材料力学,说说早期材料试验机
材料力学实验报告-举例
实验一拉伸实验一、实验目的1．测定低碳钢(Q235)的屈服点σ，强度极限bσ，延伸率δ，断面收缩率ψ。
s2．测定铸铁的强度极限σ。
b3．观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（如屈服、强化、颈缩等），并绘制拉伸曲线。
4．熟悉试验机和其它有关仪器的使用。
二、实验设备1．液压式万能实验机；2．游标卡尺；3．试样刻线机。
三、万能试验机简介具有拉伸、压缩、弯曲及其剪切等各种静力实验功能的试验机称为万能材料试验机，万能材料试验机一般都由两个基本部分组成；1）加载部分，利用一定的动力和传动装置强迫试件发生变形，从而使试件受到力的作用，即对试件加载。
2）测控部分，指示试件所受载荷大小及变形情况。
四、试验方法1．低碳钢拉伸实验（1）用画线器在低碳钢试件上画标距及10等分刻线，量试件直径，低碳钢试件标距。
（2）调整试验机，使下夹头处于适当的位置，把试件夹好。
（3）运行试验程序，加载，实时显示外力和变形的关系曲线。
观察屈服现象。
（4）打印外力和变形的关系曲线，记录屈服载荷F s=22.5kN，最大载荷F b =35kN。
（5）取下试件，观察试件断口: 凸凹状，即韧性杯状断口。
测量拉断后的标距长L1，颈缩处最小直径d1 Array低碳钢的拉伸图如图所示2．铸铁的拉伸其方法步骤完全与低碳钢相同。
因为材料是脆性材料，观察不到屈服现象。
在很小的变形下试件就突然断裂（图1-5），只需记录下最大载荷F b =10.8kN 即可。
b σ的计算与低碳钢的计算方法相同。
六、试验结果及数据处理表1-2 试验前试样尺寸表1-3 试验后试样尺寸和形状根据试验记录，计算应力值。
低碳钢屈服极限 MPa 48.28654.78105.223=⨯==A F s s σ低碳钢强度极限 MPa 63.44554.7810353=⨯==A F b b σ低碳钢断面收缩率 %6454.7827.2854.78%100010=-=⨯-=A A A ψ低碳钢延伸率 %25100100125%10001=-=⨯-=L L L δ铸铁强度极限 MPa 53.13754.78108.103=⨯==A F b b σ七、思考题1．根据实验画出低碳钢和铸铁的拉伸曲线。
材料力学实验指导书(正文)
实验一材料在轴向拉伸、压缩时的力学性能一、实验目的1．测定低碳钢在拉伸时的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率 。
2．测定铸铁在拉伸以及压缩时的强度极限σb。
3．观察拉压过程中的各种现象，并绘制拉伸图。
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、设备及仪器1．电子万能材料试验机。
2．游标卡尺。
图1-1 CTM－5000电子万能材料试验机电子万能材料试验机是一种把电子技术和机械传动很好结合的新型加力设备。
它具有准确的加载速度和测力范围，能实现恒载荷、恒应变和恒位移自动控制。
由计算机控制，使得试验机的操作自动化、试验程序化，试验结果和试验曲线由计算机屏幕直接显示。
图示国产CTM －5000系列的试验机为门式框架结构，拉伸试验和压缩试验在两个空间进行。
图1-2 试验机的机械原理图试验机主要由机械加载（主机）、基于DSP的数字闭环控制与测量系统和微机操作系统等部分组成。
（1）机械加载部分试验机机械加载部分的工作原理如图1-2所示。
由试验机底座（底座中装有直流伺服电动机和齿轮箱）、滚珠丝杠、移动横梁和上横梁组成。
上横梁、丝杠、底座组成一框架，移动横梁用螺母和丝杠连接。
当电机转动时经齿轮箱的传递使两丝杠同步旋转，移动横梁便可水平向上或相下移动。
移动横梁向下移动时，在它的上部空间由上夹头和下夹头夹持试样进行拉伸试验；在它的下部空间可进行压缩试验。
