§2—1拉伸与压缩实验
材料力学(机械类)第二章 轴向拉伸与压缩
二
章
拉伸压缩与剪切
1
பைடு நூலகம்
§2-1
轴向拉伸与压缩的概念和实例
轴向拉伸——轴力作用下，杆件伸长 （简称拉伸） 轴向压缩——轴力作用下，杆件缩短 （简称压缩）
2
拉、压的特点：
1.两端受力——沿轴线，大小相等，方向相反 2. 变形—— 沿轴线
3
§2-2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力
1 、横截面上的内力
A3
2
l1 l2 y AA3 A3 A4 sin 30 tan 30 2 1.039 3.039mm
A
A A4
AA x2 y2 0.6 2 3.039 2 3.1mm
40
目录
例 2—5 截面积为 76.36mm² 的钢索绕过无摩擦的定滑轮 F=20kN，求刚索的应力和 C点的垂直位移。 （刚索的 E =177GPa，设横梁ABCD为刚梁）
16
§2-4
材料在拉伸时的力学性能
材料的力学性能是指材料在外力的作用下表现出的变 形和破坏等方面的特性。
现在要研究材料的整个力学性能（应力 —— 应变）：
从受力很小
破坏
理论上——用简单描述复杂
工程上——为（材料组成的）构件当好医生
17
一、 低碳钢拉伸时的力学性能 （含碳量<0.3%的碳素钢）
力均匀分布于横截面上，σ等于常量。于是有：
N d A d A A
A A
得应力：
N A
F
FN
σ
10
例题2-2
A 1
45°
C
2
材料力学——2拉伸和压缩
反面看：危险，或 失效（丧失正常工作能力） （1）塑性屈服 （2）脆性断裂
28
• 正面考虑 —— 应力 为了—— 安全，或不失效
( u — Ultimate, n — 安全因数 Safety factor)
（1）塑性 n =1.5 - 2.5 （2）脆性 n = 2 - 3.5 • 轴向拉伸或压缩时的强度条件 ——
截面法（截、取、代、平） 轴力 FN（Normal） 1．轴 力
Fx 0
得
FN P 0 FN P
5
•轴力的符号
由变形决定——拉伸时，为正 压缩时，为负
注意： • 1）外力不能沿作用线移动——力的可传性不
成立 变形体，不是刚体
6
2． 轴 力 图
• 纵轴表示轴力大小的图（横轴为截面位 置） 例2-1 求轴力，并作轴力图
哪个杆先破坏?
§2-2 拉 （ 压 ） 杆 的 应 力
杆件1 —— 轴力 = 1N, 截面积 = 0.1 cm2 杆件2 —— 轴力 = 100N, 截面积 = 100 cm2
哪个杆工作“累”？
不能只看轴力，要看单位面积上的力—— 应力 • 怎样求出应力？
思路——应力是内力延伸出的概念，应当由 内力 应力
材料力学
Mechanics of Materials
1
2
§2-1 概念及实例
• 轴向拉伸——轴力作用下，杆件伸长 （简称拉伸）
• 轴向压缩——轴力作用下，杆件缩短 （简称压缩）
3
拉、压的特点：
• 1.两端受力——沿轴线，大小相等，方向相反
• 2. 变形—— 沿轴线的伸长或缩短
材料力学拉伸与压缩实验报告
材料力学拉伸与压缩实验报告一、实验目的本实验旨在通过拉伸与压缩实验，探讨材料在受力下的力学性能，了解材料的强度、延展性和变形特点，为材料的工程应用提供理论依据。
二、实验原理1. 拉伸实验原理：拉伸试验是通过对试样施加拉力，使其发生长度方向的拉伸变形，以研究材料的强度、延展性和断裂特性。
在拉伸过程中，可以通过载荷和位移数据来绘制应力-应变曲线，从而得到材料的力学性能参数。
