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科芯何
7 years ago
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1 材料力学实验课程教学大纲郭空明课程编号 : 课程名称 : 材料力学英文名称 :Experiment of Material Mechanics 是否独立设课 : 否课程性质 : 必修选修课程类别 : 基础专业基础专业实验项目数 :2 必做实验项目数 : 2 选做实验项目数 :0 开放实验项目数 : 0 综合性设计性实验数 :0 开课学期 : 开课院系 : 机电工程学院电子机械系课程总学时 : 4 实验学时 :4 课程总学分 : 实验学分 : 一本实验课程的教学目标与任务材料力学实验是材料力学课程的实验教学环节通过本实验课程的学习和实际操作, 使学生巩固和加深材料力学的理论知识, 提高学生的实验水平, 培养学生独立分析问题解决问题的能力和理论联系实际实事求是的作风二本课程与其他课程的联系和分工本课程是材料力学课程的重要组成部分三实验课程内容和基本要求课程内容 : 低碳钢拉伸实验铸铁拉伸实验低碳钢扭转实验铸铁扭转实验基本要求 : 要求课前认真预习材料力学相关知识, 实验前将该指导书连同实验报告打印并带至实验室 ( 每组带一份 ), 并带刻录光盘 ( 每组一张 ) 实验过程中正确操作实验后对数据进行分析, 并上交实验报告 ( 每人一份 ) 四教学安排及方式

2 实验名称实验主要内容和基本要求学每性质时组人数拉伸实验验证 1 测定低碳钢拉伸时的屈服极限 2 6 强度极限伸长率和断面收缩率 ; 2 测定灰铸铁的抗拉强度 ; 3 观察低碳钢与灰铸铁在拉伸时的变形和破坏现象 ;4 比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能扭转实验验证 1 测定低碳钢剪切时的屈服极限 2 6 强度极限 ; 2 测定灰铸铁的抗剪切强度 ; 3 观察低碳钢与灰铸铁在扭转时的变形和破坏现象 ;4 比较低碳钢与灰铸铁在扭转时的力学性能五考核方式操作 30%, 实验报告 70%, 满分 10 分, 计入材料力学课程总成绩六推荐教材及参考方案 [1] 刘鸿文吕荣坤, 材料力学实验, 高等教育出版社,1998 [2] 同济大学材料力学教研室, 材料力学教学实验, 同济大学出版社,1994.6

3 材料拉伸实验指导书郭空明一实验目的 1 测定低碳钢材料( 塑性材料 ) 拉伸时的屈服极限强度极限延伸率和截面收缩率 2 测定铸铁材料( 脆性材料 ) 拉伸时的强度极限 3 观察两种材料拉伸过程中的各种现象拉断后的断口情况, 分析二者的力学性能 4 熟悉万能材料试验机和其它仪器的使用二实验原理 1 标准试件根据国标金属拉伸试验方法中的规定, 进行试件的加工和测量金属材料拉伸实验常用的试件形状如图 1 所示, 图中 L 0 段称为标距, 一般所说试件的变形就是指这一段的变形 d 0 为标距段直径, 两端是试验机夹持的部分图 1 拉伸试件图试样的横截面原始面积按照以下原则确定 : 在标距两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径, 取三处测量直径平均值中的最小值来计算试样横截面原始面积 S 0 对拉断后的低碳钢试件, 要测量断裂后的标距 L u 按国标中的规定, 断口应处在标距中间的 1/3 长度内实验前, 应将标距分成 10 等份, 并刻划 0-10 标记线如果断口离标距端点的距离大于 1/3L 0, 只要将拉断后的两段试样对拼在一起, 直接测量标距两端点距离即可得 L u 如果断口离标距端点的距离小于或等

4 于 1/3L 0, 由于试件夹持段较粗而影响颈缩部份的局部伸长, 使延伸率 δ 的值偏小, 必须用下述的断口移中法来确定 L u 将拉断的试件断口紧密对齐 ( 如图 2 所示 ), 以断口 O 为起点, 在长段上取基本等于短段格数得 B 点, 若剩余格数为偶数 ( 图 2(a)), 取其一半为 C 点, 则移位后的 L u =AB+2BC; 若剩余格数为奇数 ( 图 2(b)), 取剩余格数减 1 后的一半为 C 点和剩余格数加 1 后的一半为 C 1 点, 则移位后的 L u =AB+BC+BC 1 (a) (b) 图 2 断口移中法若断口在标距外, 则试验无效, 应重做 2 低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质低碳钢拉伸特性曲线如图 3(a) 所示 a) 低碳钢 b) 铸铁图 3 低碳钢和铸铁的拉伸特性曲线

