【正文】 ③開動油泵電動機，緩緩打開送油閥，用慢速均勻加載。 ④調(diào)整好自動繪圖儀的傳動裝置和筆、紙等。拉伸試樣則須調(diào)整下夾頭位置，使拉伸區(qū)間與試樣長短適應。 ③安裝試樣。再一次按①方法，校準“零”點。但是這部分油壓并未用來給試樣加載，不應反映 到試樣載荷的讀數(shù)中去。調(diào)整時，先開動油泵電動機，將活動平臺升起 3～ 5mm 左右，然后稍旋動擺桿上的平衡鉈20，使擺桿保持鉛直位置，再轉(zhuǎn)動水平齒條使指針對準“零”點。 WE— 10 型萬能試驗機有 0～ 20KN、 0～ 60KN、 0～ 100KN 三種測量量程。擺桿轉(zhuǎn)動時， 7 它上面的推桿便推動水平齒條 17，從而使齒輪帶動測力指針旋轉(zhuǎn)，這樣便可從測力度盤上讀出試樣受力的大小。此油壓推動測力活塞 15，帶動測力拉桿，使擺桿 21 和擺錘 16 繞支點轉(zhuǎn)動。這壓力的大小與試樣所受載荷的大小成比例。 （ 2）測力部分 裝在試驗 機上的試樣受力后，它受力大小，可在測力盤上直接讀出。如將拉伸樣裝于上夾頭 10 和下夾頭 11 內(nèi)，當活動平臺向上移動時，因下夾頭不動，而上夾頭隨著平臺向上移動，則試樣受到拉伸；如將試樣裝于平臺的承壓座 12 內(nèi)，平臺上升時，則試樣受到壓縮。這里僅對常用的兩種類型介紹如下： 1） WE—— 10 型液壓擺式萬能材料試驗機 WE— 10 型液壓擺式萬能材料試驗機的外形如圖 1— 1，它的構(gòu)造原理示意圖如圖 圖 12 液壓擺式萬能材料試驗機原理示意圖 （ 1）加力部分 在試驗機的底座上，裝有兩根固定立柱 2，立柱支承著固定橫梁 3 及工作 油缸 4。它可以做拉伸、壓縮、 6 剪切、彎曲等試驗，故習慣上稱它為萬能材料試驗機，簡稱為全能機。 2．設備：萬能材料試驗機。 5．比較低碳鋼（塑性材料）與鑄鐵（脆性材料）拉伸時的機械性質(zhì)。 3．測定鑄鐵的強度極限 ? b。 一、實驗目的 1．了解試驗設備 —— 萬能材料試驗機的構(gòu)造和工作原理，掌握其操作規(guī)程及使用時的注意事項。 10．實驗報告要求字跡端正、繪圖清晰、表格簡明、實驗結(jié)果正確。不得將實驗室的工具、儀器、材料等 物品攜帶出實驗室。 6．實驗過程中，若未按操作規(guī)程操作儀器，導致儀器損壞者，將按學校有關規(guī)定進行處理。 5．實驗時應嚴格遵守操作步驟和注意事項。 3．進入實驗室后，不得高聲喧嘩和擅自亂動儀器設備，損壞儀器要賠償。 3 實 驗 須 知 1．實驗前必須預習實驗指導書中相關的內(nèi)容，了解本次實驗的目的、要求及注意事項。在工程實踐中，很多構(gòu)件的形狀和受載情況比較復雜，單純依靠理論計算不易得到正確的結(jié)果，必須用實驗的方法來了解構(gòu)件的應力分布規(guī)律，從而解決強度問題，這種辦法稱為實驗應力分析。但是這些假設和結(jié)論是否正確，理論公式能否應用于實際之中，必須通過實驗來驗證。 二、驗證理論公式的正確性。通過這些試驗，學會測量材料力學性能的基本方法。 一、測定材料的力學性質(zhì)。學生通過做實驗，用理論來解釋、分析實驗結(jié)果，又以實驗 結(jié)果來證明理論，互相印證，以達到鞏固理論知識和學會實驗方法的雙重目的。 材料力學實驗指導書 工程力學教研中心編 2 前 言 材料力學實驗是材料力學課程的重要組成部分?？茖W史上許多重大發(fā)明是依靠科學實驗而得到的，材料力學中的一些理論和公式也是建立在實驗、觀察、推理、假設的基礎上，它們的正確性還必須由實驗來驗證。 材料力學實驗包括以下三個方面的內(nèi)容 。材料的力學性質(zhì)通常是通過拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、斷裂韌性測試等試驗來測定的。在工程上，各種材料的力學性能是設計構(gòu)件時不可缺少的依據(jù)。在理論分析中，將實際問題抽象為理想模型，并做出某些科學假設（如彎曲中的平截面假定等），使問題簡化，從而推出一般性結(jié)論和公式，這是理論研究中常用的方法。 