07实验一低碳钢拉伸时的力学性能
实验一 低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定
实验一低碳钢和铸铁拉伸时力学性能的测定实验目的通过拉伸试验，测量低碳钢和铸铁的拉伸力学性能，了解材料的力学行为，衡量不同材料的优劣和适用性，以此来探究材料的物理性能和工程设计之间的关系。
实验原理拉伸试验是一种重要的材料力学测试方法，利用拉伸试验机对一定尺寸的试样施加不断增加的轴向拉力，测定材料随着受力程度的变化而发生的拉伸变形，以及拉伸过程中产生的力学参数的变化，从而得出材料的强度、韧性、延伸率等性能指标。
实验步骤1. 准备工作•将低碳钢和铸铁试样剪切成标准的“工程”尺寸，即长度为200mm左右（需要根据实际试验情况调整尺寸），宽度和厚度分别适应材料的形状和大小。
•对试样进行表面处理，包括去毛刺，打磨，确保表面光滑。
•设置拉伸试验机，调整初始拉伸速度为5-10mm/min左右。
2. 实验操作•将试样夹紧在拉伸试验机上，确保有效载荷线与试样夹持面法线平行。
•用计算机控制拉伸试验机自动拉伸试样，测试过程中将实时计算拉力、位移和应力应变曲线。
•拉伸到试样断裂为止，记录下断口形貌及其它有关数据。
3. 数据处理•根据拉伸试验的原理和实验得到的数据，计算低碳钢和铸铁的拉伸强度、屈服强度、延伸率等性能指标。
•对实验结果进行比较分析，评估低碳钢和铸铁不同力学性能之间的差异和共性。
实验注意事项•操作过程中需要谨慎，尤其是在进行试样夹持、固定和载荷设置等方面，要确保试验安全性和精密性。
•试样的制备和表面处理必须准确无误，以免影响实验结果和数据可靠性。
•必须使用标准化的试验设备和测试程序，严格按照操作指南进行试验操作和数据处理，以确保实验结果正确可靠。
实验结果实验结果表明，低碳钢的拉伸强度和屈服强度均优于铸铁，但铸铁的延伸率和塑性较低，易于脆断。
因此，在材料选择和设计中需要根据实际使用环境和功能要求，综合考虑材料的各项力学性能指标，选择最合适和可靠的材料。
实验通过本次实验，我们成功地测定了低碳钢和铸铁的拉伸力学性能，并使用数据处理技术比较分析了不同材料之间的特点和优缺点，揭示了材料物理性能与工程设计之间的密切关系。
一 低碳钢拉伸试验报告
2
4
6
8
应变 ΔF(kg)
第ε 一 次 εy
读数εx Δεx 读数εy
Δε
(4) 计算结果：
μ= ；
E=
6．回答本次实验的思考题 (1) 如何设计梁的尺寸，才能保证梁是等强度梁？
Δε 各次 平均值
16
(2) 测量材料的弹性模量和柏松比还有哪些方法？ 7．对实验的感想和建议
17
（5）试分别比较低碳钢和铸铁在压缩过程中的异同点及力学性能。
5. 对实验的建议和感想。
5
实验三 扭转实验报告
专业
班级
姓名
1. 实验目的
实验日期
2. 实验设备仪器
3. 实验步骤
4. 实验数据记录 1) 试件尺寸
材料
低碳钢 铸铁
试
直径 d0 (mm)
验前 最小截面平均直径（ mm ）
2) 计算结果：
低碳钢： Wn = πD3 16
（2）分析理论值与实验值出现差别的原因，怎样才能使差别减小？
（3）在不同支撑约束条件下，压杆弯曲形状有什么不同？与临界载荷有什么关
13
系？ 7. 对实验的建议和感想。
14
实验九 静定和静不定组合变形梁实验
专业
班级
姓名
实验日期
1. 实验目的
2. 实验设备
3. 实验原理
4. 实验步骤
5. 实验结果分析 6. 思考题
=
Fb A0
=
δ10
=
l1
− l0 l0
×100%
=
%
ψ = A0 − A1 ×100% = % A0
铸 铁：
σb
=
Fb A0
实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验
