材料力学试验二扭转与弹性模量测定试验
材料力学实验指导书
§3 扭转实验指导书
1、概述
工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。扭转变形是构件的基本变形之一，因此扭转实验也是材料力学基本实验之一。
2、实验目的
2.1测定低碳钢的扭转屈服强度s τ及抗扭强度b τ。
2.2测定铸铁的抗扭强度b τ。
2.3观察、比较低碳钢和铸铁在扭转时的变形和破坏现象，分析其破坏原因。
3、实验原理
对一确定形状试件两端施加一对大小为e M 的外力偶，试件便处于扭转受力状态，此时试件中的单元体处于如图3.1所示的纯剪应力状态。
图3.1纯剪应力状态
对单元体进行平衡分析可知，在与试样轴线成045角的螺旋面上，分别承受主应力τσ=1，
τσ-=3的作用，这样就出现了在同一个试件的不同截面上τσσ=-=压拉的情形。这样对于判断材料各极限强度的关系提供了一个很好的条件。
图3.2为低碳钢Q235扭转实验扭矩T 和扭转角φ的关系曲线，图3.3为铸铁HT200试件的扭转实验扭矩T 和扭转角φ的关系曲线。图3.4为低碳钢和铸铁扭转破坏断口形式
图3.2低碳钢Q235扭转φ-T 曲线 图3. 3铸铁HT200扭转φ-T 曲线
由图 3.2低碳钢扭转φ-T 曲线可以看出，低碳钢Q235的扭转φ-T 曲线类似于拉伸的L F ?-曲线，有明显的弹性阶段、流动屈服阶段及强化阶段。在弹性阶段，根据扭矩平衡原理，由剪应力产生的合力矩需与外加扭矩相等，可得剪应力沿半径方向的分布ρτ为：
P
I T ρτρ*= 在弹性阶段剪应力的变化如图3.5所示
在弹性阶段剪应力沿圆半径方向呈线性分布，据此可得
P
P W T I r T ==*max τ 当外缘剪应力增加到一定程度后，试件的边缘产生流动现象，试件承受的扭矩瞬间下降，应力重新分布至整个截面上的应力均匀一致，称之为屈服阶段，在屈服阶段剪应力的变化如图3.6所示
称达到均匀一致时的剪应力为剪切屈服强度（s τ），其对应的扭矩为屈服扭矩，习惯上将屈服段的最低点定义为屈服扭矩，同样根据扭矩平衡原理可得：
图3.5 低碳钢扭转试件弹性阶段应力分布变化
图3.4低碳钢和铸铁扭转破坏断口形式
P
s P s s W T I T 434*3==
ρτ 应力均匀分布后，试件可承受更大的扭矩，试件整个截面上的应力均匀增加，直至试件剪切断裂，如图3.4所示，最大剪应力对应的扭矩为最大扭矩，定义最大剪应力为剪切强度。
P b b W T 43=
τ 通过以上的分析可知：在低碳钢的扭转时，可以得到剪切强度极限，但由于不同材料的破坏形式并不一致，其剪切强度的计算公式并不相同，鉴于此，为方便不同材料力学特性的比较，国标《金属扭转实验方法》（GB/T10128-1988）规定，材料的扭转屈服点和抗扭强度按公式P s s W T /=τ，P b b W T /=τ
计算。需要注意的是，国标定义的强度为抗扭强度而非剪切强度。 由图3.2铸铁扭转φ-T 曲线可以看出，铸铁HT200的扭转φ-T 曲线类似于拉伸的L F ?-曲线，没有屈服阶段及强化阶段。从图3.1纯剪应力状态及图3.4铸铁扭转破坏断口形式可以看出，铸铁试件是沿与轴线成45°螺旋面方向被拉伸破坏的，也就是说，在图3.1纯剪应力状态单元体中，拉应力首先达到拉伸强度值。其抗扭强度的计算同低碳钢试件，且此时抗扭强度等于最大扭矩时的最大剪应力（即边缘剪应力）。
由以上分析可知：铸铁的扭转破坏是由于拉应力引起的拉伸破坏，通过扭转实验可间接测得铸铁试件的拉伸强度，但无法得到其剪切强度。
4、实验方案
4.1实验设备、测量工具及试件
YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm 游标卡尺、标准低碳钢、铸铁扭转试件（图3.7）。 YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机和数据采集分析系统两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、分析等。
试件采用两端为扁形标准扭转试件，按国标《金属扭转实验方法》（GB/T10128-1988）的规定制作，试件的两端与试验机的上、下扭转夹头相联接。为方便观测试件的变形，试验前需用游标卡尺测量出试件的最小直径（0d ）。为方便观测试件的变形、观察实验现象实验前在试件上作一组如图
3.7
图3.7 常用扭转试件
图3.6 低碳钢扭转试件屈服阶段应力分布变化
所示的矩形框标记。
4.2 装夹、加载方案
安装好的试件如图3.8所示。试件两端为扁形，
扭转试验时，试件的两端与试验机的上、下扭转夹
头相联接，夹头中间有矩形加载槽。上夹头通过花
键轴与扭矩传感器联接，花键轴在扭矩传感器中可
上下滑动，以适合安装试件。下夹头通过双键与试
验机的扭转轴相联接。扭转时，扭矩传感器固定不
动，扭转电机带动下夹头转动，试件受到扭转。
4.3 数据测试方案
扭矩通过上夹头-花键轴传至扭矩传感器，试件
的转角通过安装在扭转轴上的光电编码器转化为电
压方波信号，转轴每转过一个确定的角度，光电编
码器就输出一个方波信号，这样，通过记录方波的
数量就可以知道试件的转角，扭转时，数据采集系
统每检测到一个方波就记录一次数据，并将方波数
量代表的转角作为X 轴，扭矩作为Y 轴显示数据，
这样就得到了扭转试验的扭矩-转角曲线。
4.4 数据的分析处理
数据采集分析系统，实时记录试件所受的扭矩及转角，并生成扭矩、转角实时曲线。图3.9为实测低碳钢Q235扭转实测曲线，图3.10为实测铸铁HT200的扭转实测曲线。 在图3.9低碳钢Q235扭转实验曲线中，横坐标-试件的转角，纵坐标-试件所受的扭矩，从扭矩-转角曲线可以清晰地区别低碳钢扭转实验的弹性阶段、屈服阶段,并可方便地读取屈服扭矩、极限扭矩。
3.9实测低碳钢扭转φ T 曲线
1、3-扭转上下夹头， 2-扭转试件 ， 4-左立柱，5-扭矩传感器 图3.8 扭转实验试件的装夹
得到相关数据后，依据实验原理，就可以得到所需要的力学指标。
5、完成实验预习报告
在了解实验原理、实验方案及实验设备操作后，就应该完成实验预习报告。实验预习报告包括：明确相关概念、预估试件的最大载荷、明确操作步骤等，在完成预习报告时，有些条件实验指导书已给出（包括后续的实验操作步骤简介）、有些条件为已知条件、有些条件则需要查找相关标准或参考资料。通过预习报告的完成，将有利于正确理解及顺利完成实验。
有条件的同学可以利用多媒体教学课件，分析以往的实验数据、观看实验过程等。
完成实验预习报告，并获得辅导教师的认可，是进行正式实验操作的先决条件。
6、实验操作步骤简介
6.1试件原始参数的测量及标距的确定
实验采用标准短试件，试件形状见图3.7，用游标卡尺在标距长度的中央和两端的截面处，按两个垂直的方向测量试件的直径，填入实验表格取三组数据平均值的最小值进行计算。计算出扭转试件的抗扭截面系数p W 。
为了更好的观察实验现象，实验前，在扭转试件表面制作一组矩形框标记，实验中应注意观察矩形框的变化。
6.2连接测试线路
按要求联接测试线路，一般第3通道选择测扭矩，第八通道选择测转角，第七通道进行扭转方向判断。连接试验机上的转角传感和扭转传感接口。联线时应注意不同类型传感器的测量方式及接线方式。联线方式应与传感器的工作方式相对应。
6.3设置数据采集环境
6.3.1进入测试环境
首先检测仪器。检测到仪器后，系统将自动给出上一次实验的测试环境。或通过文件-引入项目，引入所需要的采集环境。
6.3.2设置测试参数
测试参数是联系被测物理量与实测电信号的纽带，设置合理的测试参数是得到正确数据的前提。
图3.10实测铸铁扭转φ T 曲线
测试参数由系统参数、通道参数及窗口参数三部分组成。其中，系统参数包括测试方式、采样频率、报警参数、实时压缩时间及工程单位等；通道参数反映被测工程量与实测电信号之间的转换关系，由测量内容、转换因子及满度值等组成；窗口是指为了在实验中显示及实验完成后分析数据而设置的曲线窗口，曲线分为实时曲线及X-Y函数曲线两种。
第一项、系统参数
采样频率： 50-200Hz，每个脉冲为0.144度时建议选择200Hz。
测试方式：扭转测试。
实时压缩时间：300秒。
若进行反复扭转实验时需设置换向判断通道及报警通道。通常情况下8CH固定用于转角脉冲计数，7CH用于转角方向判断，反复扭转时可选择扭矩或转角通道作为报警通道，并选择相应的报警值。
需要注意的是：
1、传感器的接线一定要与通道的参数设置相对应，8CH固定用于转角测试。
2、报警通道与报警的选择与实验的类型有关，并需与试验机的控制方式相结合，在进行反复扭转实验时，需启动试验机扭转自动控制功能。
第二项、通道参数
通常选择3CH测扭矩，7CH进行扭转方向判断，8CH固定选择测转角。需要选择及输入的参数有：测量内容、工程单位、修正系数，并选择相应的满度值。
