低碳钢拉伸试验(工程力学实践)参考答案
低碳钢拉伸
实验二 低碳钢的拉伸试验一、实验目的 1） 测定低碳钢的屈服强度s σ，抗拉强度b σ。
断后伸长率δ和断面收缩率ψ 2）观察低碳钢在拉伸过程中所出现的屈服、强化和缩颈现象，分析力与变形之间的关系，并绘制拉伸图。
3）学习、掌握万能试验机的使用方法及其工作原理。
二、实验设备（1） 试件：按《国标GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法》中的规定准备20#钢的圆形长比例拉伸试件，如图2－1所示。
图2-1 圆形拉伸试件图中L 0为标距长度，用于测量拉伸变形，单位为mm 。
（2）万能试验机：采用夹板式夹头，如图2-2。
夹头有螺纹，形状如2-3所示。
试件被夹持部分相应也有螺纹。
试验时，利用试验机的自动绘图器绘制低碳钢的拉伸图。
图2-2 夹板式夹头图 2-3用于圆形截面试件的夹头（3）游标卡尺。
三、实验原理（1）低碳钢拉伸的实验原理：低碳钢的拉伸图全面而具体的反映了整个变形过程。
观察自动绘图机绘出的拉伸图应如图2-4所示。
在试验之初，绘出的拉伸图是一段曲线，如图中虚线所示，这是因为试件开图2-4 低碳钢拉伸图始变形之前机器的机件之间和试件与夹具之间留有空隙，所以当试验刚刚开始时，在拉伸图上首先产生虚线所示的线段，继而逐步夹紧，最后只留下试件的变形。
为了消除在拉伸图起点处发生的曲线段。
须将图形的直线段延长至横坐标所得相交点O，即为拉伸图之原点。
随着载荷的增加，图形沿倾斜的直线上升，到达A点及B 点。
过B点后，低碳钢进入屈服阶段（锯齿形的BC段），B点为上屈服点，即屈服阶段中力首次下降前的最大载荷，用Psu来表示。
对有明显屈服现象的金属材料，一般只需测试下屈服点，即应测定屈服阶段中不计初始瞬时效应时的最小载荷，用Psl 来表示。
下屈服点的测定，并不是一件容易的事。
因为在屈服阶段中，当指针无规则上、下波动时，要准确捕捉屈服载荷的读数确实有一定的难度。
对试件连续加载直至拉断，由测力度盘或拉伸图上读出最大载荷Pb。
材料力学实验报告参考答案(标准版)
目录一、拉伸实验二、压缩实验三、拉压弹性模量E测定实验四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验五、扭转破坏实验六、纯弯曲梁正应力实验七、弯扭组合变形时的主应力测定实验八、压杆稳定实验一、拉伸实验报告标准答案实验目的：见教材。
实验仪器见教材。
实验结果及数据处理：例:(一)低碳钢试件试验前试验后最小平均直径d=10.14mm 最小直径d= 5.70mm 截面面积A=80.71mm 2截面面积A 1=25.50mm 2计算长度L=100mm计算长度L 1=133.24mm试验前草图试验后草图强度指标:P s =__22.1___KN 屈服应力σs =P s /A __273.8___MP a P b =__33.2___KN 强度极限σb =P b /A __411.3___MP a塑性指标:1L -L100%Lδ=⨯=伸长率33.24%1100%A A Aψ-=⨯=面积收缩率68.40%低碳钢拉伸图:（二）铸铁试件试验前试验后最小平均直径d=10.16mm最小直径d=10.15mm截面面积A=81.03mm2截面面积A1=80.91mm2计算长度L=100mm计算长度L1≈100mm 试验前草图试验后草图强度指标:最大载荷Pb=__14.4___KN强度极限σb =Pb/A=_177.7__M Pa问题讨论：1、为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同?答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).2、分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。
低碳钢拉伸试验(工程力学实践)参考答案
低碳钢拉伸试验实验前数据：1、低碳钢：l0=100，d0=10+学号后三位÷10002、铸铁：l0=100，d0=10+学号后三位÷1000试验后数据：1、低碳钢：l1=l0+学号后三位÷10，d1=6+学号后三位÷1000，P s=22+学号后三位÷1000，P b=33+学号后三位÷1000 2、铸铁：l1≈l0，d1=d0+0.02P b=14+学号后三位÷1000答:拉伸实验中试样的延伸率的大小同试样的材料有关，也与试件的标距有关，另外试件局部变形较大的断口部分，在不同长度的标距中所占比例也不同，因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件，这样其有关性质才具可比性。