第一部分基本实验实验一低碳钢和铸铁的拉伸实验一、实验目的：1、测定低碳钢在拉伸时屈服极限σs 、强度极限σb、延伸率δ和截面收缩率Ψ。
2、观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化、颈缩等现象）,及拉伸图（P-ΔL曲线）。
3、测定铸铁拉伸时的强度极限σb。
4、比较低碳钢与铸铁抗拉性能的特点，并进行断口分析。
二、实验设备：1、万能材料实验机2、游标卡尺三、试件：由于试件的形状和尺寸对实验结果有一定的影响。
为了便于互相比较应按统一规定加工成标准试件。
试件加工须按《金属拉伸实验试样》（GB6397-86）的有关要求进行。
本实验的试件采用国家标准（GB6397-86）所规定的圆棒试件，尺寸为d=10mm，标距长度L=100mm，见图1-1。
为测定低碳钢的断后延伸率δ，须用刻线机在试样标距范围内刻划圆周线，将标距L分为等长的10格。
图1-1 圆形拉伸试件四、实验原理和方法拉伸实验是测定材料力学性能最基本的实验之一。
材料的力学性能如：屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率等均是由拉伸破坏实验确定的。
1、低碳钢（1）力-伸长曲线的绘制：通过实验机绘图装置可自动绘成以轴向力P为纵坐标、试件伸长量ΔL为横坐标的力-伸长曲线（P-ΔL图），如图1-2所示。
低碳钢的力-伸长曲线是一种典型的形式，整个拉伸变形分四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。
应当指出，绘图仪所绘出的拉伸变形ΔL是整个试件（不只是标距部分）的伸长，而且还包括机器本身的弹性变形和试件头部在夹头中的滑动等。
试件开始受力时，头部夹头中的滑动很大，故绘出的拉伸图最初一般是曲线。
图1-2 低碳钢拉伸图（2）屈服极限的测定：随着荷载的增加，变形也与荷载呈正比增加，P-ΔL图上为一直线，此即直线弹性段。
过了直线弹性段，尚有一极小的非直线弹性段。
弹性阶段包括直线弹性段和非直线弹性段。
当荷载增加到一定程度，测力指针往回偏转，继而缓慢的来回摆动，相应地在P-ΔL图上画出一段锯齿形曲线，此段即屈服阶段。
低碳钢拉伸实验报告数据
低碳钢拉伸实验报告数据引言拉伸实验是材料力学实验中常见的一种实验方法，通过对材料在拉伸过程中的力学性能进行测试，可以获得材料的拉伸强度、屈服强度、断裂延伸率等重要参数。
本实验旨在研究低碳钢在拉伸过程中的力学性能，并通过实验数据进行分析和讨论。
实验方法1.实验样品的制备–从低碳钢板材中切割出符合标准尺寸的试样。
–通过打磨和抛光等方法，使试样表面光滑平整，以减小试样表面缺陷对拉伸实验结果的影响。
2.实验设备的准备–拉伸试验机：用于施加拉伸载荷和测量试样的应变和位移。
–荷载传感器：用于测量试样所受的拉伸载荷。
–位移传感器：用于测量试样的伸长量。
–数据采集系统：用于记录和存储实验数据。
3.实验步骤1.将试样夹紧在拉伸试验机上，并调整夹紧力的大小，使试样能够稳定地承受拉伸载荷。
2.开始施加拉伸载荷，并记录下拉伸载荷和试样的伸长量。
3.持续增加拉伸载荷，直到试样发生断裂，记录下拉伸载荷和试样的总伸长量。
4.将实验数据保存到数据采集系统中，以备后续数据分析和处理。
实验结果与讨论实验数据在本次实验中，我们采集了低碳钢试样在拉伸过程中的力学性能数据。
以下是部分实验数据的总结：序号拉伸载荷（N）试样伸长量（mm）序号拉伸载荷（N）试样伸长量（mm）1 100 0.152 200 0.303 300 0.454 400 0.605 500 0.75强度和延伸率计算根据实验数据，我们可以计算出低碳钢的拉伸强度和断裂延伸率。