三、實驗應力分析。目前實驗應力分析的方法很多，這里只介紹應用較廣的電測法。 2．按預約實驗時間準時進入實驗室，不得無故遲到、早退、缺席。 4．保持實驗室整潔，不準在機器、儀器及桌面上涂寫，不準亂丟紙屑，不準隨地吐痰。實驗中，若遇儀器設備發(fā)生故障，應立即向教師報告，及時檢查，排除故障后，方能繼續(xù)實驗。 7．實驗過程中，同組同學要相互配合，認真測取和記錄實驗數(shù)據(jù)； 8．實驗結(jié)束后，將儀器、工具清理擺正。 9．實驗完畢，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)教師認可后方能離開實驗室。 4 目 錄 一、基礎實驗 ………………………… …… …………………………………………… 4 實驗一 低碳鋼和鑄鐵拉伸實驗 …………………………………………………. 4 實驗二 低碳鋼和鑄鐵壓縮實驗 ………………………………………………….13 實驗三 扭轉(zhuǎn)試驗 …………………………………………………………………..16 實驗四 切變模量 G 的測定 …………………………………………………………24 實驗五 梁的彎曲正應力實驗 ……………………………………………………..27 實驗六 主應力實驗 ………………………………………………………………..30 實驗七 壓桿穩(wěn)定實驗 ……………………………………………………………..33 二 、綜合實驗 ………………………………………………………………………… 37 實驗一 低碳鋼和鑄鐵拉伸實驗 ……………………………………………….37 實驗二 低碳鋼和鑄鐵壓縮實驗 ………………………………………………….39 實驗三 扭轉(zhuǎn)試驗 …………………………………………………………………..42 實驗四 切變模量 G 的測定 …………………………………………………………44 實驗五 梁的彎曲正應力實驗 ……………………………………………………..45 實驗六 主應力實驗 ………………………………………………………………..52 實驗七 壓桿穩(wěn)定實驗 ……………………………………………………………..5 6 實驗報告 …………………………………………………………………………… 57 5 一、基礎實驗 實驗一 拉伸實驗 拉伸實驗是檢驗材料機械性能的最基本的實驗。 2．測定低碳鋼的屈服極限 (流動極限 )σ s,強度極限σ b、伸長率 ? 、斷面收縮率 ? 。 4．觀察以上兩種材料在拉伸過程中的各種現(xiàn)象，并利用自動繪圖裝置繪制拉伸圖 （ P 一 L? 曲線）。 二、實驗設備和量具 1．量具：游標卡尺、鋼尺、分規(guī)。 圖 11 液壓式萬能材料試驗機外形圖 下面將萬能材料試驗機的構(gòu)造、工作原理及操作規(guī)程介紹如下： 在材料力學實驗中，最常用的機器是萬能材料試驗機。全能機有多種類型。當開動油泵電動機后，電動機帶動油泵 5，將油箱里的油，經(jīng)送油閥 23 送至工作油缸 4，推動其工作活塞 6，使上橫梁 活動立柱 8 和活動平臺 9 向上移動。 做拉伸實驗時，為了適應不同長度的試樣，可開動下夾頭的電動機使之帶動蝸桿、蝸桿帶動蝸輪、蝸輪再帶動絲桿，可控制下夾頭上、下移動，調(diào)整適當?shù)睦炜臻g。試樣受了載荷的作用，工作油缸內(nèi)的油就具有一定的壓力。而測力油管將工作油缸與測力油缸 14 聯(lián)通，則測力油缸就受到與工作油缸相等的油壓。試樣受力愈大，擺的轉(zhuǎn)角也愈大。擺錘的重量可以調(diào)換，一般試驗機可以更換三種錘重，故測力度盤上也相應有三種刻度， 這三種刻度對應著機器的三種不同的量程。 （ 3）操作步驟 ①加載前，測力指針應指在度盤的“零”點，否則必須加以調(diào)整。其所以先升起活動平臺才調(diào)整零點的原因，是由于上橫梁、活動立柱 8 和活動平臺等有相當大的質(zhì)量，要有一定的油壓才能將它升起。 ②選擇量程，裝上相應的錘重。