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工程力学实验指导书及实验报告李洋 编专 业: 班级学号: 姓 名: 沈阳理工大学应用技术学院 学年度第 学期目录实验一 拉伸实验1实验二 扭转实验4学生实验须知1实验前必须预习实验指导书中相关的内容,了解本次实验的目的、要求及注意事项。2按预约实验时间准时进入实验室,不得无故迟到、早退、缺席。3进入实验室后,不得高声喧哗和擅自乱动仪器设备,损坏仪器要赔偿。4保持实验室整洁,不准在机器、仪器及桌面上涂写,不准乱丢纸屑,不准随地吐痰。5实验时应严格遵守操作步骤和注意事项。实验中,若遇仪器设备发生故障,应立即向教师报告,及时检查,排除故障后,方能继续实验。6实验过程中,若未按操作规程操作仪器,导致仪器损坏者,将按学校有关规定进行处理。7实验过程中,同组同学要相互配合,认真测取和记录实验数据;8实验结束后,将仪器、工具清理摆正。不得将实验室的工具、仪器、材料等物品携带出实验室。9实验完毕,实验数据经教师认可后方能离开实验室。10实验报告要求字迹端正、绘图清晰、表格简明、实验结果正确。实验一 拉伸实验一 实验目的1 测定低碳钢拉伸过程中的上屈服强度ReH、下屈服强度ReL、抗拉强度Rm;2 测定铸铁在拉伸过程中的抗拉强度Rm;3 计算低碳钢和铸铁拉伸后的断后伸长率和断面收缩率;4 观察低碳钢和铸铁两种不同材料的拉伸过程,分析比较差异;二 实验设备1 电子万能试验机图1电子万能试验机2 游标卡尺图2 游标卡尺三 试样图3试样四 实验原理原理一:在材料拉伸的过程中,得到的曲线是力与位移关系曲线,低碳钢具有良好的塑性,低碳钢断裂前明显的分成四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。弹性阶段,材料的应力与应变呈线性关系。屈服阶段,曲线出现锯齿状,在小范围内波动,表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。国标GB/T 2282002定义上屈服强度ReH为试样发生屈服而力首次发生下降的最高应力。上屈服极限数值与试样的形状、加载速度等因素有关,一般是不稳定的。下屈服强度ReL为在屈服期间不计初始瞬时效应时的最低应力。下屈服极限则有比较稳定的数值,能够反应材料的性能。通常把下屈服极限称为屈服极限或屈服点。屈服阶段的开始是材料进入塑性的标志。强化阶段,曲线开始上升,材料恢复了抵抗承载能力,但应力应变不再符合虎克定律,此阶段塑性变形是沿轴向均匀分布的。强化阶段中的最高点所对应的应力是材料所能承受的最大应力,称为强度极限或抗拉强度。它是衡量材料强度的另一重要指标。在强化阶段中,试样的横向尺寸有明显的缩小。缩颈阶段,载荷达到最大点以后材料的塑性变形开始在局部进行,局部截面急剧收缩,承载面积迅速减小,试样承受的载荷很快下降直至断裂,断裂后试样的弹性变形消失,塑性变形则永远保留在破断的试样上。原理二:铸铁拉伸时的应力-应变关系是一段微弯曲线,没有明显的直线部分。它在较小的拉应力下就被拉断,没有屈服和缩颈现象,拉断前的应变很小。铸铁是典型的脆性材料。铸铁拉断时的最大应力即为其抗拉强度。因为没有屈服现象,抗拉强度是衡量铸铁的唯一指标。原理三:在弹性范围内卸载,曲线沿原路径返回,试样恢复原来尺寸,没有任何残余变形,在此范围内,材料符合虎克定律,应力应变呈线性关系,如果在强化阶段卸载,卸载路径与弹性段的直线段平行,卸载后如果重新加载,加载曲线仍与弹性段的直线段平行,比例极限明显提高,而材料的塑性性能相应下降,这个现象称作冷作硬化。五 实验结果1 试样尺寸材料名称试验前试验后标距L0mm直径d0 mm最小截面积A0mm2标距L1mm最小直径d1mm最小截面积A1mm2123平均 平均平均2 强度和塑性指标材 料强度指标塑性指标ReHReLRm断后伸长率A断面收缩率Z3绘制低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与位移曲线。六 思考题1 通过哪两种指标反映金属材料的塑性性能?实验二 扭转实验一 实验目的1 测定低碳钢扭转时的上屈服强度、下屈服强度、抗扭强度。 2 测定铸铁扭转时的抗扭强度。3 观察比较低碳钢和铸铁扭转过程中的变形规律,比较差异。4 了解扭转试验机的结构原理,掌握扭转试验方法。二 实验设备1 微机控制扭转试验机图1 微机控制扭转试验机2 游标卡尺图2 游标卡尺三 试样金属的扭转试样应采用标准圆试样。标距部分直径、长度的具体要求可参考国家标准GB/T101281988。图3 试样四 实验原理原理一:材料的扭转过程可以用T-曲线来描述。T代表施加在试样上的扭矩,代表试样的扭角。低碳钢扭转时有明显的三个阶段(弹性阶段、屈服阶段、强化阶段),直至切断试样尺寸不发生改变。弹性阶段扭矩与扭角呈线性规律变化,满足材料的剪切虎克定律。屈服阶段曲线呈锯齿形波动,由上、下屈服扭矩来表示,上屈服扭矩Tsu定义为扭转实验中首次发生下降的最大扭矩,下屈服扭矩Tsl定义为屈服阶段最小的扭矩,随着扭角的增加扭矩也随着缓慢的增加。材料进入强化阶段,随着扭矩的增加材料将产生较大的塑性变形。当扭矩达到材料的最大扭矩时,试样被切断,曲线的峰值对应纵坐标称为抗扭扭矩Tb。原理二:低碳钢的扭转屈服过程是由表面至圆心逐渐进行的,当横截面的应力全部屈服后,试样才全面进入塑性,此时截面上的应力不再是线性分布的。原理三:因为没有屈服现象,铸铁只测定抗扭扭矩。五 实验结果1 试样尺寸 材料名称试验前试验后直径d0 mm最小截面积A0mm2最小直径d1mm最小截面积A1mm2123平均 平均平均2强度指标材料名称强度指标上屈服强度下屈服强度抗扭强度3 绘制低碳钢和铸铁在扭转过程中的T-曲线。六 思考题1 试说明低碳钢和铸铁在扭转过程中的断面形式有什么不同?
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