材料力学拉伸实验报告

徐浩 1221241020 机械一班

一、实验目的

1. 观察试件受力和变形之间的相互关系；

2. 观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物

理现象。观察铸铁在压缩时的破坏现象。 3. 测定拉伸时低碳钢的强度指标（s、b）和塑性指标（、）。测定压缩

时铸铁的强度极限b。 二、实验设备

1. 微机控制电子万能试验机； 2. 游标卡尺。 三、实验材料

拉伸实验所用试件（材料：低碳钢）如图所示，

四、实验原理

低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图2。 对于低碳钢材料，由图2曲线中发现OA直线，说明F正比于l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s=Fs/ A0（A0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。

l0 l d0

图2 低碳钢拉伸曲线

屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。当载荷达到强度载荷Fb后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式b=Fb/A0计算强度极限（A0为试件变形前的横截面积）。 根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率和端面收缩率，即

l1l0AA1100%，0100% l0A0式中，l0、l1为试件拉伸前后的标距长度，A1为颈缩处的横截面积。 五、实验步骤及注意事项 1、拉伸实验步骤

（1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，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d0。

（2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。 （3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。

（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。

（5）开始实验：消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。

（6）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l1及断口处的最小直径d1（一般从相

互垂直方向测量两次后取平均值）。

六、实验数据记录及处理结果

1.低碳钢F-△l拉伸曲线

力-位移曲线kN40363228242016128400481216202428323640mm2.实验数据及数据处理

试件材料 试件规格 上 测量部位 1 截面直径测量数值 平均值 10.08 2 10.04 1 10.02 2 10.06 1 10.06 2 10.10 低碳钢 中 下

d0/mm 实验前 10.06 10.04 10.04 10.08 d0 2截面面积A0/mm 79.17 标距长度l0/mm 实验后 断口截面测量数值 1 113.54 2 直径d1/mm 平均值d1 截面面积A1/mm 标距长度l1/mm 屈服载荷FS/kN 屈服极限s/MPa 强度载荷Fb/kN 强度极限b/MPa 延伸率 25.72 5.70 5.71 25.61 147.21 23.80 301 34.48 436 29.65% 断面收缩率 67.65% 试件材料 铸铁 试件规格 上 测量部位 1 截面直径实验前 测量数值 平均值 10.00 2 10.04 1 10.04 中 2 9.98 1 10.02 下 2 10.02 d0/mm 10.02 10.01 10.01 10.02 d0 2截面面积A0/mm 79.17 标距长度l0/mm 1 断口截面直径测量数值 10.00 112.84 2 9.98 d1/mm 实验后 平均值d1 截面面积A1/mm 标距长度l1/mm 屈服载荷FS/kN 屈服极限s/MPa 强度载荷Fb/kN 强度极限b/MPa 延伸率 25.71 25.61 113.81 0.86% 断面收缩率

0.2% 3.铸铁断口呈不平整状，是典型的脆性断裂；低炭钢断口外围光滑，是塑性变形区域，中部区域才呈现脆性断裂的特征。这表明，铸铁在超屈服应力下，瞬时断开；而低碳钢在超应力的时候，有塑性形变过程，发生颈缩，直到断面面积减小到一定程度时，才瞬时断裂。

压缩实验报告

徐浩 1221241020 机械一班

一、实验目的

4. 观察试件受力和变形之间的相互关系； 5. 观察铸铁在压缩时的破坏现象。 6. 测定压缩时铸铁的强度极限b。 二、 实验设备

1.微机控制电子万能试验机； 2.游标卡尺。 三、实验材料

压缩实验所用试件（材料：铸铁）如图所示：

四、实验原理

铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即铸铁压缩曲线，见图4。

图4 铸铁压缩曲线

对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷Fb时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45～55的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。

材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。

铸铁压缩实验的强度极限：b=Fb/A0（A0为试件变形前的横截面积）。 低碳钢试样压缩时同样存在弹性极限、比例极限、屈服极限而且数值和拉伸所得的相应数值差不多，但是在屈服时却不像拉伸那样明显。从进入屈服开始，试样塑性变形就有较大的增长，试样截面面积随之增大。由于截面面积的增大，要维持屈服时的应力，载荷也就要要维持屈服时的应力，载荷也就要相应增大。因此，在整个屈服阶段，载荷也是上升的，在测力盘上看不到指针倒退现象，这样，判定压缩时的Ps要特别小心地注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针是等速转动的，当材料发生屈服时，测力指针的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷Ps。由于指针转动速度的减慢不十分明显，故还要结合自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的拐点来判断和确定Ps。因此，在整个屈服阶段，载荷也是上升的，在测力盘上看不到指针倒退现象，这样，判定压缩时的Ps要特别小心地注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针是等速转动的，当材料发生屈服时，测力指针的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷Ps。由于指针转动速度的减慢不十分明显，故还要结合自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的拐点来判断和确定Ps。

低碳钢超过屈服之后，低碳钢试样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形继续不断加压，试样将愈压愈扁，但总不破坏。所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大）。 五、实验步骤及注意事项

（1）试件准备：用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d0，

取其算术平均值，并测量试件高度h0。

（2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。 （3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。

（4）放置试件：试验力清零；把试件放在压盘中间，通过小键盘调节横梁位置，通过肉眼观察，到上压盘离试件上平面还有一定缝隙时停止。（注意：尽量将试件放在压盘中心，如放偏的话对试验结果甚至是试验机都有影响。） （5）开始实验：位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。

（6）记录数据：试件压断后，取下试件；记录强度载荷Fb。 六、实验数据记录及处理结果 试样宽度 试样长度 横截面积 上端受力 实际压缩抗压强度 （b） （L） （So） （Fo） 力 （F） （Rmc） mm mm mm^2 kN kN MPa 第 1 78.54 89.32 89.32 1140 个 第 2 78.54 69.72 69.72 890 个

材料力学实验报告

徐浩 1221241020 机械一班 （实验项目：扭转）

一、实验目的

1. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。

2. 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;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

测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限b

对于低碳钢：3Tb/4Wt，而对于铸铁，变形很小即突然断裂，τb可按线弹性公式计算，即τb= Tb/Wt

四，实验数据记录

试样标距 试样直径 100 mm 9.2 mm 上屈服最大扭剪切模量 强度 矩 Tm G τeh N·m MPa MPa 第 1 根 40.68 26237.81 第 2 根 102.57 66724.21 300.38

下屈服强度 τel MPa 265.27 最大非比例切应变 γmax ％ 1.85 235.86

五、实验总结报告： 通过实验得到以下体会：

1. 圆轴扭转的平面假设不但使理论推导变得简单，而且也符合试验结果，以低碳钢扭

转试验为例，在低碳钢扭转变形而又不断裂的情况下，横向划线基本没有什么变化，

而纵向划线成为螺旋线，且螺旋线逐渐接近，直至断裂，从实验的角度证明了平面假设； 2. 铸铁与低碳钢在断裂时的断裂面不同，低碳钢沿横截面断裂，而铸铁沿45o螺旋面 断裂；

3. 对物理现象过程的分析具有重要意义，过程不同得出的结果甚至计算公式都不同，例如低碳钢和铸铁的断裂过程不相同，剪切强度极限τb的计算公式不尽相同。