【正文】 余格數（奇數，圖 1 一 7b）減 1與加 1 之半，分別得 C 與 C1 點，移位后的 11 分別為 AO＋ OB＋ 2BC 或 AO＋ OB＋ BC＋ BC1。 拉斷后縮頸處截面積 A1 的測定： 圓形試樣在縮頸最小處兩個相互垂直方向上測量其直徑，用二者的算術平均值作為斷口直徑 d1，來計算其 A1。 2．灰鑄鐵試樣的拉伸實驗 灰鑄鐵這類脆性材料拉伸時的載荷 — 一變形曲線如圖 1— 8 所示?；诣T鐵試樣是在非常微小的變形情況下突然斷裂的，斷裂后幾乎測不到殘變形。這樣，對灰鑄鐵只需測定它的強度極限 b? 就可以了。 二、設備和量具 1．萬能材料試驗機 2．游標卡尺 三、實驗原理及步驟 低碳鋼和鑄鐵等金屬材料的壓縮試樣一般制成圓柱形，高 ho 與直徑 do 之比在1～ 3 的范圍內。這種壓縮試驗方法，試樣的上下兩端與試驗機承墊之間會產生很大的摩擦力，它們阻礙著試樣上部及下部的橫向變形，導致測得的抗壓強度較實際偏高。由此可見，壓縮試驗是與試驗條件有關的。實踐表明，此值取在 1～ 3 的范圍內為宜。 為了保證正確地使試樣中心受壓，試樣兩 端面必須平行及光滑，并且與試樣軸線垂直。球形承墊 的作用是，當試樣兩端稍不平行，它可起調節(jié) 作用。 從進入屈 服開始，試樣塑性變形就有較大的增長，試樣截面面積隨之增大。因此，在整個屈服階段，載荷也是上升的，在測力盤上看不到指針倒退現象，這樣，判定壓縮時的 Ps 要特別小心地注意觀察。由于指針轉動速度的減慢不十分明顯，故還要結合自動繪圖裝置上繪出的壓縮曲線中的的拐點來判斷和確定 Ps。繼續(xù)不斷加壓，試樣將愈壓愈扁，但總不破壞。 圖 22 低碳鋼壓縮圖 圖 23 鑄鐵壓縮圖 灰鑄鐵在拉伸時是屬于塑性很差的一種脆性材料，但在受壓時，試件在達到最大載荷 Pb 前將會產生較大的塑性變形，最后被壓成鼓形而斷裂。 圖 24 壓縮時低碳鋼變形示意圖 圖 25 壓縮時鑄鐵破壞斷口 二是按 Pb/A0 求得的 b? 遠比拉伸時為高，大致是拉伸時的 3— 4 倍。鑄鐵壓縮時沿斜截面斷裂，其主要原因是由剪應力引起的。 四、試驗步驟 15 1．低碳鋼試樣的壓縮實驗 l）測定試樣的截面尺寸 —— 用游標卡尺在試樣高度中央取一處予以測量，沿兩個互相垂直的方向各測一次取其算術平均值作為 do 來計算截面面積 Ao。 2）試驗機的調整 —— 估算屈服載荷的大小，選擇測力度盤，調整指針對準零點，并調整好自動繪圖儀。 4）檢查及試車 —— 試車 時先提升試驗活動平臺，使試樣隨之上升。注意：必須切實避免急劇加載。 5）進行試驗 —— 緩慢均勻地加載，注意觀察測力指針的轉動情況和繪圖紙上曲線，以便及時而正確地確定屈服載荷，并記錄之。 2．鑄鐵試樣的壓縮實驗 鑄鐵試樣壓縮試驗的步驟與低碳鋼壓縮試驗基本相同，但不測屈服 載荷而測最大載荷。 五、思考題 1．鑄鐵的破壞形式說明了什么？ 2．低碳鋼和鑄鐵在拉伸及壓縮時機械性質有何差異？ 16 實驗 三 扭轉試驗 一、實驗目的 1．測定低碳鋼的剪切屈服極限 s? 及剪切強度極限 b? 。 3．觀察并比較低碳鋼及鑄鐵試件 扭轉破壞的情況。它的類型有好多種，構造也各有不同。 1） K— 50 型扭力試驗機 此種試驗機采用機械傳動加載，用擺式機構測示扭矩。 m（ 10Kg m（ 20Kg m（ 50Kg m（ p（ m（ 0． 20Kg它適用于直徑為 10～ 25mm 長度為 100～ 700mm 的試件。其操作步驟如下： 17 圖 42 K— 50 型扭力試驗傳動系統(tǒng)圖 （ 1）檢查試驗機夾頭 2 的形式與試件是否配合；測角度盤 15 置“ 0”；檢查自動繪圖器 工作是否正常。 （ 3）當擺桿保持鉛直時，測力指針 12 應對準“零”點。再擰緊螺母。 （ 5）加載 —— 有手搖加載與電動加載之分。