实验一  拉伸与压缩实验

    拉伸实验是对试件施加轴向拉力，以测定材料在常温静荷载作用下的力学性能的实验。它是材料力学最基本、最重要的实验之一。拉伸实验简单、直观、技术成熟、数据可比性强，它是最常用的实验手段。由此测定的材料力学性能指标，成为考核材料的强度、塑性和变形能力的最基本的依据，被广泛、直接地用于工程设计、产品检验、工艺评定等方面。而有些材料的受压力学性能和受拉力学性能不同，所以，要对其施加轴向压力，以考核其受压性能，这就是压缩实验。

一、实验目的

    1．通过对低碳钢和铸铁这两种不同性能的典型材料的拉伸、压缩破坏过程的观察和对实验数据、断口特征的分析，了解它们的力学性能特点。

    2．了解电子万能试验机的构造、原理和操作。

    3．测定典型材料的强度指标及塑性指标，低碳钢拉伸时的屈服极限，(或下屈服极限)，强度极限，延伸率，截面收缩率，压缩时的压缩屈服极限，铸铁拉伸、压缩时的强度极限、。

二．实验设备及试件

1．    电子万能试验机：  

试验机结构与原理――材料力学基本实验设备是静态万能材料试验机, 能进行轴向拉伸、轴向压缩和三点弯曲等基本实验。试验机主要由机械加载、控制系统、测量系统等部分组成。当前试验机主要的机型是电子万能试验机，其加载是由伺服电机带动丝杠转动而使活动横梁上下移动而实现的。在活动横梁和上横梁（或工作台上）安装一对拉伸夹具或压缩弯曲的附件，就组成了加载空间。伺服控制系统则控制伺服电机在给定速度下匀速转动，实现不同速度下横梁移动或对被测试件加载。活动横梁的移动速度范围是0.05～500毫米/每分钟。

测量系统包括负荷测量、试件变形测量和横梁位移测量。负荷和变形测量都是利用电测传感技术，通过传感器将机械信号转变为电信号。负荷传感器安装在活动横梁上，通过万向联轴节和夹具与试件联在一起，测量变形的传感器一般称作引伸计安装在试件上。横梁位移的测量是采用光电转换技术，通过安装在丝杠顶部的脉冲编码器将丝杠转动信号转变为脉冲信号。三路信号均经过信号调理电路变为标准的信号。
     现在实验室用于材力教学的试验机全部是计算机控制的电子万能试验机,计算机控制的电子万能试验机用鼠标操作可完成试验机的各种功能，此外增加了数据文件存储、实验数据处理、实验曲线及结果打印等功能。

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材料的拉伸压缩实验

一、实验目的

1.      观察试件受力和变形之间的相互关系；

2.      观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象；观察铸铁在压缩时的破坏现象。

3.      测定拉伸时低碳钢的强度指标（s_s、s_b）和塑性指标（d、y）；测定压缩时铸铁的强度极限s_b。

4.      学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。

二、实验设备

1.      微机控制电子万能试验机；

2.      游标卡尺。

三、实验材料

拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图1所示，压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图2所示：

 

图1  拉伸试件                          图2  压缩试件

四、实验原理

1、拉伸实验

低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-Dl曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图3。

对于低碳钢材料，由图3曲线中发现OA直线，说明F正比于Dl，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B¢点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s_s=F_s/ A₀（A₀为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。

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碳钢与铸铁的拉伸、压缩实验

一、目的

1、测定碳钢在拉伸时的屈服极限σ_S，强度极限σ_b，延伸率δ和断面收缩率Ψ，测定铸铁拉伸时的强度极限σ_b。

2、观察碳钢、铸铁在拉伸过程中的变形规律及破坏现象，并进行比较，使用绘图装置绘制拉伸图（P-ΔL曲线）。

3、测定压缩时低碳钢的屈服极限σS。和铸铁的强度极限σb。

4、观察低碳钢和铸铁压缩时的变形和破坏现象，并进行比较。

5、掌握电子万能试验机的原理及操作方法

6、了解液压万能试验机的工作原理及操作方法。

二、设备

微机控制电子万能材料试验机、液压式万能材料试验机、游标卡尺。

三、拉伸试祥

1. 为使各种材料机械性质的数值能互相比较，避免试件的尺寸和形状对试验结果的影响，对试件的尺寸形状GB6397-86作了统一规定，如图2-3所示：

    