5 低碳钢拉伸曲线主要分以下几个阶段 ( 详细可参考材料力学教材 ): (1) 弹性阶段 (2) 屈服阶段, 通常选择下屈服点为屈服极限, 屈服极限按公式 FS / S 0确定 (3) 强化阶段, 抗拉强度按公式 Fb / S 0 确定 (4) 局部变形阶段, 试件发生颈缩, 直至拉断 Su S0 试件拉断后, 断面收缩率按公式 100% 计算, 其中 S u 为颈 S Lu L0 缩处的最小横截面面积断后伸长率按公式 100% 计算 L 铸铁整个拉伸过程中的变形很小, 无屈服颈缩现象, 拉伸图 ( 图 3(b)) 无直线段, 曲线很快达到最大拉力, 试件突然断裂, 设断裂载荷为 F b, 则抗拉强度为 F b /S 三实验仪器 1 微机控制电子万能试验机 ( 型号 :DNS-100) 2 游标卡尺四实验内容及步骤 1 核对试样是否与要测试的材料相符, 然后检查外观是否符合要求对低碳钢材料打标距, 并划分 10 等分本试验采用的试件标距长度 100mm 2 试验前用游标卡尺测量低碳钢铸铁材料的直径计算截面积 3 打开计算机和试验机, 打开 TestExpert 软件, 直接点击登陆进入软件后, 在左侧的试验按钮组点击联机按钮 (1 行 1 列 ) 系统可能会提示传感器 1 未插入, 忽略之 4 联机后, 试验按钮组的启动按钮便可点击 (1 行 2 列 ), 点击之, 会听到一声响, 试验机启动成功

6 5 利用手控盒 ( 顺时针为加速 ), 将横梁做适当移动, 以方便安装试件, 注意不要按下手控盒的旋钮 ( 按下为制动 ) 6 安装试件先安装下端, 之后利用手控盒令横梁缓缓上移, 再安装上端保证试件夹紧注意试件上移时, 要令上端夹头自然下垂, 不要用手扶 7 点击菜单栏中的方法 M, 选择实验方式低碳钢 ( 或铸铁 ) 拉伸试验方法点击试验按钮组的开始实验按钮 (3 行 2 列 ), 会提示输入试件尺寸, 无视之, 直接点确定 8 试件拉断后, 会提示本次试验是否有效和输入试验名称若断口在标距外, 则无效实验名称 : 班号 + 组号 + 材料 + 实验方法, 如 : 第 1 组铸铁拉伸 9 之后界面会直接进入数据处理点击菜单栏的 excel 图标, 可以用 excel 打开数据将数据另存在桌面上, 命名方法 : 班号 + 组号 + 材料 + 实验方法注意前 12 行为试验参数, 从第 13 行开始为试验数据 10 取出试件, 对于低碳钢材料, 需要测量断后标距和颈缩处直径 11 整理现场将桌面上的实验数据利用刻录软件刻录到自带光盘中五按以下格式写出实验报告 ( 打印出来之后, 手填, 每人交一份 )

7 实验一拉伸实验实验日期年月日姓名班级学号一实验目的二实验设备 ( 规格型号 ) 三实验记录及数据处理 1. 测定低碳钢拉伸时的力学性能直径 d 0 ( mm ) 横截面 1 横截面 2 横截面 3 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均试样尺寸实验数据实验前 : 标距 mm 直径 mm 横截面面积实验后 : 2 mm 标距 mm 最小直径最小横截面面积 mm 2 mm 屈服载荷最大载荷屈服应力抗拉强度伸长率 kn kn MPa MPa 断面收缩率

8 实验前试样草图实验后试样草图实验前 : 实验后 ( 画出形状与断口特征 ): 3. 测定灰铸铁拉伸时的力学性能直径 d 0 ( mm ) 横截面 1 横截面 2 横截面 3 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均试样尺寸实验数据实验前 : 直径 d mm 横截面面积 A mm 2 最大载荷抗拉强度 p kn b p b MPa A b 实验前试样草图实验后试样草图实验前 : 实验后 ( 画出形状与断口特征 ):

9 四基于输出的数据, 利用软件绘制低碳钢和铸铁的力 - 变形曲线打印并黏贴在实验报告纸上五分析比较两种材料拉伸机械性能以及破坏的原因低碳钢灰铸铁

10 材料扭转实验指导书郭空明一实验目的 1 测定低碳钢材料( 塑性材料 ) 扭转时的屈服极限强度极限 2 测定铸铁材料( 脆性材料 ) 扭转时的强度极限 3 观察两种材料扭转过程中的各种现象拉断后的断口情况, 分析二者的力学性能 4 熟悉扭转试验机和其它仪器的使用二实验原理 1 标准试件按国家标准采用圆截面试样的扭转试验, 可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能如材料的屈服剪应力和抗剪强度等圆截面试样须按上述国家标准制成 ( 如图 1 所示 ) 试样两端的夹持段铣削为平面, 这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑图 1 扭转试件试验前在标距两端及中间三处横截面上相互垂直的两个方向测量直径, 取三处测量直径平均值中的最小值来计算试样的截面抗扭系数 2 低碳钢和铸铁扭转时的力学性质低碳钢和铸铁试件的扭转角 - 扭矩曲线如图 2 所示

