 為sT32 / 151O?MeABCepsMeb圖 32 低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖 ?sT?sT?sT（a ） （b） （c ）圖 33 低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時橫截面上的切應(yīng)力分布（a） ；（b） ；（c）pT?spT?sT?sps3d/2 0sd/2 0ss 41??????? W??由于 ，因此，由上式可以得到essMT? pess43M??無論從測矩盤上指針前進(jìn)的情況，還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看， 點(diǎn)A的位置不易精確判定，而 點(diǎn)的位置則較為明顯。因此，一般均根據(jù)由 點(diǎn)測定的B B來求扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 。當(dāng)然這種計算方法也有缺陷，只有當(dāng)實(shí)際的應(yīng)力分布與圖 17cesMs?完全相符合時才是正確的，對塑性較小的材料差異是比較大的。從圖 16 可以看出，當(dāng)外力偶矩超過 后，扭轉(zhuǎn)角 增加很快，而外力偶矩 增加很小， 近似于一條es?eMC直線。因此，可認(rèn)為橫截面上的切應(yīng)力分布如圖 17c 所示，只是切應(yīng)力值比 大。根s?據(jù)測定的試樣在斷裂時的外力偶矩 ，可求得抗扭強(qiáng)度為ebMpeb43W??對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩 （方法同 2），抗扭強(qiáng)度為ebMpeb??由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣可以看出：低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直，表明破壞是由切應(yīng)力引起的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成 角，表明破壞是由拉?45應(yīng)力引起的。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟 33 / 151（1）調(diào)整好扭角儀上的百分表，使指針對準(zhǔn)“0”。（2）采用等量逐級加載法，每加一塊砝碼，記錄一次百分表的讀數(shù)。（3）卸載，整理儀器。（1）測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗(yàn)相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，選擇合適的測矩盤和相應(yīng)的擺錘，調(diào)整好測矩盤的指針，使之對準(zhǔn)“0”，并將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）用手搖柄均勻緩慢加載，注意觀察測矩盤上的指針，若指針停止轉(zhuǎn)動，則表明整個材料發(fā)生屈服，記錄下此時的外力偶矩 。esM（4）改用電動快速加載，直至試樣被扭斷為止，關(guān)閉扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，由從動指針讀取最大外力偶矩 。ebM（1）測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗(yàn)相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，選擇合適的測矩盤和相應(yīng)的擺錘，調(diào)整好測矩盤的指針，使之對準(zhǔn)“0”，并將從動指針與之靠攏，同時調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）用手搖柄均勻緩慢加載，直至試樣被扭斷為止，關(guān)閉扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，由從動指針讀取最大外力偶矩 。ebM 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與計算表 31 測定低碳鋼的切變模量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計算試 樣 尺 寸： 標(biāo) 距 直 徑 ?lm?dm扭角儀參數(shù)： 載荷力臂 測量臂長 ab位移/載荷/ kN第 一 次 第 二 次讀數(shù) F增量 F?百分表讀數(shù) ?增量 ??百分表讀數(shù) ?增量 ??增量均值 ??F增量均值 ???增量均值 ???切變模量 ???432dablGGPa表 32 測定低碳鋼和灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計算材料 低 碳 鋼 灰 鑄 鐵試樣尺寸 直 徑 ?dm直 徑 ?dm34 / 151實(shí)驗(yàn)后的試樣草圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)屈 服 扭 矩 ?sTmN?最 大 扭 矩 b扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力 ?pss/?MPa抗 扭 強(qiáng) 度 b最大扭矩 ?bTmN?抗扭強(qiáng)度 p/W?MPa試樣的扭轉(zhuǎn)圖 思考題，并分析它們的破壞原因。、壓縮和扭轉(zhuǎn)三種試驗(yàn)結(jié)果，比較低碳鋼與灰鑄鐵的力學(xué)性能及破壞形式，并分析原因。四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（1 學(xué)時）：矩形截面梁的純彎曲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。預(yù)習(xí)要求了解試驗(yàn)原理和試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備及使用原理（一）儀器設(shè)備。 型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。 型載荷顯示儀。 （二）實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置如圖 41 所示，矩形截面梁采用低碳鋼制成。在梁承發(fā)生純彎曲變形梁段的側(cè)面上，沿與軸線平行的不同高度的線段 、 、 、 、 （2?10?1?2??線位于中性層上， 線位于梁的上表面， 線位于梁的下表面， 和0?2??35 / 15 和 各距 線等距，其距離分別用 和 表示）上粘貼有五個應(yīng)變1??2??01y2片作為工作片，另外在梁的右支點(diǎn)以外粘貼有一個應(yīng)變片作為溫度補(bǔ)償片。將五個工作片和溫度補(bǔ)償片的引線以半橋形式分別接入電阻應(yīng)變儀后面板上的五個通道中，組成五個電橋（其中工作片的引線接在每個電橋的 和 端，溫度補(bǔ)償片AB接在電橋的 和 端）。當(dāng)梁在載荷作用下發(fā)生彎曲變形時，工作片的電阻值將隨著BC梁的變形而發(fā)生變化，通過電阻應(yīng)變儀