1、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（第一部分）材料的力學(xué)性能測(cè)試第一部分 材料的力學(xué)性能測(cè)試任何一種材料受力后都有變形產(chǎn)生，變形到一定程度材料就會(huì)降低或失去承載能力，即發(fā)生破壞，各種材料的受力變形破壞是有一定規(guī)律的。材料的力學(xué)性能（也稱機(jī)械性能），是指材料在外力作用下表現(xiàn)出的變形和破壞等方面的性能，如強(qiáng)度、塑性、彈性和韌性等。為保證工程構(gòu)件在各種負(fù)荷條件下正常工作，必須通過試驗(yàn)測(cè)定材料在不同負(fù)荷下的力學(xué)性能，并規(guī)定具體的力學(xué)性能指標(biāo)，以便為構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、材料剛度、延伸率、截面收縮率、沖擊韌性、疲勞極限、斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展特性等。金屬材料的力學(xué)性能取決

2、于材料的化學(xué)成分、金相結(jié)構(gòu)、表面和內(nèi)部缺陷等，此外，測(cè)試的方法、環(huán)境溫度、周圍介質(zhì)及試樣形狀、尺寸、加工精度等因素對(duì)測(cè)試結(jié)果也有一定的影響。材料的力學(xué)性能測(cè)試必修實(shí)驗(yàn)為5學(xué)時(shí)，包括：軸向拉伸實(shí)驗(yàn)、軸向壓縮實(shí)驗(yàn)、低碳鋼拉伸彈性模量E的測(cè)定、扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、低碳鋼剪切彈性模量G的測(cè)定。11 軸向拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 測(cè)定低碳鋼的屈服強(qiáng)度（）、抗拉強(qiáng)度（）、斷后伸長率A11.3（10）和斷面收縮率Z（）。2、 測(cè)定鑄鐵的抗拉強(qiáng)度（）。3、 比較低碳鋼（塑性材料）和鑄鐵（脆性材料）在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和斷口特征。注：括號(hào)內(nèi)為GB/T228-2002金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法發(fā)布前的舊標(biāo)準(zhǔn)引用符號(hào)。二、設(shè)備

3、及試樣1、 電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)（自行改造）。2、 0.02mm游標(biāo)卡尺。3、 低碳鋼圓形橫截面比例長試樣一根。把原始標(biāo)距段L0十等分，并刻畫出圓周等分線。4、 鑄鐵圓形橫截面非比例試樣一根。注：GB/T228-2002規(guī)定，拉伸試樣分比例試樣和非比例試樣兩種。比例試樣的原始標(biāo)距與原始橫截面積的關(guān)系滿足。比例系數(shù)取5.65時(shí)稱為短比例試樣，取11.3時(shí)稱為長比例試樣，國際上使用的比例系數(shù)取5.65。非比例試樣與無關(guān)。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法低碳鋼是指含碳量在0.3以下的碳素鋼。這類鋼材在工程中使用較廣，在拉伸時(shí)表現(xiàn)出的力學(xué)性能也最為典型。低碳鋼拉伸圖（FL曲線）以軸向力F為縱坐標(biāo)，標(biāo)距段伸長量L為橫坐

4、標(biāo)，所繪出的試驗(yàn)曲線圖稱為拉伸圖，即FL曲線。低碳鋼的拉伸圖如上圖所示，F(xiàn)eL為下屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的軸向力，F(xiàn)eH為上屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的軸向力，F(xiàn)m為最大軸向力。FL曲線與試樣的尺寸有關(guān)。為了消除試樣尺寸的影響，把軸向力F除以試樣橫截面的原始面積S0就得到了名義應(yīng)力，也叫工程應(yīng)力，用表示。同樣，試樣在標(biāo)距段的伸長L除以試樣的原始標(biāo)距O得到名義應(yīng)變，也叫工程應(yīng)變，用表示。曲線與FL曲線形狀相似，但消除了兒何尺寸的影響，因此代表了材料本質(zhì)屬性，即材料的本構(gòu)關(guān)系。低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變圖（曲線）典型低碳鋼的拉伸曲線，如上圖所示，可明顯分為四個(gè)階段：（1）彈性階段oa：在此階段試樣的變形是彈性的，如果在這一階段終止拉

