综合项目工程力学试验参考指导书建环.doc

工程力学实验指引书

（建环、给排水、包装工程）

9月
目 录

实验一 金属材料拉伸实验 2

实验二 金属材料压缩实验 5

实验三 弯曲正应力电测实验 8

实验一金属材料拉伸实验
一、实验目和规定
1、 观测低碳钢和铸铁在拉伸过程中力与变形关系。
2、测定低碳钢拉伸时屈服极限；强度极限，伸长率和截面收缩率φ
3、测定铸铁强度极限。
4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时力学性质。
5、理解CMT微机控制电子万能实验机构造原理和用法。
二、实验装置和原理
实验仪器设备：
CMT微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。
试件制备：
实验采用圆截面短比例试件按国标(GB/T 228-)制成，如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸和形状影响而产生差别，便于各种材料力学性能互相比较。图中：d0为试件直径，L0为试件标距，并且短比例试件规定L0=5d0。

图1-1
实验原理：
试件夹持在夹具上，点击试件保护键，消除夹持力，调节拉力作用线，使之能通过试件轴线，实现试件两端轴向拉伸。
试件在开始拉伸之前，设立好保护限位圈，微机控制系统一方面进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中，POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形关系曲线如图1—2，低碳钢在拉伸到屈服强度时，取下引伸计，试件继续拉伸，直至试件被拉断。
低碳钢试件拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。
铸铁试件拉伸曲线(图1—2b)比较简朴，既没有明显直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试件就突然断裂，断口与横截面重叠，断口形貌粗糙。抗拉强度σb较低，无明显塑性变形。与电子万能实验机联机微型电子计算机自动给出低碳钢试件屈服载荷Fs。、最大载荷Fb和铸铁试件最大载荷Fb。

图 1—2

三、实验环节和数据解决
实验环节：
1．测量试件初始直径d0和初始标距长度l0：在试件标距段两端和中间三处测量试件直径，每处直径取两个互相垂直方向平均值，做好记录。三处直径最小值取作试件初始直径d0。测量低碳钢试件初始标距长度l0。
2．依次打开实验机、计算机，按软件启动方式进入软件POWERTEST3.0界面。
4．在输入顾客参数窗口选取实验方案。金属拉伸实验（引伸计）。并设立好顾客参数、图形坐标、成果参数等。
5．输入试件尺寸、试件标距及有关实验参数，可以一次输入一根试件尺寸，也可以一次输入所有试件尺寸。
6．在实验机上装夹低碳钢试件：先用上夹头卡紧试件一端，试件端头某些伸入V形夹具2/3位置，然后提高实验机移动横梁，使试件下端缓慢插入下夹头V形夹具中，锁紧下夹头。并设立好限位圈位置。
7．点击主机小键盘上试件保护键，消除夹持力。
8．在试件实验段上安装引伸计，引伸计接线端朝下。注意安装后须轻轻拔出引伸计定位销钉。
9．实验力清零、位移清零。
10．运营实验，软件自动切换到实验界面。
11．观测实验过程，当变形达到实验方案设立引伸计切换点时，即低碳钢达到了屈服点，程序有提示窗口，实验进入力保持状态，取下引伸计，然后关掉提示窗口，实验继续运营，直到试件被拉断。由于实验力不大于最小入口力实验机自动停机。
12．实验结束，在实验教师指引下，依照变形和力、位移和力图形读取实验数据，并取下被拉断试件，观测破坏断口，测量有关尺寸。
13．铸铁拉伸实验不用使用引伸计，其她实验环节同低碳钢拉伸实验相似。
14．经实验指引教师检查实验成果后，结束实验并整顿实验现场。
数据解决：
取下拉断试件测量试件断后最小直径d1和断后标距 l1，由下述公式
， ， ，
可计算低碳钢拉伸屈服点σs。、抗拉强度σb、伸长率δ，和断面收缩率ψ；铸铁抗拉强度σb。
四、实验注意事项
1．为避免损伤实验机夹具，同步防止铸铁试件脆断飞出伤及操作者，应注意夹持试件时，横梁移动速度要慢，使试件下端缓慢插入下端V形夹具中，试件下端不要夹持过长，进入夹槽2/3即可，以免损坏移动横梁。
2．为保证明验顺利进行，实验时要读取正的确验条件，禁止随意改动计算机软件配备。
3．装夹、拆卸引伸计时，要注意插好定位销钉，到了引伸计切换点时要注意拔出定位销钉，以免损坏引伸计。