需要注意的是：
1、需将8CH（固定选择测转角）通道的测量内容设置为“脉冲计数”，且“脉冲计数”功能只有在系统参数中将测试方式设置为“扭转测试”时方可选择，且只有一个通道可选为“脉冲计数”。选为“脉冲计数”的通道需将其满度值设为5000mV,由于a、c均为0，显示值为5000*b，b为每个脉冲代表的转角。如当b=0.6时满度值指示值为3000，b=0.144时满度值指示值为720。
2、7CH为方向判断通道，测量内容选择为“电压测量”（或“数据采集内”），b可选为1，满度值为5000 mV。
第三项、窗口参数
可以开设两个数据窗口，左窗口为扭矩、转角的实时曲线窗口，右窗口为扭矩、转角的X-Y曲线窗口，并设定好窗口的其它参数如坐标等。坐标参数设置时，需对被测试件的极限扭矩及变形进行预估，这样可以得到较好的图形比例。
需要注意的是：
1、在扭转测试时，数据的记录方式是以脉冲为触发的，即使在普通绘图方式时，窗口的横坐标
是转角而不是时间，且转角只有正值，即使在反向扭转时，转角也是一直在增加的。
2、在进行反复扭转实验时，在X-Y方式下，转角有正负之分，正向扭转为正，反向扭转为负。
对比当前各参数与实际的测试内容是否相符，若相符进入“6.4.3 数据预采集”，如不符，则应选择正确的参数或通过引入项目的方式引入所需要的测试环境。
6.3.3数据预采集
6.3.3.1 采集设备满度值对应检查
检查采集设备各通道显示的满度值是否与通道参数的设定值相一致，如不一致，需进行初始化硬件操作，单击菜单栏中的“控制”，选择“初始化硬件”，就可以实现采集设备满度值与通道参数设置满度值相一致。
6.3.3.2 数据平衡、清零
单击菜单栏中的“控制”，选择“平衡”，对各通道的初始值进行硬件平衡，可使所采集到的数据接近于零，然后，单击菜单栏中的“控制”，选择“清除零点”，“清除零点”为软件置零，可将平衡后的残余零点清除。
由于传感器输出的电压在平衡时可能为一较高的电压，对于平衡范围较小的测试系统有时会超出采集系统的平衡范围，此时若信号经平衡后的数值过大，在“清除零点”时会有相应提示，且仪器的相应通道会有过载指示，说明通道的初始值过大，尤其是脉冲计数通道容易出现此情况，说明脉冲计数通道电压处于高电平，此时应启动扭转启动，然后停止，重新“平衡”、“清零”，观察“过载指示”是否清除，若未清除重复上述操作，直至“过载指示”清除为止。对于平衡前有过载指示，平衡后指示消失的情形，说明仪器本身记忆的初始平衡值过大，属正常情况。
6.3.3.3启动采样
单击菜单栏中的“控制”，选择“启动采样”，选择数据存储目录，便进入相应的采集环境，此时并没有采到数据，这是因为数据采集系统每检测到一个方波就记录一次数据，扭转电机没有起动时，光电编码器没有转角输出，采集系统并不记录数据。选择“正向扭转”，起动电机正向扭转，数据采集系统显示采集到的零点数据，X-Y图中，转角正向增加，用手扭动扭转上夹头，采集到的扭矩就产生了相应的变化，正向扭矩为正值，反之为负值。此时，选择“反向扭转”，起动电机反向扭转，X-Y 图中，转角负向减少。证明采集系统和设备均能正常工作。
单击菜单栏中的“控制”，选择“停止采样”，停止采集数据，并分析所采集的数据，确认所设置的各参数正确。
这样就完成了数据采集环境的设置。
6.4装夹试件
在确信设备和采集环境运行良好后，便可以进行试件的装夹，安装时，将试件的一端安装在上夹头内，下拉上夹头，使试件的另一端接近下夹头，通过控制电机正反向转动，调整下夹头位置，使试件可以方便的进入下夹头，向下轻推上夹头，松手后，依靠摩擦力保证上夹头不被拉回。反复扭转时，需使用夹头紧定螺钉。
这样便完成了试件的装夹。
6.5 加载测试
在试件装夹完毕，并确定数据采集系统能正常工作后，就可以进行加载测试了。具体操作步骤如下：
选择“控制”- “平衡”- “清除零点”- “启动采样”，选择好存储目录后便开始采集数据。实验时可以通过显示实时数据全貌窗口来观测试件扭转全过程，单击“显示数据全貌”图标，调入显示数据全貌窗口，重排显示窗口，选择被测通道，调整窗口坐标。然后选择“正向扭转”，开始数据采集，试件很快进入屈服阶段，并很快进入强化阶段。注意观察标距线的变化，横向标距线的距离不变，竖向标距线变成螺旋线而且间距变短。由于标距线的距离不断伸长，原来清晰的标距线变得不太
清晰。持续扭转，试件断裂后，将上夹头拉起，停止采集数据，停止扭转。取出断裂试件，观察端口形式及标距线的变化。注意观察实验各阶段现象及标记线的变化。
需要在实验过程中调节转速时，可以旋转“扭转调速”转轮：顺时针旋转电机转速加快，反之降低，直至停止。实验时可根据不同时验阶段进行相应调整。
反复扭转时，需启动扭转自动控制功能，并根据需要在测试过程中调整报警参数。
7、分析数据完成实验报告
7.1 验证数据
首先关闭 “显示数据全貌”窗口，在扭矩-转角窗口显示全部实验数据，并验证数据的正确性。从低碳钢扭转实验曲线中应能清晰地看到低碳钢扭转时的屈服及强化阶段，铸铁则无屈服阶段。
7.2读取数据
选择双光标，放大左图屈服阶段，读取屈服扭矩s T ，极限扭矩b T 及转角φ。
7.3 分析数据
将得到的实验数据填入到相应表格，屈服扭矩，极限扭矩，这样就得到了抗扭屈服强度，抗扭强度，剪切屈服强度以及剪切强度。
需要注意的是：
在分析数据时需特别注意区别抗扭强度与剪切将度的区别，抗扭强度的定义是针对荷载类型定义的，有利于不同材料间的相互比较，但无法反映性材料真实的应力状态。剪切强度是按材料破坏时的应力状态定义的，能够反映材料破坏时的真实应力状态，但不同材料破坏时的应力状态并不相同，计算时不同材料需根据材料的破坏特征确定计算公式。
7.4 完成实验报告
通过观察试验现象、分析试验数据就可以进行试验报告的填写了，依据实验原理，将所测得各参数带入相应的计算公式即可得到相应的力学指标。但在各参数的测量过程中，应明确各参数的准确定义，并尽可能减小测量误差。完成实验报告的各项内容。并总结试验过程中遇到的问题及解决方法。
8、实验注意事项
1、在紧急情况下，没有明确的方案时，请按急停按钮；
2、扭转实验的测试方式为“扭转测试”；
3、进行数据采集的第一步为初始化硬件，初始化完成后应确认采集设备的量程指示与通道参数的设定值一致；且平衡后各通道均无过载现象；
4、在进行通道参数设置时，需对测量内容为“脉冲计数”的通道进行复选确定。
5、在正式装夹试件实验前，需先打开扭转启动，手拧上夹头确定采集系统正常工作后进行试件装夹；
6、试件装夹时应先装上夹头再装下夹头。
§4 电测法测定材料的弹性模量E 和泊松比μ指导书
1、概述
弹性模量E （也称杨氏模量）是表征材料力学性能中弹性段的重要指标之一，它反映了材料抵抗弹性变形的能力。泊松比μ反映了材料在弹性范围内，由纵向变形引起的横向变形的大小。在对构件进行刚度稳定和振动计算、研究构件的应力和变形时，要经常用到E 和μ这两个弹性常数。而弹性模量E 和泊松比μ只能通过实验来测定。
2、实验目的
1、测定低碳钢的弹性模量E 和泊松比μ；
2、验证胡克定律；
3、了解电阻应变片的工作原理及贴片方式；
4、了解应变测试的接线方式。
3、实验原理
弹性模量E 和泊松比μ是反映材料弹性阶段力学性能的两个重要指标，在弹性阶段，给一个确定截面形状的试件施加轴向拉力，在截面上便产生了轴向拉应力σ，试件轴向伸长，单位长度的伸长量称之为应变ε，同样，当施加轴向压力时，试件轴向缩短。在弹性阶段，拉伸时的应力与应变的比值等于压缩时的应力与应变的比值，且为一定值，称之为弹性模量E ，εσ///0=?=L
L S F E 。 在试件轴向拉伸伸长的同时，其横向会缩短，同样，在试件受压轴向缩短的同时，其横向会伸长，在弹性阶段，确定材质的试件拉伸时的横向应变与试件的纵向应变的比值等于压缩时横向应变与试件的纵向应变的比值，且同样为一定值，称之为泊松比μ，纵
横纵横εεμ=??=00//L L L L 。 这样，弹性模量E 和泊松比μ的测量就转化为拉、压力和纵、横向应变的测量，拉、压力的测量原理同拉、压实验，应变的测量采用电阻应变片电测法原理。
电阻应变片可形象地理解为按一定规律排列有一定长度的电阻丝，实验前通过胶粘的方式将电阻应变片粘贴在试件的表面，试件受力变形时，电阻应变片中的电阻丝的长度也随之发生相应的变化，应变片的阻值也就发生了变化。实验中采用的应变片是由两个单向应变片组成的十字形应变花，所谓单向应变片，就是应变片的电阻值对沿某一个方向的变形最为敏感，称此方向为应变片的纵向，而对垂直于该方向的变形阻值变化可忽略，称此方向为应变片的横向。利用应变片的这个特性，在进行应变测试时，所测到只是试件沿应变片纵向的应变，其不包含试件垂直方向变形所引起的影响。对于单向电阻应变片而言，在其工作范围内，其电阻的变化与试件的变形有如下的关系：
ε应应K L
L K R R =?=?