5、伸并卸載，試樣仍恢復(fù)到原先的尺寸，試驗(yàn)曲線將沿著拉伸曲線回到初始點(diǎn)，表明試樣沒有任何殘余變形。習(xí)慣上認(rèn)為材料在彈性范圍內(nèi)服從虎克定律，其應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)檎汝P(guān)系，即式中比例系數(shù)E代表直線的斜率，稱為材料的彈性模量，其常用單位為GPa。它是代表材料發(fā)生彈性變形的主要性能參數(shù)。E的大小反映材料抵抗彈性變形的一種能力，代表了材料的剛度。此外，材料在發(fā)生桿的軸向伸長的同時(shí)還發(fā)生橫向收縮。反映橫向變形的橫向應(yīng)變與之比的絕對(duì)值稱為材料的泊松比。它是代表材料彈性變形的另一個(gè)性能參數(shù)。（2）屈服階段ab：在超過彈性階段后出現(xiàn)明顯的屈服過程，即曲線沿一水平段上下波動(dòng)，即應(yīng)力增加很少，變形快速增加。這表明材料在此載荷

6、作用下，宏觀上表現(xiàn)為暫時(shí)喪失抵抗繼續(xù)變形的能力，微觀上表現(xiàn)為材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化。從微觀結(jié)構(gòu)解釋這一現(xiàn)象，是由于構(gòu)成金屬晶體材料結(jié)構(gòu)晶格間的位錯(cuò)，在外力作用下發(fā)生有規(guī)律的移動(dòng)造成的。如果試樣表面足夠光滑、材料雜質(zhì)含量少，可以清楚地看出試樣表面有450方向的滑移線。根據(jù)GB/T2282002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力稱為上屈服強(qiáng)度，記為“ReH”；在屈服期間，不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)的最低應(yīng)力稱為下屈服強(qiáng)度，記為“ReL”，若試樣發(fā)生屈服而力首次下降的最小應(yīng)力是屈服期間的最小應(yīng)力時(shí)，該最小應(yīng)力稱為初始瞬時(shí)效應(yīng)，不作為下屈服強(qiáng)度。通常把試驗(yàn)測(cè)定的下屈服強(qiáng)度ReL作為材料的屈服極限

7、S，S是材料開始進(jìn)入塑性的標(biāo)志。不同的塑性材料其屈服階段的曲線類型有所不同，其屈服強(qiáng)度按GB/T228-2002規(guī)定確定。結(jié)構(gòu)、零件的外加載荷一旦超過這個(gè)應(yīng)力，就可以認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)或零件會(huì)因?yàn)檫^量變形而失效。因此，強(qiáng)度設(shè)計(jì)中常以屈服極限S作為確定許可應(yīng)力的基礎(chǔ)。由于材料在這一階段已經(jīng)發(fā)生過量變形，必然殘留不可恢復(fù)的變形（塑性變形），因此，從屈服階段開始，材料的變形就包含彈性和塑性兩部分。 （3）強(qiáng)化階段bc：屈服階段結(jié)束后，曲線又出現(xiàn)上升現(xiàn)象，說明材料恢復(fù)了對(duì)繼續(xù)變形的抵抗能力，材料若要繼續(xù)變形必須施加足夠的載荷。如果在這一階段卸載，彈性變形將隨之消失，而塑性變形將永遠(yuǎn)保留。強(qiáng)化階段的卸載路徑與