2. 压缩实验原理：压缩试验是通过对试样施加压力，使其产生长度方向的压缩变形，以研究材料在受压状态下的变形特性和抗压性能。
通过测量载荷和位移数据，可以得到材料的应力-应变关系，并分析其力学性能。
三、实验装置及试样1. 实验装置：拉伸试验机、压缩试验机、数据采集系统等。
2. 试样：常用的拉伸试样为标准圆柱形试样，常用的压缩试样为标准方形试样。
四、实验步骤1. 拉伸实验：a. 准备好拉伸试样，安装在拉伸试验机上。
b. 设置合适的加载速率和采样频率，开始施加拉力。
c. 记录载荷和位移数据，绘制应力-应变曲线。
d. 观察试样的变形情况，记录拉伸过程中的各阶段特征。
2. 压缩实验：a. 准备好压缩试样，安装在压缩试验机上。
b. 设置合适的加载速率和采样频率，开始施加压力。
c. 记录载荷和位移数据，得到应力-应变关系曲线。
d. 观察试样的变形情况，记录压缩过程中的各阶段特征。
五、实验结果及分析1. 拉伸试验结果分析：根据绘制的应力-应变曲线，分析材料的屈服点、最大强度、断裂点等力学性能参数，并观察材料的断裂形态和变形特点。
2. 压缩试验结果分析：根据得到的应力-应变关系曲线，分析材料在受压状态下的变形和抗压性能，并观察材料的压缩断裂形态。
六、实验结论通过拉伸与压缩实验，我们得到了材料在拉伸和压缩条件下的力学性能参数，并对其力学性能进行了分析。
实验结果表明，材料在拉伸状态下具有较好的延展性和韧性，而在受压状态下表现出良好的抗压性能。
这些结果为材料的工程应用提供了重要参考。
拉伸与压缩实验报告
拉伸与压缩实验报告拉伸与压缩实验报告引言：拉伸与压缩是材料力学中常用的实验方法，用于研究材料在外力作用下的变形行为。
本次实验旨在通过拉伸与压缩实验，探究不同材料在不同加载条件下的力学性能和变形特点。
通过实验结果的分析，可以为工程设计和材料选择提供参考依据。
实验目的：1. 了解材料在拉伸和压缩过程中的变形特点；2. 掌握拉伸和压缩实验的基本操作方法；3. 分析不同材料的力学性能。
实验仪器与材料：1. 万能材料试验机2. 不同材料的试样（如金属、塑料、橡胶等）实验步骤：1. 准备不同材料的试样，并测量其初始长度和直径；2. 将试样装夹在试验机上，确保试样的纵轴与试验机的纵轴一致；3. 根据实验要求，选择拉伸或压缩实验模式，并设置加载速率；4. 开始实验，记录试样的载荷-位移曲线；5. 当试样发生断裂或达到预设的位移时，停止实验并记录结果；6. 对实验结果进行分析和讨论。
实验结果与讨论：1. 弹性阶段：在拉伸过程中，试样受到外力作用后会发生弹性变形，即在去除外力后能恢复到初始形状。
根据载荷-位移曲线，可以确定试样的弹性模量，即材料的刚度。
不同材料的弹性模量会有所差异，金属材料通常具有较高的弹性模量，而塑料和橡胶等材料的弹性模量较低。
2. 屈服阶段：在拉伸过程中，当试样受到一定载荷后，会出现屈服现象，即试样开始发生塑性变形。
屈服点是指试样开始发生塑性变形的载荷值。
不同材料的屈服点不同，这与材料的组织结构和力学性能有关。
3. 破坏阶段：在拉伸过程中，当试样承受的载荷超过其极限强度时，试样会发生破坏。
破坏形式有拉断、断裂等。
通过观察破坏形式，可以对材料的韧性和脆性进行初步判断。
金属材料通常具有较高的韧性，而塑料和橡胶等材料则更容易发生断裂。
4. 压缩过程：与拉伸过程类似，压缩实验也可以得到类似的结果。
在压缩过程中，试样会发生压缩变形，即试样的长度减小。
通过载荷-位移曲线，可以得到试样的压缩弹性模量和压缩强度等参数。
拉伸和压缩实验.
