實(shí)驗(yàn)力學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)(機(jī)測(cè)部分)

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1、機(jī)測(cè)類實(shí)驗(yàn)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(biāo)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(biāo)APAPAPAσσs2、強(qiáng)度在外力作用下，材料抵抗變形和破壞的能力稱為強(qiáng)度。根據(jù)外力的作用方式，有多種強(qiáng)度指標(biāo)，如抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。（1）屈服強(qiáng)度σs(R)（2）抗拉強(qiáng)度σb（3）規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度σ0.23、材料的延性（1）斷后伸長(zhǎng)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(qiáng)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(duì)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(lái)的性能最具有代表性。在拉伸實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)到材料的強(qiáng)度、彈性和延性等指標(biāo)。下面以金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)為例介紹測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法。金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)☆對(duì)溫度要求嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn),常溫的標(biāo)準(zhǔn)為(23±50)ΔL屈服時(shí)出現(xiàn)450方向滑移線低碳鋼拉伸曲線延伸：試驗(yàn)期間任一給定時(shí)刻引伸計(jì)標(biāo)的增量。低碳鋼的拉伸鑄鐵拉伸?壓縮實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)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?yàn)檩S向壓縮時(shí)，斜截面上同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。鑄鐵的剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)小于壓縮強(qiáng)度，故試件壓縮時(shí)，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(cuò)動(dòng)的應(yīng)是切應(yīng)力與摩擦力之差。?壓縮實(shí)驗(yàn)——實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(gè)縮頸，從而引起該處的實(shí)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(lái)計(jì)算的，因此當(dāng)縮頸一出現(xiàn)，應(yīng)力便達(dá)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(shí)際在縮頸處的真實(shí)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(qiáng)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(shí)將沿與軸線大致成左右傾角的斜截面發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而破壞。答：50°~55°。因?yàn)檩S向壓縮時(shí)，斜截面上同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。鑄鐵的剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)小于壓縮強(qiáng)度，故試件壓縮時(shí)，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(cuò)動(dòng)的應(yīng)是切應(yīng)力與摩擦力之差。2、試說(shuō)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：?jiǎn)屋S拉伸時(shí)，沿橫截面破壞，是拉壞的；單軸壓縮時(shí)，沿斜截面破壞，是剪壞的；扭轉(zhuǎn)時(shí)，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(shuō)明其斷裂過(guò)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(kuò)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(duì)于沒(méi)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(duì)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(qiáng)度材料的一些性能指標(biāo)如屈服強(qiáng)度與試樣的屈服變形相關(guān)；又如抗拉強(qiáng)度與試樣的拉斷值相關(guān)，這類指標(biāo)比較容易測(cè)得。但也有些性能指標(biāo)如比例極限

6、、彈性極限等，理論上隨有明確的定義，而實(shí)驗(yàn)中卻很難按定義測(cè)得。為了與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌，新修訂的國(guó)標(biāo)GB/T228—2002，把它們定為抗微量塑性變形的強(qiáng)度指標(biāo)，稱為規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度RP。這類指標(biāo)需借助引伸計(jì)測(cè)量其標(biāo)距l(xiāng)e范圍內(nèi)試樣的伸長(zhǎng)。現(xiàn)將規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的概念進(jìn)一步介紹如下：當(dāng)對(duì)試樣施加一個(gè)載荷P后，試樣長(zhǎng)度由Lo伸長(zhǎng)到L1，它的伸長(zhǎng)量是ΔL=L1-L0，所謂應(yīng)變即材料單位長(zhǎng)度的變化，其表達(dá)式為ε又叫工程應(yīng)變，因?yàn)樗窃贚。全長(zhǎng)內(nèi)計(jì)算的，而實(shí)際上試件在拉伸過(guò)程中不斷伸長(zhǎng)，因此ε不能代表試件在每一瞬間的相對(duì)伸長(zhǎng)，真實(shí)應(yīng)變應(yīng)該是瞬時(shí)伸長(zhǎng)dl與瞬時(shí)長(zhǎng)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(shí)的真實(shí)應(yīng)變。當(dāng)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(shí)的應(yīng)變。此外，當(dāng)材料本身的機(jī)械性質(zhì)不均勻，應(yīng)變往往不均勻，這時(shí)應(yīng)變測(cè)量必須在小范圍內(nèi)進(jìn)行。工程應(yīng)變和真實(shí)應(yīng)變☆真應(yīng)力為:S=σ／(1-με)2試樣壓縮試件的長(zhǎng)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(cè)試時(shí)不受試樣形狀尺寸的影響，試樣應(yīng)按GB/T228-2002標(biāo)