低碳钢拉伸时弹性模量E的测定实验
1 实验目的
1、在比例极限内验证虎克定律;
2、学习使用单向引伸计测定钢材的弹性模量;
3、再次熟悉电子万能试验机的使用;
4、学习拟定试验加载方案。
2 仪器和设备
50KN电子万能试验机、单向引伸计、游标卡尺。
3 实验原理
在比例极限内测定弹性常数,应力与应变服从虎克定律,其关系式为:
上式中的比例系数称为材料的弹性模量。则:
为了验证虎克定律并消除测量中可能产生的误差,一般采用增量法。所谓增量法就是把欲加的最终载荷分成若干等份,逐级加载来测量试件的变形。设试件横截面面积为,引伸计的标距为,各级载荷增加量相同,并等于,各级伸长的增加量为,则式(2)可改写为:
式中下标为加载级数;为每级载荷的增加量。
由实验可以发现:在各级载荷增量相等时,相应地由引伸计测出的伸长增加量也基本相等,这不仅验证了虎克定律,而且,还有助于我们判断实验过程是否正常。若各次测出的相差很大,则说明实验过程存在问题,应及时进行检查。
4 实验操作步骤
1、用游标卡尺测量试样的直径和标距,并记录。
在试件的标距范围内测量试件三个横截面处的截面直径,在每个截面上分别取两个相互垂直的方向各测量一次直径。取六次测量的平均值做为原始直径,并据此计算试件的横截面面积。测量标距时,要用游标卡尺测量三次,并取三次测量结果的平均值作为试件的原始长度。
2、做实验
⑴ 装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置,再把上钳口松开,夹紧试样的上端;
⑵ 使横梁下降,当试样能够夹在下钳口时,停止;
⑶ 在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移、时间清零,夹紧下钳口;
⑷ 在“控制面板”上选择“位移控制”,采用0.2mm/min的速度使横梁下降,消除预紧力,使负荷变为零;
⑸ 装夹引伸计,并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上;加载速度选0.5mm/min;
⑹ 单击“新建试样”按钮,输入试件的有关信息,包括直径(或长、宽)、标距,然后点击“新建试样” 按钮,再点击“确认”。
⑺ 再次把负荷、峰值、变形、位移、时间等各项分别清零。
⑻ 单击“位移方式”,切换为“取引伸计”模式。在取引伸计模式下,点击“开始”按钮,开始实验。注意观察加载过程中的载荷与位移的关系曲线,是一条斜直线。表明试件处于弹性状态,应力与应变成线性关系。按加载方案在下表中记录各级载荷作用下的应变值。
当试件即将进入屈服阶段时,屏幕会弹出对话框提示取下引伸计,此时要迅速取下引伸计。因为此后试件将进入屈服阶段,在载荷—变形图上将看到一个很长的波泿形曲线(表明试件处于流塑阶段),应力变化不大,但应变大大增加。如果不取下引伸计,引伸计将被拉坏。接着材料进入强化阶段,可将加载速度调至5mm/min,继续实验直至试样拉断。
⑼ 试样拉断后,立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据” 按钮,保存试验数据。取下试样,先将两段试件沿断口整齐地对拢,量取并记录拉断后两标距点之间的长度,及断口处最小的直径,并计算断后面积。
⑽ 数据处理。单击菜单栏中的“试验分析”,并在相应的对话中选择需要计算的项目。然后单击“自动计算”。需要打印时单击“试验报告”按钮,把需要输出的选项移到右侧的空白框内,在曲线类型栏中选择应力---应变曲线,单击“确定”铵钮后打印试验报告。
(11)关闭软件和试验机。
5 试验结果处理
(一)碳钢试件尺寸
计算长度L =____mm
直 径d =__
截面面积A =______mm2
(二)引伸仪测量记录:
(三)数据处理结果
平均(ΔA1)= 平均(ΔA2)=
=
平均伸长增量(ΔL)=__________mm
按表格中计算出的每级载荷作用下的变形增加量,根据式⑶计算每级载荷作用下的弹性常数,再把每级载荷作用下得到的求平均值:
上式中的为加载级数。根据实验结果,按式(4)计算的弹性模量即为最终实验结果。
第二篇:低碳钢拉伸时弹性模量E的测定实验
低碳钢拉伸时弹性模量E的测定实验
1 实验目的
1、在比例极限内验证虎克定律;
2、学习使用单向引伸计测定钢材的弹性模量;
