課程教案
課程名稱
任課教師
所屬院部： 建築工程與藝術學院
教學班級
教學時間：2015—2016 學年第 1 學期
湖南工學院
實驗一拉伸實驗
一、本實驗主要內容
低碳鋼和鑄鐵的拉伸實驗。
二、實驗目的與要求
1.測定低碳鋼的流動極限、強度極限、延伸率、截面收縮率和鑄鐵的強度極限。
2.根據碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現的現象，繪出外力和變形間的關係曲線（曲線）。
3.比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸效能和斷口情況。
三、實驗重點難點
1、拉伸時難以建立均勻的應力狀態。
2、採集資料時，對資料的讀取。
四、教學方法和手段
課堂講授、提問、討論、啟發、演示、辯論等；實驗前對學生進行實驗的理論指導和提醒學生實驗過程的注意事項。
五、作業與習題布置
1、低碳鋼拉伸圖分為幾階段？每一階段，力與變形有何關係？有什麼現象？
2、低碳鋼和鑄鐵在拉伸時可測得哪些力學效能指標？用什麼方法測得？
實驗一拉伸實驗
拉伸實驗是測定材料力學效能的最基本最重要的實驗之一。由本實驗所測得的結果，可以說明材料在靜拉伸下的一些效能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規律、材料的彈性、塑性、強度等重要機械效能，這些效能是工程上合理地選用材料和進行強度計算的重要依據。
一、實驗目的要求
1.測定低碳鋼的流動極限、強度極限、延伸率、截面收縮率和鑄鐵的強度極限。
2.根據碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現的現象，繪出外力和變形間的關係曲線（曲線）。
3.比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸效能和斷口情況。
二、實驗裝置和儀器
萬能材料試驗機、游標卡尺、分規等。
三、拉伸試件
金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度稱為標距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便於裝入試驗機的夾頭內。
為了使實驗測得的結果可以互相比較，試件必須按國家標準做成標準試件，即或。
對於一般板的材料拉伸實驗，也應按國家標準做成矩形截面試件。其截面面積和試件標距關係為或，為標距段內的截面積。
四、實驗方法與步驟
1、低碳鋼的拉伸實驗
（1）試件的準備：在試件中段取標距或在標距兩端用分規打上沖眼作為標誌，用游標卡尺在試件標距範圍內測量中間和兩端三處直徑（在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取最小值作為計算試件橫截面面積用。
（2）試驗機的準備；首先了解材料試驗機的基本構造原理和操作方法，學習試驗機的操作規程。根據低碳鋼的強度極限及試件的橫截面積，初步估計拉伸試件所需最大載荷，選擇合適的測力度盤，並配置相應的擺錘，開動機器，將測力指標調到「零點」，然後調整試驗機下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內。
（3）進行實驗：試件夾緊後，給試件緩慢均勻載入，用試驗機上自動繪圖裝置，繪出外力和變形的關係曲線（曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當載荷增加到點時，拉伸圖上段是直線，表明此階段內載荷與試件的變形成比例關係，即符合虎克定律的彈性變形範圍。
當載荷增加到點時，測力計指標停留不動或突然下降到點，然後在很小的範圍內擺動，這時變形增加很快，載荷增加很慢；這說明材料產生了流動（或者叫屈服）,與點相應的應力叫上流動極限，與相應的應力叫下流動極限，因下流動極限比較穩定，所以材料的流動極限一般規定按下流動極限取值。以點相對應的載荷值除以試件的原始截面積即得到低碳鋼的流動極限，流動階段後，試件要承受更大的外力，才能繼續發生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中點至點這一段為強化階段。當載荷達到最大值（點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內，此段發生截面收縮，即出現「頸縮」現象。