8、彈性階段平行。卸載后若重新加載，材料的彈性階段線將加長、屈服強(qiáng)度明顯提高，塑性將降低。這種現(xiàn)象稱作應(yīng)變強(qiáng)化或冷作硬化。冷作硬化是金屬材料極為寶貴的性質(zhì)之一。塑性變形與應(yīng)變強(qiáng)化二者結(jié)合，是工廠強(qiáng)化金屬的重要手段。例如：噴丸、擠壓，冷拔等工藝，就是利用材料的冷作硬化來提高材料的強(qiáng)度。強(qiáng)化階段的塑性變形是沿軸向均勻分布的。隨塑性變形的增長，試樣表面的滑移線亦愈趨明顯。曲線的應(yīng)力峰值Rm為材料的強(qiáng)度極限b。對(duì)低碳鋼來說b是材料均勻塑性變形的最大抵抗能力，也是材料進(jìn)入頸縮階段的標(biāo)志。（4）頸縮階段cd：應(yīng)力到達(dá)強(qiáng)度極限后，開始在試樣最薄弱處出現(xiàn)局部變形，從而導(dǎo)致試樣局部截面急劇頸縮，承載面積迅速減少，試

9、樣承受的載荷很快下降，直至斷裂。斷裂時(shí)，試樣的彈性變形消失，塑性變形則遺留在斷裂的試樣上。塑性材料和脆性材料的拉伸曲線存在很大差異。低碳鋼和鑄鐵是工程材料中最具典型意義的兩種材料，前者為塑性材料，后者為脆性材料。觀察它們?cè)诶爝^程中的變形和破壞特征有助于正確、合理地認(rèn)識(shí)和選用材料。根據(jù)試驗(yàn)機(jī)繪制的拉伸FL曲線確定低碳鋼的、和鑄鐵的。（1）原始橫截面面積（S0）的測(cè)定：圓形橫截面試樣，應(yīng)分別在標(biāo)距內(nèi)兩端及中部測(cè)量直徑。測(cè)量某處的直徑時(shí)，應(yīng)在該處測(cè)量兩個(gè)互垂方向的直徑，取其算術(shù)平均值。原始橫截面面積S0取三處測(cè)得的最小直徑計(jì)算，并至少保留4位有效數(shù)字。（2）強(qiáng)度指標(biāo)（、）的測(cè)定：從低碳鋼的FL曲線

10、讀取試樣的FeL和Fm值，將其分別除以試樣的原始橫截面面積S0得低碳鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；從鑄鐵的FL曲線讀取試樣的Fm值，將其除以試樣的原始橫截面面積S0得鑄鐵抗拉強(qiáng)度；根據(jù)拉斷后低碳鋼試樣的斷口直徑及標(biāo)距段長度確定A11.3 和Z（1）原始標(biāo)距L0的標(biāo)記：低碳鋼拉伸試樣的標(biāo)距段原始長度為100mm，分十等分，用劃線機(jī)劃細(xì)的圓周線作為標(biāo)記。（2）低碳鋼斷面收縮率Z的測(cè)定：斷裂后試樣橫截面的最大縮減量S0Su與原始橫截面面積S0之比的百分率為斷面收縮率。測(cè)量時(shí)將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，使其軸線處于同一直線上。測(cè)量圓形橫截面縮頸處的最小直徑計(jì)算縮頸后的試樣最小橫截面面積Su。（3）低碳鋼

11、斷后伸長率A11.3的測(cè)定：斷后標(biāo)距的殘余伸長LuL0與原始標(biāo)距L0之比的百分率為斷后伸長率。對(duì)于比例試樣，若原始標(biāo)距不為，則符號(hào)A應(yīng)附下標(biāo)注明所使用的比例系數(shù)，例如A11.3表示原始標(biāo)距L0為的試樣斷后伸長率。測(cè)量時(shí)將試樣斷裂部分仔細(xì)地配接在一起，應(yīng)使試樣二段的軸線處于同一直線上，并且斷裂部分適當(dāng)接觸。當(dāng)斷裂處與最接近的標(biāo)距標(biāo)記的距離不小于原始標(biāo)距的三分之一時(shí)，標(biāo)距段長度Lu按要求配接后直接測(cè)量，否則應(yīng)按下述移位方法測(cè)量Lu。試驗(yàn)前將原始標(biāo)距L0細(xì)分為N等分，把每一等分的細(xì)圓周線稱為標(biāo)距等分標(biāo)記試驗(yàn)后，以符號(hào)X表示斷裂后試樣短的一段距離試樣夾持部最近的標(biāo)距等分標(biāo)記，以符號(hào)Y表示斷裂試樣長的一