拉伸和压缩实验拉伸和压缩试验是建筑材料力学性能试验中最基本和最普通的实验，它对于评定材料的基本力学性能关系最密切。
对于大多数建筑材料是使用其拉伸强度还是压缩强度，基本上取决于材料的工作条件，而工作条件又取决于材料本身的结构性能，即：根据材料的性能，决定材料的工作条件——受拉或受压等。
或根据受力特点——受拉或受压，选择结构材料。
例如：金属材料具有较高的抗拉强度，同时也具有较高的抗压强度，而用做受拉力作用的材料则更为有效，而用作受压杆（若为细长杆）容易失稳，为此，需增加杆件的截面积，而材料的强度值未能充分得以利用。
因此，按材料的性能进行设计时，钢结构中的杆件应尽可能设计为受拉杆件。
又如：大多数无机非金属材料如：混凝土、砖、砂浆等，都具有较大的脆性，其抗拉强度与抗压强度相比很低，因此常用于抵抗压力的作用，因此其抗压试验的作用和意义与拉伸试验相比就显得很重要。
而这类材料用于承受拉力荷载显然是不适合的，当然象砖砌件这类结构其破坏又是由于砖的折（拉）断而开始的。
总之，材料受拉力和压力的作用，是材料受力的两个最基本形式，此外材料还可能受到弯、剪、扭等力的作用，材料抗拉强度与抗压强度之间有一定关系（材料不一样关系不一样），抗压强度与抗弯、抗剪和抗扭之间也有一定的关系，这些关系难有准确的表达式，而拉、压强度是材料使用得最为广泛的两个强度值。
（建筑结构中，柱墙主要承受压力，梁、板主要承受弯曲应力，屋架中的拉杆承受拉力）第一节拉伸实验一、对试件的要求（对试件总的要求是，对试验结果影响大的应消除）1、试件形式，有园柱形，如钢，平板形，如钢板等，8字形，如砂浆等，受拉截面一般为园形、正方形或长方形。
为了使断裂面发生在试件中长度的中部试件总是制成在长度中间的横截面小于两端的横截面，在这个断面上的应力不受夹具装置的影响。
2、试件的端部形状，应适合于试验材料本身的性能和试验机夹具装置。
可做成平滑的、阶梯形、螺纹形或锥形等。
端部的直径或宽度与中间偏袄截面直径或宽度之比与材料性能有关，如钢材为1.5:1，材料1.7—3.75:1,对脆性材料端部的制作特别重要，由于受夹具作用应力的影响，避免在端部破坏，应做得大一些。
工程力学实验拉伸与压缩实验报告
工程力学实验拉伸与压缩实验报告一、引言在工程力学实验中，拉伸与压缩实验是非常重要的一部分。
通过对材料在拉伸与压缩过程中的力学性质进行测试与分析，能够帮助我们更好地了解材料的强度、刚度等特性。
本实验旨在通过拉伸与压缩实验，探究材料在不同加载条件下的性能表现，以及分析材料的应力-应变关系等相关问题。
二、实验设备与方法2.1 实验设备在本实验中，我们使用的设备主要有： - 拉伸试验机 - 压缩试验机 - 拉伸与压缩试验样品2.2 实验方法1.拉伸实验方法：–准备拉伸试验样品。
–将试样夹入拉伸试验机，并进行初始调节。
–增加载荷，开始进行拉伸实验。
–记录载荷和伸长量，并绘制应力-应变曲线。
–根据实验结果分析材料的强度和韧性等性能指标。
2.压缩实验方法：–准备压缩试验样品。
–将试样夹入压缩试验机，并进行初始调节。
–增加载荷，开始进行压缩实验。
–记录载荷和压缩量，并绘制应力-应变曲线。
–根据实验结果分析材料的强度和刚度等性能指标。
三、实验结果与分析3.1 拉伸实验结果与分析在拉伸实验中，我们对不同材料进行了拉伸测试并记录了载荷和伸长量的数据。
通过计算这些数据，我们得到了对应的应力和应变值，并绘制了应力-应变曲线。
根据曲线的形状，我们可以分析材料的力学性能。
3.2 压缩实验结果与分析在压缩实验中，我们对不同材料进行了压缩测试并记录了载荷和压缩量的数据。
通过计算这些数据，我们得到了对应的应力和应变值，并绘制了应力-应变曲线。
根据曲线的形状，我们可以分析材料的力学性能。
四、结论通过本次拉伸与压缩实验，我们得到了不同材料在拉伸与压缩过程中的应力-应变曲线。
通过分析曲线特征，我们可以得出以下结论： 1. 不同材料具有不同的强度和刚度，应力-应变曲线的斜率可以反映材料的刚度。
2. 在拉伸过程中，材料会表现出一定的塑性变形，这可以通过应力-应变曲线的非线性段来观察。
3. 拉伸实验中断裂点的载荷值可以反映材料的抗拉强度。
工程力学 第二章 轴向拉伸与压缩.