材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外)。
答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性，低碳钢延伸率大表现为塑性；低碳钢具有明显的线弹性阶段、屈服阶段、局部颈缩阶段，而铸铁均无；低碳钢在变形到强化阶段有冷作硬化和冷作时效现象，而铸铁无。
低碳钢断口为直径缩小的杯锥状，断口组织为暗灰色纤维状组织。
铸铁断口为平齐的横截面，断口组织为闪光的结晶状组织。
答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。
答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
一、单项选择题1 塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。
试判断以下结论哪一个是正确的：_B_(A) 屈服应力提高，弹性模量降低；(B) 屈服应力提高，塑性降低；(C) 屈服应力不变，弹性模量不变；(D) 屈服应力不变，塑性不变。
2 低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：_B_(A) 比例极限；(B) 屈服极限；(C) 强度极限；(D) 许用应力。
实验一 低碳钢拉伸试验
低碳钢拉伸试验姓名：班级：日期：指导老师：一、试验目的1、测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能。
2、测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数。
二、试验要求按照相关国标标准（GB/T228-2002：金属材料室温拉伸试验方法）要求完成实验测量工作。
三、试验材料与试样本次试验的三个试样分别为经过退火、正火和淬火三种不同热处理的低碳钢试样。
退火是指将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
其组织晶粒细小均匀，碳化物呈颗粒状，分布均匀。
正火是指将钢件加热到上临界点(AC3或Acm)以上30—50℃或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的热处理工艺。
其组织可能是珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织，它的晶粒和碳化物细小（比退火的晶粒更细小），分布均匀。
退火可消除过共析钢的网状二次碳化物。
淬火是指将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、下贝氏体的热处理工艺。
其组织可能为片状马氏体、板状马氏体、片状下贝氏体或它们的混合组织。
其组织是细小的马氏体及少量残余奥氏体，不存在先共析铁素体。
试样要进行机加工。
平行长度和夹持头部之间应以过渡弧连接，试样头部形状应适合于试验机夹头的夹持。
夹持端和平行长度之间的过渡弧的半径应为：≥0.75d即7.5mm。
本次试验采用的试样编号为R4，直径是10 mm,原始标距为50mm，平行长度Le≥55mm。
试样的精度要求包括①直径的尺寸公差为±0.07mm②形状公差即沿试样的平行长度的最大直径与最小直径之差不应超过0.04mm。
四、实验测量工具、仪器与设备根据国标要求，对于比例试样，应将原始标距的计算值修月之最接近5mm 的倍数，中间数值向较大一方修约，原始标距的标记应准确到±1%，即±0.5mm。
测量原始直径的分辨率不大于0.05mm。
材料力学拉伸实验思考题目答案
材料力学拉伸实验思考题目答案
1.参考试验机自动绘图器绘出的拉伸图，分析从试件加力至断裂的过程可分为哪几个阶段？相应于每一阶段的拉伸图的特点和物理意义是什么？
答：试件从加力至断裂分为四个阶段：（1）弹性阶段;（2）屈服阶段;(3)强化阶段（4)劲缩阶段。
每一阶段的特点和物理意义：（1)弹性阶段：这一阶段的变形为弹性变形，它表明应力和应变成正比，即材料服从胡克定律式，在弹性阶段中有一段偏离直线，称为非弹性阶段。
（2)屈服阶段：试样将有塑性变形产生，从屈服阶段开始至结束，应力不增加或仅有微小的波动，而变形却有明显的增大，在屈服阶段内，应力的特征点是屈服点，实验表明下屈服点比较稳定，材料的屈服点为下屈服点。