12、段的標(biāo)距等分標(biāo)記，要求Y與斷裂處的距離最接近X與斷裂處的距離，X與Y之間的標(biāo)距等分格數(shù)為n。若Nn為偶數(shù)，以符號(hào)Z表示斷裂試樣長的一段的標(biāo)距等分標(biāo)記，要求Z與Y的標(biāo)距等分格數(shù)為。分別測(cè)量X與Y之間的距離記為XY、Y與Z之間的距離記為YZ，則試樣斷后的標(biāo)距段長度LuXY2YZ，如下圖（a）所示。若Nn為奇數(shù)，以符號(hào)Z 和Z表示斷裂試樣長的一段的標(biāo)距等分標(biāo)記，要求Z與Y的標(biāo)距等分格數(shù)為，Z與Z的標(biāo)距等分格數(shù)為1。分別測(cè)量X與Y之間的距離記為XY、Y與Z之間的距離記為Y Z、Z與Z之間的距離記為Z Z，則試樣斷后的標(biāo)距段長度LuXY2Y Z Z Z，如下圖（b）所示。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 按要求測(cè)量試樣

13、的原始橫截面面積S0。低碳鋼標(biāo)距段原始長度不用測(cè)量，為100mm。鑄鐵不定標(biāo)距，不用測(cè)量。2、 按要求裝夾試樣（先選其中一根），并保持上下對(duì)中。3、 按指導(dǎo)老師要求選擇“試驗(yàn)方案” “新建實(shí)驗(yàn)” “金屬圓棒拉伸實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行試驗(yàn)，詳細(xì)操作要求見電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)使用說明。4、 試樣拉斷后拆下試樣，重新調(diào)整試驗(yàn)機(jī)活動(dòng)臺(tái)的合理高度（一般為10mm），按要求裝夾另一根試樣，選擇“繼續(xù)實(shí)驗(yàn)” 進(jìn)行第二根試樣的拉伸試驗(yàn)。5、 第二根試樣拉斷后拆下試樣，根據(jù)電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)使用說明把兩根試樣的FL曲線添加不同的顏色一起顯示在微機(jī)顯示屏上。從低碳鋼的FL曲線上讀取FeL、Fm值，從鑄鐵的FL曲線上讀取Fm值。

14、并比較兩條曲線的特征。6、 測(cè)量低碳鋼拉斷后的斷口最小橫截面面積Su。7、 根據(jù)低碳鋼斷口的位置選擇直接測(cè)量或移位方法測(cè)量標(biāo)距段長度Lu。8、 比較低碳鋼和鑄鐵的斷口特征。9、 試驗(yàn)機(jī)復(fù)原。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理要求1、試樣直徑的測(cè)量與測(cè)量工具的精度保持一致。2、橫截面面積的計(jì)算值取4位有效數(shù)字。3、拉伸力學(xué)性能指標(biāo)的數(shù)值確定應(yīng)保留計(jì)算過程，最終結(jié)果值按下表要求修約。性能名稱范圍修約間隔屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度200MPa1MPa2001000MPa5MPa1000MPa10MPa斷后伸長率0.5斷面收縮率0.5六、思考題1、為什么在實(shí)驗(yàn)前需要測(cè)試件原始尺寸，包括哪些數(shù)據(jù)，如何測(cè)？2、如果試件直徑為10