（2）基于DSP的数字闭环控制与测量系统是由DSP平台；基于神经元自适应PID算法的全数字、三闭环（力、变形、位移）控制系统；8路高精准24Bit 数据采集系统；USB1.1通讯；专用的多版本应用软件系统等。
（3） 微机操作系统试验机由微机控制全试验过程，采用POWERTEST 软件实时动态显示负荷值、位移值、变形值、试验速度和试验曲线；进行数据处理分析，试验结果可自动保存；试验结束后可重新调出试验曲线，进行曲线比较和放大。
可即时打印出完整的试验报告和试验曲线。
《材料力学》实验指导书
江西应用科技学院《材料力学》实验指导书编制人：审核人：江西应用科技学院城市建设学院2015 年 5 月实验项目一 低碳钢的拉伸实验一、实验目的1.了解微机控制万能材料试验机的工作原理，演示试验机的基本操作方法；2.测定低碳钢的抗拉强度σb 、屈服强度σS 、伸长率δ及截面收缩率ψ；3.观察低碳钢在拉伸过程中的现象和试样的破坏特征，分析断口破坏原因，绘制拉伸曲线图及断口示意图。
二、实验设备万能材料试验机、游标卡尺、直尺。
三、实验原理根据国标GB228-99的试件形状如图1-1所示，图中L 0所说试件的变形就是指这一段的变形。
L c 两端是试验机夹持的部分。
试件在拉伸时，其尺寸、较，必须按国家标准GB6397-99分为比例和定标距两种试样，表1-1L=11.3A （长试件）或5.65A （短试件）。
A 点以前，杆件仅有弹性变形，且P 和L 成线性关系，即遵守虎克定律：ΔL=EAPL（1-1） A 点以后，曲线不再保持直线，至B ´点开始屈服，以后成锯齿形，B 点为载荷下降的最低点。
B ´点的数值与试件加载速度、试件形式等有关，而B 点的数值比较稳定，工程上常取B 点的载荷作为屈服载荷。
因此屈服应力σs =P s /A 。
到C 点，材料强化，曲线继续上升，至D 点试件开始出现颈缩，载荷达到最大值P b ，抗拉强度为：σb =0b P A （1-2）试件断裂后，用游标卡尺量得标距间长度L 1和试件收缩处面积A 1,则可得试件的塑性性能：δ＝10L L L -×100% （1-3） ψ＝10A A A -×100% （1-4） 四、实验步骤1、试件准备1）在试件中段取标距L=10d(100mm)（低碳钢试件），用试样划线机将其划分为１０等份。
2）在试件标距范围内用游标卡尺测量中间和两端三处直径，每处在互相垂直的两个方向 上个测量直径一次，选取平均直径最小的一组作为计算截面面积用。
材料试验机的基础知识
材料万能试验机简介1．产品名称：材料万能实验机（俗称拉力机）, 它有以下几个特点：（1）有力的加载装置。
（2）有夹持试样的夹具。
（3）有力的显示和记录装置。
有以下几种档次：（1）低档式：表盘机械式（50—60年代），根据杠杆原理。
（2）中档式：数显式（液晶电子拉力实验机EMT，70—80年代），根据电测原理，由开关控制，没有数据处理能力。
（3）高档式：电脑式（微机控制电子万能实验机CMT），也称电脑控制、电脑伺服、计算机控制，能自动测量并能打印报告。
所谓“万能”指试验机的负荷传感器能进行拉伸和压缩双向测量，而只能进行拉伸或压缩单向测量的试验机则称为拉力试验机。
2．所属行业：“计量行业”，用于检测。
属于仪器仪表计量行业下的试验机行业。
3．用途：对材料进行物理性能测试，最重要的指标是材料的强度。
试验分动态试验和静态试验两种，静态试验频率低于5HZ，公司目前的产品主要用于静态试验。
动态试验频率在50-200HZ之间，由高频疲劳试验机来做。
材料强度主要的计量单位有：“N ”、“kgf”、“lb”。
GB，ISO，ASTM，DIN用“N”表示。
JIS用“kgf”表示。
4．适用的行业：航空航天、石油化工、纺织、车辆制造、机械制造、电线电缆、塑料橡胶、陶瓷、建材、家电等行业的分析及检验以及工矿企业、科研院所、大专院校、商检仲裁、技术监督等部门。
