材料力学试验

材料力学实验。

任永臻编。集美大学机械工程学院。

机械基础实验室

2023年3月。

目录。第一章绪论1

1.1 材料力学实验的内容1

1.2 材料力学实验的标准及方法1

1.3 材料力学实验规则及要求2

第二章材料的力学性能测定3

2.1 液压式万能材料试验机3

2.1.1 we-60、we-100a型液压式万能试验机3

2.1.2 wec-600b型微机显示液压万能试验机5

2.2 机械式引伸仪6

2.3 低碳钢、铸铁的拉伸实验7

2.4 低碳钢、铸铁压缩演示实验12

2.5 低碳钢弹性模量e的测定14

2.6 扭转试验机16

2.6.1 nn-100a型扭力试验机16

2.6.2 nds-0.5型扭转试验机17

2.7 扭转实验18

2.8 低碳钢剪变模量g的测定21

2.9 冲击实验23

2.10 疲劳实验25

第三章电测应力分析29

3.1 概述29

3.2 组合式材料力学多功能实验台30

3.3 电阻应变片31

3.4 应变电桥33

3.5 电阻应变仪35

3.6 应用45

3.7 弯曲正应力实验47

3.8 弯扭组合变形的主应力的测定49

3.9 叠梁/复合梁弯曲正应力实验52

3.10 材料弹性模量e、泊松比的测定54

3.11 偏心拉伸实验57

3.12 压杆稳定实验60

3.13 电阻应变片灵敏系数标定63

3.14 悬臂梁实验66

附录ⅰ 实验数据的线性拟和69

附录ⅱ 有效数后第一位数的修约规定的关系72

附录ⅲ 力学量国际单位制单位及换算73

第一章绪论。

1.1 材料力学实验的内容。

材料力学实验是材料力学的重要组成部分，包含以下三方面的内容：

一、材料的力学性能的测定

材料的力学性能是指在外力的作用下，材料在变形、强度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈服极限（屈服点）、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。随着材料科学的发展，各种新型合金材料、合成材料不断涌现，力学性能的测定，是研究每一种新型材料的重要任务。

二、验证已建立的理论

材料力学的一些理论是以假设为基础而导出的，杆件的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和使用范围，有助于加深对理论的认识和理解。至于对新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。

实验是验证、修正和发展理论的必要手段。

三、应力分析实验

某些情况下，例如因构件集合形状不规则或受力复杂等，应力计算并无适用理论。这时，用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。

1.2材料力学实验的标准及方法。

材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等，虽是材料的固有属性，但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境（温度、介质）等有关。为使试验结果能相互比较，国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理等都作了统一规定。我国国家标准的代号gb。

其他国家也有各自的标准，如美国标准的代号astm，国际标准的代号iso。国际间需要作仲裁试验时，以国际标准为依据。

对破坏性试验，如材料强度指标的测定，考虑到材料质地的不均匀性，应采用多根试样，然后综合多根试样的结果，得出材料的性能指标。对非破坏性试验，如构件的变形测量，因为要借助于变形放大仪表，为减小测量系统引入的误差，一般也要多次重复进行，然后综合多次测量的数据得到所需结果。

实验应力分析除前面提到的电测法及光弹性法外，还有激光全息光弹性法、散斑干涉法、云纹法、声弹法等。采用何种方法取决于试验的目的和对试验精度的要求。一般说，如仅需了解构件某一局部的应力分布，电测法比较合适；如需了解构件的整体应力分布，则以光弹性法为宜。

有时也可把几种方法联合使用，例如可用光弹性法判定构件危险截面的位置，再使用电测法测出危险截面的局部应力分布。关于实验应力分析，本书主要介绍电测法，至于其他方法，如有需要可参考实验应力分析方面的著作。