15、mm ,按標(biāo)準(zhǔn)短比例試件要求，標(biāo)距應(yīng)定為多少？ 3、哪種材料需要在試件拉斷后測(cè)量試件尺寸？4、鑄鐵拉伸變形為什么沒有屈服、強(qiáng)化及縮頸等階段？5、 測(cè)定材料屈服強(qiáng)度的意義？哪些材料需要測(cè)定屈服強(qiáng)度？6、 應(yīng)變強(qiáng)化是哪類材料的特點(diǎn)，發(fā)生在拉伸過程的哪個(gè)階段，有何作用和意義？12 軸向壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定低碳鋼壓縮時(shí)的屈服強(qiáng)度s。2、測(cè)定鑄鐵壓縮時(shí)的抗壓強(qiáng)度by。3、比較低碳鋼和鑄鐵在壓縮時(shí)的變形規(guī)律和破壞現(xiàn)象，并進(jìn)行比較。二、設(shè)備及試樣1、電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)（自行改造）。2、游標(biāo)卡尺。3、低碳鋼、鑄鐵圓形橫截面短試樣各一枚。注：材料壓縮短試樣試樣標(biāo)距段原始高度h0和標(biāo)距段原始直徑d0 的比

16、值通常規(guī)定為：1h0/ d03。而長試樣通常用于拉伸試驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法當(dāng)試樣承受壓縮時(shí)，其上下端面與試驗(yàn)機(jī)墊板之間產(chǎn)生很大的摩擦力，如下圖，這些摩擦力阻礙試樣上部和下部的橫向變形，使其抗壓能力有所提高，故試驗(yàn)時(shí)試樣兩端面應(yīng)涂以潤滑劑以減小摩擦力的影響。另外，當(dāng)h0/ d0增大時(shí)，摩擦力的影響也會(huì)減少，因此試樣的抗壓能力將隨比值h0/ d0的增大而略有降低。由此可見，只有在相同的試驗(yàn)條件下，才能對(duì)不同材料的壓縮性能進(jìn)行比較。施加載荷時(shí)，要求其合力作用線與試樣軸線一致，為此試樣兩端面必須平行且與軸線垂直；同時(shí)，在試驗(yàn)機(jī)下墊板底部有球形承墊，見上圖。當(dāng)試樣兩端面稍有不平行時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整下墊板平

17、面的方位，使接觸面載荷均勻分布。 低碳鋼壓縮試驗(yàn)中，屈服現(xiàn)象不及拉伸時(shí)那樣明顯，從Fl曲線讀下屈服載荷Fs，由此可求得屈服極限。此后由于材料良好的塑性，使其壓成餅狀而不致破壞，故低碳鋼不存在壓縮強(qiáng)度極限。 鑄鐵壓縮試驗(yàn)則在出現(xiàn)較大（相對(duì)于拉伸而言）的塑性變形后發(fā)生破壞，其裂紋方向與軸線約成450角，此時(shí)的載荷即為最大載荷Fby，由此可算得壓縮強(qiáng)度極限。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量試樣的原始尺寸。2、安裝試樣并保持上下對(duì)中。3、根據(jù)試樣的負(fù)荷和變形水平，按試驗(yàn)機(jī)操作軟件設(shè)定試驗(yàn)的詳細(xì)步驟加載試驗(yàn)。4、觀察試樣變形和破壞特征。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理要求（同軸向拉伸實(shí)驗(yàn)）六、思考題1、說明鑄鐵壓縮破壞原因？2、