（1） K 应称为电阻应变片的灵敏度系数，不同材料的电阻应变片灵敏度系数不同，常用
图4.1惠斯登电桥原理图 应变片的灵敏度系数应K 一般在2.1左右，即使同一批应变片的灵敏度系数也并非相同，例如，在该实验中所粘贴的电阻应变片的阻值Ω±=3.02.120R ，%119.2±=K 。通常应变片应变极限为ε≤2%，但有些特制的应变片其应变极限可达到20%。
由于常用钢材当应力达到弹性极限时，ε＜0.2%，所以可以采用粘贴应变片的方式来测量试件的应变，这样对试件应变的测量就转化
成了对应变片R R /?的测量。常用的测量方式是采用
惠斯登电桥进行测量。其原理如图4.1所示。
电桥由四个桥臂电阻1R 、2R 、3R 、4R 组成，供桥
电压由A 、C 点输入，输出电压为DB U 。假定电桥的初始
状态为1R /2R =3R /4R ，此时电桥输出电压DB U =0，称之
为平衡电桥。极限情况为1R =2R =3R =4R =R 。
现在假定， 1R =2R =3R =4R ，电阻应变片1R 粘贴在被测试件上，其余应变片粘贴在非受力试件上，在不考虑非受力原因引起的应变片电阻变化时，认为其为恒定值。这样应变片1R 由于试件变形产生R ?的变化时，输出电压DB U 也会产生相应的变化，DB U ?，由于电桥初始状态为平衡电桥，即DB U =0，故有：
E R
R R R E R R R R R R E E R R R R E E U U U BC DC DB /24/24221 21221?+?=
?+?=?+-=+?+-=
-=? （2） 由于，R ?很小，所以4)/24(l =?+R R im ，因此 114
4/εε仪应应K K E K E R R U DB ==?=? （3）
通过计算机数据采集系统，对桥路输出的电压进行放大、离散采集及数据二次运算，就可以得到被测试件的应变ε。
1εε仪应K K =
调整应仪K K /1=,则，1εε=，
同样可以推导，电阻应变片2R 粘贴在被测试件上，其余应变片粘贴在非受力试件上时，有
2εε-=
当四个电阻应变片全部粘贴在被测试件上时，有
4321εεεεε-+-=
（4）
在实际测试中，把粘贴在试件上变形的应变片叫做工作片，把粘贴在非受力构件上在实验中不变形的应变片称之为补偿片，因为在实际的测试过程中，引起应变片电阻变化的不仅仅是ε，温度、湿度等的变化均能导致电阻应变片电阻的变化。例如，对于截面均匀的导体，当导体的材料温度一定时
()
S L T R αρ+=10
（5） 式（5）中，0ρ为材料在0℃时的电阻率，α为材料的电阻温度系数。
这些由非试件变形等原因导致的电阻变化，对于工作片和补偿片产生的影响往往是相同的，由式（4）可以看出，由于工作片与补偿片在不同的桥臂上，相同的变化量会相互抵消，所以在测试过程中通过将补偿片粘贴在与工作片具有相同材质的构件上，且与工作片处于相同的工作环境中，这样就可以使补偿片感知与工作片相同的环境变化，产生大致相同的电阻变化，从而减小由于在测试过程中环境变化导致的测试误差，其中最主要的是补偿由于温度变化引起电阻的变化，故通常称补偿片为温度补偿片。
这样通过给每一个工作片粘贴一个温度补偿片就可以减小由于环境变化引起电阻的变化而导致的测试误差，但这意味着随着工作片的增加，补偿片也需要等量的增加，这样就变得不方便和不经济，实际通常采用测量通道共用温度补偿片，通道分时切换测量的工作方式。但这种测量方式需有切换开关，采样速率较低。在较高速的多点采样时，多采用补偿通道的补偿方式，组桥时，工作应变片与补偿片分别与标准电阻组成独立的半桥，补偿通道等同于一独立通道，数据采集时，测量通道的数据与补偿通道的数据相减就可以起到补偿的作用，这样就可以实现多个工作片共用一个补偿片的补偿方式，习惯上称之为1/4桥。
在实际测试中，温度补偿片可以补偿由于环境
变化引起的误差，但有些误差是温度补偿片无法消
除的，例如在弹性模量实验轴向拉伸时，由于制作
精度及裝夹等原因会产生附加弯矩，使得在试件两
侧对称粘贴的应变片一侧大于理论值而另一侧小于
理论值，且误差两绝对值基本相等，根据桥路误差
补偿原理，此时采用单一通道半桥补偿时不仅无法
去掉该误差，反而将被测量的理论值补偿掉。对于
此类理论值相同，而误差方向相反的应变的测量，
桥臂为单片时，需采用全桥的补偿方式，在半桥或
1/4桥时需采用将两应变片串联起来组成一个桥臂
的工作方式，原理图如图4.2所示，图中，纵前R 为
粘贴在测试试件前侧的纵向应变片，补前R 为粘贴
图4.2应变片串联半桥补偿原理图
在补偿试件前侧的纵向应变片，其余以此类推，3R 、4R 为仪器内部提供的标准电阻，一般为120Ω。这样相对于只测单面应变片的测量方式就可以消除拉伸时由于试件附加弯曲等原因导致的试件前后面变形不均匀导致的误差。应变片在半桥补偿方式时测得的电阻的变化比值为R R R R /2/2?=?，等于测得的单片应变值，当组成1/4桥时，由于补偿电阻为仪器内置电阻，电桥为非平衡电桥，此时测得的应变值需根据串联后的阻值进行相应的修正，通常计算机数据采集系统均带应变片阻值修正功能，修正时只需输入串联后的阻值即可。实际上，影响应变测量的不仅有应变片的阻值，电阻应变片的灵敏度系数、导线电阻等均可对测试结果产生影响，在测试参数中输入相应的数值即可消除其带来的误差。
用游标卡尺测得试件的截面尺寸，从而得到试件的截面面积，通过拉压力传感器测得试件所受的荷载，用电阻应变片电测法得到试件的应变，将上述值代入到相应的公式，即可得到该材料的弹性模量E 和泊松比μ。
4、实验方案
4.1实验设备、测量工具及试件：
YDD-1型多功能材料力学试验机（图1.8）、150mm 游标卡尺、弹性模量泊松比试件（图
4.3）。
YDD-1型多功能材料力学试验机由试验机主机部分和数据采集分析两部分组成，主机部分由加载机构及相应的传感器组成，数据采集部分完成数据的采集、分析等。
试件采用矩形截面的钢制试件。试件两端有加载用的销孔，通过销轴及转接件连接在试验机上下夹头上，可以施加轴向拉、压力。在两个矩形面的中央，粘贴有45°电阻应变花，用以测量试件的纵、横向应变及验证45°方向应变与纵、横向应变的关系。另外在两侧面黏贴有电阻应变片，可用于偏心拉、压实验时验证各个位置的应变关系。
4.2 装夹、加载方案
安装好的试件如图4.4所示。实验时，弹模试件的两端通过销轴连接件与试验机的上下夹头相连接，可传递拉力或压力。下夹头下行时，试件受拉，下夹头上升时，试件受压。
图4.3 弹性模量泊松比实验试件尺寸
图4.4 安装好的弹模试件
弹模试件安装过程
（左图：将连接件安装在夹头上 右图：将弹模试件安装在连接件上）
需要注意的是：在单一拉伸加载时，为保证试件受力均匀，应将上夹头设置成同拉伸实验一样的铰接状态，而在交变加载时需将上夹头设置成同压缩实验一样的固接状态，以免在拉压转换时，连接上夹头的拉杆与试验机上横梁肋板挤压变形。
实验时拉、压加载的换向可通过控制油缸上、下行按钮实现，也可以通过设置通道报警功能自动换向。通过控制进油手轮的旋转来控制加载速度。
4.3 数据测试方案
拉、压力的大小测试同拉压试验。应变通过粘贴的电阻应变片测量，应变测量的相关原理及连线方式参见“应变测试及等强度梁实验”。为减小变形不对称的影响，实验中往往采用应变片串联的桥路方式。即将前后两相同方向的应变片串联起来以消除附加弯矩产生的影响。
4.4 数据的分析处理
数据采集分析系统，实时记录试件所受的力及应变，并生成力、变形实时曲线及力、应变X-Y 曲线、纵向应变-横向应变X-Y 曲线，图4.5为在YDD-1型多功能材料力学试验机上测45#钢弹性模量E 和泊松比 的实测曲线。中间窗口，荷载、应变实时曲线，右窗口，荷载应变关系曲线，纵坐标-荷载，横坐标-纵向应变、横向应变，左窗口，纵、横向应变的关系曲线，纵坐标-横向应变，横坐标-纵向应变。
为了
验证所采集的数据为试件在弹性段的数据，采用按荷载分级处理数据的方式，以验证试件是否处于弹性变形阶段。读数时，采用单光标，以荷载值为分级标准，选取适当的级差，依次读取相应的荷载及应变。需要注意的是为了避免零点误差，第一级荷载一般不从零点开始，一般将荷载级差作为零点荷载。
将测得的数据代入到相应的公式，即可得到该材料的弹性模量E 和泊松比μ。 5、完成实验预习报告
在了解实验原理、实验方案及实验设备操作后，就应该完成实验预习报告。实验预习报告包括：明确相关概念、预估试件的最大载荷、明确操作步骤等，在完成预习报告时，有些条件实验指导书已给出（包括后续的实验操作步骤简介）、有些条件为已知条件、有些条件则需要查找相关标准或参考资料。通过预习报告的完成，将有利于正确理解及顺利完成实验。
有条件的同学可以利用多媒体教学课件，分析以往的实验数据、观看实验过程等。 完成实验预习报告，并获得辅导教师的认可，是进行正式实验操作的先决条件。
6、实验操作步骤简介
6.1试件原始参数的测量
实验采用圆柱体铣平试件，试件形状及尺寸见图4.3，用游标卡尺在粘贴应变片中部的两侧，多次测量试件的宽度B 和厚度H ，计算试件的截面面积S 。并查相关资料，预估其弹性段极限承载力。
6.2试件装夹
与拉伸试验试件的装夹类似，首先确定试验机的状态，单向拉伸时，上部转接套处于铰接状态，拉压交变加载时，上部转接套处于固接状态。下转接套安装在转换杆上，“进油手轮”关闭、“压力调整手轮”打开。