5．适用材料：（1）金属：有色金属和黑色金属。
有色金属包括：金、银、铜、铝、钸、钛等；黑色金属包括：铁、钢等。
（2）非金属：塑料、橡胶、纺织纤维（布、带、绳、线、丝）、纸、玻璃、水泥、陶瓷、粘胶等。
（3）复合材料：如铝塑复合管等。
复合材料指两种或两种以上不同材料通过物理方法复合而成的材料。
6．万能试验机的常规试验：（1）拉伸试验：主要测（棒材和板材）抗拉强度及延伸率。
（2）弯曲试验：测抗弯强度（与材料的长和宽相关），有三点弯曲和四点弯曲两种。
（3）压缩试验：主要测抗压强度（与材料的面积和高度相关），是一种破坏性试验。
材料力学经常使用的仪器
材料力学经常使用的仪器1. 引言1.1 概述材料力学是研究材料的物理性质和力学行为的学科，广泛应用于材料工程、机械工程和土木工程等领域。
在材料力学的研究过程中，需要使用各种仪器来进行实验和测试，以获取材料的力学性能参数和微观结构信息。
本文将介绍在材料力学中经常使用的仪器及其功能。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面介绍主要仪器的原理、应用范围以及相关技术参数：应变计、实验拉伸机、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）。
通过对这些经常使用的仪器进行详细介绍，可以帮助读者更好地了解并运用它们进行材料力学的研究和分析。
1.3 目的本文旨在向读者系统地介绍常用于材料力学实验和测试中的关键仪器。
了解这些仪器的基本原理、使用范围以及精度与误差等重要参数，有助于读者在实际研究中选取合适的仪器，并正确运用它们进行材料性能和结构的分析。
同时，对这些仪器的全面了解也有助于读者提高实验技能和数据分析能力，在材料力学领域取得更加准确有效的研究成果。
2. 仪器一: 应变计2.1 工作原理应变计是一种用于测量材料应变的仪器。
它基于电阻应变效应或压电效应，通过测量材料中发生的形变来确定应变程度。
电阻应变计通常由金属箔片组成，当受到外力作用时，金属箔片会发生微小的形变，并改变其电阻值。
压电应变计则利用压电材料在受到压力或拉伸时产生的电荷来测量应变。
2.2 使用范围应变计在材料力学研究领域广泛使用。
它可以对金属、陶瓷、复合材料等不同类型的材料进行应变测量。
在工程实践中，应变计被广泛用于结构件、机械零件以及各种测试设备中，例如用于测量弹性模量、屈服强度和断裂韧性等力学性能参数。
2.3 精度与误差应变计的精度取决于其设计和制造质量以及使用环境等因素。
精确安装和校准是确保准确测量的关键步骤。
由于外部干扰或传感器自身的响应限制，应变计可能存在一定的误差。
因此，在进行实验时，准确记录和分析测量误差是必不可少的。
以上是“2. 仪器一: 应变计”部分内容的详细说明。
万能材料试验机
万能材料试验机万能材料试验机是一种用于测试材料力学性能的设备，它可以对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切等多种试验，广泛应用于材料科学、工程材料、建筑材料等领域。
本文将介绍万能材料试验机的工作原理、结构特点、使用方法以及注意事项。
首先，万能材料试验机的工作原理是利用外部施加的力对材料进行拉伸或压缩，通过测量材料的形变和应力来确定材料的力学性能。
其结构特点包括主机、传感器、控制系统和数据采集系统。
主机由上下两个夹具组成，用于夹持试样并施加力；传感器用于测量试样的形变和应力；控制系统用于设定试验参数和控制加载过程；数据采集系统用于记录试验过程中的数据。
其次，使用万能材料试验机需要注意以下几点。
首先，正确安装试样并调整夹具，确保试样受力均匀；其次，根据试验要求设置合适的试验参数，如加载速度、加载方式等；再次，进行试验前应进行预热和校准，确保试验结果准确可靠；最后，进行试验时应注意安全，避免发生意外。