通過試件使固定夾頭 2 也跟著旋轉。因此，擺錘力矩就等于試件所承受的扭矩。 電動加載：將變速桿 5 放在“ 轉／分”或 1 轉／分”處，此時，軸 I 上的兩個齒輪之一，便通過滑鍵與軸 I 聯(lián)在一起，開動電機 10，經三角皮帶 動軸 I、II 等傳動系統(tǒng)，對試件快速加載。測角度盤上的測角指標 16 與試件被動端聯(lián) 動，因此指標桿在度盤上所指數值便是試件兩端的相對扭轉角。測角度盤上還附有一個計數裝置，可以指出試件扭轉的總圈數。筆尖由推動測力 指針的齒桿帶動，而圖紙滾動則與傳動主軸 8 聯(lián)動。曲線上各點的縱坐標為扭矩，橫坐標為試件轉動端的絕對扭轉角。所見異聲或發(fā)生故障，應立即停車。 ③采用電動加載時，手搖柄必須先取掉，以免其飛出造成事故。它有三種量程：200N m）、 500N m）、 1000N m）；相應的精度分別為 m）、 m）、 m）。 試驗機的外形如圖 4— 3 所示，其測力機構的傳動系統(tǒng)如圖 4— 4 所示。 （ 2）根據試件所需的最大扭矩，轉動調節(jié)輪 10 至相應位置，以選擇適當的測力度盤 5。 （ 4）旋動調零手輪使測力度盤上的指針對“零”。 手動加載：將離合器桿調到中央位置上（即“空車”位置），用手轉動手輪11 加載。電動加載時，先將離合器桿 4 調到所欲用的轉速位置上，按下開關按扭（“正向”、“反向”均可），開動電動機 6 通過變速箱 齒輪箱 3等傳動系統(tǒng)，使加載夾頭 2 順時針（或逆時針）傳動，試件便產生扭轉變形。7ˊ），與固定夾頭團結在一起的大杠桿也就跟著旋轉。拉桿下行的結果，一方面揚起擺錘來平衡加載夾頭加在試樣上的力偶，使試件受到扭矩的作用，另一方面帶動撥桿、推桿，使指針旋轉，從而在 20 圖 44 NN— 100 型扭力試驗機測力機構圖 1— 反向杠桿， 2— 變支點杠桿， 3— 拉桿， 4— 擺錘， 5— 撥桿， 6—推桿， 7— 指針， 8— 限位開關， 9— 大杠桿， 10— 擺桿， 11— 平衡鉈，12— 滑架， 13— 調節(jié)輪， 14— 調零手輪， 15— 輪， 16— 繩輪 表盤上顯示試樣所受的扭矩。 （ 8）注意事項 ①一旦試樣承受了扭矩，即測力指針已經走動之后，就不允許再改變量程。 ③如發(fā)生異常現象，應立即停車。 將試件裝在扭力試驗機上，開動機器，給試件加扭矩。這 Mn 一 ? 曲線也叫扭轉圖。 圖中起始直線段 OA 表明試件在這階 21 段中的 Mn 與 ? 成比例， 截面上的剪應力 呈線性分布，如圖 4— 6（ a）。 由于這時截面內部的剪應力尚小于 s? ，故試件仍具有承載能力， Mn— ? 曲線呈繼續(xù)上升的趨勢。在截面上出現了一個環(huán)狀塑性區(qū)，并隨著 Mn 的增長，塑性區(qū)逐步向中心擴展， Mn— ? 曲線稍微上升，直到 B 點趨于平坦，截面上各材料完全達到屈服，扭矩度盤上的指針幾乎不動或擺動，此時測力度盤上指示出的扭矩或指針擺動的最小值即為屈服扭矩 Ms。 圖 46 截面上剪應力分布圖 繼 續(xù)給試件加載，試件再繼續(xù)變形，材料進一步強化。由測力度盤上的被動計可讀出最大扭矩 Mb，與公式（ 4— 1）相似，可得剪切強度極限 nbb WM43?? （ 4— 2） 圖 45 低碳鋼試件扭轉圖 22 鑄鐵的 Mn 一 ? 曲線如圖 4 一 7 所示。角的螺旋面上。 由于低碳鋼的抗拉能力高于抗剪 能力，故試件沿橫截面剪斷，而鑄鐵的抗拉能 力低于抗剪能力， 故試件從表面上某一最弱處，沿與軸線成 45186。 四、試驗步驟 1．用游標卡尺測量試件直徑，求出抗扭截面模量 Wn。 2．根據求出的 Wn、估計試件材料的 b? ，求出大致需要的最大載荷，確定所需的機器量程。 4．用粉筆在試件表面上畫一縱向線，以便觀察度件的扭轉變形情況。