材料力学实验

实验一低碳钢及铸铁的拉伸试验。

一．实验目的。

1．通过拉伸破坏试验观察、分析低碳钢和铸铁的拉伸过程，比较其机械性能。

2．测定材料的强度指标和塑性指标。

二．实验设备。

1．wew-600屏显万能材料试验机或we-b600液压万能材料试验机。

2．千分尺、游标卡尺、直钢尺。

三．试样的制备。

一般拉伸试样由三部分组成，即工作部分、过渡部分和夹持部分。工作部分必须保持光滑均匀以确保材料表面的单向应力状态。均匀部分的有效工作长度l0称做标距，d0、a0分别代表工作部分的直径和面积，它们的关系规定为l0= k。

为了使各种材料试件的尺寸和形状按国家统一规定，取试件直径d0=10mm标距l0=10d0或l0=5d0。

四．实验原理及方法。

常温下的拉伸实验可以测定材料的弹性模量e、屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标，这些参数都是工程设计的重要依据。

1．低碳钢弹性模量e的测定。

由材料力学可知，弹性模量是材料在弹性变形范围内应力与应变的比值，即。

e因为σ=p/a, εl/l0，所以弹性模量e又可表示为。e=式中：

e—材料的弹性模量，σ 应力，ε 应变，p—实验时所施加的载荷。

a—以试件直径的平均值计算的横截面面积，l0—引伸仪标距。

l—试件在载荷p作用下，标距l0段的伸长量。

可见在弹性变形范围内，对试件作用拉力p，并量出拉力p引起的标距内伸长δl，即可求得弹性模量e。

实验时，如使用wew-600屏显万能材料试验机，它采用电子测量技术，由计算机对数据进行处理，屏幕显示试验力和变形。

如使用we-b600液压万能材料试验机，拉力p值由试验机读数盘示出，标距l0=50mm（不同引伸仪标距不同），试件横截面面积a可算出，只要测出标距段的伸长量δl，就可得到弹性模量e。

在弹性变形阶段内试件的变形很小，标距段的变形（伸长量δl）需用放大倍数为200倍的球铰式引伸仪来测量。为检验载荷与变形之间的关系是否符合胡克定律，并减少测量误差，实验时一般用等增量法加载，即把载荷分成若干个等级，每次增加相同的载荷δp，逐级加载。为保证应力不超出弹性范围，以屈服载荷的70%-80%作为测定弹性模量的最高载荷。

此外，为使试验机夹紧试件，消除试验机构的间隙等因素的影响，对试件应施加一个初始载荷p0（本实验中p0=2.0kn）。

实验过程中，从p0到逐级加载，载荷的每级增量均为δp。对应着每级载荷pi，记录相应的伸长，与之差即为变形增量，它是引起的变形（伸长）增量。在逐级加载中，如果得到的基本相等，则表明δl与p为线性关系，符合虎克定理。

完成一次加载过程，将得到pi和的一组数据，按平均法计算弹性模量，即。

其中为变形增量的平均值；200为测量变形的放大倍数。

2．屈服极限σs、强度极限σb的测定。

测定弹模后继续加载使材料到屈服阶段，进入屈服阶段时，载荷常有上下波动，其中较大的载荷称为上屈服点，较小的称为下屈服点。一般用第一个波峰的下屈服点表示材料的屈服载荷ps，它所对应的应力为屈服极限σs。

屈服阶段过后，材料进入强化阶段，试件又恢复了承载能力。载荷达到最大值pb时，试件某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时载荷迅速下降，试件即将被拉断，这时所示的载荷即为破坏载荷pb，它所对应的应力叫强度极限σb。

即。其中，为最小直径。

3．延伸率δ和断面收缩率ψ的测定。

试件的原始标距l0断后将两段试件紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为l1,延伸率应为。

式中l0—试件原始标距，为50mm；l1—试件拉断后标距长度。

对于塑性材料，断裂前变形集中在颈缩处，该部分变形最大，距离断口位置越远，变形越小，即断裂位置对延伸率是有影响的。为了便于比较，规定断口在标距**三分之一范围内测出的延伸率为测量标准。若断口不在此范围内，则需进行折算，也称断口移中。

具体方法如下：以断口o为起点，在长度上取基本等于短段格数得到b点，当长段所剩格数为偶数时（如图b）则由所剩格数的一半得到c点，取bc段长度将其移至短段边，则得到断口移中的标距长，其计算式为。

l1=+2如果长段所剩格数为奇数时（如图c）则由所剩格数加一格之半得c1点和减一格之半得到c点，移中后的标距长为，l1=++

将计算所得的l1代入式中，可求得折算后延伸率。a）b）

为了测定低碳钢的断面收缩率，试件拉断后，在断口处两端沿两个互相垂直的方向各测量一次直径，取其平均值计算断口处横截面积，再按下式计算面积收缩率。

式中a0—试件原始横截面积。

a1—试件拉断后断口处最小面积。

五．试验步骤。

使用wew-600屏显万能材料试验机的实验步骤。

1．试验系统的开机顺序为：计算机→放大器箱→试验机。

本软件的启动有多种方法：

a．按“开始”→“程序”→“winpws”,程序启动。

b．也可以双击屏幕上的winpws快捷方式直接启动软件。

c．找到pws工作目录，选择可执行文件，双击启动。

试验系统的关机顺序为：试验机→放大器箱→计算机。

本软件的退出操作：

a．退出所有操作面板，返回软件主菜单。

b．鼠标点击“试验操作”中的“退出”，或点击软件关闭按扭退出软件。

2．试验之前，先测量试件的直径，在标距两端及中部三个位置，沿相互垂直的方向，测量试件直径，求其平均值，将试件的原始尺寸，即平均直径、标距输入计算机。

3．估计试件的最大载荷选择试验力档位，一般为五档。选择变形力档位，一般选择一档或二档。

注意：计算机的档位与放大器的档位要一致。

4．按试验机的“电源”按钮，指示灯亮；开动油泵，拧开送油阀使试验台上升10毫米，然后关闭送油阀；打开主机开关。

5．按动夹紧按钮，使液压卡头电磁阀处于有电状态，将试件一端夹于上钳口，调整试验力零点，再调整下钳口，夹持试件下端，夹持试件时，应按钳口所刻的尺寸范围夹持试样，试件应该夹在钳口的全长上，一定保证试样夹持部分在钳口体内三分之二以上。

