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、压杆稳定实验·························································182一、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=10.14mm最小直径d=5.70mm截面面积A=80.71mm2截面面积A1=25.50mm2计算长度L=100mm计算长度L1=133.24mm试验前草图试验后草图强度指标:Ps=__22.1___KN屈服应力σs=Ps/A__273.8___MPaPb=__33.2___KN强度极限σb=Pb/A__411.3___MPa塑性指标:1L-L100%L伸长率33.24%1100%AAA面积收缩率68.40%低碳钢拉伸图:3（二）铸铁试件试验前试验后最小平均直径d=10.16mm最小直径d=10.15mm截面面积A=81.03mm2截面面积A1=80.91mm2计算长度L=100mm计算长度L1≈100mm试验前草图试验后草图强度指标:最大载荷Pb=__14.4___KN强度极限σb=Pb/A=_177.7__MPa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:________4二、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试件形状草图试验前试验后屈服载荷屈服应力Ps=___49_____KNσs=____277.4__MPa最大载荷抗压强度Pb=___153__KNσb=__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。52、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。教师签字:____________日期:____________6三、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___mm直径d=__10___mm截面面积A=___78.5____mm2（二）引伸仪测量记录:读数载荷P(KN)左表右表读数A1(格)读数差ΔA1(格)读数A2(格)读数差ΔA2(格)12243648510612714（三）数据处理结果平均(ΔA1)=平均(ΔA2)=12()():()2AA左右两表读数差平均值＝平均伸长增量(ΔL)=__________mmMPa()PLELA碳钢弹性模量7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。教师签字:___________日期:___________8四、低碳钢剪切弹性模量G测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)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10190mm150mm150mm123456扭矩nM相对扭转角00432nnPMLMLGId(二)结果比较(μ=0.3)理论计算实验值误差%GPa2(1)EG理G实=GPa9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必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。教师签字:_________日期:_________10五、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。实验数据记录及处理：(一)试验数据记录尺寸试件材料碳钢铸铁直径d(mm)1010计算长度L(mm)100100抗扭截面模量mm3330.216dWpd200200屈服扭矩Ms35.5N·m破坏扭矩Mb80.5N·m46.5N·m(二)性能计算1、碳钢:扭转屈服极限:177.3sspMMPaW扭转强度极限402.4nbpMMPaW2、铸铁:扭转强度极限:232.5MPabbpMW11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。教师签字:__________日期:__________12六、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：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213GPa4000NY1=10mmY2=15mmb=20mmL=620mmh=40mma=150mm灵敏系数；2.272、梁布片图:×y2y21234567h1y1abaFF13%实理理3、记录及计算结果载荷4000Ｎ应变(με)测点ε1ε2ε3平均值12345674、结果比较:应力(MPa)实验值理论值误差σ10σ2-28.13σ328.13σ4-42.40σ542.40σ6-56.25σ756.255、作出截面应力分布图:（理论分布）-56.25MPa56.25MPa14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），然后加载进行测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。教师签字:__________日期:__________15L1PLL2ABCDDd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。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D70GPa0.33300mm200mm36mm40mm(二)弯扭组合试验台装置图16(三)实验数据记录表格测点A或(C)ε-45°ε0°ε45°次数载荷ΔP一二三平均一二三平均一二三平均初始值000150N114-1-111250N190-2-184350N265-2-257450N342-3-331测点B或(D)ε-45°ε0°ε45°次数载荷ΔP一二三平均一二三平均一二三平均初始值000150N165201-31250N274336-52350N383469-74450N493604-95(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150N250N350N450N备注σ316.08/-5.7710.08/-9.5614.16/-13.3218.29/-17.14MPatg2α35.5238.6139.1539.58B点或(D点)载荷计算结果150N250N350N450N备注σ3115.78/-1.7826.22/-3.0336.64/-4.3647.17/-5.59MPatg2α-0.73-0.72-0.72-0.7212234545450045245450454511()()()12222Etg17问题讨论：1、画出指定A、B点的应力状态图.答：2、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:_________A点τB点σxσxτ45C45AEUDBABCD45A45C0DEUDBABCD0BRR18八、压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EKε020mm2mm396mm213GPa2.35με/N-4με(二)实验数据记录表格:无支撑Pcrε（最大）1/2支撑ε（最大）-400με-1750με应变竖向位移δ(mm)ε(第1次)ε(第2次)(第3次)平均备注0.01-240.02-780.04-1700.06-2730.08-3540.10-3840.12-3930.14-40019(三)数据结果处理(1)绘制p-δ曲线,由此曲线及公式maxoPK确定Pcr=168.5NP-δ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：Pcr=168.5N；二分之一点支撑时：crP理743.0N(3)计算理论临界力:22()crEIPL理178.7N实验值与理论值比较:100%crcrcrPPP实理理误差百分率6.1%问题讨论：压杆稳定实验和压缩实验