中学物理力学的实验报告

篇一：工程力学实验报告

拉伸实验是测定材料在常温静载下机械性能的最基本和重要的实验之一。这不仅因为拉伸实验简便易行，便于分析，且测试技术较为成熟。更重要的是，工程设计中所选用的材料的强度、塑形和弹性模量等机械指标，大多数是以拉伸实验为主要依据。

实验目的（二级标题左起空两格，四号黑体，题后为句号）

1、验证胡可定律，测定低碳钢的E。

2、测定低碳钢拉伸时的强度性能指标：屈服应力Rel和抗拉强度Rm。

3、测定低碳钢拉伸时的塑性性能指标：伸长率A和断面收缩率Z

4、测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标：抗拉强度Rm

5、绘制低碳钢和灰铸铁拉伸图，比较低碳钢与灰铸铁在拉伸树的力学性能和破坏形式。

实验设备和仪器

万能试验机、游标卡尺，引伸仪

实验试样

实验原理

按我国目前执行的国家GB/T 228—20xx标准——《金属材料室温拉伸试验方法》的规定，在室温10℃～35℃的范围内进行试验。

将试样安装在试验机的夹头中，固定引伸仪，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（应根据材料性能和试验目的确定拉伸速度），直到拉断为止，并利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图（图2－2所示）。

应当指出，试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形ΔL主要是整个试样（不只是标距部分）的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素。由于试样开始受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。

1.低碳钢（典型的塑性材料）

当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增加，保持直线关系，拉力超过FP

后拉伸曲线将由直变曲。保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值FP。

在FP的上方附近有一点是Fc，若拉力小于Fc而卸载时，卸载后试样立刻恢复原状，若拉力大于Fc后再卸载，则试件只能部分恢复，保留的残余变形即为塑性变形，因而Fc是代表材料弹性极限的力值。

当拉力增加到一定程度时，试验机的示力指针（主动针）开始摆动或停止不动，拉伸图上出现锯齿状或平台，这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影响较大，而下屈服点B则比较稳定（因此工程上常以其下屈服点B所对应的力值FeL作为材料屈服时的力值）。确定屈服力值时，必须注意观察读数表盘上测力指针的转动情况，读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力FeH（上屈服荷载）和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小力FeL（下屈服荷载）或首次停止转动指示的恒定力FeL（下屈服荷载），将其分别除以试样的原始横截面积（S0）便可得到上屈服强度ReH和下屈服强度ReL。

即ReH=FeH/S0 ReL=FeL/S0屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增加，拉伸曲线又继续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化。在强化阶段内，试样的变形主要是塑性变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，在达到最大力Fm之前，试样标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。此最大力Fm为材料的抗拉强度力值，由公式Rm=Fm/S0即可得到材料的抗拉强度Rm。

如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2－3所示。卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶段的直线卸回，这说明卸载前试样中除了有塑性变形外，还有一部分弹性变形；卸载后再继续加载，曲线几乎沿卸载路径变化，然后继续强化变形，就像没有卸载一样，这种现象称为材料的冷作硬化。显然，冷作硬化提高了材料的比例极限和屈服极限，但材料的塑性却相应降低。

当荷载达到最大力Fm后，示力指针由最大力Fm缓慢回转时，试样上某一部位开始产生局部伸长和颈缩，在颈缩发生部位，横截面面积急剧缩小，继续拉伸所需的力也迅速减小，拉伸曲线开始下降，直至试样断裂。此时通过测量试样断裂后的标距长度Lu和断口处最小直径du，计算断后最小截面积（Su），由计算公式ALuL0SSu100%Z0100%L0S0、即可得到试样的断后伸长率A和断面收缩率Z。

2 铸铁（典型的脆性材料）

脆性材料是指断后伸长率A＜5％的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。而且，大多数脆性材料在拉伸时的应力－应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，也不会出现屈服和颈缩等现象（如图2－2b所示），只有断裂时的应力值——强度极限。

铸铁试样在承受拉力、变形极小时，就达到最大力Fm而突然发生断裂，其抗拉强度也远小于低碳钢的抗拉强度。同样，由公式Rm=Fm/S0即可得到其抗拉强度Rm，而由公式ALuL0  L0100%则可求得其断后伸长率A。

实验结果与截图

篇二：力学实验报告标准答案

1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.