此時記下最大載荷值，用除以試件的原始截面積，就得到低碳鋼的強度極限。在試件發生「頸縮」後，由於截面積的減小，載荷迅速下降，到點試件斷裂。
關閉機器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標卡尺測量出斷裂後試件標距間的長度，按下式可計算出低碳鋼的延伸率
。將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標卡尺量出斷口（細頸）處的直徑，計算出面積；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率，
圖1-2圖1-3
從破壞後的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘餘伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠則變形愈小，因此測得的數值與斷口的部位有關。為了統一值的計算，規定以斷口在標距長度**的區段內為準，來測量的值，若斷口不在區段內時，需要採用斷口移中的方法進行換算，其方法如下：
設兩標點到之間共刻有格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的乙個刻線起，向右取格，標記為，這就相當於把斷口擺在標距**，再看點至點有多少格，就由點向左取相同的格數，標以記號，令表示到的長度，則的長度中包含的格數等於標距長度內的格數，故。
當斷口非常接近試件兩端，而與其頭部之距離等於或小於直徑的兩倍時，一般認為實驗結果無效，需要重作實驗。
2、鑄鐵的拉伸實驗
（1）試件的準備：用游標卡尺在試件標距範圍內測量中間和兩端三處直徑取最小值計算試件截面面積，根據鑄鐵的強度極限，估計拉伸試件的最大載荷。
（2）試驗機的準備：與低碳鋼拉伸實驗相同。
進行實驗：開動機器，緩慢均勻載入直到斷裂為止。記錄最大載荷，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。
將最大載荷值除以試件的原始截面積，就得到鑄鐵的強度極限，。因為鑄鐵為脆性材料，在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。
五、預習要求
閱讀教材中材料力學效能的有關部分，準備好測試記錄**。
六、思考題
（1）低碳鋼拉伸圖可分為幾個階段？每一階段，力與變形有何關係？出現什麼現象？
（2）低碳鋼和鑄鐵在拉伸時可測得哪些力學效能指標？用什麼方法測得？
教學後記：
實驗二純彎梁試驗
一、本實驗主要內容
通過實驗研究純彎梁彎曲其正截面的應力分布規律，驗證彎曲正應力公式。
二、實驗目的與要求
1. 測定梁在純彎曲時某一截面上的應力及其分布情況。。
2. 觀察梁在純彎曲情況下所表現的虎克定律，從而判斷平面假設的正確性。
3. 進一步熟悉電測靜應力實驗的原理並掌握其操作方法。
三、實驗重點難點
1、如何保證實驗過程中梁的彎曲為純彎曲。
2、採集資料時，對資料的讀取。
四、教學方法和手段
課堂講授、提問、討論、啟發、演示、辯論等；實驗前對學生進行實驗的理論指導和提醒學生實驗過程的注意事項。
五、作業與習題布置
1、影響實驗結果的主要因素有哪一些？
實驗二：純彎梁實驗
一、實驗目的：
1、測定梁在純彎曲時某一截面上的應力及其分布情況。
2、觀察梁在純彎曲情況下所表現的虎克定律，從而判斷平面假設的正確性。
3、進一步熟悉電測靜應力實驗的原理並掌握其操作方法。
4、實驗結果與理論值比較,驗證彎曲正應力公式σ=my/iz的正確性。
5、測定泊松比μ。
二、實驗梁的安裝示意圖
圖2-1 純彎梁實驗安裝圖
1.純彎梁的正應力的分布規律實驗裝置
其裝置如圖2-1所示。
2.純彎梁的安裝與調整：
在如圖2-1所示位置處，將9.拉壓力感測器安裝在8.蝸桿公升降機構上,擰緊，將2.
支座(兩個)放於如圖所示的位置,並對於加力中心成對稱放置,將純彎梁置於支座上,也稱對稱放置,將4.加力杆接頭(兩對)與6.加力杆(兩個)連線,分別用3.
銷子懸掛在純彎梁上,再用銷子把11.載入下樑固定於圖上所示位置,調整加力杆的位置兩桿都成鉛垂狀態並關於加力中心對稱。搖動7.