图2-3

用于测量拉伸变形的试件中段长度（标距L₀）与试件直径d。必零满足L₀／d₀=10或5，其延伸率分别记做和δ₁₀和δ₅

2、压缩试样：低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试件一般做成很短的圆柱形，避免压弯，一般规定试件高度h直径d的比值在下列范围之内：

1≤≤3

为了保证试件承受轴向压力，加工时应使试件两个端面尽可能平行，并与试件轴线垂直，为了减少两端面与试验机承垫之间的摩擦力，试件两端面应进行磨削加工，使其光滑。

四、实验原理   

图2-4为试验机绘出的碳钢拉伸P-△L曲线图，拉伸变形ΔL是整个试件的伸长，并且包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动，故绘出的曲线图最初一段是曲线，流动阶段上限B^‘受变形速度和试件形式影响，下屈服点B则比较稳定，工程上均以B点对应的载荷作为材料屈服时的载荷P_S，以试样的初始横截面积A0除PS，即得屈服极限：                                       图2-4                                                                                                                                      

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实验四  金属材料的拉伸实验（二）

一．实验目的

1．测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服极限σ_s，强度极限σ_b，延伸率δ和断面收缩率ψ。

2．测定铸铁材料在常温静载下的强度极限σ_b。

3．观察低碳钢﹑铸铁在拉伸过程中出现的各种现象，分析P-△L图的特征。

4．比较低碳钢与铸铁力学性能的特点和试件断口情况分析其破坏原因。

5．了解微机控制电子万能材料试验机的构造原理，学习其使用方法。

二．仪器设备

1．微机控制电子万能材料试验机

2．数显游标卡尺

三．试件

    在测试某一力学性能参数时，为了避免试件的尺寸和形状对实验结果的影响，便于各种材料力学性能的测试结果的互相比较，采用国家标准规定的比例试件。国家标准规定比例试件应符合以下关系：L₀=K。对于圆形截面试件，K值通常取5.65或11.3。即直径为d₀的圆形截面试件标距长度分别为5d₀和10d₀。本试验采用L₀=10d₀的比例试件。

图3-4-1

四．测试原理

实验时，实验软件能够实时的绘出实验时力与变形的关系曲线，如图3-4-2所示。

图3-4-2

1．低碳钢拉伸

⑴．弹性阶段

弹性阶段为拉伸曲线中的OB段。在此阶段，试件上的变形为弹性变形。OA段直线为线弹性阶段，表明载荷与变形之间满足正比例关系。接下来的AB段是一非线弹性阶段，但仍满足弹性变形的性质。

⑵．屈服阶段

 过弹性阶段后，试件进入屈服阶段，其力与曲线为锯齿状曲线BC段。此时，材料丧失了抵抗变形的能力。从图形可看出此阶段载荷虽没明显的增加，但变形继续增加；如果试件足够光亮，在试件表面可看到与试件轴线成45°方向的条纹，即滑移线。在此阶段试件上的最小载荷即为屈服载荷P_s.

⑶．强化阶段

材料经过屈服后，要使试件继续变形，必须增加拉力，这是因为晶体滑移后增加了抗剪能力，同时散乱的晶体开始变得细长，并以长轴向试件纵向转动，趋于纤维状呈现方向性，从而增加了变形的抵抗力，使材料处于强化状态，我们称此阶段为材料的强化阶段（曲线CD部分）。强化阶段在拉伸图上为一缓慢上升的曲线，若在强化阶段中停止加载并逐步卸载，可以发现一种现象——卸载规律，卸载时载荷与伸长量之间仍遵循直线关系，如果卸载后立即加载，则载荷与变形之间基本上还是遵循卸载时的直线规律沿卸载直线上升至开始卸载时的M点。我们称此现象为冷作硬化现象。从图可知，卸载时试件的伸长不能完全恢复，还残留了OQ一段塑性伸长。