在使用万能材料试验机进行试验时，需要根据具体的试验要求选择合适的试验方法。
拉伸试验常用于金属材料和塑料材料的强度和延展性测试，压缩试验常用于材料的抗压强度测试，弯曲试验常用于材料的弯曲性能测试，剪切试验常用于材料的剪切性能测试。
在进行试验前，需要根据试验标准和要求选择合适的试验方法，并进行试验前的准备工作，如试样制备、试验参数设置等。
在进行试验时，需要注意以下几点。
首先，确保试验环境的稳定性，避免外部因素对试验结果的影响；其次，根据试验要求进行数据采集和记录，确保试验数据的准确性；再次，根据试验过程中的情况及时调整试验参数，确保试验的顺利进行；最后，根据试验结果进行数据分析和报告撰写，确保试验结果的可靠性和准确性。
总之，万能材料试验机是一种重要的材料测试设备，它在材料科学和工程领域具有广泛的应用。
正确使用万能材料试验机并根据试验要求选择合适的试验方法，可以得到准确可靠的试验结果，为材料研究和工程设计提供重要的数据支持。
万能材料试验机原理
万能材料试验机原理一、引言万能材料试验机是一种用于测试材料力学性能的专用设备，广泛应用于材料科学、航空航天、交通运输、能源等领域。
它的基本原理是通过施加力和测量变形来评估材料的力学性能。
本文将介绍万能材料试验机的工作原理和常见的试验方法。
二、工作原理万能材料试验机主要由加载系统、测量系统和控制系统组成。
加载系统通常由电动机、传感器和执行机构组成。
电动机提供动力，传感器用于测量施加在材料上的力或变形，执行机构通过调整加载系统的位置来实现不同的试验方式。
1. 力的加载万能材料试验机可以施加各种类型的力，如拉伸、压缩、弯曲、剪切等。
在拉伸试验中，材料被夹在两个夹具之间，加载系统施加拉力，直到材料发生断裂。
在压缩试验中，加载系统施加压力，直到材料发生压碎。
在弯曲试验中，加载系统施加弯曲力，以评估材料的弯曲性能。
在剪切试验中，加载系统施加剪切力，以评估材料的剪切性能。
2. 变形的测量测量系统用于测量材料在加载过程中的变形。
常见的变形测量方法有拉伸计、压力传感器、位移传感器等。
拉伸计是一种通过测量材料的伸长量来评估其变形性能的传感器。
压力传感器用于测量材料在受力时的压力变化，以评估其压缩性能。
位移传感器用于测量材料在加载过程中的位移，以评估其弯曲或剪切性能。
3. 控制系统控制系统用于控制加载系统的运动和力的施加。
通过设定不同的加载速度、加载方式和加载时间，可以模拟不同的应力条件。
控制系统还可以根据测量系统的反馈信号来实时调整加载力，以确保试验的准确性和稳定性。
三、常见的试验方法万能材料试验机可以进行多种试验方法，以下是几种常见的试验方法：1. 拉伸试验拉伸试验是最常用的试验方法之一，用于评估材料的强度、弹性模量、延伸性等性能。
在拉伸试验中，材料被夹在两个夹具之间，加载系统施加拉力，测量系统测量拉伸力和伸长量，通过绘制应力-应变曲线来评估材料的力学性能。
2. 压缩试验压缩试验用于评估材料的抗压性能和稳定性。
在压缩试验中，材料被放置在两个平行夹具之间，加载系统施加压力，测量系统测量压缩力和压缩变形，通过绘制应力-应变曲线来评估材料的力学性能。
材料力学实验预习报告
材料力学实验预习报告
实验目的：
本次实验的目的是为了让我们能够了解材料的力学性质，掌握
基本的试验方法和操作技能，提高我们实验操作的能力和实验数
据的处理能力。
实验原理：
本次实验需要用到的仪器是材料力学试验机。
在实验中，我们
需要测定杆件在一定的外载荷下，其变形量与应力之间的关系，
从而推求出材料的弹性模量、屈服强度等参数。
材料的变形量可
以通过对应力下的变形量进行曲线拟合得到，而材料的应力可以
通过外力除以杆件的截面积得到。
实验步骤：
首先需要将材料样品放置在材料力学试验机的两个夹持头之间。
然后通过试验机上的电子控制系统设定一定的外载荷，开始加荷。
在加荷的同时，需要通过材料力学试验机上的位移传感器监测试