调整试验机下夹头的位置，操作步骤：关闭“进油手轮”，打开“调压手轮”，选择“油泵启动”，“油缸上行”，打开“进油手轮”，下夹头上行，此时严禁将手放在上、下夹头的任何位置，至合适位置后，关闭“进油手轮”。将上下夹头开口的位置对齐，将试件沿上下夹头的开口部位安装到上下夹头内。调整下夹头至拉伸位置使得试件加载凸台（或螺母）与夹头的间隙在2-3mm 时，关闭“进油手轮”，此时试件可以在夹头内灵活转动。关闭“调压手轮”，试件装夹完毕。
6.3连接测试线路
按要求联接测试线路，一般第一通道测
拉、压力，连接到试验机的拉、压力传感器接
图4.5 45#钢弹性模量E 和泊松比μ的实测曲线
图4.6 1/4桥接线方式
口上。其余通道选择测应变，应变的测试采用双片串联的方式，首先用短路线将两个纵向和两个横向应变片分别串连起来，包括补偿应变片，然后，采用快速插头连接的方式，将被测应变片依次联接到测试通道中，联接时注意应变片的位置与测试通道的对应关系，补偿方式可以采用共用补偿片（1/4桥），也可以采用自带补偿片（半桥）的方式。采用不同的补偿方式在选择通道参数时需对应不同桥路测量方式，1/4桥为方式1，半桥为方式2。1/4桥的接线方式如图4.6所示。
6.4设置数据采集环境
6.4.1进入测试环境
首先检测仪器。检测到仪器后，系统将自动给出上一次实验的测试环境。或通过文件-引入项目，引入所需要的采集环境。
6.4.2设置测试参数
测试参数是联系被测物理量与实测电信号的纽带，设置正确合理的测试参数是得到正确数据的前提。测试参数由系统参数、通道参数及窗口参数三部分组成。其中，系统参数包括测试方式、采样频率、报警参数、实时压缩时间及工程单位等；通道参数反映被测工程量与实测电信号之间的转换关系，由测量内容、转换因子及满度值等组成；窗口是指为了在实验中显示及实验完成后分析数据而设置的曲线窗口，曲线分为实时曲线及X-Y函数曲线两种。
第一项、系统参数
采样频率：“20-100Hz”，“拉压测试”，需要特别注意的是，测材料弹性模量和泊松比试验是一个非破坏性试验，需要通过设置报警通道来保护试件。试验时，当实测数据达到报警设定值时，油缸就会按照指定的要求反向运行或停止运行，报警通道一般设置为测力通道，报警值由试验预估最大荷载确定，例如，当控制最大纵向应变为800με时，所加的拉、压力应小于100KN，此时，设置报警参数上限为100KN，下限-100KN时，就可以保证最大应变不超过800με，以保证试件的安全。
第二项、通道参数
1CH测量试件所受的拉、压力，同拉、压试验设置相同的修正系数。另外，选出两个通道测量应变，对于设置为应力应变的通道需将其修正系数设置为“1”。点击“应力应变”进入应力应变测试参数设置，由于采用共用补偿片，需要输入桥路类型-选择“方式一”，当选择“方式一”时需要输入的参数有：应变计电阻、导线电阻、灵敏度系数、工程单位，并选择相应的满度值。应变通道的参数设置如图4.7所示。
图4.7 应变通道参数设置
第三项、窗口参数
可以开设三个数据窗口：
中间窗口：荷载、应变实时曲线；
右窗口：纵坐标-荷载，横坐标-纵向应变和横向应变；
左窗口：纵坐标-横向应变，横坐标-纵向应变。并设定好窗口的其它参数如坐标等。
6.4.3数据预采集
6.4.3.1 采集设备满度值对应检查
检查采集设备各通道显示的满度值是否与通道参数的设定值相一致，如不一致，需进行初始化硬件操作，单击菜单栏中的“控制”，选择“初始化硬件”，就可以实现采集设备满度值与通道参数设置满度值相一致。
6.4.3.2 数据平衡、清零
单击菜单栏中的“控制”，选择“平衡”，对各通道的初始值进行硬件平衡，可使所采集到的数据接近于零，然后，单击菜单栏中的“控制”，选择“清除零点”，“清除零点”为软件置零，可将平衡后的残余零点清除。
6.4.3.3启动采样
单击菜单栏中的“控制”，选择“启动采样”，选择数据存储的目录，便进入相应的采集环境，采集到相应的零点数据，此时启动油泵，选择“压缩上行”或“拉伸下行”，打开“进油手轮”，使下夹头上行或下行，此时所采集到的数据便会发生相应的变化，将下夹头调整到拉伸位置。此时从实时曲线窗口内便可以读到相应的力和位移的零点数据，证明采集环境和设备均能正常工作。单击菜单栏中的“控制”，选择“停止采样”，停止采集数据，并分析所采集的数据，确认所设置的各参数是否正确。
这样就完成了数据采集环境的设置。
6.5 加载测试
在确信采集环境和设备运行良好以后，便可以开始正式的加载测试了。首先设置试验机所处的状态，关闭“进油手轮”，关闭“调压手轮”，选择“拉压自控”、“油泵启动”、“拉伸下行”，前面已经设置好了采集环境，只需要“控制”、“平衡”、“清除零点”、“启动采样”，测试到零点数据。打开“进油手轮”进行拉伸加载，实验过程中通过进油手轮的旋转来控制加载速度。从中间窗口内可以读到试件所受的力以及试件的纵向应变和横向应变，至合适拉伸值时打开“压力控制手轮”，选择“压缩上行”，至力归零后，关闭“压力控制手轮”，通过“进油手轮”控制加载速度，进行压缩加载，至合适压缩值时打开“压力控制手轮”选择“拉伸下行”，至力归零后，关闭“压力控制手轮”，进行拉伸加载，通过旋转“进油手轮”控制加载速度。加载至合适值后，再卸载，进行压缩加载。这样循环测试到3-4组正确的数据后，在试件处于非受力的状态下就可以关闭“进油手轮”，停止采样。“油泵停止”，“拉压停止”，“自控停止”。这样就完成了加载测试的过程。
当然，也可以通过通道报警功能，控制拉压自动换向加载，由于在自动换向时，系统处于高压状态，试件有突然卸载现象。
7、数据分析
7.1 验证数据
首先回放一下试验加载的全过程，然后把数据调进来，显示全部数据，预览全部数据，观察数据的变化规律，验证数据的正确性。
7.2读取数据
弹性模量和泊松比电测试验采用分级读数的方式验证，共分5级，依据试验过程中的最大荷载，确定级差，为消除起始点误差的影响，一般将级差荷载作为零点荷载。通过数据移动及局部放大功能，显示所需要的一段数据，采用光标拖动与方向键微移光标相结合的方式，选取合适的荷载值，同时读取该荷载下的纵向应变和横向应变，填入试验表格，然后依次读取下一级的荷载及其对应的应变值，填入试验表格。
需要注意的是：由于采用拉、压双向加载测试，分析数据时需要分析两组数据，拉伸段，压缩段。对于用油压传感器测力的系统，测力通道需根据拉压段输入不同的系数。
7.3 分析数据
通过实验前的测量及实验后的数据读取就得到了所需要的数据，代入相应的公式或计算表格即可得到弹性模量E和泊松比μ。需要注意的是，由于采用拉、压双向加载测试，分析数据时需要分析两组数据，拉伸段、压缩段，并注意正反向数据的比对。
7.4 完成实验报告
通过观察试验现象、分析试验数据就可以进行试验报告的填写了，完成实验报告的各项内容。并总结试验过程中遇到的问题及解决方法。
8、实验注意事项
1、在紧急情况下，没有明确的方案时，请按急停按钮；
2、上夹头应处于活动铰状态，但不应旋出过长，夹头与上横梁间隙应在3-10mm之间；
3、在装夹试件确定油缸位置时，严禁在油缸运行时手持试件在夹头中间判断油缸的位置；
4、实验初始阶段加载要缓慢；
5、进行数据采集的第一步为初始化硬件，初始化完成后应确认采集设备的量程指示与通道参数的设定值一致；且平衡后各通道均无过载现象；
6、试件装夹及拆卸过程中应注意对应变片、接线板及测试线的保护。
7、在09年前的试验机上进行电测类实验时，实验操作人员可能未按照规定操作，没有及时关闭进油手轮而先停止数据采集时，试验机油缸活塞杆可能仍在向上或向下动作，此时容易造成试件特别是纯弯梁试件的不可逆损坏。因此进行如下升级：
在数据采集分析系统中增加了同步停止辅助功能，当实验人员首先停止数据采集时，数据采集分析系统自动发送一个电压控制信号，使运行中的试验机油缸活塞杆停止动作5秒钟并报警，提示操作人员关闭进油手轮，避免试件损坏。
注意：操作者仍然应该在关闭试验机后，停止数据采集。
材料力学扭转实验
§1－2 扭转实验 一、实验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服点τs，抗扭强度τb。 2、测定铜棒的抗扭强度τb。 3、比较低碳钢和铜棒在扭转时的变形和破坏特征。 二、设备及试样 1、伺服电机控制扭转试验机（自行改造）。 2、0.02mm游标卡尺。 3、低碳钢φ10圆试件一根，画有两圈圆周线和一根轴向线。 4、铜棒铁φ10圆试件一根。 三、实验原理及方法 塑性材料试样安装在伺服电机驱动的扭转试验机上，以6-10o/min的主动夹头旋转速度对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得到扭转曲线（扭矩-夹头转角图线），如下图为低碳钢的部分扭转曲线。试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。 弹性变形到一定程度试样会出现屈服。扭转曲线 扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩T su； 屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩T sl，通常把下 屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限τs， 即：τs=τsl= T sl/W。当试样扭断时，得到最大 扭矩T b，则其抗扭强度为τb= T b/W 式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有 W=πd03/16。 铸铁为脆性材料，无屈服现象，扭矩 -夹头转角图线如左图，故当其扭转试样 破断时，测得最大扭矩T b，则其抗扭强 度为：τb= T b/W 四、实验步骤 1、测量试样原始尺寸分别在标距两端 及中部三个位置上测量的直径，用最小直 径计算抗扭截面模量。 2、安装试样并保持试样轴线与扭转试验机转动中心一致。 3、低碳钢扭转破坏试验，观察线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。 4、铜棒扭转破坏试验，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。 五、实验数据处理 1、试样直径的测量与测量工具的精度一致。 2、抗扭截面模量取4位有效数字。 3、力学性能指标数值的修约要求同拉伸实验。 六、思考题 1、低碳钢扭转时圆周线和轴向线如何变化？与扭转平面假设是否相符？
