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实验一金属材料拉伸、压缩实验
实验简介:金属材料常温、静载下的轴向拉伸与压缩试验是材料力学实验中最基本且应用广泛的实验。
通过实验,可以全面测定材料的力学性能指标。这些指标对材料力学的分析计算及工程设计有极其重要的
作用。本次试验将参照国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》选用低碳钢和铸铁作为塑
性材料和脆性材料的代表,分别进行拉伸和压缩试验。
预习要求:学生在上实验课之前,必须复习课堂上讲过的有关材料在拉伸、压缩时力学性能的内容。根据
上述试验目的,写出确定各个力学性能参数的计算公式,明确在试验前应测量哪些初始数据,在试验过程
中需要记录哪些数据,合理列出本次试验所需的数据记录与表格,画在实验记录纸上。试验前交指导教师
检查。
一.实验目的:
1.测定低碳钢下列力学性能指标:拉伸时的屈服极限、强度极限、延伸率、截面收缩率;
sb
压缩时的屈服极限。
s
2.测定铸铁下列力学性能指标:拉伸时的强度极限;压缩时的强度极限。
btbc
3.观察上述两种材料在拉伸和压缩的全过程中所出现的各种变形现象。
4.比较低碳钢(塑性材料)与铸铁(脆性材料)的力学性能特点与试件的断口情况,分析各自的破
坏原因。
二.实验设备仪器:
1.电子万能材料试验机。
2.画线机、力传感器、位移传感器和游标卡尺等。
3.符合国标规定的圆形截面拉伸和压缩试件。
三.实验原理:
进行拉伸试验时,外力必须通过试样轴线,以确保材料处于单向应力状态。一般试验机都设有自动绘
图装置,用以记录试样的拉伸图即P-ΔL曲线,形象地体现了材料变形特点以及各阶段受力和变形的关系。
但是P-ΔL曲线的定量关系不仅取决于材质而且受试样几何尺寸的影响。因此,拉伸图往往用名义应力-
应变曲线(即σ-ε曲线)来表示:
P
A
0试样的名义应力
L
L
0试样的名义应变
A和L分别代表初始条件下的面积和标距。σ-ε曲线与P-ΔL曲线相似,但消除了几何尺寸的影响。
00
因此,能代表材料的属性。单向拉伸条件下的一些材料的机械性能指标就是在σ-ε曲线上定义的。如果
试验能提供一条精确的拉伸图,那么单向拉伸条件下的主要力学性能指标就可精确地测定。
不同性质的材料拉伸过程也不同,其σ-ε曲线会存在很大差异。低碳钢和铸铁是性质截然不同的两
种典型材料,它们的拉伸曲线在工程材料中十分典型,掌握它们的拉伸过程和破坏特点有助于正确、合理
地认识和选用材料。
低碳钢具有良好的塑性,由σ-ε曲线(如图)可以看出,低碳钢断裂前明显地分成四个阶段:
1
弹性阶段(oa)试件的变形是弹性
的。在这个范围内卸载,试样仍恢复原
来的尺寸,没有任何残余变形。习惯上
认为材料在弹性范围内服从虎克定律,
其应力、应变为正比关系,即E
(其中,比例系数E代表直线的斜率,
称作材料的弹性模量)。
屈服阶段(bc):σ-ε曲线上出现明
显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗
继续变形的能力。这时,应力基本上不
变化,而变形快速增长。通常把下屈服
F
点作为材料屈服极限σ(S)。
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