（4）强化阶段：过屈服阶段后，试样又恢复了抵抗变形的能力，要使它继续变形必须增加拉力，这种现象称为材料强化，强化阶段中最高点所对应的应力为强度极限，是材料能承受的最高应力。
（4）劲缩阶段：强化阶段过后，试样在某一局部范围内横向尺寸突然缩小，形成劲缩现象，由于劲缩部位横截面积迅速缩小，试样承受的拉力明显下降，一直到劲缩阶段的末点试样被拉断。
工程力学：拉伸压缩 习题与答案
一、单选题1、拉压正应力计算公式s=F/A的适用条件是（）。
A.应力小于弹性极限B.应力小于屈服极限C.应力小于比例极限D.外力的合力沿杆轴线正确答案：D2、材料经过冷作硬化后，其比例极限和塑性分别（）。
A.提高，提高B.下降，不变C.下降，提高D.提高，下降正确答案：D3、假设一拉伸杆件的弹性模量E=300GPa，比例极限为 sp=300MPa，杆件受一沿轴线的拉力，测得轴向应变为e=0.0015，则该拉应力s的大小为（）。
A.大于450MPaB.300MPa£s£450MPaC.450MPaD.小于300MPa正确答案：B4、受轴向拉伸的杆件，其最大切应力与轴线的角度为（）。
A.30B.90C.45D.0正确答案：C5、一等直拉杆在两端承受拉力作用，若其一段为钢，另一段为铝，则两段的（）。
A.应力不同，变形相同B.应力不同，变形不同C.应力相同，变形不同D.应力相同，变形相同正确答案：C6、脆性材料与塑性材料相比，其拉伸性能的最大特点是（）。
A.没有明显的屈服阶段和塑性变形B.应力应变关系严格遵守虎克定律C.强度低、对应力集中不敏感D.强度极限比塑性材料高正确答案：A7、现有一两端固定、材料相同的阶梯杆，其大径与小径的横截面积之比为4:1, 杆的大径与小径长度相同，在大径与小径交界处施加一轴向力P，则杆的大径与小径所受轴力之比为（）。
A.2:1B.1:1C.4:1D.1:2正确答案：C8、在低碳钢的拉伸实验中，材料的应力变化不大而变形显著增加的是（）。
A.屈服阶段B.颈缩阶段C.强化阶段D.线弹性阶段正确答案：A9、现有两相互接触的平板，在垂直于板平面的方向上打一直径为d的销孔，使用直径d、许用切应力[τ]、许用挤压应力[sbs]的圆柱形销钉进行固定，两板的厚度均为h, 现分别在两板施加大小相同、方向相反的F，使两板有沿接触面相互错动的倾向，若要销钉不失效破坏，则要满足的条件是（）。
材料力学 拉伸压缩 习题及参考答案
轴向拉伸和压缩 第二次 作业1. 低碳钢轴向拉伸的整个过程可分为 弹性阶段 、 屈服阶段 、 强化阶段 、 局部变形阶段 四个阶段。
2. 工作段长度100 mm l =，直径10 mm d =的Q235钢拉伸试样，在常温静载下的拉伸图如图所示。
当荷载F = 10kN 时，工作段的伸长∆l = 0.0607mm ，直径的缩小∆d = 0.0017mm 。
则材料弹性模量E = 210 GPa ，强度极限σb = 382 MPa ，泊松比μ = 0.28 ，断后伸长率δ = 25% ，该材料为 塑性 材料。
∆l / mmO0.0607253. 一木柱受力如图所示。
柱的横截面为边长20mm 的正方形，材料的弹性模量E =10GPa 。
不计自重，试求 （1）作轴力图；（2）各段柱横截面上的应力；（3）各段柱的纵向线应变；（4）柱端A 的位移。
100kN260kN解：（1）轴力图如图所示 （2）AC 段 310010250MPa 2020NAC AC AC F A σ-⨯===-⨯ CB 段 326010650MPa 2020NCB CB CB F A σ-⨯===-⨯ （3）AC 段 69250100.0251010NAC AC AC AC F EA E σε-⨯====-⨯ CB 段 69650100.0651010NCB CB CBCB F EA E σε-⨯====-⨯ （4）AC 段 0.025150037.5mm NAC ACAC AC AC ACF l l l EA ε∆===-⨯=- CB 段 0.065150097.5mm NCB CBCB CB CB CBF l l l EA ε∆===-⨯=- 柱端A 的位移 37.597.5135mm A AC CB l l ∆=∆+∆=--=-（向下）4. 简易起重设备的计算简图如图所示。
已知斜杆AB 用两根63×40×4不等边角钢组成，63×40×4不等边角钢的截面面积为A = 4.058cm 2，钢的许用应力[σ] = 170 MPa 。
工程力学实验报告答案
一、实验目的1. 了解工程力学实验的基本方法和步骤。
2. 通过实验，掌握力学基本理论在工程实际中的应用。
3. 培养实验操作技能，提高实验数据分析能力。
二、实验内容1. 材料力学实验：拉伸试验、压缩试验、弯曲试验。