材料力学实验报告册概要
实验日期_____________教师签字_____________ 同组者_____________审批日期_____________ 实验名称：拉伸和压缩试验 一、试验目的 1.测定低碳钢材料拉伸的屈服极限σs 、抗拉强度σb、断后延伸率δ及断 面收缩率ψ。 2.测定灰铸铁材料的抗拉强度σb、压缩的强度极限σb。 3.观察低碳钢和灰铸铁材料拉伸、压缩试验过程中的变形现象，并分析 比较其破坏断口特征。 二、试验仪器设备 1.微机控制电子万能材料试验机系统 2.微机屏显式液压万能材料试验机 3.游标卡尺 4.做标记用工具 三、试验原理（简述） 1
四、试验原始数据记录 1.拉伸试验 低碳钢材料屈服载荷 最大载荷 灰铸铁材料最大载荷 2.灰铸铁材料压缩试验 直径d0 最大载荷 教师签字：2
五、试验数据处理及结果 1.拉伸试验数据结果 低碳钢材料： 铸铁材料： 2.低碳钢材料的拉伸曲线 3.压缩试验数据结果 铸铁材料： 3
4.灰铸铁材料的拉伸及压缩曲线： 5.低碳钢及灰铸铁材料拉伸时的破坏情况，并分析破坏原因 ①试样的形状（可作图表示）及断口特征 ②分析两种材料的破坏原因 低碳钢材料： 灰铸铁材料： 4
6.灰铸铁压缩时的破坏情况，并分析破坏原因 六、思考讨论题 1.简述低碳钢和灰铸铁两种材料的拉伸力学性能，以及力-变形特性曲线 的特征。 2.试说明冷作硬化工艺的利与弊。 3.某塑性材料，按照国家标准加工成直径相同标距不同的拉伸试样，试 判断用这两种不同试样测得的断后延伸率是否相同，并对结论给予分析。 5
七、小结（结论、心得、建议等）6
青岛理工大学材料力学实验报告记录
青岛理工大学材料力学实验报告记录
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
材料力学实验报告 系别 班级 姓名 学号 青岛理工大学力学实验室
目录 实验一、拉伸实验报告 实验二、压缩实验报告 实验三、材料弹性模量E和泊松比μ的测定报告 实验四、扭转实验报告 实验五、剪切弹性模量实验报告 实验六、纯弯曲梁的正应力实验报告 实验七、等强度梁实验报告 实验八、薄壁圆筒在弯扭组合变形下主应力测定报告 实验九、压杆稳定实验报告 实验十、偏心拉伸实验报告 实验十一、静定桁架结构设计与应力分析实验报告 实验十二、超静定桁架结构设计与应力分析实验报告 实验十三、静定刚架与压杆组合结构设计与应力分析实验报告实验十四、双悬臂梁组合结构设计与应力分析实验 实验十五、岩土工程材料的多轴应力特性实验报告
实验一 拉伸实验报告 一、实验目的与要求： 二、实验仪器设备和工具： 三、实验记录： 1、试件尺寸 实验前： 实验后： 2、实验数据记录： 屈服极限载荷：P S = kN 强度极限载荷：P b = kN 材 料 标 距 L 0 (mm) 直径（mm ） 截面 面积 A 0 (mm 2) 截面（1） 截面（2） 截面（3） （1） （2） 平均 （1） （2） 平均 （1） （2） 平均 材 料 标 距 L (mm) 断裂处直径（mm ） 断裂处 截面面积 A(mm 2) （1） （2） 平均
四、计算 屈服极限： ==0 A P s s σ MPa 强度极限： == A P b b σ MPa 延伸率： =?-= %10000 L L L δ 断面收缩率： =?-= %1000 0A A A ψ 五、绘制P －ΔL 示意图:
扭转实验报告
浙江大学材料力学实验报告 （实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G 。； 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。 二、设备及试样： 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定G 的实验也可在小型扭转试验 机装置上完成； 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺； 4. 试样，扭装试样一般为圆截面。 三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G A 、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=，δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩； 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为 T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是 1i i i φφφ-?=-，则有0 i p i T l G I φ?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑，i=1,2,3,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε，t W 为抗扭截面系数； 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ，与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-，则有i t i T G W ε?= ?，i=1,2,3,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n =∑， i=1,2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ
材料力学实验
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。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。. 3,分析铸铁试件压缩破坏的原因. 答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏. 4,低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同? 结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料? 答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此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。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。 通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。 5,试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响?为什么? 答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。 6, 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是否相同?为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量? 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。 7, 试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么?应采取什么措施? 答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。 8,测G时为什么必须要限定外加扭矩大小? 答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。 9, 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析其原因.
