材料力学试验指导书及报告书

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实验一　钢筋和铸铁拉伸试验

本试验依据中华人民共和国国家标准《金属拉伸试验方法》GB228－87进行。工程材料的重要力学性能指标如屈服点（，或、）、规定非比例伸长应力、强度极限、弹性模量、泊桑比、延伸率和断面收缩率等，都是通过试验获得的。这些力学性能指标在整个材料力学的强度计算中几乎都要用到，而且工程设计中所选用的材料力学性能指标，大都是以拉伸试验为主要依据的。本次试验选用建筑钢筋和铸铁分别进行拉伸试验，以便认识塑性材料和脆性材料的力学性能和它们之间的差异。

一、            试验目的

（1） 测定钢筋的屈服极限，强度极限，延伸率和。

（2） 测定铸铁的和。

（3） 观察钢筋、铸铁在拉伸过程中所出现的变形现象，分析力、位移曲线，即图的特性。

（4） 观察断口特征，分析破坏原因。

（5） 观察分析钢筋经过冷拉拔后拉伸试验曲线的特点。

二、            仪器设备与工具

（1） 电子万能试验机（包括计算机、打印机），或其他类型的万能试验机、拉力试验机。

（2） 卡尺、电子引伸计等。

三、试件制备与安装

试验的结果表明，试件的尺寸和形状对试验的结果有影响。因此，在进行材料的拉伸试验时，所用的试件必须按有关的规定制作。这样，试验所得的结果才具有可比性。国家标准《金属拉伸试验试样》GB6397－86对圆形、矩形、管形和弧形等各种拉伸试件的制备作了统一的规定。其中比例试件须满足以下关系：

　 　　　  　　　　　（3－1）　

式中为试件标距，用于测量拉伸变形；为标距部分的横截面积；为系数，通常取5.65或11.3。当试件为圆截面时，则：

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力学实验报告

标准答案

长安大学力学实验教学中心

目    录

一、   拉伸实验···············································································2

二、   压缩实验···············································································4

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拉  伸  实  验

一、实验目的

1．测定低碳钢的屈服极限(流动极限)σ_s，强度极限σ_b，延伸率δ和截面收缩率ψ。

2．测定铸铁的强度极限σ_b。

3．观察拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等现象）。

4．比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）机械性质的特点。

二、实验设备

1．WDW-3300微机控制电子万能试验机

2．KJ-20划线仪

3．KL-150mm游标卡尺

三、实验原理及装置

1、试件

试件可制成圆形或矩形截面，两端较粗的部分为夹持端，试件中段用于测量拉伸变形。

根据国家标准GB6397-86的规定，拉力试件分比例试件和非比例试件两种。比例试件是指标距长度与横截面面积间具有下列关系的试件

式中系数K通常为5.65和11.3，前者称为短试件，后者称为长试件。因此，直径为d₀的短、长圆形试件的标距长度l₀分别等于5d₀ 、_、10d₀ 。

2、实验原理

通过试验机的自动绘图功能绘出低碳钢的拉伸图和铸铁的拉伸图，可以测得低碳钢的屈服载荷P_s、最大载荷P_b和铸铁的最大载荷P_b ，从而计算出：

低碳钢的屈服极限              低碳钢的强度极限      

铸铁的强度极限    

根据实验前后的标距长度和截面直径，可以计算出延伸率δ和截面收缩率ψ。

四、实验步骤

1．试件准备

（1）用划线仪在标距l₀范围内将标距分成十格。

（2）用游标卡尺测量标距两端及中间这三个横截面处的直径，每一横截面处沿互相垂直的两个方向各量一次取其平均值，作为该截面的直径。用所测得的三个平均值中最小值计算试件的横截面面积A₀。计算A₀时取三位有效数字。

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材料力学拉伸实验思考题目答案

1.参考试验机自动绘图器绘出的拉伸图，分析从试件加力至断裂的过程可分为哪几个阶段？相应于每一阶段的拉伸图的特点和物理意义是什么？

答：试件从加力至断裂分为四个阶段：（1）弹性阶段;（2）屈服阶段;(3)强化阶段（4)劲缩阶段。每一阶段的特点和物理意义：（1)弹性阶段：这一阶段的变形为弹性变形，它表明应力和应变成正比，即材料服从胡克定律式，在弹性阶段中有一段偏离直线，称为非弹性阶段。（2)屈服阶段：试样将有塑性变形产生，从屈服阶段开始至结束，应力不增加或仅有微小的波动，而变形却有明显的增大，在屈服阶段内，应力的特征点是屈服点，实验表明下屈服点比较稳定，材料的屈服点为下屈服点。（4）强化阶段：过屈服阶段后，试样又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力，这种现象称为材料强化，强化阶段中最高点所对应的应力为强度极限，是材料能承受的最高应力。（4）劲缩阶段：强化阶段过后，试样在某一局部范围内横向尺寸突然缩小，形成劲缩现象，由于劲缩部位横截面积迅速缩小，试样承受的拉力明显下降，一直到劲缩阶段的末点试样被拉断。

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材料力学实验报告问题分析

1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同?
答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.
材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.
答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。
、分析铸铁试件压缩破坏的原因.
答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。

2、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料?
答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。
通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。
1、 试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么?
答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。

2、 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量?
答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
1、 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施?
  答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。

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西安交通大学实验报告

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课程：       高分子物理                       实 验 日 期 ：       年   月   日

专业班号     材料94        组别                    交报告日期 ：     年   月   日

姓    名     李尧       学号 09021089        报 告 退 发 ：  （订正、重做）

同 组 者                                       教师审批签字：

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