2. 建筑力学实验：静力平衡实验、超静定结构受力分析实验。
三、实验步骤1. 实验一：拉伸试验（1）将试样固定在拉伸试验机上，调整试验机至预定位置。
（2）缓慢加载，记录加载过程中的力值和位移值。
（3）观察试样变形情况，记录断裂位置。
（4）分析试验数据，绘制拉伸曲线，计算弹性模量、屈服强度等指标。
2. 实验二：压缩试验（1）将试样固定在压缩试验机上，调整试验机至预定位置。
（2）缓慢加载，记录加载过程中的力值和位移值。
（3）观察试样变形情况，记录断裂位置。
（4）分析试验数据，绘制压缩曲线，计算抗压强度、弹性模量等指标。
3. 实验三：弯曲试验（1）将试样固定在弯曲试验机上，调整试验机至预定位置。
（2）缓慢加载，记录加载过程中的力值和位移值。
（3）观察试样变形情况，记录断裂位置。
（4）分析试验数据，绘制弯曲曲线，计算抗弯强度、弹性模量等指标。
4. 实验四：静力平衡实验（1）搭建静力平衡实验装置，调整实验参数。
（2）观察实验现象，记录实验数据。
（3）分析实验数据，验证静力平衡原理。
5. 实验五：超静定结构受力分析实验（1）搭建超静定结构实验装置，调整实验参数。
（2）观察实验现象，记录实验数据。
（3）分析实验数据，验证超静定结构受力分析原理。
四、实验结果与分析1. 拉伸试验根据实验数据，绘制拉伸曲线，计算弹性模量E=...（单位：MPa），屈服强度σs=...（单位：MPa），抗拉强度σb=...（单位：MPa）。
2. 压缩试验根据实验数据，绘制压缩曲线，计算抗压强度σc=...（单位：MPa），弹性模量E=...（单位：MPa）。
3. 弯曲试验根据实验数据，绘制弯曲曲线，计算抗弯强度σb=...（单位：MPa），弹性模量E=...（单位：MPa）。
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低碳钢拉伸试验
实验前数据：1、低碳钢：l0=100，d0=10+学号后三位÷1000
2、铸铁：l0=100，d0=10+学号后三位÷1000
试验后数据：1、低碳钢：l1=l0+学号后三位÷10，
d1=6+学号后三位÷1000，
P s=22+学号后三位÷1000，P b=33+学号后三位÷1000 2、铸铁：l1≈l0，d1=d0+0.02
P b=14+学号后三位÷1000
答:拉伸实验中试样的延伸率的大小同试样的材料有关，也与试件的标距有关，另外试件局部变形较大的断口部分，在不同长度的标距中所占比例也不同，因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件，这样其有关性质才具可比性。
材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外)。
答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性，低碳钢延伸率大表现为塑
性；低碳钢具有明显的线弹性阶段、屈服阶段、局部颈缩阶段，而铸铁均无；低碳钢在变形到强化阶段有冷作硬化和冷作时效现象，而铸铁无。
低碳钢断口为直径缩小的杯锥状，断口组织为暗灰色纤维状组织。
铸铁断口为平齐的横截面，断口组织为闪光的结晶状组织。
答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。
答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的
弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同
时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
一、单项选择题
1 塑性材料冷作硬化后，材料的力学性能发生了变化。
试判断以下结论哪一个是正确的：_B_
(A) 屈服应力提高，弹性模量降低；
(B) 屈服应力提高，塑性降低；
(C) 屈服应力不变，弹性模量不变；
(D) 屈服应力不变，塑性不变。
2 低碳钢材料在拉伸实验过程中，不发生明显的塑性变形时，承受的最大应力应当小于的数值，有以下4种答案，请判断哪一个是正确的：_B_
(A) 比例极限；
(B) 屈服极限；
(C) 强度极限；
(D) 许用应力。
3 根据下图所示的三种材料试样的拉伸试验时的应力－应变曲线，得出如下四种结论，请判断哪一个是正确的：B_
(A) 强度极限b1 = b2＞b3；
弹性模量E 1 > E2 > E3；
延伸率1 > 2 > 3；
(B) 强度极限b2 > b1＞b3；
