1、1前 言一、课堂教学与实验教学计划学时比机类、光电类：72 /8 ；非机类： 56/8 二、适用专业机类、光电类、非机类三、实验目的和基本要求1、实验目的材料力学实验是高等工科院校机械类、 近机械类专业学生必修课程，是学生进入大学后，首先受到的工程中力学问题测试、分析方法和实验技能的训练，通过实验加深对材料力学有关理论知识的感性认识，理解和对材料力学课程的兴趣，验证力学知识。设计实验方案，正确进行相关实验和处理数据。要求学生能将理论联系工程实际中的力学问题，对提高学生科学实验能力和培养学生工程素质具有非常重要的意义2、实验基本要求：（1） 能够自行完成预习，阅读实验指导书作好实验前的准备，撰写
2、报告。（2） 能够调整常用力学实验装置，能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器，并基本掌握常用的操作技术（3） 学生可以根据实验设备，结合所学的知识，在教师的指导下自己设计实验，实验题目可以在实验题目明细中选择，也可以自己设计实验题目和内容。四、书写实验报告实验报告是以书面形式汇报整个实验成果，是实验资料的总结，也是评定实验质量的依据。要培养学生独立完成书写实验报告的能力。应按时、认真书写实验报告。一份好的实验报告，应达到记载清楚，数据完整，图表齐全，计算无误，结论明确，文字简练，字体工整。要对实验结果进行分析并回答指定的思考题。2实验一 拉、压实验拉伸试验一、 实验目的要求：（一）目的1测
3、定低碳钢的屈服极限 S,强度极限 、延伸率 ,截面收缩率 b2 测定铸铁的强度极限 ,观察上述两种材料的拉伸和破坏现象,绘制拉伸时的 P- b曲线。l（二）要求1复习讲课中有关材料拉伸时力学性能的内容;阅读本次实验内容和实设备中介绍万能试验机的构造原理、操作方法、注意事项,以及有关千分表和卡尺的使用方法。2预习时思考下列问题:本次实验的内容和目的是什么 ?低碳钢在拉伸过程中可分哪几个阶段,各阶段有何特征?试验前、试验中、试验后需要测量和记录哪些数据?使用液压式万能试验机有哪些注意事项?二、实验设备和工具1万能实验2千分尺和游标卡尺。3低碳钢和铸铁圆形截面试件。三、实验性质： 验证性实验四、实验
4、步骤和内容：（一）步骤1 取表距 L =100mm.画线2 取上,中,下三点,沿垂直方向测量直径.取平均值3 实验机指针调零.4 缓慢加载,读出 . .观察屈服及颈缩现象,观察是否出现滑移线.sPb5 测量低碳钢断裂后标距长度 ,颈缩处最小直径1l1d（二） 实验内容：1. 低碳钢试件(1) 试件实验前 实验后初始标距 (mm)0l 断裂后标距 (mm)1l上 中 最小直径 (mm)d直径 (mm)d下 初始截面面积 ( )0A2m 断口处截面面积 ( )1A2m3(2)计算结果屈服荷载 =sP极限荷载 =b屈服极限 = /s0A强度极限 = /延伸率 =( - )/ *100%1l截面收缩率
5、 =( - )/ *100%00(3)绘制低碳钢 P 曲线l2.铸铁的实验记录.实验前 实验后直径 (mm)0d 断裂后直径 (mm)1d 最大荷载 =bP强度极限 = /0A压缩实验一、实验目的要求：（一）目的1测定低碳钢的屈服极限 S 。铸铁的强度极限 b 。2观察铸铁在压缩时的破坏现象。（二）要求1复习讲课中有关材料压缩时力学性能的内容:阅读本次实验内容。2拉伸和压缩时低碳钢的屈服点是否相同?铸铁的强度极限是否相同?二、实验设备和工具：1万能试验机2卡尺及千分尺3低碳钢及铸铁试件三、 实验性质： 验证性实验四、 实验步骤和内容：（一）步骤1测量试件直径。2选择试验机加载范围。3缓慢均匀加
6、载。4（二） 实验内容实验记录试 件 低 碳 钢 试 件 铸 铁 试 件高 度 h (mm)截面直径 d0(mm)截面面积 A0(mm0低碳钢试件屈服载荷 PS= （K）铸铁试件的最大载荷 Pb= （）低碳钢的屈服极限 S = PS / A0 = （MPa）铸铁的强度极限 b = Pb / A0 = (MPa)（三）结果分析：1绘出两种材料的曲线。2绘出两种材料的变形和断口形状五、 思考题 1低碳钢拉伸曲线可分为几个阶段?每个阶段力和变形有什么关系?2低碳钢和铸铁两种材料断口有什么不同？并分析引起破坏的原因？ 3为什么试样要采用标准试样？4铸铁试样在拉伸、压缩时破坏断面有何特征？ 是什么应力引
