中學物理力學的實驗報告

　　篇一：工程力學實驗報告

　　拉伸實驗是測定材料在常溫靜載下機械性能的最基本和重要的實驗之一。這不僅因為拉伸實驗簡便易行，便于分析，且測試技術較為成熟。更重要的是，工程設計中所選用的材料的強度、塑形和彈性模量等機械指標，大多數是以拉伸實驗為主要依據。

　　實驗目的（二級標題左起空兩格，四號黑體，題后為句號）

　　1、驗證胡可定律，測定低碳鋼的E。

　　2、測定低碳鋼拉伸時的強度性能指標：屈服應力Rel和抗拉強度Rm。

　　3、測定低碳鋼拉伸時的塑性性能指標：伸長率A和斷面收縮率Z

　　4、測定灰鑄鐵拉伸時的強度性能指標：抗拉強度Rm

　　5、繪制低碳鋼和灰鑄鐵拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸樹的力學性能和破壞形式。

　　實驗設備和儀器

　　萬能試驗機、游標卡尺，引伸儀

　　實驗試樣

　　實驗原理

　　按我國目前執行的國家GB/T 228—2002標準——《金屬材料室溫拉伸試驗方法》的規定，在室溫10℃～35℃的范圍內進行試驗。

　　將試樣安裝在試驗機的夾頭中，固定引伸儀，然后開動試驗機，使試樣受到緩慢增加的拉力（應根據材料性能和試驗目的確定拉伸速度），直到拉斷為止，并利用試驗機的自動繪圖裝置繪出材料的拉伸圖（圖2－2所示）。

　　應當指出，試驗機自動繪圖裝置繪出的拉伸變形ΔL主要是整個試樣（不只是標距部分）的伸長，還包括機器的彈性變形和試樣在夾頭中的滑動等因素。由于試樣開始受力時，頭部在夾頭內的滑動較大，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線。

　　1.低碳鋼（典型的塑性材料）

　　當拉力較小時，試樣伸長量與力成正比增加，保持直線關系，拉力超過FP

　　后拉伸曲線將由直變曲。保持直線關系的最大拉力就是材料比例極限的力值FP。

　　在FP的上方附近有一點是Fc，若拉力小于Fc而卸載時，卸載后試樣立刻恢復原狀，若拉力大于Fc后再卸載，則試件只能部分恢復，保留的殘余變形即為塑性變形，因而Fc是代表材料彈性極限的力值。

　　當拉力增加到一定程度時，試驗機的示力指針（主動針）開始擺動或停止不動，拉伸圖上出現鋸齒狀或平臺，這說明此時試樣所受的拉力幾乎不變但變形卻在繼續，這種現象稱為材料的屈服。低碳鋼的屈服階段常呈鋸齒狀，其上屈服點B′受變形速度及試樣形式等因素的影響較大，而下屈服點B則比較穩定（因此工程上常以其下屈服點B所對應的力值FeL作為材料屈服時的力值）。確定屈服力值時，必須注意觀察讀數表盤上測力指針的轉動情況，讀取測力度盤指針首次回轉前指示的最大力FeH（上屈服荷載）和不計初瞬時效應時屈服階段中的最小力FeL（下屈服荷載）或首次停止轉動指示的恒定力FeL（下屈服荷載），將其分別除以試樣的原始橫截面積（S0）便可得到上屈服強度ReH和下屈服強度ReL。

　　即ReH=FeH/S0 ReL=FeL/S0屈服階段過后，雖然變形仍繼續增大，但力值也隨之增加，拉伸曲線又繼續上升，這說明材料又恢復了抵抗變形的能力，這種現象稱為材料的強化。在強化階段內，試樣的變形主要是塑性變形，比彈性階段內試樣的變形大得多，在達到最大力Fm之前，試樣標距范圍內的變形是均勻的，拉伸曲線是一段平緩上升的曲線，這時可明顯地看到整個試樣的橫向尺寸在縮小。此最大力Fm為材料的抗拉強度力值，由公式Rm=Fm/S0即可得到材料的抗拉強度Rm。

　　如果在材料的強化階段內卸載后再加載，直到試樣拉斷，則所得到的曲線如圖2－3所示。卸載時曲線并不沿原拉伸曲線卸回，而是沿近乎平行于彈性階段的直線卸回，這說明卸載前試樣中除了有塑性變形外，還有一部分彈性變形；卸載后再繼續加載，曲線幾乎沿卸載路徑變化，然后繼續強化變形，就像沒有卸載一樣，這種現象稱為材料的冷作硬化。顯然，冷作硬化提高了材料的比例極限和屈服極限，但材料的塑性卻相應降低。