验样品的变形量，并记录下相应的数据。
在记录过程中，需要不断调整外载荷大小，使得相应的变形量尽可能地分散在整个测试范围内。
接下来，我们需要将所测得的数据进行理论计算，得出力与变形量之间的曲线拟合图以及材料的弹性模量、屈服强度等参数。
在进行数据处理时，需要注意，需要排除试验数据中出现的明显异常点，以提高测量精度。
实验分析：
通过本次实验，我们可以感受到材料在外载荷的作用下的变形和应力的产生，深入了解材料力学的相关知识，提高我们实验操作技巧，同时也培养了我们的数据处理与分析能力。
在实验数据的处理过程中，我们需要注重数据的准确性和测量精度。
如果数据的准确性不高，那么处理后得到的结果也就没有参考价值。
在实验中，我们也需要注意安全，避免实验操作中出现危险情况。
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材料力学,说说早期材料试验机
进行结构设计，首先要掌握材料的力学性能。
历史上，达芬奇(1452-1519) 很可能是利用试验方法测定材料力学性能的第一人。
作为画家，在他完成的作品之后通常要悬挂起来供人们欣赏，而挂画的铁丝时常会发生断裂的现象，由此达芬奇设计过测量铁丝断裂强度的实验装置，并开展了相应的研究。
图 1 达芬奇与铁丝强度试验 [1]
100 多年后，伽利略 (1564-1642) 对杆的拉伸强度和梁的弯曲强度进行了实验。
他把杆件的断裂性能称为“断裂时的绝对抗力”。
对于梁的强度，找到了梁宽度与高度影响梁强度的正确答案。
图 2 伽利略和他的拉伸强度、弯曲强度试验 [1]
不过，达芬奇和伽利略的试验只能称之为结构强度试验，还不能称之为材料强度试验，他们的试验结果很强的依赖于结构形式。
到了 19 世纪上半叶，链式悬索桥在欧美国家兴起，然而，由于缺乏桥梁结构力学、以及材料性能方面的知识，时常出现桥梁倒塌事故。
此外，工业革命的到来使得锅炉成了工业生产中的常见设备，然而，锅炉爆炸事故却如同家常便饭，时常会发生灾难性的爆炸事故。
1850 年位于曼哈顿的一家机械车间发生锅炉爆炸，共造成 60 多人丧
生。
人们迫切的需要掌握各种材料的力学性能，工程师们时常抱怨缺乏安全可靠的材料性能参数而难以进行合理设计。
当时美国《工程杂志》 (Engineering Magazine) 的主编 Van Nostrand 曾描述这一状况时说（大意）：人们对材料的知识的认知目前绝对是经验性的，在使用新材料或旧材料以新形式使用之前，唯一安全的方法是进行实验。
1800 年前后，人们设计了许多各式各样的材料试验机。
其中较有代表性的是 Eytelwein 设计的一款材料拉伸试验机，如图 3 所示。
该试验机采用了杠杆式设计，为便于固定试样，试样设计为“棒骨”状，然后利用杠杆原理对材料施加载荷，通过砝码距离悬挂点的距离，可以轻松的换算出施加在试样 HK 上的载荷大小。
理论上，只要杠杆有足够的大，就可以提供足够大的拉力。
不过 Eytelwein 的实验装置只能测定材料的极限强度，还不能测试材料的屈服极限、弹性模量等指标。
图 3 Eytelwein 确定材料拉伸强度的实验装置 [2]
大约 1833 年，德国应用力学学家 Franz Joseph Ritter von Gerstner (1756-1832) 设计出了能同时测量试样受力与变形的实验装置，并给出了力和变形之间的函数关系，这在材料力学性能实验测定中具有里程碑式的意义。
图 4 Franz Joseph Ritter von Gerstner (1756-1832) [2]
Gerstner 的试验装置如图 5 所示，起初用来测定钢琴线在受拉条件下的力与变形。
该实验装置将试样安装在图中 mn 处，AB 为一长杠杆，C 为杠杆支点，CA 长 4.73m，CB 杆加配重后可保持杠杆平衡，H 为配重，通过H 的位置可换算出 m 点施加的力的大小。
