目目 录录 第一章 材料的力学性能试验 1第一节 拉伸试验 1第二节 压缩试验 7第三节 扭转试验 9第二章 电测法应力分析实验 14第一节 矩形截面梁的纯弯曲与横力弯曲实验 14第二节 薄壁圆筒的弯扭组合实验 17第三节 力传感器原理实验 21附录 A 电测法基础 23第一节 电阻应变片 23第二节 电阻应变片的测量电路 24第三节 静态电阻应变仪 27参考文献 291第一章第一章 材料的力学性能试验材料的力学性能试验材料的力学性能试验是工程中广泛应用的一种试验，它为机械制造、土木工程、冶金及其它各种工业部门提供可靠的材料的力学性能参数，便于合理地使用材料，保证机器（结构）及其零件（构件）的安全工作。材料的力学性能试验必须按照国家标准进行。第一节第一节 拉伸试验拉伸试验一、实验目的一、实验目的1. 测定低碳钢拉伸时的强度及塑性性能指标：屈服应力、抗拉强度及伸长率、断面sb收缩率。2. 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度。b 3 3. 比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。二、实验设备和仪器二、实验设备和仪器1. 液压式万能试验机。2 电子式万能试验机。3. 游标卡尺。三、实验试样三、实验试样按照国家标准 GB639786金属拉伸试验试样 ，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。如图 1-1-1 所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度 称为试样的标距，按试样的标距 与横截面面积之间的关系，分为比例试样和定llA标距试样。圆形截面比例试样通常取或，矩形截面比例试样通常取或dl10dl5Al3 .11，其中，前者称为长比例试样（简称长试样） ，后者称为短比例试样（简称短试样） 。过Al65. 5渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准 GB639786。ldr（a）圆形截面试样lbra（b）矩形截面试样图 1-1-1 拉伸试样2四、实验原理与方法四、实验原理与方法1. .测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标（1）强度性能指标屈服应力（屈服点）试样在拉伸过程中载荷基本不变而试样仍能继续产生变形时的载s荷（即屈服载荷）除以原始横截面面积所得的应力值，即sFAAFss抗拉强度试样在拉断前所承受的最大载荷除以原始横截面面积所得的应力值，即bbFAAFbb（2）塑性性能指标延伸率拉断后的试样标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比，即%1001lll式中： 为试样的原始标距；为将拉断的试样对接起来后两标点之间的距离。l1l低碳钢是具有明显屈服现象的塑性材料，在局部变形阶段，可以看到，在试样的某一部位局部变形加快，出现颈缩现象，随后试样很快被拉断。试样的塑性变形集中产生在颈缩处，并向两边逐渐减小。因此，断口的位置不同，标距 部分l的塑性伸长也不同。若断口在试样的中部，发生严重塑性变形的颈缩段全部在标距长度内，标距长度就有较大的塑性伸长量；若断口距标距端很近，则发生严重塑性变形的颈缩段只有一部分在标距长度内，另一部分在标距长度外，在这种情况下，标距长度的塑性伸长量就小。因此，断口的位置对所测得的伸长率有影响。为了避免这种影响，国家标准 GB22887 对的测定作了如下规定。1l测量时，两段在断口处应紧密对接，尽量使两段的轴线在一条直线上。若在断口处形成缝隙，则此缝隙应计入内。1l如果断口在标距以外，或者虽在标距之内，但距标距端点的距离小于，则试验无效。d2断面收缩率拉断后的试样在断裂处的最小横截面面积的缩减量与原始横截面面积的百分比，即%1001AAA式中：为试样的原始横截面面积；为拉断后的试样在断口处的最小横截面面积。A1A2.2.测定灰铸铁拉伸时强度性能指标测定灰铸铁拉伸时强度性能指标灰铸铁在拉伸过程中，当变形很小时就会断裂，万能试验机的指针所指示的最大载荷除以原bF始横截面面积所得的应力值即为抗拉强度，即AbAFbb五、实验步骤五、实验步骤1.1.低碳钢拉伸低碳钢拉伸（1）测量试样的尺寸。在试样标距范围内的中间以及两标距点的内侧附近，分别用游标卡尺在相互垂直方向上测取试样直径的平均值为试样在该处的直径，取三者中的最小值作为计算直径。（2）试样安装。按操作规程使用电子万能试验机拉伸试样，观察屈服和颈缩现象，直至试样3被拉断为止，并分别记录屈服载荷和最大载荷。并打印实验数据。sFbF（3）取下拉断的试样，将断口吻合压紧，用游标卡尺量取断口处的最小直径和两标点之间的距离。2.2.灰铸铁拉伸灰铸铁拉伸（1）测量试样的尺寸。方法同上。（2）试样安装。按操作规程使用液压万能试验机拉伸试样，观察现象，记录下从动指针所停留位置的最大载荷。