材料力学实验指导书(测量材料弹性模量E)
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实验一材料力学万能试验机的认识一、液压式材料万能试验机图1为油压式万能试验机，利用油压加力，可作拉伸、压缩、剪切、弯曲等实验。
1.构造原理：图1为万能试验机的构造原理图，分为加力、测力、自动绘图三个部分。
(1)加载系统：加载系统由油箱、油缸、工作台、机座等组成。
机座14、光滑立柱7及上横梁6固定不动，开动马达后，油泵将油经过送油阀17和油管③送至工作油缸内，推动活塞5 带动工作台11上升。
若试件放在工作台11上，则受压缩。
试件受力的大小与油压的大小成正比关系。
(2)测力系统：测力为重摆平衡式。
试件受力后，油缸内油压逐渐增加，高压油经油管④ ⑤进入到测力油缸(28) rt,使测力活塞(27)向下移动，通过连杆(26),使摆锤摆起, 推动齿杆(21)带动齿轮(15),即可使指针转动，从而由示力盘上得到相应的载荷。
更换摆锤重量，即可得到不同的测力范围。
(3)绘图系统：记录仪。
图1万能试验机结构原理图L马达2.上支架3.螺杆4.工作油缸5.活塞6.上横梁7.光滑立柱S.压板9.支座10.夹头1L工作台12.夹头1 3 .手柄1 4 .机座1 5 .齿轮1 6 .指针1 7 .送油阀1 S .油泵1 9 .马达2 0 .度盘2 1 .齿杆22.推杆23.回油阀24.摆杆25.平衡锤26.连杆27.测力活塞28.测力油缸29.油箱30.摆锤2.操作方法：① 选择力盘。
根据试件尺寸和实验要求，选择合适的测力范围，加上相应的摆锤。
②选择合适的夹具及其附件。
③调整零点：开启马达，将油打入工作油缸，使工作台稍微升起，以平衡掉工作台自重，然后旋转齿杆21,使示力盘指针指零。
④ 安装试件。
作压缩实验，试件放在工作台的中心：如果作拉伸实验，则将试件夹入上、下夹头12、10中。
⑤调整好自动绘图装置。
⑥加载实验。
加载前检查各油阀是否关闭，然后开动马达，微开送油阀，缓慢加载。
⑦卸载。
实验完毕后，打开回油阀退油，关闭电门。
3.注意事项①开马达前，应将送油阀，回油阀都关闭。
材料力学实验指导书(最新)
力传感器； SCLY ——II 数字式测力仪； JDY ——III 型静态电阻应变仪（2 台） 。 如图 1 所示，从上至下依次为钢-铝叠梁、钢-钢叠梁、钢-钢楔块叠梁。 3．实验原理和方法
图 2 钢-钢组合叠梁受力简图、贴片位置图与理论应力分布图
在梁的某一横截面沿梁的高度分布 8 枚电阻应变片，贴片位置如图 2 所示。 电阻片长向与梁的轴线方向一致。梁受力时，测出每个测点的应变值
8）按以上同样方法，可对其余二组梁进行测试； 9）卸去载荷，检查数据，恢复仪器。 5．试验结果处理 1）用电阻应变仪上读出的线应变读数，通过虎克定律： σ=Eε 求出纯弯梁各测点正应力的试验值。 2）再按纯弯梁横截面上的正应力分布式：
σ= M y IZ
求出纯弯梁各测点正应力的理论值。 3）最后对试验值与理论值进行误差分析。 6．注意事项 1）检查叠梁叠放是否整齐； 2）不得用力拉扯应变片引线，不得触摸应变片； 3) 测点位置通过引线的颜色辨认； 4）初载荷 F0 和终载荷 Fn 的值要适当；建议初始载荷 200N，最大载荷 2200N ，载荷递增梯度：5OON。 5）应变片灵敏度系数 K=2.13。 7．思考题 l）如何建立钢-铝叠梁、钢-钢叠梁和钢-钢楔块叠梁横截面上正应力的理 论计算公式（同学们可展开讨论） 。 2）估计那种梁试验误差要大些，误差大的主要原因是什么？
图一
WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机
二、组成 1 ．试验机主机； 2 ．油压机控制箱； 3 ．微型计算机与打印机； 三、实验指导 1.实验目的 测定低碳钢的屈服极限 s ，强度极限 b ，伸长率 ，断面收缩率 。 2.实验装置和仪器 1) WEW-600B/1000B 微机控制液压万能试验机； 2) 拉伸试件； （图二） 3) 游标卡尺等。 （图三）
弹性模量e和泊松比实验
实验时，如同时测出纵向应变和横向应 变，则可由上式计算出泊松比μ
(五)试验方法与步骤
1．在试件中间截面沿纵向轴线及其垂 直方向分别贴三个电阻应变片；在温度 补偿块上贴一个电阻应变片。
