分析比较塑性材料和脆性材料在拉伸压缩及扭转时的变形情况和破坏特点
工程力学实验思考题整理(南昌大学)
一、金属材料的拉伸及弹性模量测定实验1、根据低碳钢和铸铁的拉伸曲线比较两种材料的力学性质。
低碳钢为塑性材料，抗压和抗拉屈服极限相近，屈服时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。
压缩实验时，铸铁因得到剪切极限而被剪切破坏。
2、为什么加载速度要缓慢？加载速度超过一定值就称为“动载荷”，此时低碳钢的“屈服”阶段变得不明显，强度极限也有所提高。
所以拉伸加载时速度应缓慢：静载荷。
为了看金属的疲劳曲线，缓慢均匀才看得清楚。
为了获得更加准确的实验精度，加载时如果动作过大，则在加载的瞬间其重量是有变化的，对精度有较大的影响。
3、为什么拉伸实验必须采用标准试样或定标距试样？拉伸试验中延伸率的大小不仅与材料有关，同时也与试件的标距长度有关，与此同时，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，这样其相关性质才具有可比性。
材料相同而长短不同的试件延伸率通常情况下是不相同的。
拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。
利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的比例极限、伸长率、弹性极限、弹性模量、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。
4、什么是卸载规律和冷作硬化现象？试举两例说明冷作硬化现象的工程应用。
当对材料加载，使其应力超过弹性极限，材料会出现弹性应变和塑性应变，此时卸载，其弹性变形会完全恢复，但是塑性变形不会恢复，这部分应变称为残余应变。
对有残余应变的材料重新记载，则其应力应变曲线沿着卸载的直线上升，可以发现其弹性极限有提高，那么它的屈服极限自然有提高。
在这种常温下，经过塑性变形后材料强度变高，塑性降低的现象称为冷作硬化冷作硬化在实际应用中很多，特别是冷轧钢材、喷砂、冷镦。
5、材料和直径相同而标距不同的试样，断裂后伸长率是否相同？不相同。
材料性能的测试结果与试样的形状、尺寸有关，为了比较不同材料的性能，特别是为了使得采用不同的实验设备、在不同的实验场所测试的试验数据具有可比性，试样的形状与尺寸应符合国家标准（GB6397-86）。
材料力学实验报告
拉伸实验一．实验目的：1.学习了解电子万能试验机的结构原理，并进行操作练习。
2.确定低碳钢试样的屈服极限、强度极限、伸长率、面积收缩率。
3.确定铸铁试样的强度极限。
4.观察不同材料的试样在拉伸过程中表现的各种现象。
二．实验设备及工具：电子万能试验机、游标卡尺、记号笔。
三．试验原理：塑性材料和脆性材料拉伸时的力学性能。
（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。
参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。
）四．实验步骤1.低碳钢实验（1）量直径、画标记：用游标卡尺量取试样的直径。
在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。
用记号笔在试样中部画一个或长的标距，作为原始标距。
（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。
（3）调整试验机并对试样施加载荷：调整负荷（试验力）、峰值、变形、位移、试验时间的零点；根据计算出加载速度，其中为试样中部平行段长度，当测定下屈服强度和抗拉强度时，并将计算结果归整后输入；按下显示屏中的“开始”键，给试样施加载荷；在加载过程中，注意观察屈服载荷的变化，记录下屈服载荷的大小，当载荷达到峰值时，注意观察试样发生的颈缩现象；直到试样断裂后按下“停止”键。
（4）试样断裂后，记录下最大载荷。
从夹头上取下试样，重新对好，量取断后标距和断口处最小直径。
2.铸铁实验（1）量直径：用游标卡尺量取试样的直径。
在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。
（2）安装试样：启动电子万能试验机，手动立柱上的“上升”或“下降”键，调整活动横梁位置，使上、下夹头之间的位置能满足试样长度，把试样放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，加紧试样。
材料拉伸与压缩试验报告
材料的拉伸压缩实验【实验目的】1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。
2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限R p 、下屈服强度R eL 、强度极限R m 、延伸率A 、断面收缩率Z 等等）。
3. 确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。
4.研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。
【实验设备】1. 微机控制电子万能试验机；2. 游标卡尺。