实验二金属材料压缩实验
一、 实验目和规定
1、测定低碳钢压缩屈服点σs和铸铁抗压强度σc。
2、观测铸铁材料在压缩时变形和试件断口状况，并分析其破坏因素。
二、实验装置和原理
实验仪器设备：
CMT微机控制电子万能实验机、数显游标卡尺、压缩试件。
试件制备：
金属材料压缩试件普通制成如图2—1所示圆柱形。且试件不适当过长（过长容易被压弯），也不适当过于粗短（过于粗短则试件两端面受摩擦力影响范畴过大）。因此，国标普通规定：
h0=(1～2) d0
式中：
h0——压缩试件高度
d0——压缩试件原始横截面直径

h0

d0
图2—1

实验原理：
实验机下压板是个球面承垫，当试件两端稍有不平时，球面承垫可以转动而调节压力作用线，使之能通过试件轴线，实现试件两端轴向压缩。
试件在开始压缩之前，微机控制系统一方面进入POWERTEST3.0界面，试件在压缩过程中，POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形关系曲线图。 进行低碳钢压缩实验时，为测取材料压缩屈服点σs。，应缓慢加载，同步仔细观测F—Δl曲线发展状况，由直线变为曲线拐点处所相应载荷即为屈服载荷Fs。材料屈服之后开始强化，由于压缩变形使试件横截面积不断增大，尽管载荷不断增大，但是，直至将试件压成饼形也不会发生断裂破坏，如图2-2所示。因而无法测量低碳钢抗压强度Fb，压缩实验载荷—变形曲线如图2-2所示。

图2-2 图2-3

铸铁在压缩到强度极限载荷Fb之前要产生较大变形。试件由圆柱形被压缩成微鼓形直至破裂。铸铁破坏时，由于剪应力作用，破坏面出当前与试件轴线约成45°～50°斜面上。如图2-3所示。因而，可知上述破坏是由最大切应力引起。仔细观测试件断口表面，可以清晰地看到材料受剪切错动痕迹。
三、实验环节和数据解决
实验环节：
1. 测量试件尺寸：用数显游标卡尺测量试件中截面两个互相垂直方向直径各一次，取其平均值作为试件原始直径d0值。测量试件原始高度h0值一次。
2. 把试件放置在实验机球形支承座中心位置上，设立限位保护，将限位杆上挡圈调节到适当位置。
3．依次打开实验机主机、计算机。按软件启动方式进入软件POWERTEST3.0界面。
4．在输入顾客参数窗口选取实验方案，金属压缩实验。并设立好顾客参数、图形坐标、成果参数等。
5．输入试件尺寸及有关实验参数，可以一次输入一种试件尺寸，也可以一次输入所有试件尺寸。
6．实验力清零、位移清零。通过小键盘调节横梁位置，通过肉眼观测，直到上压盘离试件上平面尚有一定缝隙时停止。
7．位移清零。运营实验，软件自动切换到单图界面，观测实验过程。注意铸铁破坏时，即浮现裂缝时要及时关机，否则试件会压成粉末，损坏实验机。实验结束，在实验教师指引下读取实验数据，并观测破坏状况，比较两种不同材质异同。
8．经实验指引教师检查实验成果后，退出实验软件，依次关闭计算机、实验机，清理实验现场。
数据解决：
由于低碳钢压缩实验不会发生断裂破坏，因而无法测量低碳钢抗压强度Fb，只能依照公式计算屈服强度，即。
铸铁是脆性材料，没有屈服强度只有抗压强度Fb，即。
四、实验注意事项
1、请尽量将试件放在压盘中心，如放偏话对实验成果甚至是实验机均有影响。
2、请小心调节横梁，当横梁接近时用小键盘慢上慢下键调节，以免速度过快，不小心顶坏力传感器。特别小心手不要放在压盘中间，以免导致事故。
3、压缩实验在进行中，人不要正对着实验机方向观测实验，以免发生危险。

