實驗力學(xué)競賽輔導(dǎo)(機測部分)

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1、機測類實驗力學(xué)1、剛度材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，其比值E=σ/ε稱為彈性模量。E標志著材料抵抗彈性變形的能力，用以表示材料的剛度。材料的力學(xué)性能指標APAPAPAσσs2、強度在外力作用下，材料抵抗變形和破壞的能力稱為強度。根據(jù)外力的作用方式，有多種強度指標，如抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等。（1）屈服強度σs(R)（2）抗拉強度σb（3）規(guī)定非比例延伸強度σ0.23、材料的延性（1）斷后伸長率δ(A)（2）斷面收縮率ψ(Z)4、硬化材料經(jīng)冷加工（常溫受力）產(chǎn)生變形后，強度（硬度）顯著提高，而塑性則很快下降，即材料產(chǎn)生了硬化現(xiàn)象金屬材料拉伸力學(xué)性能對大部分材料，在常溫(10～3

2、50)、靜載之下的一次拉伸所表現(xiàn)出來的性能最具有代表性。在拉伸實驗中可以測到材料的強度、彈性和延性等指標。下面以金屬材料拉伸實驗為例介紹測試標準和測試方法。金屬材料拉伸實驗☆對溫度要求嚴格的實驗,常溫的標準為(23±50)ΔL屈服時出現(xiàn)450方向滑移線低碳鋼拉伸曲線延伸：試驗期間任一給定時刻引伸計標的增量。低碳鋼的拉伸鑄鐵拉伸?壓縮實驗——實驗原理（鑄鐵）?b=Pb/A0應(yīng)力-應(yīng)變曲線力-變形曲線?LP0?σ0σbPb斷口分析：因為軸向壓縮時，斜截面上同時存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。鑄鐵的剪切強度遠小于壓縮強度，故試件壓縮時，將由切應(yīng)力導(dǎo)致剪切破壞。但由于材料的內(nèi)摩擦，壓應(yīng)力將引起摩擦阻力，因此

3、導(dǎo)致試件沿斜截面錯動的應(yīng)是切應(yīng)力與摩擦力之差。?壓縮實驗——實驗原理（低碳鋼）?LP0?σ0應(yīng)力-應(yīng)變曲線力-變形曲線?S=PS/A0PSσS塑性材料真應(yīng)力—應(yīng)變圖εσ試樣在拉伸的前階段，其直徑基本上是在全部長度上均勻地逐漸縮小，也不甚明顯。到了屈服階段以后橫截面的收縮往往集在某一薄弱處，使試樣上形成一個縮頸，從而引起該處的實際拉應(yīng)力最大，這種現(xiàn)象叫作頸縮。由于工程上應(yīng)力—應(yīng)變曲線中的應(yīng)力是按試樣的原始面積來計算的，因此當縮頸一出現(xiàn)，應(yīng)力便達到它的最大值。以后隨著縮頸處的橫截面面積不斷減小，應(yīng)力下降(實際在縮頸處的真實應(yīng)力是增加的)。最后試樣在縮頸處斷裂。曲線上的最大應(yīng)力稱為材料的強度極

4、限低碳鋼的拉伸鑄鐵的拉伸鑄鐵的壓縮低碳鋼的壓縮拉、壓、扭斷口及分析試件的破壞與變形分析低碳鋼的扭轉(zhuǎn)鑄鐵的扭轉(zhuǎn)鑄鐵在受壓破壞時將沿與軸線大致成左右傾角的斜截面發(fā)生錯動而破壞。答：50°~55°。因為軸向壓縮時，斜截面上同時存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。鑄鐵的剪切強度遠小于壓縮強度，故試件壓縮時，將由切應(yīng)力導(dǎo)致剪切破壞。但由于材料的內(nèi)摩擦，壓應(yīng)力將引起摩擦阻力，因此導(dǎo)致試件沿斜截面錯動的應(yīng)是切應(yīng)力與摩擦力之差。2、試說明鑄鐵試件單軸拉伸、單軸壓縮、扭轉(zhuǎn)破壞的斷口形狀及破壞原因。解：單軸拉伸時，沿橫截面破壞，是拉壞的；單軸壓縮時，沿斜截面破壞，是剪壞的；扭轉(zhuǎn)時，沿螺旋面破壞，是拉壞的。1、低碳鋼圓試樣拉

5、斷后，其斷口形狀大致為杯口狀，試說明其斷裂過程和形成杯狀斷口的原因。斷口分析試樣表面為單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，內(nèi)部為三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性材料產(chǎn)生脆斷破壞，首先在試樣中心產(chǎn)生橫向脆斷裂紋，沿徑向向四周擴展，形成表面粗糙的圓形杯底。由于邊緣為單向拉應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生塑性滑移，沿45?方向產(chǎn)生塑性剪切面，形成45?尖銳邊的杯口。對于沒有明顯屈服階段的塑性材料，通常以表示屈服極限。的含義？答：產(chǎn)生0.2%的塑性應(yīng)變所對應(yīng)的應(yīng)力值作為屈服極限；關(guān)于條件屈服應(yīng)力規(guī)定非比例延伸強度材料的一些性能指標如屈服強度與試樣的屈服變形相關(guān)；又如抗拉強度與試樣的拉斷值相關(guān)，這類指標比較容易測得。但也有些性能指標如比例極限

6、、彈性極限等，理論上隨有明確的定義，而實驗中卻很難按定義測得。為了與國際標準接軌，新修訂的國標GB/T228—2002，把它們定為抗微量塑性變形的強度指標，稱為規(guī)定非比例延伸強度RP。這類指標需借助引伸計測量其標距l(xiāng)e范圍內(nèi)試樣的伸長?，F(xiàn)將規(guī)定非比例延伸強度的概念進一步介紹如下：當對試樣施加一個載荷P后，試樣長度由Lo伸長到L1，它的伸長量是ΔL=L1-L0，所謂應(yīng)變即材料單位長度的變化，其表達式為ε又叫工程應(yīng)變，因為它是在L。全長內(nèi)計算的，而實際上試件在拉伸過程中不斷伸長，因此ε不能代表試件在每一瞬間的相對伸長，真實應(yīng)變應(yīng)該是瞬時伸長dl與瞬時長度l之比的積分值，即將前一式代人后一式可

7、得εT=ln(1+ε)εT稱為材料拉伸均勻變形時的真實應(yīng)變。當材料出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象后，頸縮部分的應(yīng)變大大增加，因此不能代表這時的應(yīng)變。此外，當材料本身的機械性質(zhì)不均勻，應(yīng)變往往不均勻，這時應(yīng)變測量必須在小范圍內(nèi)進行。工程應(yīng)變和真實應(yīng)變☆真應(yīng)力為:S=σ／(1-με)2試樣壓縮試件的長度是否有要求？L=（1～3）d圖2-2圓截面棒材試樣圓截面棒材拉伸試樣為了使材料的力學(xué)性能在測試時不受試樣形狀尺寸的影響，試樣應(yīng)按GB/T228-2002標