3、记号笔4、低碳钢、铸铁试件【实验原理】 1、拉伸实验低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换和处理，并输入计算机，得到F-?l 曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图1。
对于低碳钢材料，由图1曲线中发现OA 直线，说明F 正比于?l ，此阶段称为弹性阶段。
屈服阶段（B-C ）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。
其中，B ?点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B 点为下屈服点。
下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。
测定屈服载荷Fs 时，必须缓慢而均匀地加载，并应用?s =F s / A 0（A 0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。
图1低碳钢拉伸曲线屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。
当载荷达到强度载荷F b 后，在试件的某一局部发生显着变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。
应用公式?b =F b /A 0计算强度极限（A 0为试件变形前的横截面积）。
根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率?和端面收缩率?，即%100001⨯-=l l l δ，%100010⨯-=A A A ψ 式中，l 0、l 1为试件拉伸前后的标距长度，A 1为颈缩处的横截面积。
2、压缩实验 铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D 转换和处理，并输入计算机，得到F-?l曲线，即铸铁压缩曲线，见图2。
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
力和变形仍按直线规律变化，并留下残余变形o o1,如再重新加载，仍从o1开始沿直线o1e 到e点，过e点才恢复曲线规律。此时就相当于材料的比例极限提高了。这是有利的一面， 而塑性指标（延伸率）却降低了，使材料变脆，这种现象叫冷作硬化。
F
A
B
Fm
0
ΔL
(a)
0
ΔL
(b)
图 1－4 图解方法测定最大力Fm
3．断后塑性指标
表征材料塑性性能的两个指标为断后伸长率 A 和断面收缩率 Z。
断后伸长率 A = L1 − L0 ×100% L0
断面收缩率 Z = S0 − S1 ×100% S0
式中 L0，S0－试验前的标距和横截面积。 L1，S1－拉断后的标距和横截面积。
试件承受的扭矩在剪切比例极限以内时，处于线弹性阶段 OA（图 3－1a），剪应力 和剪应变服从虎克定律，即
τ = Gr
图 3－1 当扭矩超过Mp，试件表面开始形成塑性区，转角越大，塑性区越深入到中心，Mn-φ曲线 开始平坦，一直到B点，这时Mn=Ms，可以近似的认为整个截面剪应力都达到屈服极限τ（s 图 3－2c）。
（a）低碳钢拉伸
（b）铸铁拉伸
图 1－2
图 1－2（a）表示低碳钢静拉伸试验 P－ΔL 曲线。整个过程主要包括：线弹性变形
-4-
阶段（OA），塑性屈服阶段（BC），强化阶段（CD），局部颈缩阶段（DE）。 金属塑性变形是由于晶面间产生滑移的结果。低碳钢塑性屈服阶段，在抛光试件表
面可观察到沿最大剪应力方向（450）的滑移线。 2. 上屈服强度ReH下屈服强度ReL的测定
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。
金属的拉伸实验和压缩实验方法
金属的拉伸实验和压缩实验方法2008-9-4一）、金属的拉伸实验和压缩实验金属的拉伸实验和压缩实验大纲1．通过低碳钢的拉伸实验，测定低碳钢的比例极限σP ，屈服极限σS ，强度极限σb，延伸率δ，截面收缩率ψ和弹性模量E，并绘出低碳钢的应力—应变曲线，从而了解塑性材料的基本力学性能。
2．通过铸铁的拉伸实验，测定强度极限σb，绘制出铸铁拉伸时的拉伸曲线，理解铸铁拉伸时的破坏性质．3．通过铸铁和低碳钢的压缩实验，测定铸铁的强度极限σb，比较铸铁和低碳钢压缩时变形和破坏现象，进一步了解塑性材料和脆性材料的力学性能。
4. 通过金属的拉伸和压缩实验，使学生对材料（金属和非金属材料）的力学性能的测试方法有一个初步的认识。
5. 主要设备：材料试验机；主要耗材：低碳钢和铸铁拉伸试样，每次实验消耗各1根。
低碳钢和铸铁压缩试样，每次实验消耗各1根。
金属的拉伸实验指导书一、概述常温、静载下的轴向拉伸试验是材料力学试验中最基本、应用最广泛的试验。
通过拉伸试验，可以全面地测定材料的力学性能，如弹性、塑性、强度、断裂等力学性能指标。
这些性能指标对材料力学的分析计算、工程设计、选择材料和新材料开发都有及其重要的作用。
二、实验目的1、测定低碳钢的屈服强度Rel、抗拉强度Rm、断后延伸率A11.3和断面收缩率Z2、测定铸铁的抗拉强度Rm3、观察上述两种材料在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（F─曲线）4、分析比较低碳钢和铸铁的力学性能特点与试样破坏特征三、实验设备及测量仪器1、万能材料试验机2、游标卡尺四、试样的制备试样的制备应按照相关的产品标准或GB/T2975的要求切取样坯和制备试样。