18、總結(jié)低碳鋼、鑄鐵的拉伸、壓縮力學(xué)性能。13 低碳鋼拉伸彈性模量E的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定低碳鋼拉伸時(shí)的彈性模量E。2、了解引伸儀的原理和球鉸式引伸儀的使用。二、設(shè)備及試樣1、小型測(cè)E臺(tái)。2、球鉸式引伸儀。3、8mm低碳鋼拉伸比例長試樣一根。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法彈性模量E是材料在單向應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力低于比例極限時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，即。試樣軸向拉伸時(shí)，上式也可寫成（F為軸向載荷，A為橫截面面積，L為長L0的一段試樣的總變形）。所以在材料的比例極限內(nèi)，對(duì)試樣施加軸向拉伸載荷F，并測(cè)量長L0的一段試樣的總變形L，即可求得彈性模量E。因?yàn)樵嚇釉诒壤龢O限內(nèi)變形很小，測(cè)量需要高放大倍數(shù)的引伸儀。為減少測(cè)量誤差

19、，試驗(yàn)采用等增量法加載，即把載荷分成若干相等的加載等級(jí)F，逐級(jí)加載。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置一個(gè)較小的初載砝碼，然后分四級(jí)等量加載。測(cè)量長L0的一段試樣在等量F加載時(shí)的各級(jí)變形增加量（L）i。若各級(jí)（L）i 基本相等，就表明L與F成線性關(guān)系，符合虎克定律。實(shí)驗(yàn)完成一次加載過程，將得到Fi和Li的一組數(shù)據(jù)。用彈性模量平均法求得： （i=1、2、3、4）四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、球鉸引伸儀是精密儀器，使用時(shí)用上、下兩對(duì)頂尖固定在試樣上。實(shí)驗(yàn)前，安裝已由指導(dǎo)老師完成。學(xué)生使用時(shí)，不允許自行拆裝，以免造成引伸儀脫落而損壞。2、由于一堂實(shí)驗(yàn)課每臺(tái)裝置需要重復(fù)使用二、三十次，所以學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要自行轉(zhuǎn)動(dòng)千分表的刻度盤?？潭缺P

20、指針不對(duì)零，并不影響測(cè)量結(jié)果，實(shí)驗(yàn)時(shí)不用調(diào)零。3、使用前應(yīng)檢查球鉸引伸儀的千分表小指針是否有大于2的初始值，否則聯(lián)系指導(dǎo)老師作調(diào)整。學(xué)生不要自行調(diào)整，以免損壞引伸儀。4、砝碼加、卸時(shí)應(yīng)輕拿輕放，避免引起千分表指針的擺動(dòng)，增大測(cè)量誤差。加載時(shí)砝碼與砝碼托盤、砝碼與砝碼之間應(yīng)對(duì)齊并套合凹凸面，防止砝碼脫落造成安全隱患。5、因?yàn)榍Х直硌b在下標(biāo)距叉一側(cè)，試樣伸長時(shí)，觸頭向下移動(dòng)，千分表大指針會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，所以千分表應(yīng)記讀“紅字”刻度值，記讀時(shí)估讀一位小數(shù)。6、完成一次四級(jí)等量加載并記錄各級(jí)載荷相應(yīng)的千分表讀數(shù)后應(yīng)及時(shí)卸下所有砝碼，避免砝碼碰落造成安全隱患。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、查看引伸儀安裝是否可靠，千分表

21、是否有預(yù)壓量（小指針是否有大于2的初始值）。如不滿足，告知指導(dǎo)老師，由指導(dǎo)老師進(jìn)行調(diào)整。2、加最小的初載砝碼，記錄千分表大指針讀數(shù)，然后逐個(gè)加等量砝碼，逐級(jí)記讀，完成四級(jí)等量加載，并記錄各級(jí)千分表讀數(shù)后即刻卸下所有砝碼。3、計(jì)算千分表的各級(jí)讀數(shù)增量。當(dāng)試樣軸向拉伸，材料在比例極限內(nèi)時(shí)，若增加的砝碼重量相同，理論上其相應(yīng)的位移增加量也應(yīng)相同，如誤差較大，應(yīng)檢查原因。4、重復(fù)上述“2、”“3、”過程二到三次。5、設(shè)備復(fù)原。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理要求用彈性模量平均法測(cè)定E，彈性模量取3位有效數(shù)字，橫截面面積取4位有效數(shù)字。七、思考題1、試樣的截面形狀和尺寸對(duì)測(cè)量彈性模量有無影響。2、測(cè)定E時(shí)為何要加初載？