弹性模量E2 > E1 > E3；
延伸率1 > 2 > 3；
(C) 强度极限b1 = b3＞b2；
弹性模量E3 > E1 > E2；
延伸率3 > 2 > 1；
(D) 强度极限 b1 = b2＞ b3；； 弹性模量 E 2 > E 1 > E 3； 延伸率 2 > 1 > 3；
4 关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，请判断哪一个是正确的：_C __ (A) 应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；
(B) 应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效； (C) 应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效； (D) 应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效。
5 低碳钢加载→卸载→ 再加载路径有以下四种，请判断哪一个是正确的：__D ___ (A) OAB → BC →COAB ； (B) OAB → BD →DOAB ； (C) OAB → BAO →ODB ； (D) OAB → BD →DB 。
6关于材料的力学一般性能，有如下结论，请判断哪一个是正确的：_A __
(A) 脆性材料的抗拉能力低于其抗压能力； (B) 脆性材料的抗拉能力高于其抗压能力； (C) 塑性材料的抗拉能力高于其抗压能力； (D) 脆性材料的抗拉能力等于其抗压能力。
二、填空
低碳钢拉伸试验的应力-应变曲线（εσ-曲线），随着载荷的逐渐增大，材料呈现出不同的力学性能：
（1）弹性阶段（Ob 段）
在拉伸的初始阶段，εσ-曲线（Oa 段）为一直线，说明应力与应变成正比，即满足胡克定理，此阶段称为线形阶段。
线性段的最高点称为材料的_比例极限___（P σ），线性段的直线斜率即为材料的_拉压弹性模
量_(E )。
（2）屈服阶段（bc 段）
超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却急剧增长，这种现象成为屈服。
使材料发生屈服的应力称为_屈服极限_（s σ）。
当材料屈服时，如果用砂纸将试件表面打磨，会发现试件表面呈现出与轴线成0
45斜纹。
这是由于试件的0
45斜截面上作用有最大_切应力_，这些斜纹是由于材料沿最大_切应力_
作用面产生滑移所造成的，故称为滑移线。
（3）硬化阶段（ce 段）
若在此阶段卸载，则卸载过程的应力应变曲线为一条斜线（如d d '-斜线），其斜率与比例阶段的直线段斜率大致相等。
当载荷卸载到零时，变形并未完全消失，应力减小至零时残留的应变称为_塑性应变_，相应地应力减小至零时消失的应变称为弹性应变。
卸载完之后，立即
σ
ε
a
b c
e
f
α
g
f '
h
o
d
再加载，则加载时的应力应变关系基本上沿卸载时的直线变化。
因此，如果将卸载后已有塑性变形的试样重新进行拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为_
冷作硬化_。
在硬化阶段应力应变曲线存在一最高点，该最高点对应的应力称为材料的_强度极限_（b σ），其所对应的载荷为试件所能承受的最大载荷b F 。
（4）颈缩阶段（ef 段）
试样拉伸达到强度极限b σ之前，在标距范围内的变形是均匀的。
当应力增大至强度极限b
σ之后，试样出现局部显著收缩，这一现象称为_局部颈缩_。
颈缩出现后，使试件继续变形所需载荷减小，故应力应变曲线呈现下降趋势，直至最后在f 点断裂。
试样的断裂位置处于颈缩处，断口形状呈杯状，这说明引起试样破坏的原因不仅有拉应力还有切应力。
三、名词解释 1 冷作硬化
将试样拉伸变形到材料的强化阶段卸载，将卸载后已有塑性变形的试样马上加载做拉伸实验，其比例极限或弹性极限将得到提高，这一现象称为冷作硬化。
2
0.2
对于无屈服阶段的塑性材料，规定对应于试件卸载后产生0.2%残余线应变的应力值作为屈服极限，称为名义屈服应力，用σ0.2表示。
3．
在拉伸的初始阶段εσ-曲线为一斜直线，即应力与应变成正比，此阶段称为线弹性变形阶段，该阶段的最高点称为材料的比例极限（P σ）。
4．
将试样拉伸变形超过弹性阶段后，应力几乎不变，只是在某一微小范围内上下波动，而应变却增长很快，此变形阶段称为屈服阶段，该阶段的最小应力值称为屈服极限（s σ）。
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