7、起的？5比较低碳钢拉伸和压缩的屈服极限 S 。6比较铸铁拉伸与压缩的强度极限 S 。5实验二 扭转实验一、实验目的要求：（一）目的1测定低碳钢和铸铁在扭转时的机械性能，求得低碳钢的剪切屈服极限 s ，剪切强度极限 b , 铸铁的剪切强度极限 b 。 2观察两种材料的扭转和破坏现象，分析破坏原因。（二）要求1复习讲课中有关杆件扭转的内容；阅读本次实验内容和实验设备介绍中扭转试验机的构造原理、操作方法及注意事项。2圆杆扭转时,横截面上有什么应力？与轴线成 450 的截面上有什么应力?二、实验的设备和工具：1扭转实验机。2千分尺和卡尺。3低碳钢和铸铁圆形截面试件。三、 实验性质： 验证性实验实验步骤
8、和内容：（一）步骤1测量试件直径。在标距长度内测量三处，每处在两个相互垂直的方向各测量一次并取其算数平均值，采用三个数值中的最小值为计算直径 d 0 。2安装试件，指针调零，调整好自动绘图装置。3试验时缓慢加载，观察屈服现象，记录屈服扭矩 MS 的数值，最大扭矩 Mb 的数值, 观察断口形状。（二）实验内容1数据记录：试 件 低 碳 钢 铸 铁直 径 d 0 (mm)标 距 L 0 (mm)抗扭截面系数 Wp=d 03/16屈服扭矩 MS= (N.m)屈服应力 S=3 MS/4Wp (MPa)破坏时的扭矩 Mb = (N.m)低碳钢 b=3Mb/4 Wp强度极限铸 铁 b= Mb/ Wp总扭转
9、角 =单位长度扭转角 =/ L 0 (o/mm)2绘出两种材料的抗扭图及试件断裂后的形状。6五、 思考题1比较低碳钢的拉伸和扭转实验，从进入塑性变形阶段到破坏的全过程，两者有什么明显的差别。2根据低碳钢、铸铁扭转试样的断断口形式，分析其破坏原因。7实验三 材料弹性模量 E 和泊松比 的测定一、实验目的和要求（一）目的1测定常用金属材料的弹性模量 E 和泊松比 。2验证胡克（Hooke）定律（二）要求1复习讲课中有关材料拉伸时的内容；阅读本次实验内容和实验设备介绍中介绍力应变综合参数测试仪和组合实验台中拉伸装置的原理、操作方法、注意事项。2熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验性质； 验证性实验三、实
10、验仪器设备和工具1组合实验台中拉伸装置2力应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺四、实验原理和方法试件采用矩形截面试件，电阻应变片布片方式如图 3-4。在试件中央截面上，沿前后两面的轴线方向分别对称的贴一对轴向应变片 R1、R1 和一对横向应变片 R2、R2，以测量轴向应变 和横向应变 。P PR1 R1 R1 R RR2 R2 R2 b h 补偿块P P图 3-4 拉伸试件及布片图1. 弹性模量 E 的测定由于实验装置和安装初始状态的不稳定性，拉伸曲线的初始阶段往往是非线性的。为了尽可能减小测量误差，实验宜从一初载荷 P0（P 00）开始，采用增量法，分级加载，分别测量在各相同载荷增量P 作用
11、下，产生的应变增量，并求出 的平均值。设试件初始横截面面积为 A0，又因 = l/l ，则有8EDARB0APE上式即为增量法测 E 的计算公式。式中 试件截面面积0 轴向应变增量的平均值用上述板试件测 E 时，合理地选择组桥方式可有效地提高测试灵敏度和实验效率。组桥采用相对桥臂测量 （图 3-5）R1 或 R2 R 工作片 U C补偿片 或 R2图 35 组桥方式将两轴向应变片分别接在电桥的相对两臂（AB、CD） ，两温度补偿片接在相对桥臂（BC、DA） ，偏心弯曲的影响可自动消除。根据桥路原理Pd2测量灵敏度提高 2 倍。便可求得泊松比五、实验步骤1. 设计好本实验所需的各类数据表格。2.
