適用專業：建築工程技術
實驗專案一：低碳鋼的拉伸實驗
一、實驗目的
1、 了解微機控制萬能材料試驗機的工作原理，演示試驗機的基本操作方法；
2、 測定低碳鋼的抗拉強度σb、屈服強度σs、伸長率δ及截面收縮率ψ；
3、 觀察低碳鋼在拉伸過程中的現象和試樣的破壞特徵，分析斷口破壞原因，繪製拉伸曲
線圖及斷口示意圖。
二、實驗裝置
萬能材料試驗機、游標卡尺、直尺。
三、實驗原理
根據國標gb228-99《金屬拉伸試驗方法》中的規定，進行試件的加工和測量。金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖1-1所示，圖中l0段稱為標距，一般所說試件的變形就是指這一段的變形。lc是平行長度，
兩端是試驗機夾持的部分。
試件在拉伸時，其尺寸、形狀對實驗結果有較大的影響，為了使實驗測得的結果可以互相比較，必須按國家標準gb6397-99《金屬拉伸試驗試樣》的規定，按標準製作試樣。拉伸試樣一般分為比例和定標距兩種試樣，表1-1給出圓形截面和矩形截面比例試樣的國標規定，供讀者參考。
對於一般板材仍按國家標準製成矩形截面試樣時，截面面積a和試件標距l的關係為l=11.3[', 'altimg': 'de9bccc7e5558f84e16f30401ee1bffe.
png', 'w': '29', 'h': '29'}]（長試件）或5.
65[', 'altimg': 'de9bccc7e5558f84e16f30401ee1bffe.png', 'w':
'29', 'h': '29'}]（短試件）。
表1-1 比例及非比例試件
將低碳鋼試件置於試驗機中拉伸，其拉伸圖如圖1-2所示:
a點以前，桿件僅有彈性變形，且p和l成線性關係，即遵守虎克定律：
δl=[', 'altimg': '2697e436b3b2ebb1965822602bc8000c.png', 'w': '30', 'h': '431-1）
a點以後，曲線不再保持直線，至b點開始屈服，以後成鋸齒形，b點為載荷下降的最低點。b點的數值與試件載入速度、試件形式等有關，而b點的數值比較
穩定，工程上常取b點的載荷作為屈服載荷。因此屈服應力σs=ps/a。到c點，材料強化，曲線繼續上公升，
至d點試件開始出現頸縮，載荷達到最大值pb，抗拉強度為：
σb=[^}/{}_}', 'altimg': '1e599a51cd3b3ba2bd686038e472960d.png', 'w': '43', 'h': '321-2）
試件斷裂後，用游標卡尺量得標距間長度l1和試件收縮處面積a1,則可得試件的塑性效能：
δ＝[l_}}', 'altimg': 'a4eb87fefc3721ee83d730789ec3c9a2.png', 'w':
'59', 'h': '49'}]×1001-3）
ψ＝[a_}}', 'altimg': '37a75f34eeac6fd8c000183089f3ad50.png', 'w':
'63', 'h': '49'}]×1001-4）
四、實驗步驟
1、試件準備
1）在試件中段取標距l=10d(100mm)（低碳鋼試件），用試樣劃線機將其劃分為１０等份。
2）在試件標距範圍內用游標卡尺測量中間和兩端三處直徑，每處在互相垂直的兩個方向
上個測量直徑一次，選取平均直徑最小的一組作為計算截面面積用。
3）根據pmax=σb·a，估計拉斷試件所需要的最大載荷。
2、試驗機的準備
1）學習試驗機的操作規程
2）根據估算的最大載荷選用相應的測力度盤和擺錘，開機將試驗機上工作台上公升10mm
左右，把試件安裝在試驗機的上夾頭上，調整指針對零點。
3）移動下工作台，安裝好試件（注意，如果試件被夾緊後，對於30噸以上的試驗機，