11 a) 低碳钢 b) 铸铁图 2 低碳钢和铸铁的扭转曲线低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段 (oa 段 ) 屈服阶段(ab 段 ) 和强化阶段 (cd 段 ) 构成, 但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显由于强化阶段的过程很长, 图中只绘出其开始阶段和最后阶段, 破坏时试验段的扭转角可达数千度低碳钢屈服和近似破坏时的切应力分布与弹性阶段不同, 因此需要用公式 s 0.75 Ts / Wp和 b 0.75 Tb / Wp计算材料的屈服剪应力和抗剪强度, 其中 W p 为截面的抗扭截面系数铸铁试件的扭转图如图 3, 整个扭转过程中的扭转角很小, 无屈服现象, 扭转图无直线段, 试件突然断裂, 断裂载荷为 T b, 抗扭强度为 Tb W, 其中 W p 为截面的抗扭截面系数 p 三实验仪器 1 微机控制电子扭转试验机 ( 型号 :NWS 1000) 2 游标卡尺四实验内容及步骤 1 核对试样是否与要测试的材料相符, 然后检查外观是否符合要求试验前用游标卡尺测量低碳钢铸铁材料的直径 2 打开计算机和试验机, 打开 Torsion 软件, 直接点击登陆进入软件后, 在左侧的试验按钮组点击联机按钮 (1 行 1 列 )

12 3 联机后, 试验按钮组的启动按钮便可点击 (1 行 2 列 ), 点击之, 会听到一声响, 试验机启动成功 4 利用手控盒 ( 顺时针为加速 ), 将夹头做适当转动, 以方便安装试件, 注意不要按下手控盒的旋钮 ( 按下为紧急制动 ) 5 安装试件先安装右端, 之后将左端夹头往右推, 再安装左端保证试件夹紧 6 点击菜单栏中的方法 M, 选择实验方式低碳钢 ( 铸铁 ) 扭转试验点击试验按钮组的开始实验按钮 (3 行 2 列 ), 会提示输入试件尺寸, 无视之, 直接点确定本试验默认采用顺时针转动 7 当低碳钢试件经过屈服阶段后, 右键点击速度通道, 将速度调快, 但要注意设置完后, 需要点击试验按钮组的顺时针按钮, 速度才会变化 8 试件扭断后, 会提示本次试验是否有效和输入试验名称实验名称 : 班号 + 组号 + 材料 + 实验方法 9 之后界面会直接进入数据处理点击菜单栏的 excel 图标, 可以用 excel 打开数据将数据另存在桌面上, 命名方法 : 班号 + 组号 + 材料 + 实验方法注意前 12 行为试验参数, 从第 13 行开始为试验数据 10 取出试件, 整理现场将桌面上的实验数据利用刻录软件刻录到自带光盘中五按以下要求写出实验报告 ( 打印出来之后, 手填, 每人交一份 )

13 实验二扭转实验实验日期年月日姓名班级学号一实验目的二实验设备 ( 规格型号 ) 三实验记录及数据处理 1. 测定低碳钢扭转时的力学性能直径 d 0 ( mm ) 横截面 1 横截面 2 横截面 3 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均试样尺寸实验数据直径 mm 屈服载荷 kn.m 最大载荷 kn.m 抗扭截面系数 3 mm 屈服应力 MPa 抗剪强度 MPa

14 实验前试样草图实验后试样草图实验前 : 实验后 ( 画出形状与断口特征 ): 3. 测定灰铸铁扭转时的力学性能直径 d 0 ( mm ) 横截面 1 横截面 2 横截面 3 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均 ( 1 ) ( 2 ) 平均试样尺寸实验数据直径 mm 抗扭截面系数 mm 3 实验前试样草图最大载荷抗剪强度实验后试样草图 kn.m MPa 实验前 : 实验后 ( 画出形状与断口特征 ):

15 四基于输出的数据, 利用软件绘制低碳钢和铸铁的扭矩 - 转角曲线打印并黏贴在实验报告纸上五分析比较两种材料扭转机械性能, 并根据断口形状, 分析比较两种试件的破坏原因低碳钢灰铸铁

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