然后卸掉手搖柄，用電動加載（或換成快速電動加載）直至試件破壞并立即停車。 6．鑄鐵試件的試驗步驟與低碳鋼相同，可直接用電動加載，記錄試件破壞時的最大扭矩值。 2．根據拉伸、壓 縮和扭轉三種試驗結果，綜合分析低碳鋼與鑄鐵的機械性質。 2．驗證材料受扭時在比例極限內的剪切虎克定律。在比例極限以內，材料的剪應力 ? 與剪應變 ? 成正比，即滿足剪切虎克定律： ?? G? 由此可得出圓軸受扭時的虎克定律表達式： pnGIM 01?? 式中 Mn 為扭矩 10 是試件的標距長度 Ip 為圓截面的極慣性矩。如果每一級扭矩增量所引起的扭轉角增量 △Φ i 基本相同，這就驗證了剪切虎克定律。它的構造、工作原理及使用方法見實驗四。 3．扭角儀。需要具有放大倍數大、精度高的專門儀器，這種儀器一般稱為側角儀。但它們的 基本原理是相同的， 都是將試件某截面 25 圓周繞其形心旋轉的弧長與其另一截面 圓周繞其形心旋轉的弧長之差進行放大 后再測讀。在試件的 A、 B 兩截面處，分別裝上 了測角 儀的兩根臂桿 AC 和 BDE，以放大 A、 B 兩截面圓周繞其形心旋轉的弧長。如果差動變壓器替代千分表，可將二臂桿的相對旋轉弧長，以電量訊號輸出，再接上二次顯示儀表，就是電子式測角儀）。設指針走動的位移為 ? ，千分表推桿頂針處 E 到試樣的軸線的距離為 b，則 A、 B 截面的相對扭轉角為 b??? （注意：這樣計算出來的 ? 的單位為弧長） 四、實驗步驟 1．測量試件直徑 d。 2．擬定加載方案。對低碳鋼來說，可?。?Mn） min＝ p? Wn，（ Mn） max＝ p? Wn。 根據擬定的（ Mn） min 和（ Mn） max 來選擇扭轉試驗機的使用量程。 3．安裝扭角儀和試件。先將試件的一端裝入扭轉試驗機的固定夾頭，然后，將另一端裝入主動夾頭，用扳物擰緊夾緊螺栓，圖 51 機械式扭角儀 26 防止試驗時打滑。 5．測讀數據。此后，每加載一級扭矩增量△ Mn，讀取相應的扭角儀讀數，直到扭矩加到（ Mn） max 為止。測讀完畢，首先取下試件，然后卸下扭角儀。 二、實驗設備 萬能試驗機。 游標卡尺、鋼尺。 本實驗采用低碳鋼制成的矩形截面梁，在梁承受純彎曲的某一截面上，沿軸向貼上五個電阻變應片，如圖 7— 1 所示， Rl 和 R5 分別貼在梁的頂部和低部， RR4 貼在 4hY ??的位置， R3 在中性軸上。由于梁的各層纖維之間無擠壓，根據單向應力狀態(tài)的虎克定律，求出各點的實驗應力 為： 實i? = E 這里采用的增量法加載，每增加等量的載荷△ P，測得各點相應的應變增量為△ 實i? ，求出 △ 實i? 的平均值 實i?? ，依次求出各點的應力增量△ 實i? 為： △ 實i? = E從圖 7— l 的試驗裝置可知，△ M 應為： ????? PM 21 （ 7— 3） 四、實驗步驟 根據材料的屈服極限 s? ，擬定加載方案。 將各工作片、補償片接入預調平衡箱，各點預調平衡。上升試驗機工作臺。加載至預定載荷的最大值時，慢慢卸載，檢查試驗機，應變儀是否處于正常狀態(tài)。上述過程重復兩次，以獲得具有重復性的可靠試驗結果。 根據公式（ 7— 3）、（ 7— 2）計算各點的理論彎曲應力值△ 理i? 。 29 六、思考題 實驗結果和理論計算是否一致？如不一致，其主要影響因素是什么？ 彎曲正應力的大小是否會受材料彈性系數 E 的影響？ 30 實驗 六 主應力實驗 一、實驗目的 l、用實驗方法測定平面應力狀態(tài)下主應力的大小及方向。 二、實驗設備 電阻應變儀及預調平衡箱。 游標卡尺及鋼尺。應用電阻應變儀及應變花可測得一點沿不同方向的三個應變值，例如圖 8— 2 所示的三個方向已知的應變 a? 、 b? 及 c? 。因而主應力的方向亦可確定（與主應變方向重合）。組成所謂“應變