不可再按動下工作台的上公升或下降按鈕，否則回燒壞下工作台的控制電機）。
4）安裝好自動繪圖裝置。
3、進行實驗
用規定的速度進行載入（低碳鋼拉伸實驗，彈性範圍內其載入速度為9.8n/mm2/s，屈服後的載入速度為0.5n/mm2/s），試件受力後使試驗機測力指標均勻地轉動，由自動繪圖器可觀察到試件受力和變形的關係。
當測力指標不動或擺動時，說明材料發生流動（屈服），注意觀察測力指標倒退的最小值並記錄下來，作為實驗的流動荷載ps。當流動階段結束而到達d點時，測力指標開始回落，d點的數值即為極限荷載pb，此時試件開始發生頸縮，直到e點，試件最後斷裂。
五、實驗記錄及結果
1、修正拉伸圖：應該指出，繪圖器所繪製的拉伸圖其變形△l是整個試件的伸長，幷包括試件在夾具中的滑動，試件在開始受力時在夾具中有滑動現象，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線，必須加以修正，即將拉伸圖直線部分向下延長，使它與橫座標相交，次交點即為原點。
2、 對於拉斷後的低碳鋼試件，要分別求斷後的試件的標距l1和頸縮處的最小直徑d1。根
據gb228-87中的規定，測量斷後的標距和頸縮的直徑方法為：
1）將斷後的試件在斷口處緊密地對接起來。
2）斷口若在中間的三分之一處時（將原標距分為三等份，兩端的三分之一和中間的三
分之一），則可用直接測量法進行測量，即測量最外端兩線之間的距離。
3）如果斷口發生在兩端的三分之一處時，則許用「移位法」進行測量，其方法是：
（1）在長段上從斷口處0取基本等於短段處格數b點，若從長段處b點到所餘格數為偶數時，則取所餘格數的一半得c點，此時的斷後標距為：l1=ab+2bc。
（2）在長段上從斷口處0取基本等於短段處格數b點，若從長段處b點到所餘格數為數時，則取所餘格數加1和減1的一半得c和c1點，則斷後的標距為：l1=ab+bc+bc1。
4）測定斷面收縮率，在試樣頸縮的最小處兩個互相垂直的方向上測量其直徑d1，計算
其斷面收縮率。
5）若斷口發生在標距以外，一般認為實驗結果無效，必須重新做實驗。
六、實驗報告要求
1、 按照實驗報告內容認真填寫實驗目的、實驗裝置及繪製實驗前後的試樣圖、拉伸曲線圖及試樣斷口示意圖。
2、 根據實驗報告中的計算公式，將測試資料逐步代入公式，寫出計算步驟，計算所求量
的結果。
3、 分析試件斷裂的原因。
思考題1、 怎樣測取低碳鋼材料的下屈服點、伸長率和截面收縮率及抗拉強度？
2、 根據實驗確定塑性材料的力學效能？
3、 試從低碳鋼的破壞斷口特徵說明基本破壞形式的特點？
4、 試件的直徑相同而標距長度不同，試件的伸長率和截面收縮率是否相同？
實驗專案二: 鑄鐵的拉伸與壓縮實驗
一、實驗目的
1、測定鑄鐵的抗拉強度和抗壓強度。
2、觀察鑄鐵拉伸和壓縮時的變形和破壞現象。
二、實驗裝置
萬能材料試驗機、游標卡尺、直尺。
三、實驗原理
根據國標gb228-99《金屬拉伸試驗方法》中的規定，進行試件的加工和測量。金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀同實驗專案一低碳鋼拉伸試樣。按國標gb7314-87《金屬壓縮試驗方法》的規定，
金屬的壓縮試樣多採用圓柱體，試樣的長度l一般為直徑d的2.5 ~ 3.5倍，如圖2-1所示。試樣的兩端面加工應盡量光滑，以減少摩擦力對橫向變形的影響。
鑄鐵試件的拉伸圖如圖2-2，整個拉伸過程中的變形很小，無屈服、頸縮現象，拉伸圖無直線段，曲線很快達到最大拉力，試件突然斷裂，斷裂載荷為pb，抗拉強度為:
σb=[}}', 'altimg': '35eb34c887f2c81f186fe1be638686ee.png', 'w': '26', 'h': '492-1）
