材料力学实验指导书 （二）

u 材料力学实验指导书 （二）

实验一 低碳钢拉伸时力学性能的测定

一、目的：

1.验证胡克定律，测定低碳钢的弹性模量E。

2.测定低碳钢的屈服极限σ_s，强度极限σ_b，延伸率δ和截面收缩率ψ；

3.掌握万能材料试验机的工作原理和使用方法，会用引伸计；

4.掌握RP-1型试验机自动处理系统的使用。

二、设备及试样：

1.万能材料试验机；

2.引伸计、游标卡尺；

3.低碳钢拉伸试样， 将十等分；

4.PC机一台。

三、拉伸试件

由于试样的形状和尺寸对试验结果有一定的影响，为便于相互比较，应按统一规定加工成标准试样。图a和b分别表示横截面为圆形和矩形的拉伸试样。按国家标准GB6397-86的规定，拉伸试样分为比例试样和非比例试样两种。比例试样的标距 与原始横截面面积A₀的关系规定为

　系数k的数值通常取5.56或11.3，分别称为短试样和长试样。由上式得，圆截面的短试样的标距为 ，长试样为 。试验一般采用短试样。非比例试样的 和A₀不受上列关系的限制。

　试样的表面粗糙度应符合国标规定。在图3中，尺寸 称为试样的平行长度，圆截面试样 不小于 ；矩形截面试样 不小于 。为保证由平行长度到试样头部的缓和过渡，要有足够的过渡圆弧半径R。试样头部的形状和尺寸，与试验机的夹具结构有关，图3所示适用于楔形夹具。这时，试样头部长度不应小于楔形夹具长度的三分之二。

四、试验原理及方法

常温下的拉伸试验是测定材料力学性能的基本试验。可用以测定弹性常数E，比例极限σ_p，屈服极限σ_s（或σ_0.2），强度极限σ_b，延伸率δ和截面收缩率ψ等。这些指标都是工程设计的主要依据。

1.弹性模量E的测定 弹性模量是材料在比例极限内，应力和应变的比值。即

可见，在比例极限内，对试样作用拉力P，并量出标矩 的相应伸长 ，即可求得弹性模量E。如图4所示。

为保证载荷不超过比例极限，加载前可先估算试样的屈服载荷，以屈服载荷的70%～80%作为测定弹性模量的最高载荷P ，此外，为使试验机夹紧试样，以及开始阶段引伸计刀刃在试样上的可能滑动，对试样应施加一个初载荷P₀。

2.屈服极限σ_s及强度极限σ_b的测定 测定E后重新加载，到达屈服阶段时，低碳钢的P— 曲线呈锯齿形（图4）。与最高载荷对应的应力称为上屈服极限（点B）它受变形速度和试样形状的影响，一般不作为强度指标。一般初始瞬时效应之后的最低载荷P_S对应的应力作为屈服极限σ_s。因为进入屈服阶段时，示力指针停止前进，并开始倒退，这时应注意指针的波动情况，捕捉指针所指的最低载荷P_S。以试样的初始横截面面积A₀除P_S，即得屈服极限：

屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力（图4）。载荷到达最大值P_b时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象。这时示力度盘的从动针停留在P_b不动，主动针则迅速倒退，表明载荷迅速下降，试样即将拉断。以试样的初始横截面面积A₀除P_b，得强度极限为：电液伺服万能试验机

3.延伸率δ和断面收缩率ψ的测定 试样的标距原长为 ，拉断后将两段试样紧密地对接在一起，量出拉断后的标距长为 ，延伸率应为：

断口附近塑性变形最大，所以 的量取与断口的部位有关。如断口发生于 的两端或在 之外，则试验无效，应重作。若断口距 一端的距离小于或等于 （图5b和c），则按下述断口移中法测定 。在拉断后的长段上，由断口处取约等于短段的格数得B点，若剩余格数为偶数（图5 b），取其一半得C点，AB长为a，BC长为b，则 。当长段剩余格数为奇数时（图5 c），取剩余格数减1后的一半得C点，加1后的一半得C₁点，AB、BC和BC₁的长度分别为a、b₁和b₂,则 。

试样拉断后，设颈缩处的最小横截面面积为A₁，由于断口不是规则的圆形，应在两个相互垂直的方向上量取最小截面的直径，以其平均值计算A₁，然后按下式计算断面收缩率：

五、试验步骤

1. 试件的准备：在试件中段取标距 或 在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量试样初始横截面面积A₀时，在标距 的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径 ，以其平均值计算各横截面面积，再以三个横截面面积中的最小值作为公式中的A₀。

2.将原始数据输入计算机。

3.调整试验机 按要求调整万能试验机。根据估计的最大载荷，选用合适的测力度盘和与其相匹配的摆锤，并调整示力指针指零。

4.装夹试样 按要求装夹试件。

5.预拉 先把载荷加到接近测定弹性模量的最高载荷P，以检查机器是否处于正常状态。然后卸载回到初始载荷，调零点。

6.安装引伸计 按要求安装引伸计。

7.加载 开始试验并单击“开始试验”按钮，加载应均匀、缓慢，速率控制在3～30MPa/s的范围内。如需要卸下引伸计，在观察曲线已过最大力后，单击“卸下引伸计”按钮并卸下引伸计，操作加荷阀拉伸试样至断裂。加载的过程中要注意屈服阶段和颈缩现象的出现。

六、数据处理

将断后直径和断后标距测量后输入计算机，然后进行数据处理。

七、实验报告

实验结果应以表格或图线的形式表达，并附有必要的文字说明。

待续。

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