1、力 学 实 验 报 告标 准 答 案长安大学力学实验教学中心1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2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)低碳钢试件试 验 前 试 验 后最小平均直径 d= 10.14 mm 最小直径 d= 5.70 mm截面面积 A= 80.71 mm2 截面面积 A1= 25.50 mm2计算长度 L= 100 mm 计算长度 L1= 13
2、3.24 mm试验前草图 试验后草图3强度指标:Ps =_22.1_KN 屈服应力 s= Ps/A _273.8_MPaP b =_33.2_KN 强度极限 b= Pb /A _411.3_MPa塑性指标: 33.24 % 68.40 %1L-0伸 长 率 10A面 积 收 缩 率低碳钢拉伸图:（二）铸铁试件试 验 前 试 验 后最小平均直径 d= 10.16 mm 最小直径 d= 10.15 mm截面面积 A= 81.03 mm2 截面面积 A1= 80.91 mm2计算长度 L= 100 mm 计算长度 L1 100 mm试验前草图 试验后草图强度指标:最大载荷 Pb =_14.4_ KN
3、4强度极限 b= 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
4、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:_ _ 二、压缩实验报告标准答案实验目的：见教材。实验原理：见教材。实验数据记录及处理：例：(一)试验记录及计算结果材料 低碳钢 铸铁5试件尺寸直径 d =_ 15_mm长度 L =_ 20_mm面积 A =_176.63 _mm2直径 d =_ 15_mm长度 L =_ 20_mm面积 A =_176.63 _mm2试验前试件形状草图试验后屈服载荷屈服应力Ps = _49_KN s= _277.4_MPa最大载荷抗压强度Pb
5、 = _ _153_ _KN b= _ _866.2_MPa问题讨论：1、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 4550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。2、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
6、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。6教师签字:_日 期:_三、拉压弹性模量 E 测定试验报告实验目的：见教材。 实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：（一）碳钢试件尺寸计算长度 L =_100_mm7直 径 d =_10_mm截面面积 A =_78.5_mm2 （二）引伸仪测量记录:左 表 右 表读数 载荷 P(KN) 读数 A1 (格)读数差 A 1(格)读数 A2(格)读数差 A 2(格)1 22 43 64 85 106 127 14（三）数据处理结果平均(A 1)= 平均(A 2)=12():
7、A左 右 两 表 读 数 差 平 均 值平均伸长增量(L)=_mm MPa()PLEA碳 钢 弹 性 模 量 问题讨论：1、 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。2、 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。8教师签字:_日 期:_四、低碳钢剪切弹性模量 G 测定实验报告标准
8、答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。9实验数据记录及处理：(一)试验数据及计算结果试 件 尺 寸材 料 直 径 mm 标距长度 L0 力臂长度 L 测臂长度 R碳 钢 10 190mm 150mm 150mm1 2 3 4 5 6扭矩 nM相对扭转角00432nnPLGId(二)结果比较(=0.3)理论计算 实验值 误差% GPa2(1)EG理G 实 = GPa问题讨论： 1、 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。2、 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
9、料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。10教师签字:_日 期:_五、扭转破坏实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。11实验数据记录及处理：(一) 试验数据记录试 件 材 料尺 寸碳 钢 铸 铁直径 d(mm) 10 10计算长度 L(mm) 100 100抗扭截面模量 mm330.216dWp200 200屈服扭矩 Ms 35.5 Nm破坏扭矩 Mb 80.5 Nm 46.5 Nm(二) 性能计算1、碳钢:扭转屈服极限: 17.3spMPaW扭转强度极限 402. nbp2、铸铁:扭转强度极限: 3.5Pabp问题讨论：1、 碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同?分析