以鑄鐵為代表的脆性材料，由於塑性變形很小，所以儘管有端麵摩擦，鼓脹效應確不明顯。而是當應力達到一定的值後，試樣在與軸線大約成450～550的方向上發生破裂，其破壞示意圖和壓縮曲線見圖2-3。用使試樣破壞的最大壓力值pmax除以原截面面積a0即得鑄鐵抗壓強度：
[=\\frac}}', 'altimg': 'fecb4545392852280aa17d3daa9d4085.png', 'w': '81', 'h': '492-2）
四、實驗步驟
1、用游標卡尺在試樣兩端及中間處兩個相互垂直的方向上測量直徑，並取其算術平均值，
選用三處測量最小直徑來計算橫截面面積a0。
2、根據鑄鐵的抗拉、抗壓強度估計值選擇試驗機的示力盤，按照試驗機的要求調整測力指針對「零」。
1、 調整好繪圖儀。
2、 將試樣兩端塗上潤滑劑後，把試樣準確地放在試驗機的支撐板中心處。
3、 調整好試驗機夾頭間距，按國標gb7314-87規定中的載入速度進行載入。
4、 對於鑄鐵壓縮實驗，載入到試樣破壞時（可聽見響聲）立即停止實驗，以免試樣進一步被壓碎和試驗機發生碰撞事故。
5、 按照規定將試驗機復原。
五、實驗記錄及結果
2、 修正拉伸圖：應該指出，繪圖器所繪製的拉伸圖其變形△l是整個試件的伸長，幷包
括試件在夾具中的滑動，試件在開始受力時在夾具中有滑動現象，故繪出的拉伸圖最初一段是曲線，必須加以修正，即將拉伸圖直線部分向下延長，使它與橫座標相交，次交點即為原點。
3、 對於拉斷後的低碳鋼試件，要分別求斷後的試件的標距l1和頸縮處的最小直徑d1。
根據gb228-87中的規定，測量斷後的標距和頸縮的直徑方法為：
1）將斷後的試件在斷口處緊密地對接起來。
2）斷口若在中間的三分之一處時（將原標距分為三等份，兩端的三分之一和中間的三
分之一），則可用直接測量法進行測量，即測量最外端兩線之間的距離。
3）如果斷口發生在兩端的三分之一處時，則許用「移位法」進行測量，其方法是：
（1）在長段上從斷口處0取基本等於短段處格數b點，若從長段處b點到所餘格數為偶
數時，則取所餘格數的一半得c點，此時的斷後標距為：l1=ab+2bc。
（2）在長段上從斷口處0取基本等於短段處格數b點，若從長段處b點到所餘格數
為奇數時，則取所餘格數加1和減1的一半得c和c1點，則斷後的標距為：l1=ab+bc+bc1。
4）測定斷面收縮率，在試樣頸縮的最小處兩個互相垂直的方向上測量其直徑d1，計算
其斷面收縮率。
5）若斷口發生在標距以外，一般認為實驗結果無效，必須重新做實驗。
六、實驗報告要求
1、 根據實驗報告要求填寫實驗目的、實驗裝置；
2、 根據實驗記錄計算鑄鐵的抗拉強度和抗壓強度；
3、 根據拉伸和壓縮實驗過程中材料的變形及破壞現象，繪製拉伸和壓縮曲線圖及斷口示
意圖，分析鑄鐵斷口破壞原因。
思考題1、 放置壓縮試樣的支承墊板的底部為什麼製作成球形？
2、 為什麼鑄鐵試樣壓縮破壞時，破壞面常發生在與軸線大致成450～550的方向上？
3、 試比較塑性材料和脆性材料在拉伸時的變形及破壞形式有什麼不同？
實驗專案三：低碳鋼彈性常數電測實驗
一、實驗目的
1、測定低碳鋼的彈性模量。
2、測定低碳鋼的泊松比。
3、驗證虎克定律。
二、實驗裝置和儀器
數字式智慧型靜態電阻應變儀、游標卡尺、彈性模量測試試樣、拉壓力感測器、材料力學多功能實驗台（如圖3-1所示）等。
三、實驗原理
1、實驗原理圖3-1實驗裝置示意圖
1）、彈性模量
測定金屬材料的彈性模量一般採用拉伸實驗，實驗試樣的尺寸規格參照gb6397-86，本實
驗採用的試樣為矩形試樣，試樣規格及應變片布置方式如圖3-2所示。
材料力學實驗指導書
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