材料力学扭转实验实验报告
扭 转 实 验 一．实验目的： 1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。 二．实验设备及工具 扭转试验机，游标卡尺、扳手。 三．试验原理： 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。（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.a 低碳钢实验（华龙试验机） （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： 启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，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： 在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。 （4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩 。从夹头上取下试样。 （5）观察试样断裂后的形状。 1.b 低碳钢实验（青山试验机） （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： 启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，s τb τb τ 0d S M b M 0d
材料力学实验指导书
一 拉伸试验 一、目的 1、测定低碳钢的流动极限（屈服极限）s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率?。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l P ?-曲线）。 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 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。 三、试样 试件可制成圆形或矩形截面。常用试样为圆形截面的。如图1－7所示。试件中段用于测量拉伸变形，此段的长度o l 称为“标矩”，两端较粗部分是装入试验夹头中的，便于承受拉力，端部的形状视试验机夹头的要求而定，可制成圆柱形（1－7），螺纹形（图1－8）或阶梯形（图1－9）。 试验表明，试件的尺寸和形状对试验结果会有所影响，为了避免此各种影响，使各种材料的力学性质的数值能互相比较，所以对试件的尺寸和形状都有统一规定。目前我国规定的试样
有标准试件和比例试件两种，具体尺寸见表1－1， 0. A是圆形或矩形截面面积。 试件 标距 ) (mm l o 截面面积 ) (2 mm A 圆形试件 ) ( mm d 直径 延伸率表示 符号标准试件 长100 78.5 10 10 δ 短50 78.5 10 sδ比例试件 长 3. 11A任意任意 10 δ 短 65 .5A任意任意 s δ 四、原理 材料的力学性质 s σ、 b σ、δ和?是由拉伸破坏试验来确定的，试验时，利用试验机的自动绘图器绘出低碳钢拉伸图（图－10）和铸铁拉伸图（图1－11）。 对于低碳材料，图1－10上的B－C为流动阶段，B点所对应的应力值称为流动极限。确定 流动载荷 s p时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力盘主针回 转后所指示的最小载荷（第一次下降的最小载荷）即为流动载荷 s p，继续加载，测得最大
材料力学实验
材料力学实验 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
实验一实验绪论 一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器： 100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C微机屏显式液压万能试验机；WAW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器： 弯曲测试系统；静态数字应变仪 二、应变电桥的工作原理 三、材料力学实验与材料力学的关系 四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位
实验二轴向压缩实验 一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法 金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。 低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样 越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不 到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样，记录数据 二、轴向压缩实验原始数据 指导老师签名：徐
三、轴向压缩数据处理 测试的压缩力学性能汇总 强度确定的计算过程： 实验三轴向拉伸实验 一、实验预习 1、实验目的 （1）、用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E； （2）、测定低碳钢的屈服强度，抗拉强度。断后伸长率δ和断面收缩率； （3）、测定铸铁的抗拉强度，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I．弹性模量E及强度指标的测定。（见图） 低碳钢拉伸曲线铸铁拉伸曲线 （1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1 =8，F 2 =11，F 3 =14，F 4 =17 ，F 5 =20 （单位：kN） 数据处理方法： 平均增量法 ) , ( ) ( 0取三位有效数 GPa l A l F E m om ? ? ? = δ（1） 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i? ? ∑ - ∑? ∑ ∑ - ∑ = 2 2 ) ( （2）
材料力学实验参考要点
实验一、测定金属材料拉伸时的力学性能 一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服极限s σ，强度极限b σ，延伸率δ和面积收缩率ψ。 2、测定铸铁的强度极限b σ。 3、观察拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（l F ?-曲线）。 二、仪器设备 1、液压式万能试验机。 2、游标卡尺。 三、实验原理简要 材料的力学性质s σ、b σ、δ和ψ是由拉伸破坏试验来确定的。试验时，利用试验机自动绘出低碳钢拉伸图和铸铁拉伸图。对于低碳材料，确定屈服载荷s F 时，必须缓慢而均匀地使试件产生变形，同时还需要注意观察。测力回转后所指示的最小载荷即为屈服载荷s F ，继续加载，测得最大载荷b F 。试件在达到最大载荷前，伸长变形在标距范围内均匀分布。从最大载荷开始，产生局部伸长和颈缩。颈缩出现后，截面面积迅速减小，继续拉伸所需的载荷也变小了，直至断裂。 铸铁试件在极小变形时，就达到最大载荷，而突然发生断裂。没有流动和颈缩现象，其强度极限远低于碳钢的强度极限。 四、实验过程和步骤 1、用游标卡尺在试件的标距范围内测量三个截面的直径，取其平均值，填入记录表内。取三处中最小值作为计算试件横截面积的直径。 2、 按要求装夹试样（先选其中一根），并保持上下对中。 3、 按要求选择“试验方案”→“新建实验”→“金属圆棒拉伸实验”进行试验，详细操 作要求见万能试验机使用说明。 4、 试样拉断后拆下试样，根据试验机使用说明把试样的l F ?-曲线显示在微机显示屏 上。从低碳钢的l F ?-曲线上读取s F 、b F 值，从铸铁的l F ?-曲线上读取b F 值。 5、 测量低碳钢（铸铁）拉断后的断口最小直径及横截面面积。 6、 根据低碳钢（铸铁）断口的位置选择直接测量或移位方法测量标距段长度1l 。 7、 比较低碳钢和铸铁的断口特征。 8、 试验机复原。
材料力学金属扭转实验报告
材料力学金属扭转实验报告 【实验目的】 1、验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G。测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限弋握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能； 2、绘制扭矩一扭角图； 3、观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象，并比较它们性质的差异； 4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 【实验仪器】 【实验原理和方法】 1. 测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，当达到某一值时，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩M es，低碳钢的扭转屈服应力为 式中：W p二「d3/16为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩T s后，改用电动快速加载，直到试样被扭断为止。这时测矩盘上的从动 指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩M eb，低碳钢的抗扭强度为 对上述两公式的来源说明如下： 低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的M e-'图如图 1-3-2所示。当达到图中A点时，M e与「成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s，如能测得此时相应的外力偶矩M ep，如图1-3-3a所示，则扭转屈服应力为
(3)将扭角测量装置的转动臂的距离调好，转动转动臂，使测量辊压在卡盘上。
4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。按“运行”键，开 始试验。 5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算 结果。 6、试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。 、铸铁 1、试件准备：在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值， 再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d o在低碳钢试件表面画上一条纵向线和两条圆周线，以便观察扭转变形。 2、试验机准备：按试验机一计算机一打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使 用。根据计算机的提示，设定试验方案，试验参数。 3、装夹试件：启动扭转试验机并预热后，将试件一端固定于机器，按"对正"按钮使两夹 头对正后，推动移动支座使试件头部进入钳口间? 4、开始试验：按“扭转角清零”按键，使电脑显示屏上的扭转角显示值为零。按“运行”键，开 始试验。 5、记录数据：试件断裂后，取下试件，观察分析断口形貌和塑性变形能力，填写实验数据和计算 结果。 6试验结束：试验结束后，清理好机器，以及夹头中的碎屑，关断电源。 【实验数据与数据处理】 一.低碳钢扭转 低碳钢直径测量 注：第二次实验修正标距为 3.线性阶段相关数据 当处于线性阶时，有