将试件夹于试验机的下夹头，用单臂半 桥接线方法,把三个工作片及补偿片接 至电阻应变仪。
测量试样尺寸
用游标卡尺测量试 件截面积尺寸，分 别测量试样标距的 两端和中间截面积 尺寸，计算截面积 面积，取三次的平 均值作为初始横截 面面积。
相关系数
变异系数
横向应变（με) -93 -128 -160 -192 -223 -255 -283
0.99999
0.00155
0 0
-50
纵向应变
200
400
600
800
1000
-100
-150
-200 -250
y = -0.326070 x + 0.092087
-300 横向应变
横向应变-纵向应变曲线
b
1 n
(
n i 1
i
a
n i 1
i )
拟合法
试验时，在弹性范围内记录轴向力和其相应的轴向 变形的一组数字数据对。
数据对的数目一般不少于8对。 用最小二乘法将数据对拟合轴向应力-轴向应变直线，
拟合直线的斜率即为杨氏模量，按下式计算。
n
n
n
nii i i
E
i 1 n
i1 i1
n
n
n i2 i i
L PL0 EA0
P 1 E
A0
为了验证力与变形的线性关系，采用增量法 逐级加载，分别测量在相同载荷增量 ΔP作 用下试件所产生的应变增量Δε。
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。
测量弹性模量E实验
实验编号1 测量弹性模量E 实验测量弹性模量E 试验一、 概述弹性模量E 是表征材料力学性能的重要指标之一，它反映了材料抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度。
在工程设计中，若对构件进行刚度、稳定和振动等计算，都要用到弹性模量。
它是通过实验方法来测定的。
可分为引伸计法、电测法和图表法等。
二、 实验目的1、在比例极限内，验证虎克定律，并测定材料的弹性模量E 。
2、熟悉电子引伸仪的构造原理及使用3、学会拟定实验加载方案三、 实验设备和仪器1、微机控制电子万能实验机(10T) 2、电子引伸计 3、游标卡尺 4、 低碳钢拉伸试样四、 实验原理弹性模量E 是材料在比例极限内，应力与应变之比例。
低碳钢材料在比例极限内载荷P 与绝对伸长变形△L 符合胡克定律。
LA PL E ∆==0εσ为了验证胡克定律和消除测量中的偶然误差，一般采用等增量法加载。
所谓增量法，就是把欲加的最终载荷分成若干等份，逐级加载以测量试样的变形。
若每级载荷相等，则称为等增量法。
实验时,当每增加一级载荷增量ΔP,从电脑上读出相应变形增量)(L ∆δ也应相等，这就验证了胡克定律。
于是增量法测E 的公式为)(00L A PL E ∆∆=δ。
为了夹紧试样，必须施加一定的初载荷F 0,其大小为材料比例极限10％对应的拉力。
最终荷载F P 不应超过材料比例极限对应的拉力F Max 。
若以屈服点бS 来表示，一般取为F Max =0.7~0.8бS A 0，采用等登增量法加载应分为5～7级，而每级加载后引伸计的变形都有明显的变化。
五、 实验步骤1、拟定等增量加载方案。
即确定P 0、ΔP 、和P 终，测量试样的直径。
测量试样的尺寸方法为：用游标卡尺在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直方向各测量一次，取其平均值。
用三个平均值中平均值计算横截面积。
确定引伸计的标距L 0。
2、开机：试验机——>打印机——>计算机注意：每次开机后，最好要预热10分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。
材料弹性常数E、μ的测定——电测法测定弹性模量E和泊松比μ
北京航空航天大学、材料力学、实验报告实验名称：材料弹性常数E 、μ的测定——电测法测定弹性模量E 和泊松比μ学号姓名实验时间：2010年11月17日 试件编号试验机编号 计算机编号 应变仪编号百分表编号成绩实验地点：主楼南翼116室12 11 11 11 11教师年 月 日一、实验目的1. 测量金属材料的弹性模量E 和泊松比μ；2. 验证单向受力虎克定律；3. 学习电测法的基本原理和电阻应变仪的基本操作。
二、实验仪器和设备1. 微机控制电子万能试验机；2. 电阻应变仪；3. 游标卡尺。