6．缓慢的拧开送油阀进行加荷，给试样一个较小的预载力（消除诸如间隙、非线性等因素），再按下“试验开始”按扭，继续加荷，在试验力达到5kn时，关闭主机。计算机开始绘制曲线。

7．试件断裂后，关闭送油阀，再打开主机工作，取下断裂的试件。

8．打开回油阀，使试验台回到初始位置。

低碳钢的拉伸试验须补充的步骤。

引伸计的安装与摘除，引伸计是用于测量规定试样标距内变形的测量传感器，本实验用于测量低碳钢的弹性模量。具体操作如下：

1．在试件装夹到试验机的钳口之前先进行引伸计的安装，引伸计装夹的初始位置应在引伸计的初始标距位置上，装夹到试样上后，用手指轻敲刀口处，应感觉引伸计夹持牢固。若有滑移现象，表示引伸计装夹失败，必须重装。装入引伸计后在实验开始前，必须进行变形量调零，引伸计状态处于有的状态。

．按照国家标准gb-228-87规定：断后伸长率应采用手测法进行测量，为防止引伸计损坏，不应使用引伸计测量断后伸长率，即不要带着引伸计拉断试样。

在试验力超过屈服点后摘除引伸计具体操作如下，首先将计算机屏幕“试验面板”上的“引伸计状态”置为“无引伸计”状态，切记！其次将变形通道置为“第一档”（软件可自动执行），最后快速摘除引伸计，并妥善放置。

实验中的注意事项。

．不要动放大器的标定扭。

．不要修改软件系统的参数。

．计算机的档位与放大器的档位要一致。

．开关机的顺序必须按要求执行。

．试验到5kn时，要把主机关掉。

．不能带引伸计拉断，摘取引伸计时，需把计算机的引伸计处于“无引伸计状态”。

使用we-b600液压万能材料试验机的实验步骤。

．测量试件的直径。在标距两端及中部三个位置，沿相互垂直的方向，测量试件直径，求其平均值计算弹性模量，以其最小值计算强度和断面收缩率。

．试验机准备。使总开关接电，根据试验需要，选用测量范围，更换摆杆上悬挂的摆锤并调整缓冲阀，在记录筒上卷上记录纸。

．将试样的一端夹于上钳口。（装夹试样时，开动油泵，关闭送油阀，分别按动夹头的开、合按键，使夹头进行松开和夹紧，这一动作过程不允许把其中一个铵键处在“停”的中间位置上，否则动作失灵。当试样夹紧后进行拉伸或压缩等试验时，上、下夹头的铵键必须处在“停”的中间位置上，方能进行试验，但当试样拉断后必须先按上“上紧”或“下紧”键，再分别按“上松”或“下松”键才能使试样松开。

）．调整指针对正零位。

．将移动横梁降至适当高度，将试样另一端夹在下钳口（必须注意使试样垂直），试样必须置入足够的夹持长度。

．将推杆的记录笔放下，使笔尖压在记录纸上，同时选配好记录放大比例。

安装引伸仪（只用于低碳钢拉伸试验）。

进行预拉（只用于低碳钢拉伸试验）。为检查机器和仪表是否处于正常状态，先把载荷预加到略小于（测量弹模e时的最大载荷），然后卸载到0～p0之间。

加载。在测定低碳钢的弹性模量e时，先加载至p0，调整引伸仪读数为零或记录初始读数。加载按等增量法进行，记录每级载荷下的引伸仪读数，载荷最大加至，然后取下引伸仪。

加载时应保持匀速、缓慢。测出屈服载荷后，可稍增加实验速率，最后直到将试件拉断，记录最大载荷。对铸铁试件，应缓慢匀速加载，直至试件被拉断。

试验结束，关闭送油阀，开启回油阀，卸荷后将从动针拨回零位。取下试样。

注意事项。⒈ 试验机每级测量范围都不应超负荷使用，以免发生意外损坏。

⒉ 在试验过程中，因意外原因使油泵突然停止工作，应将所加负荷卸除，使油压降低，检查后再重新开动油泵进行试验，不应在高压下开动油泵，以免发生意外损坏。

如发现电器控制失灵，各按钮不起作用，应马上关闭总开关，切断电源，使试验机停止运转，以免发生意外。

油泵起动时应先点动，正常出油后再连续运转，运转中发现泵有异常温升、泄漏、振动和噪声，应立即停车进行检查。

六．试验结果整理。

七．思考题。

．由实验现象和结果分析比较两种材料的机械性能。

．实验时如何观察低碳钢屈服极限？

．材料相同而标距分别为5d0和10d0的两种试件，其δ、ψs、σb是否相同？为什么？

八．填写实验报告。

试验名称试验日期班次。

报告人小组成员。

．试验目的。

．试验设备、仪器名称、型号、精度。

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