材料力学二扭转与弹性模量测定
材料力学实验指导书 §3 扭转实验指导书 1、概述 工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。扭转变形是构件的基本变形之一，因此扭转实验也是材料力学基本实验之一。 2、实验目的 2.1测定低碳钢的扭转屈服强度s τ及抗扭强度b τ。 2.2测定铸铁的抗扭强度b τ。 2.3观察、比较低碳钢和铸铁在扭转时的变形和破坏现象，分析其破坏原因。 3、实验原理 对一确定形状试件两端施加一对大小为e M 的外力偶，试件便处于扭转受力状态，此时试件中的单元体处于如图3.1所示的纯剪应力状态。 图3.1纯剪应力状态 对单元体进行平衡分析可知，在与试样轴线成045角的螺旋面上，分别承受主应力τσ=1， τσ-=3的作用，这样就出现了在同一个试件的不同截面上τσσ=-=压拉的情形。这样对于判断材料各极限强度的关系提供了一个很好的条件。 图3.2为低碳钢Q235扭转实验扭矩T 和扭转角φ的关系曲线，图3.3为铸铁HT200试件的扭转实验扭矩T 和扭转角φ的关系曲线。图3.4为低碳钢和铸铁扭转破坏断口形式 图3.2低碳钢Q235扭转φ-T 曲线 图3. 3铸铁HT200扭转φ-T 曲线
由图 3.2低碳钢扭转φ-T 曲线可以看出，低碳钢Q235的扭转φ-T 曲线类似于拉伸的L F ?-曲线，有明显的弹性阶段、流动屈服阶段及强化阶段。在弹性阶段，根据扭矩平衡原理，由剪应力产生的合力矩需与外加扭矩相等，可得剪应力沿半径方向的分布ρτ为： P I T ρτρ*= 在弹性阶段剪应力的变化如图3.5所示 在弹性阶段剪应力沿圆半径方向呈线性分布，据此可得 P P W T I r T ==*max τ 当外缘剪应力增加到一定程度后，试件的边缘产生流动现象，试件承受的扭矩瞬间下降，应力重新分布至整个截面上的应力均匀一致，称之为屈服阶段，在屈服阶段剪应力的变化如图3.6所示 称达到均匀一致时的剪应力为剪切屈服强度（s τ），其对应的扭矩为屈服扭矩，习惯上将屈服段的最低点定义为屈服扭矩，同样根据扭矩平衡原理可得： 图3.5 低碳钢扭转试件弹性阶段应力分布变化 图3.4低碳钢和铸铁扭转破坏断口形式
扭转实验报告
浙江大学材料力学实验报告 (实验项目：扭转） 1. 验证扭转变形公式,测定低碳钢的切变模量G 。; 2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ。 3. 比较低碳钢和铸铁试样受扭时的变形规律及其破坏特性。 二、设备及试样: 1. 扭转试验机,如不进行破坏性试验,验证变形公式合测定Ｇ的实验也可在小型扭转试验 机装置上完成; 2. 扭角仪； 3. 游标卡尺; 4. 试样,扭装试样一般为圆截面。 三、实验原理和方法： 1、测定切变模量G Ａ、机测法：0p T l G I φ= ，其中b δ φ=,δ为百分表读数，p I 为圆截面的极惯性矩; 选取初扭矩T ｏ和比例极限内最大试验扭矩Tn,从To 到Tn 分成ｎ级加载,每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的扭角φi ，与扭矩增量T ?对应的扭角增量是1i i i φφφ-?=-,则有0 i p i T l G I φ?= ?,i ＝1，2,３,…n,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即： 1 i G G n = ∑,ｉ=1，２，３,…n ； B 、电测法：t r t T T G W W γε= =，应变仪读数为r ε,t W 为抗扭截面系数; 选取初扭矩To 和比例极限内最大试验扭矩T ｎ,从To 到Ｔn 分成n 级加载，每级扭矩增量为T ?，每一个扭矩Ti 都可测出相应的读数εi ,与扭矩增量T ?对应的读数增量是1i i i εεε-?=-,则有i t i T G W ε?= ?，ｉ=1，2,３,…ｎ,取Gi 的平均值作为材料的切变模量即: 1 i G G n = ∑,i=1，2,3,…n 2、测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b τ
材料力学实验报告标准答案
力学实验报告标准答案 长安大学力学实验教学中心
目录 一、拉伸实验 (2) 二、压缩实验 (4) 三、拉压弹性模量E测定实验 (6) 四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验 (8) 五、扭转破坏实验 (10) 六、纯弯曲梁正应力实验 (12) 七、弯扭组合变形时的主应力测定实验 (15) 八、压杆稳定实验 (18)
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 强度指标: P s =__22.1___KN 屈服应力 ζs = P s /A __273.8___MP a P b =__33.2___KN 强度极限 ζb = P b /A __411.3___MP a 塑性指标: 1L -L 100%L δ=?=伸长率 33.24 % 1 100%A A A ψ-=?=面积收缩率 68.40 % 低碳钢拉伸图:
（二）铸铁试件 强度指标: 最大载荷P b =__14.4___ KN 强度极限ζ b = P b / A = _177.7__ M P a 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。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。. 教师签字:_ _______ 日期:___ _____
材料力学实验设计-扭转实验
扭转实验 一、实验目的 1、测定黄铜在扭转时的剪切屈服极限τS和剪切强度极限τb。 2、观察黄铜扭转破坏过程及破坏形式。 二、实验设备及量具 1、电子式扭转试验机 图一主机结构图 试验机由加载机构，测力单元、显示器、试验机附件（标定装置）等组成。 加载机构，安装在导轨上的加载机构，由松下伺服电机带动，通过减速器使夹头旋转，对试件施加扭矩。试验机的正反加栽和停车，可按显示器的标志按扭。为了适应各种材料扭力的需要，试验机具有较宽的调速范围。无级调速0°—360°任意角度可调。 测力单元，通过夹头传来的力矩经传感器处理输出，在液晶显示
器和计算机上同步显示出来，根据满意程度选择保存或打印。 2、游标卡尺 三、实验原理 圆截面直杆试件在受扭转时，横截面上产生剪应力。在试验机自动绘图装置上得到扭矩和转角的关系图。如图二所示。图中斜直线表示了塑性材料在比例极限内，剪应力与剪应变服从胡克定律，最大剪应力发生在截面的边缘。当扭矩继续增加超过M Pa，出现应力不增加而变形（扭转角）继续增加，转角愈大，塑性区愈深入到中心，材料开始屈服。在屈服过程中，横截面剪应力由线性分布趋于均匀分布。此时扭矩为M S。 M 图二 试件经过屈服阶段后，载荷上升，材料开始强化，应力增加，直至C点时，试件被剪断破坏。 四、实验步骤 1、测量试件的直径d0，取试件两端及中部三处用游标卡尺测量，每一处都要在两个相互垂 直的方向上量出直径，取其平均直径最小截面处的平均直径作为试件
的直径。确定计算长度L0，在试件中间等粗的细长部分内，量取计算长度L0 (按10倍或者5倍试件确定)。然后,用刻线机或笔把计算长度L0分成若干等分(通常是以5mm或10mm为一等分)。以便当试件断裂不在中间时进行换算，从而求得比较正确的伸长率。但刻、划线时应尽量轻微。 2、调整扭转试验机夹具之间的距离，并选择相应的卡头。 3、设定参数并调零。 4、将试件安装于扭转实验机的夹具中。 5、在试件的轴线方向，用粉笔划一直线。 6、先慢速加载，至M—Φ曲线已超过线性段后，然后启动电动机加载至试件破坏。 7、打印出实验报告。 8、从夹具中取出破坏的试件后关机。
材料力学试验思考题
二： 1.为何低碳钢压缩时测不出破坏荷载，而铸铁压缩时测不出屈服荷载 大，在承受压缩时，起初变形较小，力的大小沿直线上升，载荷进一步加大时，试件被压成鼓形，最后压成饼形而不破坏，故其无法测定。也就是说压缩时E和σS与拉伸时相同，不存在抗压。 是其情况正好与相反，没有，所以压缩时测不出屈服载荷。 2.根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸破坏作比较。 在铸铁试件压缩时与轴线大致成45度的斜截面具有最大的剪应力,故破坏断面与轴线大致成45度. 3.通过拉伸和压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别 :是使试样产生给定的永久变形时所需要的应力,试样承受的外力超过材料的时,虽然应力不再增加,但是试样仍发生明显的,这种现象称为屈服. 的拉伸:有一个比较明显的点,即试件会比较明显的被突然拉长. 的压缩屈服极限:没有有一个比较明显的点.因为它会随压力增加,截面积变大. 4.铸铁拉伸和压缩时两种实验求出的铸铁材料的强度极限差别如何 的要高于。抗压不抗拉 三： 1.影响纯弯曲梁正应力电测实验结果准确性的主要因素是什么 （1）温度，的 （2）的方向和上下位置，是否进行 梁的摆放位置、下端支条位置，加载力位置，是否满足中心部位的纯弯 （3）应变片的方向和贴片位置是否准确 是否进行温度补偿 梁的摆放位置 下端支撑位置 加载力位置，是否满足中心部位的纯弯 2.材料力学，矩形梁弯曲时正应力分布电测试验，在中性层上理论计算应变值等于0，而实际测量值不等于0，为什么 梁不是精确地对称或应变片没有处在绝对的中性层
（2）实际测量时应力不为零除了测量时的误差意外，最重要的是在实际问题中，你很难将贴到梁的上。如果你测得的应力数值不大，但与载荷成比例增加就可以肯定是贴的不准，至于偏上还是偏下，那要看应力的正负和外载情况。 四：低碳钢和铸铁的扭转实验的思考题 1、安装试件时，为什么试件的纵轴线与试验机夹头的轴线要重合？ 2、2、试件受扭时，表层的材料处于什么应力状态 3、3、低碳钢拉伸和扭转的断裂方式是否一样破坏原因是否相同？ 4、4、铸铁在压缩和扭转时，断口外缘都与轴线成45度，破坏原因是否相同 5、1、试件所受的就是试件的。所加的外的是的。若两者不重回，则加在试件上的外就不等于所显示的大小，所测出的值就是错误的。 6、2、处于扭转状态。 7、3、拉伸和扭转时断裂方式不一样。拉伸的断裂方式是拉断，试件受。表现为断裂截面收缩、断裂后试件总长大于原试件长度。扭转的断裂方式是剪断，试件受。表现为试样表面的横向与纵向出现，最后沿被剪断，断裂不变，试件总长不变。 8、4、压缩破坏时，约为55°-60°，在该截面上存在较大的，所以，其破坏方式是剪断。扭转时，所受的外力也是，所以，破坏方式与压缩时相同，为剪断。
材料力学试验思考题
材料力学试验思考题 Prepared on 22 November 2020