bF六、实验数据的记录与计算六、实验数据的记录与计算1. .表表 1- -1- -1 测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标试验的数据记录与计算试 样 尺 寸实 验 数 据标 距 lmm直 径 d1= mmd2=d3=标 距 1lmm最小直 径 1dmm屈 服 载荷 sFkN最 大 载荷 bFkN屈 服 应力 AF /ssMPa抗 拉 强度 AF /bbMPa伸 长 率 %100/1lll断面收缩率 %100/1AAA2.2.表表 1- -1- -2 测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标试验的数据记录与计算试 样 尺 寸实 验 数 据标 距 lmm直 径 d1= mmd2=d3=标 距 1lmm最小直 径 1dmm屈 服 载荷 sFkN最 大 载荷 bFkN抗 拉 强度 AF /bbMPa伸 长 率 %100/1lll断面收缩率 %100/1AAA3.3.计算精确度计算精确度（1） 强度性能指标（屈服应力和抗拉强度）的计算精度要求为，即：凡sbMPa5 . 0的数值舍去，而的数值化为，的数值者则进MPa 25. 0MPa25. 0MPa75. 0MPa5 . 0MPa75. 0为。MPa1（2） 塑性性能指标（伸长率和断面收缩率）的计算精度要求为，即：凡的%5 . 0%25. 0数值舍去，而的数值化为，的数值则进为。%25. 0%75. 0%5 . 0%75. 0%1七、注意事项七、注意事项1.实验时必须严格遵守实验设备和仪器的各项操作规程，严禁开“快速”档加载。加载时速度要均匀缓慢，防止冲击。开动万能试验机后，操作者不得离开工作岗位，实验中如发生故障应立即停机。4八、思考题八、思考题1.低碳钢和灰铸铁在常温静载拉伸时的力学性能和破坏形式有何异同？2.测定材料的力学性能有何实用价值？3.你认为产生试验结果误差的因素有哪些？应如何避免或减小其影响？5第二节第二节 压缩试验压缩试验一、实验目的一、实验目的1.测定金属材料压缩时的强度性能指标：低碳钢-屈服应力；灰铸铁-抗压强度。sbc2.绘制低碳钢和灰铸铁的压缩图，比较低碳钢与灰铸铁在压缩时的变形特点和破坏形式。二、实验设备和仪器二、实验设备和仪器1.万能试验机。2.游标卡尺。三、实验试样三、实验试样按照国家标准 GB731487金属压缩试验方法 ，金属压缩试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆柱体试样、正方形柱体试样和板状试样三种。其中最常用的是圆柱体试样和正方形柱体试样，如图 1-2-1 所示。根据试验的目的，对试样的标距 作如下规定：l的试样仅适用于测定；dl 21bc（或）的试样适用于测定、和；dl 5 . 35 . 2bpcscbc（或）的试样适用于测定和。dl 85bpc0.01cE其中（或）。dbmm2010ldlbb（a）圆柱体试样 （b）正方形柱体试样图 1-2-1 压缩试样对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准 GB639786。四、实验原理与方法四、实验原理与方法1. .测定低碳钢压缩时的强度性能指标测定低碳钢压缩时的强度性能指标低碳钢在压缩过程中，当应力小于屈服应力时，其变形情况与拉伸时基本相同。当达到屈服应力后，试样产生塑性变形，随着压力的继续增加，试样的横截面面积不断变大直至被压扁。故只能测其屈服载荷，屈服应力为sFAFss式中：为试样的原始横载面面积。A2. .测定灰铸铁压缩时的强度性能指标测定灰铸铁压缩时的强度性能指标灰铸铁在压缩过程中，当试样的变形很小时即发生破坏，故只能测其破坏时的最大载荷，bcF抗压强度为AFbc bc五、实验步骤五、实验步骤61.检查试样两端面的光洁度和平行度，并涂上润滑油。用游标卡尺在试样的中间截面相互垂直的方向上各测量一次直径，取其平均值作为计算直径。2.估算试样的最大载荷，选择相应的测力盘，配置好相应的摆锤。调整测力指针，使之对准“0” ，将从动指针与之靠拢，同时调整好自动绘图装置。3.检查球形承垫与承垫是否符合要求。4.将试样放进万能试验机的上、下承垫之间，并检查对中情况。5.开动万能试验机，均匀缓慢加载，注意读取低碳钢的屈服载荷和灰铸铁的最大载荷，并sFbF注意观察试样的变形现象。六、实验数据的记录与计算六、实验数据的记录与计算表表 1- -2- -1 测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算测定低碳钢和灰铸铁压缩时的强度性能指标试验的数据记录与计算材料试样直径mm/d实 验 数 据实验后的试样草图试样的压缩图低碳钢屈服载荷 sFkN屈服应力 AFs sMPa灰铸铁最大载荷 bcFkN抗压强度 AFbc bcMPa七、思考题七、思考题1.比较低碳钢和灰铸铁在拉伸与压缩时所测得的和的数值有何差别？sb2.仔细观察灰铸铁的破坏形式并分析破坏原