试验表明，所用试样的形状和尺寸，对其性能测试结果有一定影响。
为了使金属材料拉伸试验的结果具有可比性与符合性，国家已制定统一标准。
依据此标准，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种，试样的横截面形状有圆形和矩形。
这两种试样便于机加工，也便于尺寸的测量和夹具的设计。
材料力学实验
同时受到弯曲和扭转两种载荷作用下，用应变仪
测定已知点在不同方向上的应变值，并计算出实
验的正应力，从而验证理论计算值。
理论值计算主应力公式
1, 2
1 2
(
x
( x )2 4(t xy)2 )
tg 2 2t xy x
实验六 弯扭组合变形主应力测试 实验
利用已知参数的材料和专用设备，在标准试件
选择测力度盘。调整指针，对准零点，并调整自 动绘图器。
实验二 金属材料的压缩实验
四、实验步骤
3）安装试件 将试件两端面涂以润滑剂，然后准确地放在试验
机球形承垫的中心处。 4）检查试件 5）进行试验
缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况 和绘图纸上的压缩图，以便及时而正确地测定屈服载 荷，并记录下来。
4、记下试验中试样屈服时的扭矩Ts和破坏时的最大扭矩Tb。
5、试样扭断后，立即关机，取下试样，试验结束。
实验三 金属材料的扭转实验
五、思考题
1.铸铁试件扭转实验，从加载到破坏你看到哪些现象。 2.为什么铸铁试件在扭转时沿着与轴线大致成45°的斜截 面上破坏？ 3.低碳钢试件扭转实验，从加载到破坏你看到哪些现象。 4.分析两种材料的断口形状及产生原理。 5.铸铁在压缩和扭转破坏时，其断口方位均与轴线大致 成45°角，其破坏原因是否相同？
实验五 测定材料的剪切弹性模量
四、实验步骤
1.卡取试件直径，为了避免试件加工的锥度和椭圆度 影响，在标距 内选取3个卡点，3个卡点的位置分别选 在标距中间和接近标距的两端。
2.将已卡取直径为 、长为260mm的试件安装在NY— 4型测G扭转试验机上，并固紧。
3.调整两悬臂杆的位置。 4.调整设备加码进行试验。
山东大学850材料力学17-20年真题
850-材料力学
一、考试性质 《材料力学》是工程力学、固体力学、结构工程、岩土工程硕士（MPAcc）专业学位研
究生入学统一考试的科目之一。《材料力学》考试要力求反映上述专业学位的特点，科学、 公平、准确、规范地测评考生的基本素质和综合能力，以利用选拔具有发展潜力的优秀人才 入学，为国家的经济建设培养具有良好职业道德、具有较强分析与解决实际问题能力的高层 次、应用型、复合型的会计专业人才。
八、能量法 1. 卡氏定理 1） 卡氏定理的概念 2） 卡氏定理求结构位移 2. 单位载荷法（莫尔定理） 1） 单位载荷法的概念 2） 单位载荷法求结构位移（包括梁、刚架、桁架、曲杆）
4
九、 超静定结构 1. 超静定结构基本概念 1） 超静定次数的判定 2） 多余约束的概念 3） 基本静定系的概念 2. 用力法解超静定结构 1） 力法的概念 2） 用力法解超静定结构的过程 3） 解高次超静定结构的力法正则方程 3. 对称与反对称性质的利用 1） 对称结构上的对称载荷问题 2） 对称结构上的反对称载荷问题
二、考试要求 测试考生对于与材料力学相关的基本概念、基础知识的掌握情况以及分析问题和解决问
题的能力。
三、考试内容 一、基本概念 1. 材料力学的任务 2. 内力、应力、应变的概念 3. 杆件变形的基本形式 二、杆件的内力 1. 杆件内力的一般描述 截面法 1） 轴力、剪力、扭矩和弯矩的概念 2） 截面法求杆的内力 2. 轴力与轴力图 1） 杆件轴向拉伸与压缩的概念 2） 截面法求杆的轴力 3） 轴力图画法 3. 扭矩与扭矩图 1） 扭转的概念 2） 外力偶矩与输出功率、传动轴的转速间的关系 3） 截面法求轴的扭矩 4） 扭矩图的画法 4. 弯曲内力与弯矩图 1） 平面弯曲的概念 2） 弯曲内力的概念 3） 截面法求杆件的剪力与弯矩
塑性材料和脆性材料的区别
塑性材料和脆性材料的区别
塑性材料和脆性材料是我们生活中常见的两种材料，它们在性质和用途上有着明显的区别。
首先，塑性材料和脆性材料在受力时的表现就有很大的不同。
塑性材料在受到外力作用时，会发生形变，而不会立即破裂。
而脆性材料在受力时则容易发生断裂。
这一点是两者最本质的区别。
其次，塑性材料和脆性材料的分子结构也有所不同。
塑性材料的分子结构比较松散，分子之间有着较大的间隙，这使得塑性材料在受力时可以发生形变而不至于立即破裂。
而脆性材料的分子结构则相对较为紧密，分子间结合力较大，因此在受力时容易发生断裂。
此外，塑性材料和脆性材料在使用中的特点也有所不同。
塑性材料通常用于需要承受一定形变的场合，比如塑料制品、橡胶制品等。
而脆性材料则常用于需要承受较大压力的场合，比如陶瓷制品、玻璃制品等。
在工程设计和生产中，选择合适的材料对产品的性能和使用寿命有着至关重要的影响。
因此，了解塑性材料和脆性材料的区别对于材料的选择和使用具有重要意义。
总的来说，塑性材料和脆性材料在受力时的表现、分子结构和使用特点上都有着明显的区别。
了解这些区别有助于我们更好地选择和使用材料，提高产品的性能和质量。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解塑性材料和脆性材料的区别，为工程设计和生产提供参考。