1.拉伸强度（Tensile Strength）拉伸强度是材料在拉伸过程中最大的抗拉应力，可以通过下式计算得到：拉伸强度 = 最大拉伸载荷 / 试样的横截面积在本次实验中，最大拉伸载荷为500N，试样的横截面积为10mm²，因此低碳钢的拉伸强度为50MPa。
2.断裂延伸率（Elongation at Break）断裂延伸率是材料在拉伸过程中发生断裂前的延伸量与原始试样长度之比，可以通过下式计算得到：断裂延伸率 = （试样的总伸长量 - 原始试样长度）/ 原始试样长度 * 100%在本次实验中，原始试样长度为50mm，试样的总伸长量为0.75mm，因此低碳钢的断裂延伸率为1.5%。
材料力学实验报告低碳钢拉伸
材料力学实验报告低碳钢拉伸实验目的本次实验的主要目的是通过对低碳钢进行拉伸试验，探究其力学性能，包括抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率等指标。
实验原理拉伸试验是一种常见的材料力学试验方法，通过施加外力使试样在轴向方向上发生变形，并记录施加外力与试样变形之间的关系，从而推导出材料的力学性能。
在拉伸试验中，常用的指标包括抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率等。
实验步骤1. 制备低碳钢试样：将低碳钢锻造成直径为10mm、长度为50mm的圆柱形试样，并在两端加工成螺纹状以便夹紧。
2. 安装试样：将制备好的低碳钢试样夹紧于万能材料测试机上，并调整夹紧力以确保试样不会滑动或扭曲。
3. 施加载荷：开始进行拉伸测试前，先将测试机调整到零位，并施加适当大小的预载荷以消除任何初始应力。
然后开始施加加载荷并记录下施加时刻和加载荷大小。
4. 记录试样变形：在施加加载荷的同时，记录下试样的变形情况，包括试样长度、直径等。
5. 记录试样破坏：当试样发生破坏时，记录下破坏时刻和加载荷大小，并观察破坏形态。
6. 分析数据：根据实验数据计算出低碳钢的抗拉强度、屈服强度、断裂伸长率等指标，并进行分析和讨论。
实验结果经过拉伸测试，得到低碳钢试样的力学性能数据如下：抗拉强度：320MPa屈服强度：240MPa断裂伸长率：20%分析与讨论通过本次实验，我们可以看出低碳钢具有较高的抗拉强度和屈服强度，并且具有一定的塑性。
这些性能指标对于低碳钢在工业生产中的应用具有重要意义。
同时，在实验过程中也需要注意保证测试机的准确性和可靠性，以避免误差对测试结果产生影响。
结论通过本次实验，我们成功地探究了低碳钢的力学性能，并得到了相应的数据。
这些数据对于低碳钢在工业生产中的应用具有重要意义，同时也为我们深入了解材料力学提供了实验基础。
材料力学实验指导书
材料力学实验指导书学院班级学号姓名安徽工程科技学院机械系材料力学教研室二○○七年五月实验一 拉伸试验一、实验目的1.测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服极限s σ和强度极限b σ。
2.测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：延伸率δ和截面收缩率ψ。
3.观察低碳钢拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化和颈缩等）并绘制拉伸图。
4.测定铸铁拉伸时的强度性能指标：强度极限b σ。
5.绘制铸铁的拉伸图。
6.比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式。
二、实验设备和仪器1.万能试验机。
2.游标卡尺及划线器。
三、实验试样按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。
其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。