1.3材料力学实验规则及要求。

一、作好实验前的准备工作。

1）按各次实验的预习要求，认真阅读实验指导复习有关理论知识，明确实验目的，掌握实验原理，了解实验的步骤和方法。

2）对实验中所使用的仪器、实验装置等应了解其工作原理，以及操作注意事项。

3）必须清楚地知道本次实验须记录的数据项目及其数据处理的方法。

二、严格遵守实验室的规章制度。

1）课程规定的时间准时进入实验室。保持实验室整洁、安静。

2）未经许可，不得随意动用实验室内的机器、仪器等一切设备。

3）作实验时，应严格按操作规程操作机器、仪器，如发生故障，应及时报告，不得擅自处理。

4）实验结束后，应将所用机器、仪器擦拭干净，并恢复到正常状态。

三、认真做好实验。

（1）接受教师对预习情况的抽查、质疑，仔细听教师对实验内容的讲解。

2）实验时，要严肃认真、相互配合，仔细地按实验步骤、方法逐步进行。

3）实验过程中，要密切注意观察实验现象，记录好全部所需数据，并交指导老师审阅。

四、实验报告的一般要求。

实验报告是对所完成的实验结果整理成书面形式的综合资料。通过实验报告的书写，培养学习者准确有效地用文字来表达实验结果。因此，要求学习者在自己动手完成实验的基础上，用自己的语言扼要地叙述实验目的、原理、步骤和方法，所使用的设备仪器的名称与型号、数据计算、实验结果、问题讨论等内容，独立地写出实验报告，并做到字迹端正、绘图清晰、**简明。

整理实验结果时，应剔除明显不合理的数据，并以**或图线表明所得结果。数据运算一般只保留三位有效数字。

第二章材料的力学性能测定。

2.1 液压式万能材料试验机。

材料试验机是对试样或模型施加载荷的专用设备。试验机按施加载荷性质可分为静荷试验机和动荷试验机。静荷试验机按施加载荷形式又可分拉力、压力和扭转等材料试验机。

如果一台试验机可以兼做拉力、压力和弯曲等多种试验，则称为万能材料试验机。随着力学实验需要和科技水平的发展，电子万能试验机和电液伺服试验机等正扩大使用，它把精密控制和精确测量融为一体，大大提高了试验机性能。

各类试验机，一般由两大部分组成：加载系统和测量系统。多数测量系统中包括绘图装置。试验机的驱动方式可分机械传动方式和液压方式两种，本实验室五台试验机都是液压式的，现简要介绍如下：

2.1.1 wea型液压式万能试验机。

一、工作原理。

1、加载系统。

在底座上由两根固定立柱和固定横梁组成承载框架。工作油缸固定于框架上。在工作油缸的活塞上，支承着由上横梁、活动立柱和活动平台组成的活动框架。

启动油泵，关闭回油阀门，打开送油阀门，油箱中的油液就会通过送油阀，经进油管进入工作油缸，把活塞连同活动平台一同顶起。这样，如把试样安装于上夹头和下夹头之间，由于下夹头固定，上夹头随活动平台上升，试样将受到拉伸；若把试样置放于两个承压垫板之间或将受弯试样置放于两个弯曲支座上，则因固定横梁不动而活动平台上升，试样将分别受到压缩或弯曲。此外，实验开始前如欲调整上、下夹头之间的距离，则可开动下夹头升降电机，驱动螺杆，便可使下夹头上升或下降。

但电机不能用来给试样施加拉力。

2、测力系统。

老式试验机的测量系统主要是测量试样所受载荷大小，因此也称测力系统。测力系统的核心是摆锤系统。对试样加载是高压油作用的结果，而高压油作用柱塞的。

同时，还通过回油管推动测力柱塞，它向下推动测力拉杆使摆锤偏摆一定角度。油压越高试样受力越大，摆锤偏摆角度也越来越大。摆锤偏摆时，与其同轴偏转的拨杆推动测力齿杆移动，齿杆推动测力小齿轮，从而使测力指针转动，试样所受载荷即显示在力盘上。

为了适应不同的测力范围，摆锤测力系统都配有几种不同重量的配重。配重越大测力范围越大，因此使用不同量程测力刻度盘时，必须配挂相应的配重。

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