《建筑力学》_7材料力学实验.ppt
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1、单元7 材料力学实验,教学目标:1.了解材料力学实验的基本知识;2.掌握金属拉压实验的基本操作步骤。,本单元内容,7.1金属拉伸实验,7.1.1实验目的,(1) 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象(包括屈服、强化和颈缩等现象),特别是外力和变形间的关系,并绘制拉伸图。(2) 测定低碳钢的屈服极限s 、强度极限b ;延伸率和截面收缩率。(3) 测定铸铁的强度极限b 。(4) 观察试件断口,比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸时的力学性能和破坏特点。,7.1.2实验设备和仪器,(1) 万能材料实验机(2) 游标卡尺,7.1.3实验原理,为了便于比较实验结果,按国家标准GB/T2282002中的有关规
2、定,实验材料要按上述标准做成比例试件,即圆形截面试件 (长试件) (短试件)矩形截面试件 (长试件) (短试件)式中:试件的初始计算长度(即试件的的标距);试件的初始截面面积;试件标距段的初始直径。实验室里使用的金属拉伸试件通常制成标准圆形截面试件,如图7.1所示。,图7.1,7.1.3实验原理,金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验,是了解材料力学性能最全面、最方便的实验。本实验主要是测定低碳钢和铸铁在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在实验过程中,利用实验机的自动绘图装置可绘出低碳钢的拉伸图(如图7.2(a)所示)和铸铁的拉伸图(如图7.2(b)所示)。由于试件在开始受力时,其两
3、端的夹紧部分在实验机的夹头内有一定的滑动,故绘出的拉伸图最初一段是曲线。,图7.2,试件拉伸达到最大载荷之前,在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始,试件产生颈缩,截面迅速变细,载荷也随之减小。因此,测力度盘上的主动针开始回转,而从动针则停留在最大载荷的刻度上,给我们指示出最大载荷Fb,则材料的强度极限为:,7.1.3实验原理,对于低碳钢,在确定屈服载荷FS时,必须注意观察试件屈服时测力度盘上主动针的转动情况,国标规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次回转的最小载荷值为屈服载荷FS ,故材料的屈服极限为:,7.1.3实验原理,试件断裂后,将试件的断口对齐,测量出断裂后的标距和断口处的最小直
4、径,则材料的延伸率和截面收缩率分别为:,式中,、分别为实验前的标距和横截面面积;、分别为实验后的标距和断口处的横截面面积。,7.1.3实验原理,当断口非常接近试件两端部,而与其端部的距离等于或小于直径的两倍时,需重作实验。,图7.3,7.1.4实验方法和步骤,1试件准备先用游标卡尺测量试件中间等直杆段两端及中间这三个横截面处的直径;在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各测量一次直径并取其平均值。用所测得的三个平均值中最小的值作为试件的初始直径,并按计算试件的初始横截面面积。再根据试件的初始直径计算试件的标距,并用游标卡尺在试件中部等直杆段内量取试件标距,用刻线器将标距长度分为十等份。2实验机
5、准备熟悉万能实验机的操作规程。估算拉伸实验所需的最大载荷,并根据值选定实验机的测力度盘(值在测力度盘4080范围内较宜)。调整测力指针对准零点,并使从动指针与之靠拢,同时调整好自动绘图装置。3试件安装先将试件安装在实验机的上夹头内,再移动下夹头到适当位置,并把试件下端夹紧。,7.1.4实验方法和步骤,4检查及试机请教师检查以上准备情况。经教师许可后开动实验机,加少量载荷(勿使应力超过比例极限),检查实验机和绘图装置工作是否正常,然后卸载。5进行实验开动实验机以慢速均匀加载,注意观察测力指针的转动、自动绘图情况及试件在拉伸过程中的各种现象。当测力指针不动或倒退时,说明材料开始屈服,测力指针停止转
6、动时的恒定值或第一次回转的最小值就是屈服载荷。当测力指针和从动指针再次分离时,试件开始颈缩,直至最后被拉断。测力指针回到零点,而从动指针则指示出最大载荷。关闭实验机,取下试件。将断裂的试件对齐并尽量靠紧,用游标卡尺测量拉断后标距段的长度及断口处最小直径。,7.1.4实验方法和步骤,6结束实验从实验机上取下已绘好的拉伸曲线图纸,并请教师检查实验记录。清理实验现场,将实验机复原、归还有关工具,填写实验记录。7注意事项(1)参看液压式万能材料实验机的工作原理及操作注意事项。(2)试件安装必须正确,防止试件偏斜、夹入部分过短等现象。(3)实验时听见异常声音或发生任何故障,应立即停止,并马上报告实验指导
7、教师。,7.1.5实验结果处理,整理实验数据,按要求填写实验报告并写出结论。铸铁拉伸实验步骤与低碳钢拉伸实验步骤相同,只记录最大载荷并绘出拉伸曲线。,7.2金属压缩实验,7.2.1实验目的,(1) 测定低碳钢压缩时的屈服极限s。 (2) 测定铸铁压缩时的强度极限b。 (3) 观察低碳钢和铸铁压缩时的变形过程和破坏现象,并分析破坏原因。,7.2.2实验设备和仪器,(1) 液压式万能材料实验机(2) 游标卡尺,7.2.3实验原理,图7.4,图7.5,金属材料的压缩试件一般制成圆柱形,如图7.4所示。一般规定:试件细长容易压弯,太短则其端面与实验机垫板之间的摩擦力会对其承载能力产生较大影响。为了尽量
8、使试件承受轴向压力,试件两端面必须完全平行,并且与试件轴线保持垂直。试件端面的加工光洁度要高,试件接触面要适当润滑,以减小摩擦的影响。实验台上最好附加球面承垫,如图7.5所示,以使压力自动调中,保证试件承受均匀的轴向压力。,7.2.3实验原理,实验时,实验机的自动绘图装置自动绘出试件的压缩图。由如图7.6(a)所示的低碳钢压缩图可知:低碳钢在均匀缓慢加载下,试件开始变形时服从虎克定律,说明低碳钢压缩变形的第一阶段仍为弹性阶段;当出现变形增长较快的非线性曲线小段时,表示进入了压缩屈服阶段,但是,这时并不像拉伸实验那样有明显的的测力指针回转和摆动,而只是测力指针转动减慢、稍微的停顿或倒退,此时的载
9、荷即为屈服载荷F,其屈服极限为:,7.2.3实验原理,此后,压缩图形沿曲线继续上升,塑性变形迅速增长,试件越压越扁而不会断裂,故无法测出最大载荷及其强度极限。所以当加载超过屈服点后,试件被压成鼓形时应停止实验。从图7.6(b)所示的铸铁压缩图可以看出:对于铸铁来说,其压缩图无明显的直线部分,也没有屈服阶段。试件承载达到最大载荷Fb之前没有明显的塑性变形。达到Fb时就突然破坏并沿与试件轴线大约成45角的斜截面断裂,此时测力指针迅速倒退到零点,从动指针指出最大载荷值Fb ,其强度极限为,7.2.3实验原理,铸铁试件的断裂面与试件轴线大约成45角,说明破坏主要是由剪应力引起的。,图7.6,7.2.4
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- 建筑 力学 _7 材料力学 实验
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