材料力学实验指导书

实验一 拉伸实验

拉伸实验是测定材料力学性能的最基本最重要的实验之一。由本实验所测得的结果，可以说明材料在静拉伸下的一些性能，诸如材料对载荷的抵抗能力的变化规律、材料的弹性、塑性、强度等重要机械性能，这些性能是工程上合理地选用材料和进行强度计算的重要依据。

一、实验目的要求

１．测定低碳钢的流动极限?S、强度极限?b、延伸率?、截面收缩率?和铸铁的强度极

限?b。

２．碳钢和铸铁在拉伸过程中表现的现象，绘出外力和变形间的关系曲线（F??L曲线）。 ３．较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和断口情况。

二、实验设备和仪器

材料试验机、游标卡尺、两脚标规等

三、拉伸试件

金属材料拉伸实验常用的试件形状如图所示。图中工作段长度l称为标距，试件的拉伸变形量一般由这一段的变形来测定，两端较粗部分是为了便于装入试验机的夹头内。

dl图1-1 为了使实验测得的结果可以互相比较，试件必须按国家标准做成标准试件，即l?5d或

l?10d。

对于一般板的材料拉伸实验，也应按国家标准做成矩形截面试件。其截面面积和试件标距关系为l?11.3A或l?5.65A，A为标距段内的截面积。

四、实验方法与步骤

1、低碳钢的拉伸实验：

１）试件的准备：在试件中段取标距l?10d或l?5d在标距两端用脚标规打上冲眼作为标志，用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d（在每处的两个互相垂

直的方向各测一次取其平均值）取最小值作为计算试件横截面面积用。

２）机的准备；首先了解材料试验机的基本构造原理和操作方法，学习试验机的操作规程。根据低碳钢的强度极限?b及试件的横截面积，初步估计拉伸试件所需最大载荷，选择合适的测力度盘，并配置相应的摆锤，开动机器，将测力指针调到“零点”，然后调整试验机下夹头位置，将试件夹装在夹头内。

３）进行实验：试件夹紧后，给试件缓慢均匀加载，用试验机上自动绘图装置，绘出外力F和变形?L的关系曲线（F??L曲线）如图所示。从图中可以看出，当载荷增加到A点时，拉伸图上OA段是直线，表明此阶段内载荷与试件的变形成比例关系，即符合虎克定律的弹性变形范围。当载荷增加到B?点时，测力计指针停留不动或突然下降到B点，然后在小的范围内摆动，这时变形增加很快，载荷增加很慢；这说明材料产生了流动（或者叫屈服）与B?点相应的应力叫上流动极限，与B相应的应力叫下流动极限，因下流动极限比较稳定，所以材料的流动极限一般规定按下流动极限取值。以B点相对应的载荷值FS除以试件的原始截面积A即得到低碳钢的流动极限?S，?S?FS流动阶段后，试件要承受更大的A外力，才能继续发生变形若要使塑性变形加大，必须增加载荷，如图形中C点至D点这一段为强化阶段。当载荷达到最大值Fb（D点）时，试件的塑性变形集中在某一截面处的小段内，此段发生截面收缩，即出现“颈缩”现象。此时记下最大载荷值Fb，用Fb除以试件的原始截面积A，就得到低碳钢的强度极限?b?b?Fb/A。在试件发生“颈缩”后，由

于截面积的减小，载荷迅速下降，到E点试件断裂。

关闭机器，取下拉断的试件，将断裂的试件紧对到一起，用游标卡尺测量出断裂后试件标距间的长度l1，按下式可计算出低碳钢的延伸率?

??l1?l?100%。 l将断裂的试件的断口紧对在一起，用游标卡尺量出断口（细颈）处的直径d1，计算出面积A1；按下式可计算出低碳钢的截面收缩率?，

??A?A1?100% AFDFEB?ABFSFbFbO?LO?L 图1-2 图1-3

从破坏后的低碳钢试件上可以看到，各处的残余伸长不是均匀分布的。离断口愈近变形愈大，离断口愈远则变形愈小，因此测得l1的数值与断口的部位有关。为了统一?值的计算，规定以断口在标距长度中央的13区段内为准，来测量l的值，若断口不在13区段内时，需要采用断口移中的方法进行换算，其方法如下：

设两标点C到C?之间共刻有n格，如图1-4所示，拉伸前各格之间距离相等，在断裂试件较长的右段上从邻近断口的一个刻线d起，向右取n/2格，标记为a，这就相当于把断口摆在标距中央，再看a点至C1点有多少格，就由a点向左取相同的格数，标以记号b，令L?表示C到b的长度，则L??2L??的长度中包含的格数等于标距长度内的格数n，故

l1?L??2L??。

当断口非常接近试件两端，而与其头部之距离等于或小于直径的两倍时，一般认为实验结果无效，需要重作实验。

L?c断口dbL??ac1图1-42、铸铁的拉伸实验：

１）试件的准备：用游标卡尺在试件标距范围内测量中间和两端三处直径d取最小值计算试件截面面积，根据铸铁的强度极限?b，估计拉伸试件的最大载荷。

２）试验机的准备；与低碳钢拉伸实验相同

1) 进行实验：开动机器，缓慢均匀加载直到断裂为止。记录最大载荷Fb，观察自动绘图

装置上的曲线，如图1-3所示。将最大载荷值Fb除以试件的原始截面积A，就得到铸铁的强度极限?b?b?Fb/A。因为铸铁为脆性材料在变形很小的情况下就会断裂，所