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材料的拉伸压缩实验

【实验目的】

1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。

2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R_p、下屈服强度R_eL、强度极限R_m、延伸率A、断面收缩率Z等等）。

3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。

4.研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。

【实验设备】

1.      微机控制电子万能试验机；

2.      游标卡尺。

3、记号笔                                     

4、低碳钢、铸铁试件                        

【实验原理】

1、拉伸实验

低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-Dl曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图1。

对于低碳钢材料，由图1曲线中发现OA直线，说明F正比于Dl，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B¢点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s_s=F_s/ A₀（A₀为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。

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拉伸压缩实验操作预习报告

学生须知

1. 为了保证实验过程的安全，实验数据的准确以及实验结果的正确，特制订此预习报告。实验学生在实验前必须独立完成此实验报告，否者禁止实验。

2. 实验学生在完成此预习报告前，必须观看、学习“拉伸压缩实验操作视频”，以保证此预习报告的完整性。严禁抄袭，如发现抄袭者，实验教师有权禁止学生实验。

3. 本实验以小组为单位，每组限5人，学生可自由组合。

3. 学生在实验过程中，必须严格按照“拉伸压缩实验操作视频”中显示的实验过程完成实验。实验开始后，严禁擅自改动实验过程。如需要改动实验过程，需征得实验教师的同意，方可改动。如仪器出现意外，请按下急停按钮，终止实验。不听从实验老师安排者，按照学校规定处罚。

4. 实验学生进入实验室后，须听从实验教师的安排。做完实验后必须将实验平台整理干净，以备下组实验学生使用。在得到实验老师许可后方可离开时实验室。

5. 未尽事宜，以学校“实验室管理规定为准”。

实验一 拉伸实验操作

实验组号 姓名：

提示：请将详细的操作过程写在下面的横线上 一、 试样区别及截面直径的测量 1. 低碳钢：2. 铸 铁：3. 直 径1：4. 直 径2：5. 直 径3：二、 实验过程设置 1. 打开实验数据板：2. 实验参数设定：3. 安装试样：

4. 安装引伸计：5. 数据清零：6. 实验速度设定：三、 开始实验 1..试验曲线的选择：2.屈服阶段确认：3.摘除引伸计：4.强化阶段、断裂阶段：

四、 实验报告的打印

五、 断后尺寸测量 1.断口对接：2.断后标距测量：

3.断后直径测量：

实验二 压缩实验操作

实验组号 姓名：

提示：请将详细的操作过程写在下面的横线上 一、 试样区别及截面直径的测量 1.低碳钢：2.铸 铁：3.直 径：4.高 度：二、 实验过程设置 1. 打开实验数据板：2. 实验参数设定：3. 安装试样：4. 数据清零：

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3．1  金属材料的拉伸与压缩实验

一、实验目的

1. 了解液压式材料试验机的工作原理，初步掌握试验机的操作规程。

2. 测定低碳钢的屈服（流动）极限σ_S，强度极限σ_b，延伸率δ和截面收缩率Ψ。观察试件在拉伸过程中的各种现象（弹性、屈服、强化、颈缩）。

3. 测定铸铁材料的拉伸和压缩强度极限σ_b。

4. 比较低碳钢和铸铁的机械性质及破坏时的断口形式。

二、实验主要设备及实验原理

1．主要设备：改装后的WE-300液压式材料试验机

2．实验原理：测定金属材料的机械性质需要将试件制成符合国家标准的形状和尺寸。低碳钢试件在拉伸过程中，可分为四个阶段：弹性阶段；屈服阶段:

强化阶段；颈缩阶段。由于铸铁是一种典型的脆性材料，不论是拉伸还是压缩，它均只有一个强度指标，而且无塑性指标δ和Ψ，铸铁的唯一强度指标为强度极限σ_b，但是铸铁的抗拉和抗压能力是大不相同的。

三、实验数据记录及处理

1.拉伸实验前试件尺寸

                    表1-1原始数据

2.拉伸实验后的尺寸及数据

                     表1-2拉伸实验数据

3．压缩实验尺寸及数据

                      表1-3压缩实验数据

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