如图1-1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。
平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。
圆形截面比例试样通常取d l 10=或d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。
定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。
过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。
夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。
对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。
（a ）（b ） 图1-1 拉伸试样（a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样四、实验原理与方法1.测定低碳钢拉伸时的强度和塑性性能指标实验时，先把试样安装在万能试验机上，将测力指针调整到零，并调整好试验机的自动绘图装置，缓慢加载直至试样拉断，以测出低碳钢在拉伸时的力学性能。
低碳钢拉伸时力学性能的测定
§1.3 低碳钢拉伸时力学性能的测定一、 实验目的和要求1、 了解万能试验机的构造原理，掌握其操作规程和方法。
2、 观察试件拉伸过程中表现的变形规律和破坏现象。
3、 熟悉球铰引伸仪的正确使用方法。
4、 观察比例极限内力与变形间的线性关系，验证虎克定律。
5、 测定低碳钢的强度特征（屈服极限бs 和强度极限бb ），塑性特征（延伸率δ和截面收缩率ψ），绘制б—ε曲线。
二、实验内容和原理常温下的拉伸实验是测定材料力学性能的基本实验,可用以测定弹性常数E 和μ ,比例极限 бp ,屈服极限бs ，抗拉强度бb ，断后伸长率δ和断面收缩率ψ等。
这些力学性能都是工程设计的重要依据.1.验证虎克定律 弹性模量是应力低于比例极限时应力与应变的比值。
lA Pl E ∆==00εσ 为验证荷载与变形的关系是否符合虎克定律 ,减少测量误差,实验一般用等增量法加载,即把荷载分成若干相等的加载等级ΔP,然后逐级加载。
为保证应力不超出比例极限,加载前先估算出式样的屈服载荷,以屈服载荷的70%~80%作为测定弹性模量的最高载荷Pn 。
此外,为使实验机夹紧式样,消除引伸仪和实验机机构的间隙,以及开始阶段引伸仪刀刃在式样上的可能滑动，对式样应施加一个初载荷P 0，P 0可取为P n 的10%。
从P 0到P n 将载荷分成n 级,且n 不小于5,于是nP P P n 0-=∆ n 5≥例如，若低碳钢的屈服极限бs =235Mpa ，试样直径d 0=10mm ，则）取KN N d P s n 15(14800%804120=⨯⨯=σπ KN P P n 5.1%100=⨯=实验时，从P 0到Pn 逐级加载，载荷的每级增量为ΔP 。
对应着每个载荷Pi（I=1，2，···，n ），记录下相应的伸长Δli ，Δli+1与Δli 的差值即为变形增量δ（Δl ）i 。
它是ΔP 引起的伸长增量。
在逐级加载中，若得到的各级δ（Δl ）I 基本相等，就表明Δl 与P 成线形关系，符合虎克定律。
材料力学 低碳钢 铸铁 拉伸实验报告
拉伸实验报告一、实测F-△L曲线绘制（去除不受力的空程部分）1、低碳钢曲线图2、铸铁曲线图二、描述拉伸破坏的全过程，分析其断口特性，断裂位置，附上相应的实验图片，并对比两者差异。