2 sin ( 2 cos 1 )ctg 3.9 103 m
B1 B B1 B3 B3 B
B B
B B12 B1 B 2 4.45 10 3 m
[例2-11] 薄壁管壁厚为,求壁厚变化和直径变化D。
解：1）求横截面上的正应力
dx
N ( x) l dx EA( x) l
例[2-4] 图示杆，1段为直径 d1=20mm的圆杆，2 段为边长a=25mm的方杆，3段为直径d3=12mm的圆杆。 已知2段杆内的应力σ 2=-30MPa，E=210GPa，求整个 杆的伸长△L
解: P 2 A2
30 25 18.75KN
N 1l Pl l1 l2 EA 2 EA cos l1 Pl cos 2 EA
[例2-8]求图示结构结点A 的垂直位移和水平位移。
解:
N1 P, N 2 0
Pl l1 , l2 0 EA Pl y l1 EA
N1
N2
Pl x l1ctg ctg EA
F
FN
FN F
F
F
CL2TU2
2.实验现象：
平截面假设
截面变形前后一直保持为平面，两个平行的截面之 间的纤维伸长相同。 3.平面假设：变形前为平面的横截面变形后仍为平面。 4.应力的计算 轴力垂直于横截面，所以其应力也仅仅是正应力。按 胡克定律：变形与力成正比。同一截面上各点变形相 同，其应力必然也相同。 FN （2-1） A 式中： A横截面的面积；FN该截面的轴力。 应力的符号：拉应力为正值应力，压缩应力为负 值应力。
1. 截面法的三个步骤 切: 代: 平:
F F F F
工程力学第2章轴向拉伸压缩与剪切
F
N （＋） N
F
F
N （－） N
F
轴力一般按正方向假设。
3、轴力图： 轴力沿轴线变化的图形
F
F
N
4、轴力图的意义
+ x
① 直观反映轴力与截面位置变化关系；
② 确定出最大轴力的数值及其所在位置，即确定危险截面位置，为 强度计算提供依据。
1、低碳钢轴向拉伸时的力学性质 (四个阶段)
⑴、弹性阶段:OA
OA’为直线段； E
AA’为微弯曲线段。
p —比例极限； e —弹性极限。
一般这两个极限相差不大， 在工程上难以区分，统称为弹 性极限
低碳钢拉伸时的四个阶段
⑴、弹性阶段:OA, ⑵、屈服阶段:B’C。
s —屈服极限
屈服段内最低的应力值。
例 图示杆的A、B、C、D点分别作用着大小为FA = 5 F、 FB = 8 F、 FC = 4 F FD= F 的力，方向如图，试求各段内力并画出杆的轴力图。
OA
BC
D
FA
FB
FC
FD
N1
A
BC
D
FA
FB
FC
FD
解： 求OA段内力N1：设截面如图
X 0 FD FC FB FA N1 0
N4= F
FD
N1 2F , N2= –3F， N3= 5F， N4= F
N1 2F , N2= –3F， N3= 5F， N4= F
轴力图如下图示
OA
BC
D
FA
FB
FC
FD
N 2F
5F
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
7
1.主机
2.手动操作盒
3.EDC 控制器
4.功率放大器
5.计算机显示器
6.打印机
7.计算机主机
图 1-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电子万能试验机布局图
(1) 主机部分
电子万能试验机主机由负荷机架、传动系统、夹持系统和位置保护装置等四部分组成。
如图 1-4。
1) 负荷机架
负荷机架由四立柱支承上横梁与工作台板构成门式框架，两丝杠穿过动横梁两端并安装
只受到沿轴线方向的单向力，并使该力准确地传递给负荷传感器。但是 500kN 规格的电子
万能试验机的夹具不用万向连轴节，而是通过连杆直接与夹具刚性连接。对于双空间结构的
电子万能试验机（如 100kN 和 200kN 规格的试验机），下夹头安装在动横梁上。对于单空间
3.万向联轴节 6.立柱 9.活动横梁 12.弯曲试台 15.圆弧齿形带 18.导向节
图 1-4 电子式万能试验机主机结构图
3) 夹持系统
对于 100kN 和 200kN 规格的电子万能试验机，在拉伸夹具的上夹头均安装有万向连轴
节，它的作用是消除由于上、下拉伸夹具的不同轴度误差带来的影响，使试样在拉伸过程中
一、 实验目的
1、 通过对低碳钢和铸铁这两种不同性能的材料在拉伸、压缩破坏过程的观察和对试验 数据、断口特征的分析，了解它们的力学性能特点。
2、 了解电子万能试验机的构造、原理和操作。 3、 测定低碳钢拉伸时的弹性模量 E、下屈服强度 σ sL 、抗拉强度 σ b 、断后伸长率 δ 5 和 断面收缩率ψ ①；测定低碳钢压缩时的屈服强度 σ sc ，以及测定铸铁拉伸时的抗拉强度 σ b 和 压缩时的抗压强度 σ bc ①。