答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

3.分析铸铁试件压缩破坏的原因.

答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。

4、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料

答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变；铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉；抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。

5.试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响为什么

答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。

6.逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量

答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

7.试验过程中,有时候在加砝码时,百分表指针不动,这是为什么应采取什么措施

答：检查百分表是否接触测臂或超出百分表测量上限，应调整百分表位置。

8.测G时为什么必须要限定外加扭矩大小

答：所测材料的G必须是材料处于弹性状态下所测取得，故必须控制外加扭矩大小。

9.碳钢与铸铁试件扭转破坏情况有什么不同分析其原因.

答：碳钢扭转形变大，有屈服阶段，断口为横断面，为剪切破坏。铸铁扭转形变小，没有屈服阶段，断口为和轴线成约45°的螺旋形曲面，为拉应力破坏。

10.铸铁扭转破坏断口的倾斜方向与外加扭转的方向有无直接关系为什么

答：有关系。扭转方向改变后，最大拉应力方向随之改变，而铸铁破坏是拉应力破坏，所以铸铁断口和扭转方向有关

11.实验时未考虑梁的自重,是否会引起测量结果误差为什么

答：施加的荷载和测试应变成线性关系。实验时，在加外载荷前，首先进行了测量电路的平衡（或记录初读数），然后加载进行测量，所测的数（或差值）是外载荷引起的，与梁自重无关。

12.画出指定A、B点的应力状态图.A点 B点σx σx τ τ

13.DB DB测取弯曲正应力测取扭转剪应力

14.压杆稳定实验和压缩实验有什么不同答：不同点有：

1、目的不同：压杆稳定实验测临界力，压缩实验测破坏过程中的机械性能。

2、试件尺寸不同：压杆试件为大柔度杆，压缩试件为短粗件。

3、约束不同：压杆试件约束可变，压缩试件两端有摩擦力。

4、实验现象不同：压杆稳定实验试件出现侧向弯曲，压缩实验没有。

5、承载力不同：材料和截面尺寸相同的试件，压缩实验测得的承载力远大 于压杆稳实实验测得的。

6、实验后试件的结果不同：压杆稳定试件受力在弹性段，卸载后试件可以反复使用，而压缩件已经破坏掉了，不能重复使用。

篇三：力学实验报告标准答案

目 录

一、 拉伸实验···············································································2

二、 压缩实验···············································································4

三、 拉压弹性模量E测定实验···················································6

四、 低碳钢剪切弹性模量G测定实验·······································8

五、扭转破坏实验····································································10

六、 纯弯曲梁正应力实验··························································12

七、 弯扭组合变形时的主应力测定实验··································15

八、 压杆稳定实验······································································18

一、拉伸实验报告标准答案

实验目的： 见教材。 实验仪器 见教材。

实验结果及数据处理： 例:(一)低碳钢试件

强度指标:

Ps=__22.1___KN屈服应力 ζs= Ps/A __273.8___MPa P b =__33.2___KN强度极限 ζb= Pb /A __411.3___MPa 塑性指标:

伸长率L1-LL100%AA1A

33.24 %面积收缩率

100%

68.40 %

低碳钢拉伸图:

（二）铸铁试件

强度指标:

最大载荷Pb =__14.4___ KN

强度极限ζb= Pb / A = _177.7__ M Pa

问题讨论：

1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.

材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.

答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

教师签字:_ _______

日 期:___ _____

二、压缩实验报告标准答案

实验目的：见教材。 实验原理： 见教材。

实验数据记录及处理： 例：(一)试验记录及计算结果

问题讨论：

分析铸铁试件压缩破坏的原因.

答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪切破坏。