22、采用分級(jí)加載的目的是什么？14 扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定低碳鋼的剪切屈服點(diǎn)s，抗扭強(qiáng)度b。2、測(cè)定鑄鐵的抗扭強(qiáng)度b。3、比較低碳鋼和鑄鐵在扭轉(zhuǎn)時(shí)的變形和破壞特征。二、設(shè)備及試樣1、伺服電機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)（自行改造）。2、0.02mm游標(biāo)卡尺。3、低碳鋼10圓試件一根，畫有兩圈圓周線和一根軸向線。4、鑄鐵10圓試件一根。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法塑性材料試樣安裝在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，以6-10/min的主動(dòng)夾頭旋轉(zhuǎn)速度對(duì)試樣施加扭力矩，在計(jì)算機(jī)的顯示屏上即可得到扭轉(zhuǎn)曲線（扭矩-夾頭轉(zhuǎn)角圖線），如下圖為低碳鋼的部分扭轉(zhuǎn)曲線。試樣變形先是彈性性的，在彈性階段，扭矩與扭轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。彈性變形到一

23、定程度試樣會(huì)出現(xiàn)屈服。扭轉(zhuǎn)曲線扭矩首次下降前的最大扭矩為上屈服扭矩Tsu；屈服段中最小扭矩為下屈服扭矩Tsl，通常把下屈服扭矩對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為材料的屈服極限s，即：s=sl= Tsl/W。當(dāng)試樣扭斷時(shí)，得到最大扭矩Tb，則其抗扭強(qiáng)度為b= Tb/W式中W為抗扭截面模量，對(duì)實(shí)心圓截面有W=d03/16。鑄鐵為脆性材料，無屈服現(xiàn)象，扭矩-夾頭轉(zhuǎn)角圖線如左圖，故當(dāng)其扭轉(zhuǎn)試樣破斷時(shí)，測(cè)得最大扭矩Tb，則其抗扭強(qiáng)度為：b= Tb/W四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量試樣原始尺寸 分別在標(biāo)距兩端及中部三個(gè)位置上測(cè)量的直徑，用最小直徑計(jì)算抗扭截面模量。2、安裝試樣并保持試樣軸線與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心一致。3、低碳鋼扭轉(zhuǎn)破壞

24、試驗(yàn)，觀察線彈性階段、屈服階段的力學(xué)現(xiàn)象，記錄上、下屈服點(diǎn)扭矩值，試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。4、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞試驗(yàn)，試樣扭斷后，記錄最大扭矩值，觀察斷口特征。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、試樣直徑的測(cè)量與測(cè)量工具的精度一致。2、抗扭截面模量取4位有效數(shù)字。3、力學(xué)性能指標(biāo)數(shù)值的修約要求同拉伸實(shí)驗(yàn)。六、思考題1、低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)圓周線和軸向線如何變化？與扭轉(zhuǎn)平面假設(shè)是否相符？2、如用木材或竹材制成纖維平行于軸線的圓截面試樣，受扭時(shí)它們將按怎樣的方式破壞？3、根據(jù)低碳鋼和鑄鐵的破口特征，分析兩種材料扭轉(zhuǎn)破壞的原因？4、 比較低碳鋼拉伸和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，從進(jìn)入塑性變形階段到破壞的全過程，兩者變形有何明顯的區(qū)別？15 低碳鋼剪切彈性模量G的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切彈性模量G。2、了解扭角儀的原理。二、設(shè)備及試樣1、小型測(cè)G臺(tái)。2、扭角儀。3、10mm低碳鋼扭轉(zhuǎn)試樣一根。三、實(shí)驗(yàn)原理及方法剪切彈性模量G是