　　當荷載達到最大力Fm后，示力指針由最大力Fm緩慢回轉時，試樣上某一部位開始產生局部伸長和頸縮，在頸縮發生部位，橫截面面積急劇縮小，繼續拉伸所需的力也迅速減小，拉伸曲線開始下降，直至試樣斷裂。此時通過測量試樣斷裂后的標距長度Lu和斷口處最小直徑du，計算斷后最小截面積（Su），由計算公式ALuL0SSu100%Z0100%L0S0、即可得到試樣的斷后伸長率A和斷面收縮率Z。

　　2 鑄鐵（典型的脆性材料）

　　脆性材料是指斷后伸長率A＜5％的材料，其從開始承受拉力直至試樣被拉斷，變形都很小。而且，大多數脆性材料在拉伸時的應力－應變曲線上都沒有明顯的直線段，幾乎沒有塑性變形，也不會出現屈服和頸縮等現象（如圖2－2b所示），只有斷裂時的應力值——強度極限。

　　鑄鐵試樣在承受拉力、變形極小時，就達到最大力Fm而突然發生斷裂，其抗拉強度也遠小于低碳鋼的抗拉強度。同樣，由公式Rm=Fm/S0即可得到其抗拉強度Rm，而由公式ALuL0  L0100%則可求得其斷后伸長率A。

　　實驗結果與截圖

　　篇二：力學實驗報告標準答案

　　1、 為何在拉伸試驗中必須采用標準試件或比例試件,材料相同而長短不同的試件延伸率是否相同

　　答:拉伸實驗中延伸率的大小與材料有關,同時與試件的標距長度有關.試件局部變形較大的斷口部分,在不同長度的標距中所占比例也不同.因此拉伸試驗中必須采用標準試件或比例試件,這樣其有關性質才具可比性.材料相同而長短不同的試件通常情況下延伸率是不同的(橫截面面積與長度存在某種特殊比例關系除外).

　　2、 分析比較兩種材料在拉伸時的力學性能及斷口特征.

　　答:試件在拉伸時鑄鐵延伸率小表現為脆性,低碳鋼延伸率大表現為塑性;低碳鋼具有屈服現象,鑄鐵無.低碳鋼斷口為直徑縮小的杯錐狀,且有450的剪切唇，斷口組織為暗灰色纖維狀組織。鑄鐵斷口為橫斷面，為閃光的結晶狀組織。.

　　3.分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因.

　　答：鑄鐵試件壓縮破壞，其斷口與軸線成45°~50°夾角，在斷口位置剪應力已達到其抵抗的最大極限值，抗剪先于抗壓達到極限，因而發生斜面剪切破壞。

　　4、低碳鋼與鑄鐵在壓縮時力學性質有何不同結構工程中怎樣合理使用這兩類不同性質的材料

　　答：低碳鋼為塑性材料，抗壓屈服極限與抗拉屈服極限相近，此時試件不會發生斷裂，隨荷載增加發生塑性形變；鑄鐵為脆性材料，抗壓強度遠大于抗拉強度，無屈服現象。壓縮試驗時，鑄鐵因達到剪切極限而被剪切破壞。通過試驗可以發現低碳鋼材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉與抗壓相近。鑄鐵材料塑性差，其抗拉遠小于抗壓強度，抗剪優于抗拉低于抗壓。故在工程結構中塑性材料應用范圍廣，脆性材料最好處于受壓狀態，比如車床機座。

　　5.試件的尺寸和形狀對測定彈性模量有無影響為什么

　　答: 彈性模量是材料的固有性質，與試件的尺寸和形狀無關。

　　6.逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量是否相同為什么必須用逐級加載的方法測彈性模量

　　答: 逐級加載方法所求出的彈性模量與一次加載到最終值所求出的彈性模量不相同，采用逐級加載方法所求出的彈性模量可降低誤差，同時可以驗證材料此時是否處于彈性狀態，以保證實驗結果的可靠性。

　　7.試驗過程中,有時候在加砝碼時,百分表指針不動,這是為什么應采取什么措施

　　答：檢查百分表是否接觸測臂或超出百分表測量上限，應調整百分表位置。

　　8.測G時為什么必須要限定外加扭矩大小

　　答：所測材料的G必須是材料處于彈性狀態下所測取得，故必須控制外加扭矩大小。

　　9.碳鋼與鑄鐵試件扭轉破壞情況有什么不同分析其原因.