三、试件中碳钢矩形截面试件，名义尺寸为b ⨯t = (30⨯7.5)mm 2。
材料的屈服极限MPa s 360=σ。
四、实验原理和方法1、实验原理材料在比例极限内服从虎克定律，在单向受力状态下，应力与应变成正比：εσE = （1）上式中的比例系数E 称为材料的弹性模量。
由以上关系，可以得到：PE A σεε== （2）材料在比例极限内，横向应变ε'与纵向应变ε之比的绝对值为一常数：εεμ'=（3） 上式中的常数μ称为材料的横向变形系数或泊松比。
本实验采用增量法，即逐级加载，分别测量在各相同载荷增量∆P 作用下，产生的应变增量∆εi 。
于是式（2）和式（3）分别写为：ii A PE ε∆∆=0 （4） ii i εεμ∆'∆= （5）根据每级载荷得到的E i 和μi ，求平均值：n E E ni i∑==1（6）nni i∑==1μμ （7）以上即为实验所得材料的弹性模量和泊松比。
上式中n 为加载级数。
2、实验方法2.1电测法电测法基本原理：电测法是以电阻应变片为传感器，通过测量应变片电阻的改变量来确定构件应变，并进一步利用胡克定律或广义胡克定律确定相应的应力的实验方法。
试验时，将应变片粘贴在构件表面需测应变的部位，并使应变片的纵向沿需测应变的方向。
当构件该处沿应变片纵向发生正应变时，应变片也产生同样的变形。
工程力学B(二)实验指导书
《工程力学B(二)》实验指导书高孟芬编闽南理工学院光电与机电工程系2012年2月前言一、实验的内容材料力学实验是学习材料力学课程的重要组成部分，是理论联系实际的实践性教学环节，对于提高学生的实践能力、设计能力和创新能力具有重要意义。
材料力学实验内容具体包括以下三个方面。
1、测定材料的力学性质材料的各项强度指标，如屈服极限、强度极限等，以及材料的弹性性能指标，如弹性极限、弹性模量、泊松比等，都是设计构件的基本参数和依据，而这些指标一般是试验来测定的。
2、验证理论材料力学常将实际问题抽象为理想模型，再由科学假设推导出一般性结论和公式。
但是这些假设和结论是否正确，理论公式能否应用于实际之中，必须通过实验来验证。
3、实验应力分析工程上很多构件的形状和受载情况都比较复杂，单纯依靠理论计算不易得到满意的结果，必须用实验的方法来了解构件的应力分布规律，从而解决强度问题，这种办法称为实验应力分析。
目前实验应力分析的方法很多，这里只介绍应用较广的电测法。
通过材料力学的实验课，要求学生初步掌握变形和应变的基本测试方法及主要测试仪器的操作规程，以及实验结果整理方法等基本内容。
二、实验要求材料力学试验过程中主要是测量作用在试件上的载荷和试件产生的变形，它们往往要同时测量，要求同组同学必须协同完成，因此，实验时应注意以下几个方面。
1、实验前的准备工作实验课前，每位学生都必须进行充分的预习和实验准备，明确本次实验目的、原理和实验步骤，了解所使用的试验机、仪器等的基本构造原理，熟悉实验规则和仪器设备的操作规程，拟定好加载方案，并应写出预习报告。
实验小组成员应明确分工，以便在实验中分别进行受力、变形等参数的记录。
2、进行实验实验过程中应精心操作，细心观察，测量和记录各种实验现象和数据。
若出现异常现象应及时报告实验指导老师，并作好原始记录。
3、撰写实验报告在实验结束时要及时编写实验报告。
实验报告包括：实验名称、实验日期、实验者及同级组人员、实验目的及装置、使用的仪器设备、实验原理及方法、实验数据及其处理、计算和实验结果分析。
材料力学实验指导书
力学实验Experiments in Mechanics学生实验守则1.学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到早退。
2.实验前应认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。
3.进入实验室必须遵守实验室的规章制度。
不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢纸屑杂物。
有净化要求的实验室，进室必须换拖鞋。
4.做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师和技术人员的指导。
未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其物品。