二、 试样
1、 试样制备 由于试样的形状和尺寸对实验结果有一定的影响，为了使实验结果具有可比性，试样应
按统一规定加工成标准试样。按现行国家标准 GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》 规定，拉伸试样可分比例试样和定标距试样两种。比例试样是指按相似原理，原始标距 L0 与 试样截面积平方根 S0 有一定的比例关系，即 L0 = k S0 ， k 取 5.65 或 11.3，前者称短比例 试样，后者称长比例试样，并修约到 5mm、10mm 的整倍数长。对圆试样，二者的 L0 则分
图 1-1 为一种拉伸圆试样图形，试样头部与平行部分要过渡缓和，以减少应力集中，其
圆弧半径 r 依试样尺寸、材质和加工工艺而定，而 d0 = 10 mm 的圆试样， r ＞4mm。试样两
端头部形状依试验机夹头形式而定，要保证拉力通过试样轴线，不产生附加弯矩，其长度 H ，至少为夹具长度的 3／4。中部平行长度 Lc ＞ L0 + d 。为测定断后伸长率 δ ，要在试样 上标出原始标距 L0 ，可采用划线或打点法，标出一系列等分格标记。
别为 L0 = 5d0 和 L0 = 10d0 。一般推荐用短比例试样。定标距试样是指取规定 L0 长度，与 S0
无比例关系。
①由于材料力学教材仍然采用GB228-87 标准中的术语，所以本实验指导书仍采用此标准中的性能术 语， 但GB/T228-2002 标准中的性能术语为下屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z。 ①由于材料力学教材仍然采用GB228-87 标准中的术语，所以本实验指导书仍采用此标准中的性能术 语， 但GB/T228-2002 标准中的性能术语为下屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A和断面收缩率Z。
在上横梁与工作台板之间。工作台板由两个支脚支承在底板上，且机械传动减速器也固定在
工作台板上。工作时，伺服电机驱动机械传动减速器，进而带动丝杠转动，驱使动横梁上下
移动。试验过程中，力在门式负荷框架内得到平衡。
2) 传动系统
传动系统由数字式脉宽调制直流伺服系统、减速装置和传动带轮等组成。执行元件采用
永磁直流伺服电机，其特点是响应快，而且该电机具有高转矩和良好的低速性能。由与电机
§2—1 拉伸与压缩实验
拉伸实验是测定材料在静载荷作用下机械性能的最基本和最重要的实验之一。这不仅因 为拉伸实验简便易行，易于分析，且测试技术较为成熟。更重要的是，工程设计中所选用材 料的强度、塑性和弹性模量等机械性能指标，大多是以拉伸实验为主要依据。本实验将选用 两种典型的材料——低碳钢和铸铁，作为常温和静载下塑性和脆性材料的代表，分别作拉伸 和压缩实验。
r d0
L0
H
LC
H
图 1-1 拉伸圆试样
压缩试样常用圆柱形和正方柱形。本实验取圆柱形。为了既防止试样失稳，又使试样 中段为均匀单向压缩（距端面小于 0.5d0 内，受端面摩擦力影响，应力分布不是均匀单向的）， 其长度一般为 L = (1 ～ 3.5)d0 。为防止偏心受力引起的弯曲影响，对两端面的不平行度及它 们与圆柱轴线的不垂直度也有一定要求。图 1-2 为圆柱形压缩试样图。
图 1-2 圆柱形压缩试样
2、 试样直径测量 对于拉伸试样，取试样工作段的两端和中间共三个截面，每个截面在相互垂直的方向
各量取一次直径，取其算术平均值为该截面的平均直径，再取这三个平均直径的最小值作为 被测拉伸试样的原始直径。 对于压缩试样，在试样的中间截面处相互垂直的方向各量取一
次直径，取其算术平均值作为被测压缩试样的原始直径。
同步的高性能光电编码器作为位置反馈元件，从而使动横梁获得准确而稳定的试验速度。
1 2 3 4 5 18 6 19 7 20
8
9
10
11
12
13
14
css
15
16
17
1.位移编码传感器 4.防尘罩 7.滚珠丝杆副 10.上压头 13.工作台 16.大带轮 19.限位杆
2.上横梁 5.拉伸夹具 8.负荷传感器 11.下压板 14.轴承组 17.底板 20.限位环
三、 电子万能试验机简介
1、 构造原理 测定材料力学性能的主要设备是材料试验机。一般把同时可以作拉伸、压缩、剪切和弯
曲等多种实验的试验机称为万能材料试验机。供静力实验用的万能材料试验机有液压式、机 械式和电子机械式等类型。下面介绍的电子万能试验机为电子机械式的试验机，它是电子技 术与机械传动相结合的一种新型试验机，以 CSS-44000 型试验机为例，它由主机、控制器、 计算机系统及附件所组成。如图 1-3。