　　答：碳鋼扭轉形變大，有屈服階段，斷口為橫斷面，為剪切破壞。鑄鐵扭轉形變小，沒有屈服階段，斷口為和軸線成約45°的螺旋形曲面，為拉應力破壞。

　　10.鑄鐵扭轉破壞斷口的傾斜方向與外加扭轉的'方向有無直接關系為什么

　　答：有關系。扭轉方向改變后，最大拉應力方向隨之改變，而鑄鐵破壞是拉應力破壞，所以鑄鐵斷口和扭轉方向有關

　　11.實驗時未考慮梁的自重,是否會引起測量結果誤差為什么

　　答：施加的荷載和測試應變成線性關系。實驗時，在加外載荷前，首先進行了測量電路的平衡（或記錄初讀數），然后加載進行測量，所測的數（或差值）是外載荷引起的，與梁自重無關。

　　12.畫出指定A、B點的應力狀態圖.A點 B點σx σx τ τ

　　13.DB DB測取彎曲正應力測取扭轉剪應力

　　14.壓桿穩定實驗和壓縮實驗有什么不同答：不同點有：

　　1、目的不同：壓桿穩定實驗測臨界力，壓縮實驗測破壞過程中的機械性能。

　　2、試件尺寸不同：壓桿試件為大柔度桿，壓縮試件為短粗件。

　　3、約束不同：壓桿試件約束可變，壓縮試件兩端有摩擦力。

　　4、實驗現象不同：壓桿穩定實驗試件出現側向彎曲，壓縮實驗沒有。

　　5、承載力不同：材料和截面尺寸相同的試件，壓縮實驗測得的承載力遠大 于壓桿穩實實驗測得的。

　　6、實驗后試件的結果不同：壓桿穩定試件受力在彈性段，卸載后試件可以反復使用，而壓縮件已經破壞掉了，不能重復使用。

　　篇三：力學實驗報告標準答案

　　目 錄

　　一、 拉伸實驗···············································································2

　　二、 壓縮實驗···············································································4

　　三、 拉壓彈性模量E測定實驗···················································6

　　四、 低碳鋼剪切彈性模量G測定實驗·······································8

　　五、扭轉破壞實驗····································································10

　　六、 純彎曲梁正應力實驗··························································12

　　七、 彎扭組合變形時的主應力測定實驗··································15

　　八、 壓桿穩定實驗······································································18

　　一、拉伸實驗報告標準答案

　　實驗目的： 見教材。 實驗儀器 見教材。

　　實驗結果及數據處理： 例:(一)低碳鋼試件

　　強度指標:

　　Ps=__22.1___KN屈服應力 ζs= Ps/A __273.8___MPa P b =__33.2___KN強度極限 ζb= Pb /A __411.3___MPa 塑性指標:

　　伸長率L1-LL100%AA1A

　　33.24 %面積收縮率

　　100%

　　68.40 %

　　低碳鋼拉伸圖:

　　（二）鑄鐵試件

　　強度指標:

　　最大載荷Pb =__14.4___ KN

　　強度極限ζb= Pb / A = _177.7__ M Pa

　　問題討論：

　　1、 為何在拉伸試驗中必須采用標準試件或比例試件,材料相同而長短不同的試件延伸率是否相同

　　答:拉伸實驗中延伸率的大小與材料有關,同時與試件的標距長度有關.試件局部變形較大的斷口部分,在不同長度的標距中所占比例也不同.因此拉伸試驗中必須采用標準試件或比例試件,這樣其有關性質才具可比性.

　　材料相同而長短不同的試件通常情況下延伸率是不同的(橫截面面積與長度存在某種特殊比例關系除外).

　　2、 分析比較兩種材料在拉伸時的力學性能及斷口特征.

　　答:試件在拉伸時鑄鐵延伸率小表現為脆性,低碳鋼延伸率大表現為塑性;低碳鋼具有屈服現象,鑄鐵無.低碳鋼斷口為直徑縮小的杯錐狀,且有450的剪切唇，斷口組織為暗灰色纖維狀組織。鑄鐵斷口為橫斷面，為閃光的結晶狀組織。.

　　教師簽字:_ _______

　　日 期:___ _____

　　二、壓縮實驗報告標準答案

　　實驗目的：見教材。 實驗原理： 見教材。

　　實驗數據記錄及處理： 例：(一)試驗記錄及計算結果

　　問題討論：

　　分析鑄鐵試件壓縮破壞的原因.

　　答：鑄鐵試件壓縮破壞，其斷口與軸線成45°~50°夾角，在斷口位置剪應力已達到其抵抗的最大極限值，抗剪先于抗壓達到極限，因而發生斜面剪切破壞。

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