5.实验中要细心观察，认真记录各种实验数据。
不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。
6.实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。
若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。
7.实验完毕，应清理实验现场。
经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
8.实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。
在规定的时间内交指导教师批改。
9.在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。
10.凡违反操作规程、擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章予以赔偿。
目录实验一材料性能参数测定实验项目一拉伸实验 (1)项目二压缩实验 (5)项目三扭转试验 (7)项目四冲击实验 (10)实验二静态应变应力的综合测试实验项目1 拉伸时材料弹性模量E和泊松比μ的测定 (12)项目2 矩形截面梁弯曲正应力电测实验 (15)项目3 弯扭组合变形的电测试验 (18)项目4 偏心拉伸实验 (22)项目5 组合梁弯曲正应力实验 (24)项目6 工程桁架实验 (27)附录三实验数据的直线拟合 (77)附录四实验数据有效数后第一位数的修约规定 (79)附录五力学术语中英文对照索引 (83)附录六常见材料性能参数 (89)实验一 材料性能参数测定实验项目一 拉伸实验拉伸是材料力学最基本的实验，通过拉伸可以测定出材料一些基本的力学性能参数，如弹性模量、强度、塑性等。
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测量材料弹性模量E实验
一、实验名称
测定材料的弹性模量。
二、实验目的
1．掌握测定Q235钢弹性模量E的实验方法；
2．熟悉CEG-4K型测E试验台及其配套设备的使用方法。
三、实验设备及仪器
1．CEG-4K型测E试验台
2．球铰式引伸仪
四、试样制备
1. 试样：Q235钢，如图所示，直径d=10mm，标距L=100mm。
2、载荷增重ΔF=1000N（砝码四级加载，每个砝码重25N，初载砝码一个，重16N，采用1：40杠杆比放大）
五、实验原理
实验时，从F0到F4逐级加载，载荷的每级增量为1000N。
每次加载时，记录相应的长度变化量，即为ΔF引起的变形量。
在逐级加载中，如果变形量ΔL 基本相等，则表明ΔF与ΔL为线性关系，符合胡克定律。
完成一次加载过程，将得到ΔL的一组数据，实验结束后，求ΔL1到ΔL4的平均值ΔL平，代入胡克定律计算弹性模量。
即
EA l
F l ∙
∆
=
⨯
∆001
.0
备注：引伸仪每格代表0.001mm。
六、实验步骤及注意事项
1．调节吊杆螺母，使杠杆尾部上翘一些，使之与满载时关于水平位置大致对称。
2．把引伸仪装夹到试样上，必须使引伸仪不打滑。
注意：对于容易打滑的引伸仪，要在试样被夹处用粗纱布沿圆周方向打磨一下。
引伸仪为精密仪器，装夹时要特别小心，以免使其受损。
采用球铰式引伸仪时，引伸仪的架体平面与试验台的架体平面需成45°左右的角度。
3．挂上砝码托。
4．加上初载砝码，记下引伸仪的初读数。
5．分四次加等重砝码，每加一次记录一次引伸仪的读数。
注意：加砝码时要缓慢放手，以使之为静载，防止砝码失落而砸伤人、物。
6．实验完毕，先卸下砝码，再卸下引伸仪。
七、数据处理
1. 记录相关数据
分级加载初载一次加载二次加载三次加载四次加载引伸仪读数L0= L1= L2= L3= L4=
2.计算
（1）各级形变量的计算
分级加载一次加载二次加载三次加载四次加载平均值形变量ΔL1= ΔL2= ΔL3= ΔL4= ΔL平=
（2）材料面积的计算 4
d 4
π=
A
（3）弹性模量的计算（弹性模量单位MPa ）
EA
l
F l ∙∆=
⨯∆001.0平 八、实验作业
1．说明测定弹性模量E 的实验原理、步骤及注意事项； 2．根据实验过程中记录的原始数据，计算材料的弹性模量E 。