实验三 弯曲正应力电测实验
一、 实验目和规定
1、学习使用应变片和电阻应变仪测定静态应力基本原理和办法。
2、测定梁在纯弯曲下弯曲正应力及其分布规律，验证弯曲正应力公式合用范畴。
二、实验装置和原理
实验仪器设备：
微机控制DZ8008电子材料实验台、微机控制BZ8001型多功能采集仪、纯弯曲梁、电阻应变片、连接导线及钢尺。
实验装置：
本实验测试对象为低碳钢制矩形截面简支梁，其实验装置如图3—1所示。

实验原理：
电测法基本原理：是用电阻应变片测定构件表面线应变，再依照应变—应力关系拟定构件表面应力状态一种应力分析实验办法。本实验加载方式如图4—2所示。
由材料力学可知，钢梁CD段将承受纯弯曲，其弯矩大小为

h

1
2
3
4
5
a
a
a
a
b
A
B
C
D

图3—2
横截面上弯曲正应力公式为

式中y为被测点到中性轴Z距离，IZ为梁截面对Z轴惯性矩。

通过组合实验台架上加载手轮对简支梁加载，在纯弯曲段段对称于中性层每隔一种与轴线平行电阻应变片，应变片3粘贴在梁中性层处。当梁受载时，应变片随梁变形而变形，由电阻应变仪测得各点处应变值，在弹性范畴内，由胡克定律知应力应变关系：

式中E为钢梁弹性模量。由弯曲应力公式，又可算出各点应力理论值。于是可将实测值和理论值进行比较。
实验采用增量法。每增长等量载荷ΔP，测得各点相应应变增量Δ一次。因每次ΔP相似，故Δ应是基本上按比例增长。
三、实验环节和数据解决
实验环节：
1．试件准备
测量钢梁横截面尺寸，精确地把钢梁搁在DZ8008电子材料实验台支座上，测量两端支座到受力点段距离，两者应严格相似。如图4—1所示。
2．仪器准备和接线
接通电阻应变仪电源，检查电阻应变仪敏捷系数K仪，K仪应与应变片敏捷系数K片值一致，若不一致则须调节。本实验采用1/4桥接线法，将公共线接在A接线柱上，别的线按顺序都接在B接线柱上。
3．正式实验：
打开“BZ2205C静态应变采集分析系统”软件，先将实验机预热20分钟，串口选取设立为串口2，设立敏捷系数为2，本实验采用是十个测点静态应变采集仪。在开始实验前，先查看设立与否对的，然后平衡、测量，开始加载测量，依照材料允许应力和实验装置关于尺寸，拟定实验机加载方案，用加载手轮加载，本实验以力控制，初载荷P0=0.5kN，初载测量完毕之后，要在进行一次平衡和测量，使应变值为0，然后开始正式加载，加载速度为10N/S，每增长ΔP=0.5kN，保载40S，依次记录各点相应应变值，并应随时检查每级Δ与否大体相似。最大载荷Pmax=4kN。
数据解决：
横截面上弯曲正应力理论公式为：

式中y为被测点到中性轴Z距离，IZ为梁截面对Z轴惯性矩。

实验计算公式为：，式中E为钢梁弹性模量。于是可将实测值和理论值进行比较。
四、实验注意事项
1、不要随便更改电阻应变仪敏捷系数K仪与应变片敏捷系数K片数值。
2、只需要对初载荷P0=0.5kN要在进行一次平衡和测量，使应变值为0，后来每次加载完毕不需要再平衡，直接测量即可。加力时候要注意垂直加力。