調(diào)好回油緩沖器的旋鈕，使之與所選的量程相同。壓縮試樣必須放置墊板。注意：試樣夾緊后，絕對不允許再調(diào)整下夾頭，否則會造成燒毀下夾頭電動機的嚴重事故。 ⑤檢查送油、回油閥，一定要注意它們均應在關閉位置。 ③實 驗完畢，立即停車取下試樣。最后將一切機構(gòu)復原，并清理機器。加載、卸載和回油均應緩慢進行。 ②拉伸試樣夾住后，不得再調(diào)整下夾頭的位置，以使帶動下夾頭升降的電動機燒壞。 ④試驗時，不得觸動擺錘，以免影響試驗讀數(shù)。 三、實驗原理 1．為了檢驗低碳鋼拉伸時的機械性質(zhì)，應使試樣軸向受拉直到斷裂，在拉伸過程中以及試樣斷裂后，測讀出必要的特征數(shù)據(jù)（如； PS、 Pb、 L dl）經(jīng)過計算，便可得到表示材料力學性能的四大指標： ? s、 ? b、 ? 、 ? 。 四、實驗試樣 試樣的各部分名稱如圖 l— 4。 標距 10 是待試部分，也是試樣 的主體，其長度通常簡稱為標距，也稱為計算長度。為了能正確地比較材料的機械性質(zhì)，國家對試樣尺寸作了標準化規(guī)定。比例試樣系按公式 001 AK? 計算而得。據(jù)此，短、長圓形試樣的標距長度 10 分別等于 5d010d0。 根據(jù)國家標準（ GB228— 76）將比例試樣尺寸列表如下： 試樣 標距長度 L0（ mm） 橫截面積 A0（ mm） 圓形試樣直徑 表示伸長率 的 符 號 比 長 A 10d0 任意的 任意的 10? 圖 14 圓形截面試件 9 例 短 A 5d0 5? 表中 d0 表示試樣標距部分 的原始直徑， 10? ， 5? 分別表示標距長度 L0 為 d0 的10 倍或 5 倍的試樣伸長率。 五、實驗方法及步驟 1．低碳鋼試樣的拉伸實驗 1）測定試樣的截面尺寸 —— 圓試樣測定其直徑 d0 的方法是：在試樣標距長度的兩端和中間三處予以測量，每處在兩個相互垂直的方向上各測一次，取其算術(shù)平均值，然后取這三個平均數(shù)的最小值作為 d0；矩形試樣測 三個截面的寬度 b與厚度 a，求出相應的三個 A0，取最小的值作為 A0。所需位數(shù)以后的數(shù)字按四舍五入處理。小于 的數(shù)值舍去之；等于或大于 但小于 者化整為 5mm；等于或大于 者進為 10mm。兩標點之間用分劃器等分 10 格或 20 格，并刻出分格線，以便觀察變形分布情況，測定延伸率 ? 。 每臺全能機都有幾個載荷級，其刻度范圍均自零至該級載荷的最大值。有效部分的規(guī)律如下： 下限不小于該載荷級最大值的 10％，且不小于整機最大載荷的 4％。 實驗時應保證全部待測載荷均在此范圍之內(nèi)。假使機器有兩個載荷級都能滿足要求，則應取較小的載荷級以提高載荷測讀精度。試車的目的是檢查包括自動繪圖裝置在內(nèi)的試驗機工作是否正常。 用慢速加載，使試樣的變形勻速增長。在試樣勻速變形的過程中，測力盤上的指針起初也是勻速前進的，但是，當指針停止前進或來回擺時就表明試樣進入屈服階段，讀出此時的最小載荷 Ps。對于 A3 鋼來說，屈服時的曲線如圖 1— 5(a)所示，其中 PS 上 叫做上屈服載荷，與鋸齒狀曲線段最低點相應的最小載荷 PS 下 叫下屈服載荷。有些材料，屈服時的 LP ?? 曲線基本上是一個平臺的曲線而不是呈現(xiàn)出鋸齒形狀，如圖 1— 5(b)所示。這時載荷 —— 變形曲線將開始上升。如果在這一階段的某一點處進行卸載，則可以在自動繪圖儀上得到 一條卸載曲線，實驗表明，它與曲線的起始直線部分基本平行。 11 圖 16 低碳鋼拉伸圖 隨著實驗的繼續(xù)進行，載荷 —— 變形曲線將前因后果趨平緩。最后試樣斷裂。 試 樣斷后標距部分長度 11 的測量：將試樣拉斷后的兩段在拉斷處緊密對接起來，盡量使其軸線位于一條直線上。 11 用下述方法之一測定。 移位法：如拉斷處到鄰近標距端點的距離小于 10／ 3 時，則可按下法確定 11： 在長段上從拉斷處 0 取基本等于短段格數(shù)，得 B 點，接著取等于長段所余格數(shù)（偶數(shù)，圖 l— 7a）之半，得 C 點；或者取