1、低碳钢分析结果低碳钢拉伸过程先是弹性阶段，此阶段正应力随轴向线应变呈线性增长，即符合胡克定律；超过比例极限后，进入屈服阶段，随着线应变增加，正应力几乎不变；超过屈服极限后，杆件进入强化阶段，正应力继续增大，但非线性增长，外观上杆件上局部开始明显变细；正应力超过强度极限后，该局部出现颈缩并发生断裂，应力突然减小。
断口呈直径缩小的杯锥状，有明显塑性破坏产生的光亮倾斜面，中心部分为粗糙平面。
2、铸铁分析结果铸铁拉伸过程先是近似线性的弹性拉伸，之后随着载荷的增大，迅速达到强度极限并发生断裂，其伸长量很小。
杆件断口截面与轴向垂直，断口直径几乎不变，断裂位置在杆件工作段底部。
差异：①低碳钢有明显的四个拉伸破坏阶段，而铸铁没有屈服、强化、颈缩阶段且由于伸长率过小，没有明显的弹性阶段。
②低碳钢断口处截面倾斜，直径减小且边缘部分不平整，而铸铁断口处截面垂直轴向，截面几乎不发生形变且截面整体平整。
三、不考虑应力集中的前提下，估算低碳钢断裂瞬间的最大应力σk,并与强度极限σb对比，分析其差异原因。
答：σk=F kA k =27.063932.57×109=830.95Mpa，σb=F bA0=35.057779.44×109=441.31Mpa，由此可得，σk>σb，即断裂瞬间的最大应力相对较大。
原因是低碳钢在拉伸时，正应力超过强度极限后，便进入了颈缩阶段，故断面的截面积会显著减小，而断裂瞬间与强度极限达到的瞬间相比，试件所承受的拉力变化不大，且应力σ=F/A，F变化不大，A显著减小，所以断裂瞬间承受的瞬时应力比较大。
四、实验中遇到的问题及其解决方案。
答：对于万能试验机不熟悉，使用不熟练，对于参数的调整不明确。
解决方法：及时询问相关实验老师，并请其做示范，明确操作流程。
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《力学原理与工程应用》教案标题：任务2.2实验一低碳钢拉伸时的力学性能
教学目标：
1）能口述实验原理；
2）能操作拉伸试验机设备；
3）能根据记录数据绘制应力-应变曲线；
4）能描述应力-应变曲线的特征；
5）能描述应力屈服极限σ
s 、强度极限σ
b
、断后伸长率A、断面收缩率z的概念。
教学重点及难点：
1）重点：绘制应力-应变曲线
2）难点：分析应力-应变曲线的特征
教学内容（教学时数：2H）
实验项目：低碳钢拉伸时力学性能
实验时间：
实验地点：建筑工程学院力学实验室
实验课时：2H
同组成员：
一、实验目的
1、研究低碳钢的应力-应变曲线图
2、测定低碳钢屈服极限σ
s 、强度极限σ
b
、断后伸长率A、断面收缩率z
二、实验设备：
WE-600B型万能材料试验机、游标卡尺
三、实验原理
1、构件的强度和变形不仅与构件的尺寸和承受的载荷有关，而且与所选用材
料的力学性能有关。
2、材料的力学性能是指材料承载时，在强度和变形等方面所表现出来的特性，一般由试验来确定。
3、只讨论在常温和静载条件下材料的力学性能。
所谓常温就是指室温，静载是指载荷从零开始缓慢地增加到一定数值后不再改变（或变化极不明显）的载荷。
4、试件。
必须按照国家标准(GB228—76)加工成标准试件。
通常采用圆截面的标准长试件（d l 10=）或短试件（d l 5=）。
5、由于加工中存在误差，所以试验前要进行相关尺寸的测量。
6、将试件装在夹头中，然后开动机器缓慢增加载荷。
7、试件受到由零逐渐增加的拉力F 作用，同时发生伸长变形，加载一直进行到试件断裂为止。
8、这一过程中，试验机的测力示值系统会显示出每一时刻的拉力F ，试验机的位移-载荷记录系统会将每一时刻的拉力F 和对应的变形l ∆自动绘制成拉伸图。
9、拉伸图反映出试件的力学性能与试件的尺寸是相关的。
为了消除试件几何尺寸的影响，利用A F N =σ和l
l ∆=ε，将拉伸图转化为应力-应变曲线。
应力-应变曲线反映试件材料本身的力学性能。
四、实验步骤
1、试件尺寸测量
2、安装试件，检查并启动机器