12、 测量试件尺寸。在试件标距范围内，测量试件三个横截面尺寸，取三处横截面面积的平均值作为试件的横截面面积 A0。见附表 12. 拟订加载方案。先选取适当的初载荷 P0（一般取 P0 =10% Pmax 左右） ，估算 Pmax（该实验载荷范围 Pmax5000N） ，分 46 级加载。3. 根据加载方案，调整好实验加载装置。5. 按实验要求接好线（为提高测试精度建议采用图 35d 所示相对桥臂测量方法） ，调整好仪器，检查整个测试系统是否处于正常工作状态。R1或R2UBD96. 加载。均匀缓慢加载至初载荷 P0，记下各点应变的初始读数；然后分级等增量加载，每增加一级载荷，依次记录各点电阻应变片的
13、应变值 d和 d ， 直到最终载荷。实验至少重复两次。见附表 27.作完实验后，卸掉载荷，关闭电源，整理好所用仪器设备，清理实验现场，将所用仪器设备复原，实验资料交指导教师检查签字。附表 1 （试件相关数据）试件 厚度 h（mm） 宽度 b（mm ） 横截面面积 A0=bh（mm 2）截面截面截面平均弹性模量 E = 210 GPa泊松比 = 0.26附表 2 （实验数据）P 1000 1500 2000 2500 3000 3500载荷（N） P 500 500 500 500 500 d p p纵向应变读数 d p p横向应变读数 六、实验结果处理1. 弹性模量计算0APE泊松比计算 七、
14、思考题1. 分析纵、横向应变片粘贴不准，对测试结果的影响。2. 根据实验测得的 E 实 、 实 值与已知 E 理 、 理 值作对比，分析误差原因。3. 采用什么措施可消除偏心弯曲的影响？10实验四 纯弯曲梁的正应力实验一、实验目的和要求（一）目的1测定梁在纯弯曲时横截面上正应力大小和分布规律2验证纯弯曲梁的正应力计算公式（二）要求 1讲课中有关弯曲应力的内容；阅读本次实验内容和实验设备中介绍实验台中纯弯曲梁实验装置。2熟悉电桥电路及组桥方式。二、实验仪器设备和工具1实验台中纯弯曲梁实验装置2应变综合参数测试仪3游标卡尺、钢板尺三、实验性质： 验证性实验四、实验原理及方法在纯弯曲条件下，根据平面假设和纵向纤维间无挤压的假设，可得到梁横截面上任一点的正应力，计算公式为zIMy/式中 M 为弯矩，I z 为横截面对中性轴的惯性矩；y 为所求应力点至中性轴的距离。为了测量梁在纯弯曲时横截面上正应力的分布规律，在梁的纯弯曲段沿梁侧面不同高度，平行于轴线贴有应变片（如图 3-1） 。 P/2 P/2ha a bL图 3-1 应变片在梁中的位置实验可采用半桥单臂、公共补偿、多点测量方法。加载采用增量法，即每增加等量的载荷P，测出各点的应变增量 ，然后分别取各点应变增量的平均值 实 i，依次求出各点的应变增量2#3#1#5#4#