3、再次熟悉电子万能试验机的使用;
4、学习拟定试验加载方案。
2 仪器和设备
50KN电子万能试验机、单向引伸计、游标卡尺。
3 实验原理
①、实验原理
在比例极限内测定弹性常数,应力与应变服从虎克定律,其关系式为:
上式中的比例系数称为材料的弹性模量。则:
为了验证虎克定律并消除测量中可能产生的误差,一般采用增量法。所谓增量法就是把欲加的最终载荷分成若干等份,逐级加载来测量试件的变形。设试件横截面面积为,引伸计的标距为,各级载荷增加量相同,并等于,各级伸长的增加量为,则式(2)可改写为:
式中下标为加载级数;为每级载荷的增加量。
由实验可以发现:在各级载荷增量相等时,相应地由引伸计测出的伸长增加量也基本相等,这不仅验证了虎克定律,而且,还有助于我们判断实验过程是否正常。若各次测出的相差很大,则说明实验过程存在问题,应及时进行检查。
②、加载方案的拟定
采用增量法拟定加载方案时,通常要考虑以下情况:
(1) 最大载荷的选取应保证试件最大应力值不能大于比例极限,但也不能小于它的一半,一般取屈服载荷的70%~80%,故通常取最大载荷 ;
(2)至少有4~6级加载,每级加载后应使引伸计的读数有明显的变化。
4 实验操作步骤
①、依次打开计算机、变压器,并按下主机外罩上的“复位”按钮启动试验机。
②、双击桌面上的图标WinWdw-PCI ,进入软件操作系统。
③、点击“试验操作”,打开实验操作界面,做拉伸试验时,在软件操作系统的“控制面板”上选取“拉向”。
④、用游标卡尺测量试样的直径和标距,并记录。
在试件的标距范围内测量试件三个横截面处的截面直径,在每个截面上分别取两个相互垂直的方向各测量一次直径。取六次测量的平均值做为原始直径,并据此计算试件的横截面面积。测量标距时,要用游标卡尺测量三次,并取三次测量结果的平均值作为试件的原始长度。
⑤、做实验
⑴ 装夹拉伸试样。通过试验机的“上升”、“下降”按钮把横梁调整到方便装试件的位置,再把上钳口松开,夹紧试样的上端;
⑵ 使横梁下降,当试样能够夹在下钳口时,停止;
⑶ 在实验操作界面上把负荷、峰值、变形、位移、时间清零,夹紧下钳口;
⑷ 在“控制面板”上选择“位移控制”,采用0.2mm/min的速度使横梁下降,消除预紧力,使负荷变为零;
⑸ 装夹引伸计,并检查引伸计是否已正确连接到计算机主机的端口上;加载速度选0.5mm/min;
⑹ 单击“新建试样”按钮,输入试件的有关信息,包括直径(或长、宽)、标距,然后点击“新建试样” 按钮,再点击“确认”。
⑺ 再次把负荷、峰值、变形、位移、时间等各项分别清零。
⑻ 单击“位移方式”,切换为“取引伸计”模式。在取引伸计模式下,点击“开始”按钮,开始实验。注意观察加载过程中的载荷与位移的关系曲线,是一条斜直线。表明试件处于弹性状态,应力与应变成线性关系。按加载方案在下表中记录各级载荷作用下的应变值。
当试件即将进入屈服阶段时,屏幕会弹出对话框提示取下引伸计,此时要迅速取下引伸计。因为此后试件将进入屈服阶段,在载荷—变形图上将看到一个很长的波泿形曲线(表明试件处于流塑阶段),应力变化不大,但应变大大增加。如果不取下引伸计,引伸计将被拉坏。接着材料进入强化阶段,可将加载速度调至5mm/min,继续实验直至试样拉断。
⑼ 试样拉断后,立即按“停止”按钮。然后点取“保存数据” 按钮,保存试验数据。取下试样,先将两段试件沿断口整齐地对拢,量取并记录拉断后两标距点之间的长度,及断口处最小的直径,并计算断后面积。
⑽ 数据处理。单击菜单栏中的“试验分析”,并在相应的对话中选择需要计算的项目。然后单击“自动计算”。需要打印时单击“试验报告”按钮,把需要输出的选项移到右侧的空白框内,在曲线类型栏中选择应力---应变曲线,单击“确定”铵钮后打印试验报告。
(11)关闭软件和试验机。
5 试验结果处理
按表格中计算出的每级载荷作用下的变形增加量,根据式⑶计算每级载荷作用下的弹性常数,再把每级载荷作用下得到的求平均值:
上式中的为加载级数。根据实验结果,按式(4)计算的弹性模量即为最终实验结果。
6 预习思考题
①.试验前为什么分别在夹紧试件前及开始加载前两次对“负荷、峰值、变形、位移、时间”等项目清零?
②.测定E值时,最大荷载如何确定?为什么应力不能超过比例极限?
③. 计算E值时为什么用而不直接使用每次的加载值?增量法的作用是什么?