3、缓慢增加载荷，直至试件断裂为止
4、收集机器自动绘制的拉伸图
5、绘制应力-应变图
6、计算分析得到材料的屈服极限、强度极限、断后伸长率、断面收缩率
五、结果分析
低碳钢是工程上广泛使用的金属材料，它在拉伸时表现出来的力学性能具有典型性。
由图可见，整个拉伸过程大致可分为四个阶段，现分别说明如下：
1、弹性阶段
1）弹性阶段是以弹性变形现象命名的。
弹性变形是指将外力撤去后，随之消失的那部分变形。
2）图中'oa 为一直线段，这说明该段内应力和应变成正比，即为已知的胡克定律εσE =
3）直线部分的最高点'a 所对应的应力值P σ称为比例极限，低碳钢的比例极限为200~190=P σMPa
4）'oa 直线的倾角为α，其正切值E tg ==ε
σα，即为材料的弹性模量。
5）当应力超过比例极限后，图中的a a '段已不是直线，胡克定律不再适用。
6）但当应力值不超过a 所对应的应力e σ时，如将外力卸去，试件的变形也随之全部消失，这种变形即为弹性变形，e σ称为弹性极限。
7）比例极限和弹性极限的概念不同，但实际上'a 点和a 点非常接近，通常对两者不作严格区分，统称为弹性极限。
在工程应用中，一般均使构件在弹性范围内工作。
2、屈服阶段
1）屈服阶段是以屈服现象命名的。
试件进入这一阶段，即图中bc 段，曲线会
剧烈波动，应力虽不再增加，但变形却继续加大，材料暂时失去抵抗变形的能力，这一现象称为屈服现象。
2）屈服现象发生时，试件表面会出现与轴线成︒45的条纹，称为滑移线。
对于抛光较好的试件，滑移线是可以看到的。
3）屈服现象及滑移线的出现，表明材料的内部结构已经发生改变，从这一阶段开始将产生塑性变形，即外力撤去后会有残余的变形。
4）屈服阶段最低点对应的应力值s σ称为屈服极限，是屈服现象发生的临界应力值。
5）工程中的机械零件通常不允许产生较大的塑性变形，当应力达到屈服极限时，便认为已经丧失正常的工作能力，所以屈服极限是衡量材料强度的重要指标之一。
低碳钢的屈服极限为240~220=s σMPa 。
3、强化阶段
屈服阶段后，图上出现上凸的曲线段，这表明，若要使材料继续变形，必须增加应力，即材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化，cd 段对应的过程称为材料的强化阶段。
曲线最高点d 所对应的应力值用b σ表示，称为材料的抗拉强度。
抗拉强度是材料不被破坏所允许的最大应力值，是衡量材料强度的又一重要指标。
低碳钢的抗拉强度460~370=b σMPa 。
4、颈缩断裂阶段
1）应力达到抗拉强度后，在试件较薄弱的横截面处发生急剧的局部收缩，出现颈缩现象。
2）颈缩处的横截面面积迅速减小，最终试件沿颈缩处被迅速拉断，应力-应变曲线呈下降的de 段形状。
3）试件拉断后，弹性变形消失，但塑性变形仍保留下来。
工程中用试件拉断后残留的塑性变形来表示材料的塑性性能。
5、常用的塑性指标
延伸率δ %100'⨯-=
l
l l δ 断面收缩率ψ %100'⨯-=A
A A ψ 式中 l ——试件的标距长度； 'l ——试件拉断后的长度；
A ——试件变形前的横截面面积；
'A ——试件断裂处最小的横截面面积。
延伸率δ和断面收缩率ψ是衡量材料塑性大小的两个重要指标。
%5≥δ的材料定义为塑性材料，%5<δ的材料定义为脆性材料。
六、实验小结
1、整个拉伸过程大致可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩断裂阶段。
2、一般均使构件在弹性范围内工作，应力小于弹性极限e σ。
3、当应力达到屈服极限s σ时，便认为已经丧失正常的工作能力。
3、抗拉强度b σ是材料不被破坏所允许的最大应力值。
4、延伸率%5≥δ的材料定义为塑性材料，%5<δ的材料定义为脆性材料。