m 点在 C 点偏右一点，并在 C 点设置一个传动装置，通过旋转滚子可改变杠杆的倾斜程度，同时带动钢琴线被拉紧或放松。
当扭动旋钮时，长杆 mA 发生上下倾斜，m 处很小的位移在 A 端被放大（该装置可放大到 54 倍），AD 为竖直放置的标有刻度的标尺，读出 A 点位移就可以换算出 m 点的位移，进而获得钢琴线的变形量。
图 5 Gerstner 测量铁丝拉伸状态“力-变形”的实验装置 [2] 借助于该试验装置，Gerstner 开展了一系列的钢琴线的拉伸试验，并使用多项式方法得出了铁线的抛物线形和无量纲力变形定律。
上式中，F max
和△l max
是待定常数，F 和△l 是试验中的过程量。
根据上式，可以绘制出力-变形曲线，如图 6 所示。
图 6
依据 Gerstner 实验绘制的“力-变形”曲线 [2]
Gerstner 对钢琴线、普通铁丝、钢发条等进行了 10 个不同的系列试验，发现实验与计算之间只有很小的偏差。
此外，当 (△l/△l max ) 较小时，上式将可以认为满足线性关系，并区分了材料的弹性变形和塑性变形，以及加工硬化现象。
他曾建议桥梁工程师们应用加工硬化来提高链条强度，而不是“为获得足够的安全性，铁杆仅应承受一半的破坏载荷”。
尽管 Gerstner 的实验装置可以同时测定力与变形，但由于他选择多项式函数式（上式）来描述力与变形的关系，还不足以清晰的区分屈服强度。
有关屈服强度，人们在法国科学家 Jean-Victor Poncelet 的《关于在梅斯中进行实验以研究金属线中延伸电阻的注意事项》(Note sur les Expériences à Metz pour étudier la résistance de l"extension dans le fils métalliques) 报告中发现了一张铁材料的力与变形曲线，如图 7 所示，图中不仅清楚地展示了胡克定律的范围和屈服强度，而且写出了弹性模量，只是没有标注出尺寸。
图 7 Jean-Victor Poncelet 教授和他讲稿中有关铁材料的力与变形曲线 [2]
这一时期的试验机通常是专用设备，针对于拉伸、压缩、弯曲等特定加载方式的试验机。
第一款通用材料试验机出现在 1879 年 3 月（专利号213525），由美籍（挪威移民）工程师 Tinius Olsen
(1845-1932) 设计，该设备将拉伸，压缩以及横向加载集成在一台设备中，起名为“小巨人”(TheLittle Giant)。
图 8 Tinius Olsen 和他设计的通用试验机 [3]
“小巨人”采用立式设计，上下装有一对抓握夹具把试样夹紧，利用一组齿轮传动装置将试样进行拉伸或压缩。
测试时，固定上横梁通过框架将力传递至下方的称重台，可绘制测试结果的图形记录。
Olsen 精心改进了装置系统和称重系统，使施加在试样上的力为可控的力，称重杆的设计也大大节省了空间。
此外，作为可选部件，还可以使用电动马达在梁上自动移动砝码以保持平衡，而不需要手动操作。
1880 年 4 月 1 日，Olsen 成立了自己的公司 Tinius Olsen & CO. Macninists（现在的 Tinius Olsen Ltd），走上了商业化道路，而Olsen 的“小巨人”也被称为“通用试验机的基础”。
参考文献：
[1] 铁木辛柯. 材料力学史
[2] Karl-Eugen Kurrer. On the Relationship betweenConstruction Engineering and Strength of Materials in Gerstner"s "Handbookof Mechanics".
[3] CELEBRATING TINIUS OLSEN’S 125 YEARS.
[4] Tinius Olsen: The making of the history ofmaterials testing。