10、其原因.答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约 45的螺旋形曲面，为拉应力破坏。2、 铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系?为什么?答：有关系。扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关。12教师签字:_日 期:_六、纯弯曲梁正应力试验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：13见教材。 实验数据记录及处理：例：1、原始数据记录:试件材料 弹性模量 E 载荷 P 距中性层 试件尺寸低碳钢 213GPa 4000NY1=10mmY2=15mmb= 20mm L= 6
11、20mm h= 40mm a=150mm 灵敏系数 ；2.272、梁布片图:3、记录及计算结果载荷 4000应变()测点 1 2 3 平均值123y2y21234567h1y1a baF F14%实 理 理45674、结果比较:应力(MP a) 实验值 理论值 误差 1 0 2 -28.13 3 28.13 4 -42.40 5 42.40 6 -56.25 7 56.255、作出截面应力分布图: （理论分布）-.MP问题讨论：实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差?为什么?答：施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时，在加外载荷前，首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数） ，然后加载进行
12、测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。15教师签字:_日 期:_七、弯扭组合变形时的主应力测定实验报告标准答案实验目的：见教材。16L1PLL2ABCDDd实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：(一) 原始数据记录材料 E 值 泊松比 试件计算长度 L1力臂长度L2载荷(N)试件内径d试件外径D70 GPa 0.33 300mm 200mm 36mm 40mm(二) 弯扭组合试验台装置图(三) 实验数据记录表格测点 A 或(C) -45 0 45次数 载荷 P 一 二 三 平均 一 二 三 平均 一 二 三 平均初始值 0 0 0150N 114 -1 -111250N 190
13、 -2 -18417350N 265 -2 -257450N 342 -3 -331测点 B 或(D) -45 0 45次数载荷 P 一 二 三 平均 一 二 三 平均 一 二 三 平均初始值 0 0 0150N 165 201 -31250N 274 336 -52350N 383 469 -74450N 493 604 -95(四) 数据处理求出 A、B(或 C、D)点主应力大小及方向.利用公式:A 点或(C 点)载荷计算结果 150N 250N 350N 450N 备注 31 6.08/-5.77 10.08/-9.56 14.16/-13.32 18.29/-17.14 MPatg2
14、35.52 38.61 39.15 39.58B 点或(D 点)载荷计算结果 150N 250N 350N 450N 备注 31 15.78/-1.78 26.22/-3.03 36.64/-4.36 47.17/-5.59 MPatg2 -0.73 -0.72 -0.72 -0.72问题讨论：1、 画出指定 A、B 点的应力状态图.答：1 22345450452450451()()()2Etg A 点B 点x x182、 要测取弯曲正应力及扭转剪应力,应如何连接电桥电路?测取弯曲正应力 测取扭转剪应力教师签字:_日 期:_45C45AEUDBABCD45450DEUDBABCD0R19八、压
15、杆稳定实验报告标准答案实验目的：见教材。实验仪器：见教材。实验数据记录及处理：(一) 原始数据记录试件宽度 b 试件厚度 t 试件长度 L 弹性模量 E K 020mm 2mm 396mm 213 GPa 2.35 /N -4(二) 实验数据记录表格:（最大） （最大）无支撑 Pcr -400 1/2 支撑 -1750应变竖向位移 (mm)(第 1 次)(第 2 次) (第 3 次) 平均 备注0.01 -240.02 -780.04 -1700.06 -2730.08 -3540.10 -3840.12 -3930.14 -40020(三) 数据结果处理(1) 绘制 p- 曲线,由此曲线及公
16、式 确定 Pcr=168.5NmaxoPKP- 曲线(2)由连续加载测试结果确定无支撑 Pcr及二分之一点支撑 Pcr值. 无支撑时：P cr=168.5N ； 二分之一点支撑时： 743.0Ncr理(3)计算理论临界力: 178.7 N2()crEIPL理实验值与理论值比较:6.1 %10crrP实 理 理误 差 百 分 率问题讨论：压杆稳定实验和压缩实验有什么不同?答：不同点有：1、目的不同：压杆稳定实验测临界力，压缩实验测破坏过程中的机械性能。2、试件尺寸不同：压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。3、约束不同：压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。4、实验现象不同：压杆稳定实验试件出现侧向弯曲，压缩实验没有。5、承载力不同：材料和截面尺寸相同的试件，压缩实验测得的承载力远大于压杆稳实实验测得的。6、实验后试件的结果不同：压杆稳定试件受力在弹性段，卸载后试件可以反复使用，而压缩件已经破坏掉了，不能重复使用。教师签字:_日 期:_PPcr0AAC BBB