手輪使感測器公升到適當位置，將10.壓頭放如圖中所示位置,壓頭的尖端頂住載入下樑中部的凹槽,適當搖動手輪使感測器端部與壓頭稍稍接觸。檢查載入機構是否關於載入中心對稱,如不對稱應反覆調整。
注意：實驗過程中應保證載入杆始終處於鉛垂狀態,並且整個載入機構關於中心對稱,否則將導致實驗結果有誤差，甚至錯誤。
3.純彎梁的貼片：
5＃、4＃分別位於梁水平上、下平面的縱向軸對稱中心線上，1＃片位於梁的中性層上,2＃、3＃片分別位於距中性層和梁的上下邊緣相等的縱向軸線上,6＃片與5＃片垂直，如圖2-3所示。
圖2-3 純彎梁貼片圖
三、實驗原理
圖2-4 純彎梁受力圖
圖2-4為試樣受力圖
為了測量應變隨試樣截面高度的分布規律，應變片的貼上位置如圖2-3所示。這樣可以測量試件上下邊緣、中性層及其他中間點的應變，便於了解應變沿截面高度變化的規律。
表2-1原始參數列
由材料力學可知，矩形截面梁受純彎時的正應力公式為
式中：m為彎矩；
y為中性軸至欲求應力點的距離；
為橫截面對z軸的慣性矩。
本實驗採用逐級等量載入的方法載入，每次增加等量的載荷⊿p，測定各點相應的應變增量一次，即：初載荷為零，最大載荷為4kn，等量增加的載荷⊿p為500n。分別取應變增量的平均值(修正後的值) ，求出各點應力增量的平均值。
把測量得到的應力增量與理**式計算出的應力增量加以比較，從而可驗證公式的正確性，上述理**式中的按下式求出：
材料力學中還假設梁的純彎曲段是單向應力狀態，為此在梁上（或下）表面橫向貼上6＃應變片，可測出，式中μ：梁材料的泊松比可由（/）計算得到μ，從而驗證梁彎曲時近似於單向應力狀態。材料的彈性模量e值和泊松比μ值。
四、實驗步驟
1、確認純彎梁截面寬度 b=20mm,高度 h=40mm，載荷作用點到梁兩側支點距離a=100mm 。
2、將感測器連線到bz 2208-a測力部分的訊號輸入端，將梁上應變片的公共線接至應變儀任意通道的a端子上，其它接至相應序號通道的b端子上，公共補償片接在公共補償端子上。檢查並紀錄各測點的順序。
3、開啟儀器設定儀器的引數，測力儀的量程和靈敏度設為感測器量程、靈敏度。
4、本實驗取初始載荷p0=0.5kn（500n），pmax=2.5kn(2500n)，δp=0.
5kn(500n)，以後每增加載荷500n，記錄應變讀數εi，共載入五級，然後解除安裝。再重複測量，共測三次。取數值較好的一組，記錄到資料列表中。
材料力學實驗指導書
土木工程基礎實驗 實驗指導書 中國礦業大學銀川學院 土木工程實驗室 楊維武郭賓編 2013年11月 實驗守則 一 要按指定的時間進行實驗。準時進入實驗室，不得遲到 早退。二 每次實驗前，要仔細閱讀實驗指導書，基本了解實驗目的 實驗裝置，實驗原理 實驗方法與步驟等，做到心中有數。三 以小組為單位進行實...
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實驗 一 用百分表扭角儀法測定切變模量g 在比例極限內驗證扭轉時的剪下虎克定律，並測定材料的切變模量g。1 多功能組合實驗台 2 百分表 空心圓管 材料為不鏽鋼 內徑d 40.7 mm 外徑d 47.14 mm 長度l 420mm 1 閱讀第二章中多功能組合實驗台工作原理 使用方法以及百分表的工作原...
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五 實驗步驟 低碳鋼試件 1 試件 用游標卡尺分別測量試件兩端及中部三個橫截面i 2 3 的直徑，每處在相互垂直的兩個方向上各測一次，取平均值為該處直徑 以三處測量結果中的最小值作為d 計算試件的橫截面面積a0，取三位有效數字。為便於觀察變形沿軸向的分布情況和試驗後容易量出試件斷裂後的計算長度l可用...