二： 1.为何低碳钢压缩时测不出破坏荷载，而铸铁压缩时测不出屈服荷载 大，在承受压缩时，起初变形较小，力的大小沿直线上升，载荷进一步加大时，试件被压成鼓形，最后压成饼形而不破坏，故其无法测定。也就是说压缩时E和σS与拉伸时相同，不存在抗压。 是其情况正好与相反，没有，所以压缩时测不出屈服载荷。 2.根据铸铁试件的压缩破坏形式分析其破坏原因，并与拉伸破坏作比较。 在铸铁试件压缩时与轴线大致成45度的斜截面具有最大的剪应力,故破坏断面与轴线大致成45度. 3.通过拉伸和压缩实验，比较低碳钢的屈服极限在拉伸和压缩时的差别 :是使试样产生给定的永久变形时所需要的应力,试样承受的外力超过材料的时,虽然应力不再增加,但是试样仍发生明显的,这种现象称为屈服. 的拉伸:有一个比较明显的点,即试件会比较明显的被突然拉长. 的压缩屈服极限:没有有一个比较明显的点.因为它会随压力增加,截面积变大. 4.铸铁拉伸和压缩时两种实验求出的铸铁材料的强度极限差别如何 的要高于。抗压不抗拉 三： 1.影响纯弯曲梁正应力电测实验结果准确性的主要因素是什么 （1）温度，的 （2）的方向和上下位置，是否进行 梁的摆放位置、下端支条位置，加载力位置，是否满足中心部位的纯弯 （3）应变片的方向和贴片位置是否准确 是否进行温度补偿 梁的摆放位置 下端支撑位置 加载力位置，是否满足中心部位的纯弯 2.材料力学，矩形梁弯曲时正应力分布电测试验，在中性层上理论计算应变值等于0， 而实际测量值不等于0，为什么 梁不是精确地对称或应变片没有处在绝对的中性层
材料力学实验报告说明材料
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实验一实验绪论 一、材料力学实验室实验仪器 1、大型仪器： 100kN（10T）微机控制电子万能试验机；200kN（20T）微机控制电子万能试验机；WEW-300C 微机屏显式液压万能试验机；W AW-600C微机控制电液伺服万能试验机 2、小型仪器： 弯曲测试系统；静态数字应变仪 二、应变电桥的工作原理 三、材料力学实验与材料力学的关系 四、材料力学实验的要求 1、课前预习 2、独立完成 3、性能实验结果表达执行修约规定 4、曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接 5、应力分析保留小数后一到二位
实验二轴向压缩实验 一、实验预习 1、实验目的 I、测定低碳钢压缩屈服点 II、测定灰铸铁抗压强度 2、实验原理及方法 金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。 低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E和屈服极限σε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断 增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。 3、实验步骤 I、放试样 II、计算机程序清零 III、开始加载 IV、取试样，记录数据 二、轴向压缩实验原始数据 指导老师签名：徐
三、轴向压缩数据处理 测试的压缩力学性能汇总 强度确定的计算过程：
实验三 轴向拉伸实验 一、 实验预习 1、 实验目的 （1）、 用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E ； （2）、 测定低碳钢的屈服强度 ，抗拉强度 。断后伸长率δ和断面收缩率 ； （3）、 测定铸铁的抗拉强度 ，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。 2、实验原理及方法 I ．弹性模量E 及强度指标的测定。（见图） 低碳钢拉伸曲线 铸铁拉伸曲线 （1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1=8，F 2=11，F 3=14，F 4=17 ，F 5 =20 （单位：kN ） 数据处理方法： 平均增量法 ) ,()(0 取三位有效数GPa l A l F E m om ???= δ （1） 线性拟合法 () GPa A l l F n l F F n F E om o i i i i i i ??∑-∑?∑∑-∑=2 2)( （2） l o — 原始标距 A om — 原始标距范围内横截面面积的平均值 ) 1~0() ()(1-=?-?∑= ?+n i n l l l i i m δ－引伸计伸长增量的平均值； （2）、强度指标 屈服强度 0A F s s = σ（N/mm 2或MPa ） 抗拉强度0 A F b b = σ（N/mm 2或MPa ） II 、塑性指标 ψ δ、的测定:
材料力学实验指导书(低碳钢和铸铁的扭转实验)
低碳钢和铸铁的扭转实验 一、实验名称 低碳钢和铸铁的扭转实验。 二、实验目的 1．测定低碳钢的剪切屈服极限sτ及剪切强度极限bτ； 2．测定铸铁的剪切强度极限bτ； 3．观察比较两种材料扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。 三、实验设备及仪器 1．扭转试验机 2．游标卡尺 四、试样制备 低碳钢和铸铁试样如图所示，直径d=10mm，分别测量并记录试样的原始标距L0。 五、实验原理 扭转实验是将材料制成一定形状和尺寸的标准试样，置于扭转试验机上进行的，利用扭转试验机上面的自动绘图装置可绘出扭转曲线，并能测出金属材 料抵抗扭转时的屈服扭矩s T和最大扭矩b T。通过计算可求出屈服极限sτ及剪切强度极限bτ。
t s s W T =τ t b b W T =τ ，其中： 6 1d 3 t π= W 六、实验步骤 1、测量试件标距； 2．选择试验机的加载范围，弄清所用测力刻度盘； 3．安装试样，调整测力指针； 4．实验测试。开机缓慢加载，注意观察试件、测力指针和记录图，记录主要数据，在低碳钢扭转时，有屈服现象，记录测力盘指针摆动的最小扭矩为屈服扭矩Ts ，直至实验结束记录最大扭矩Tb ； 5．铸铁在扭转时无屈服现象，直至实验结束记录最大扭矩Tb ； 6．关机取下试件，将机器恢复原位。 七、数据处理 1. 记录相关数据 材料 直径d0(mm) 标距L0(mm) 屈服扭矩Ts(Nm) 最大扭矩Tb(Nm) 低碳钢 铸铁 \ 2. 计算 （1）抗扭截面系数Wt 的计算（单位mm3）。6 1d 3 t π= W （2）低碳钢的屈服极限 s τ 及剪切强度极限b τ的计算（单位MPa ） t s s W T =τ t b b W T = τ
材料力学专项习题练习4扭转
扭 转 1. 一直径为1D 的实心轴，另一内径为d , 外径为D , 内外径之比为22d D α=的空心轴，若两轴横截面上的扭矩和最大切应力均分别相等，则两轴的横截面面积之比12/A A 有四种答案： (A) 2 1α-； (B) (C) (D) 。 2. 圆轴扭转时满足平衡条件，但切应力超过比例极限，有下述四种结论： (A) (B) (C) (D) 切应力互等定理： 成立 不成立 不成立 成立 剪切胡克定律： 成立 不成立 成立 不成立 3. 一内外径之比为/d D α=的空心圆轴，当两端承受扭转力偶时，若横截面上的最大切应力为τ，则内圆周处的切应力有四种答案： (A) τ ； (B) ατ； (C) 3(1)ατ-； (D) 4(1)ατ-。 4. 长为l 、半径为r 、扭转刚度为p GI 的实心圆轴如图所示。扭转时，表面的纵向线倾斜了γ角，在小变形情况下，此轴横截面上的扭矩T 及两端截面的相对扭转角?有四种答案：
7. 图示圆轴 料的切变模量 (A) 43π128d G a ?(C) 43π32d G a ? 8. 一直径为D 重量比21W W 9. 想弹塑性材料， 等直圆轴的极限扭矩是刚开始出现塑性变形时扭矩的 倍。 10. 矩形截面杆扭转变形的主要特征是 。 1-10题答案：1. D 2. D 3. B 4. C 5. B 6. C 7. B 8. 0.47 9. 横截面上的切应力都达到屈服极限时圆轴所能承担的扭矩；4/3 10. 横截面翘曲 11. 已知一理想弹塑性材料的圆轴半径为R ，扭转加载到整个截面全部屈服，将扭矩卸掉所产生的残余应力如图所示，试证明图示残余应力所构成的扭矩为零。 证：截面切应力 41 03s R R ρρττρ? ?=-≤≤ ?? ? 截面扭矩 0 4d 12 πd 03R s s A T A R ρρτρτρρ?? ==-?= ????? 证毕。 12. 图示直径为d 的实心圆轴,两端受扭转力偶e M 用1/m C τγ=表示，式中C ，m 为由实验测定的已知常数，试证明该轴的扭转切应力计算公式为： 1/e (31)/2π()2 3m 1m m m M m d ρρ τ+= + s /3
ABAQUS模拟材料力学扭转试验方法
ABAQUS模拟材料力学扭转试验方法 刘长虹, 何佳珍, 赵硕，李子涵 华东理工大学，机械与动力工程学院，上海，200237 摘要: 根据材料力学扭转试验，本文采用Abaqu /Student Edition模拟不同截面试样的纯扭转试验。为了模拟截面上施加扭矩的效果，采用变形体截面与刚性平面相连接，把扭矩施加到刚性平面，然后再传递到扭转试样上的办法。模拟试验结果表明，采用有限元软件演示扭转试验结合材料力学试验，可以获得更好的教学效果。 关键词: 材料力学，扭转试验，ABAQUS 1. 引言 材料力学是理工科学生的一门重要的基础课程，由于课程内容较难，概念比较抽象。因此一直是学生们较难掌握的一门课程。尽管在材料力学中设置了材料力学试验课程，但是由于课程时间短，以及试验条件所限，因此很难使学生完全掌握试验课中所涉及到材料力学知识。为了使学生更深入了解材料力学的理论知识和基本概念，有不少教师试图采用有限元软件作为辅助教学手段，本文将以扭转试验的有限元模拟方法进行探讨。 2. 圆柱截面试样扭转试验的有限元模型 根据材料力学扭转试验，采用圆柱形扭转试样，试样材料为低碳钢，弹性模量2.1e11Pa，泊松比0.3，屈服极限220e6Pa，所受到扭矩M=1e4N.m。考虑到所采用的是ABAQUS Student版本软件的节点限制，取试样截面直径和圆柱长度比为：l/d=4。 首先建立一个直径和长度为比为4的扭转试样，为了能够模拟出在试样端部受到扭矩M作用，在试样的右端部建立一个离散刚体平面，定义平面刚体的参考点在坐标原点即在刚体圆盘中心，也就是在扭转试样的轴心部位。 2012 SIMULIA 中国区用户大会1
材料力学实验训练题1答案
一、 填空题 1. 对于铸铁试样，拉伸破坏发生在横截面上，是由最大拉应力造成的。压缩破坏发生在约 50-55度斜截面上，是由最大切应力造成的。扭转破坏发生在45度螺旋面上，是由最大拉 应力造成的。 2. 下屈服点sl s 是屈服阶段中，不计初始瞬时效应时的最小应力。 3. 灰口铸铁在拉伸时，从很低的应力开始就不是直线，且没有屈服阶段、强化阶段和局部 变形阶段，因此，在工程计算中，通常取总应变为% 时应力—应变曲线的割线斜率来确定其 弹性模量，称为割线弹性模量。 4. 在对试样施加轴向拉力，使之达到强化阶段，然后卸载至零，再加载时，试样在线弹性 范围内所能承受的最大载荷将增大。这一现象称为材料的冷作硬化。 5. 在长期高温条件下，受恒定载荷作用时材料发生蠕变和松驰现象。 6.低碳钢抗拉能力大于抗剪能力。 7.铸铁钢抗拉能力小于_抗剪能力。 8.铸铁压缩受最大切应力破坏。 9. 压缩实验时，试件两端面涂油的目的是减少摩擦；低碳钢压缩后成鼓形的原因：两端面 有摩擦。 10. 颈缩阶段中应力应变曲线下降的原因 此应力为名义应力，真实应力是增加的。 11.已知某低碳钢材料的屈服极限为s σ，单向受拉，在力F 作用下，横截面上的轴向线应变 为1ε，正应力为σ，且s σσ>；当拉力F 卸去后，横截面上轴向线应变为2ε。问此低碳钢 的弹性模量E 是多少？( 21εεσ - ) 12.在材料的拉伸试验中，对于没有明显的屈服阶段的材料，以 产生%塑性变形时对应的 应力作为屈服极限。 13.试列举出三种应力或应变测试方法：机测法、电测法、光测法。 14.塑性材料试样拉伸时，颈缩处断口呈 环状，首先 中间部分 拉断 破坏，然后 四周部分 剪切 破坏。