材料力学性能测试实验报告

1、材料基本力学性能试验一拉伸和弯曲实验原理拉伸实验原理拉伸试验是夹持均匀横截面样品两端，用拉伸力将试样沿轴向拉伸，一般拉至断裂 为止，通过记录的力一一位移曲线测定材料的基本拉伸力学性能。对于均匀横截面样品的拉伸过程，如图1所示，图1金属试样拉伸示意图则样品中的应力为Fa = A其中A为样品横截面的面积。应变定义为A/£=L其中 I是试样拉伸变形的长度。典型的金属拉伸实验曲线见图屈服阶段 屈展极限.B仝可材刑曲时先夫抵抚变 周彳龄能力.屈服阶段惮性阶段AB段)比例极限b弹 Hill吐兀杨氏模宇L变形均为弹凰变周介JL 满 A.HowkSLaw .(c)强化阶段(d) 郎假图3金属拉伸的四

2、个阶段典型的金属拉伸曲线分为四个阶段，分别如图3(a)-(d)所示。直线部分的斜率E就 是杨氏模量、cs点是屈服点。金属拉伸达到屈服点后，开始出现颈缩现象，接着产生强 化后最终断裂。弯曲实验原理可采用三点弯曲或四点弯曲方式对试样施加弯曲力，一般直至断裂，通过实验结果测定材料弯曲力学性能。为方便分析，样品的横截面一般为圆形或矩形。三点弯曲的示意图如图4所示。图4三点弯曲试验示意图据材料力学，弹性范围内三点弯曲情况下C点的总挠度和力F之间的关系是2(3)4sr/其中I为试样截面的惯性矩，E为杨氏模量。弯曲弹性模量的测定将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上，施加横向力对样品进行弯曲， 对于矩形截面

3、的试样，具体符号及弯曲示意如图5所示。#1图5矩形亚面试样的三点弯曲试验符 号老 w单a符号名 彩a试样度型直栓mmd啻右氏径mmbmm度L试样长度mmF试验力Imm对试样施加相当于(T pbO.01。(或c rbO.01)的10%以下的预弯应力F。并记 录此力和跨中点处的挠度，然后对试样连续施加弯曲力，直至相应于c pbO.01 (或c rbO.01)的 50%。记录弯曲力的增量DF和相应挠度的增量Df,则弯曲弹性模量为对于矩形横截面试样，横截面的惯性矩I为12c pbO.01 （或 c其中b、h分别是试样横截面的宽度和高度。也可用自动方法连续记录弯曲力一一挠度曲线至超过相应的rbO.01）

4、的弯曲力。宜使曲线弹性直线段与力釉的夹角不小于40。,弹性直线段的高度应超过力轴量程的3/5。在曲线图上确定最佳弹性直线段，读取该直线段的弯曲力增 量和相应的挠度增量，见图6所示。然后利用式（4）计算弯曲弹性模量。 6图解法测定弯曲弹性模量二、试样要求1 .拉伸实验对厚、薄板材，一般采用矩形试样，其宽度根据产品厚度（通常为0.10-25mm）, 采用10,12.5,15,20,25和30m六种比例试样，尽可能采用L =5.65 （ F，.）纥的短 比例试 样。试样厚度一般应为原轧制厚度，但在特殊情况下也允许采用四面机加工的试样。通常 试样宽度与厚度之比不大于4:1或8:1，对铝镁材则一般可采用

5、较小宽度。对厚度小于 0.5mm勺薄板（带），亦可采用定标距试样。试样各部分允许机加工偏差及侧边加工粗糙度应符合图10和表1的规定。图10金属拉伸标准板材试样表1金属拉伸标准板材试样尺寸要求筑胳就样龙度如城样您陀部甘内1丸麓恂1011.5±0L±)25 M±1),5022）实验样品评定（1）出现下列情况之一者，试验结果无效。a.试样断在机械刻划的标记上或标距外，造成性能不合格。b.操作不当。c.试验记录有误或设备发生故障影响试验结果。（2）实验后试样出现两个或两个以上的缩颈以及显示出肉眼可见的冶金缺陷（例如分层、气泡、夹渣、缩孔等），应在试验记录和报告中注明。2

6、.弯曲实验1）试样尺寸要求表2溺扳试祥尺寸蜚衣薄械试样榄裁质尺寸产诵宽度hLlLIj?b国力>iyIOX/i0.>0x5A 1-5SQft-'KuAzso*c. im 咔160*hO-, 注 Qa2）试样制备和尺寸测量矩形横截面试样应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。计算弯曲弹性模 量时，取用三处高度测量值的算术平均值和三处宽度测量值的算术平均值。计算弯曲应力 时，取用中间处测量的高度和宽度。对于薄板试样，高度测量值超过其平均值2%勺试样 不应用于试验。3）实验样品评定（1）弯曲实验后，按有关标准规定检查试样弯曲外表面，进行结果评定(2)检查试样弯曲外表面，测试规范

7、进行评定，若无裂纹、裂缝或裂断，则评定试样合 格，测试有效。三结果与分析1 .拉伸试验钢板尺寸：宽度b=31.26mm厚度h=1.16mm标距L=260mm拉力机记录的是不同载荷F下的形变Za L的大小，根据公式F .A/£=一(J = L计算出每一时刻的应力-应变数隹，作图如下：250150(1.0118,136.7846)10050(0.6326，52.3784)0.01.01.52.0图1钢板拉伸应力-应变曲线2.53.0£ /%图1是一定负荷范围内不锈钢板的拉伸应力-应变曲线。根据变化趋势，将曲线分为 三个阶段：OA段，位移在增大，而负荷几乎等于0,是试样由松弛而夹

8、紧的阶段，真正的 拉伸形变过程自A点开始。AB段，随着拉应力的增加，形变也逐渐增大，形变与外力大 小呈正比，符合Hool定律，试样处于弹性变形阶段。BC段，继续施加较小的外力就可以 产生较大的形变，此时，钢材除弹性变形外，还发生了塑性形变，其中塑性变形在卸载后 不再恢复，试样处于弹塑性阶段。试想如果继续增加负荷，钢材将发生屈服及至应变强化 (图中未体现)。杨氏模量的计算：根据弹性阶段应力与应变呈线性关系(7= E &知，直线段的斜率即为钢材的弹性模量，在AB段直线上取两点，见图中所标，则2 .弯曲试验钢板尺寸：宽度b=26.63mn,厚度h=1.03mm跨距L=240mm无卸载试验根据

9、试验机记录的荷载一位移数值，作弯曲力-挠度曲线图如下:弯曲模量的计算: 根据公式以及 l=1/12bh“求得 Eb=1079GPa其中, F/A f=余斗率=(31.1535-12.1779)/(3.3717-1 .2828)r000=9084Nm(2)有卸载的情况同一钢板在加载又卸载的过程中，弯曲力-挠度曲线变化见图3。图3说明，随着加载负荷的增大，钢板弯曲变形程度也逐渐增大，在外加负荷增大到 50N左右时，停止加力，并逐渐卸载，所得曲线与原曲线并不重合，表现出一定的滞回特 性，说明所施加的最大应力已经大于钢材的弹性极限，钢材的变形包括弹性和塑性两部分，其中的塑性变形在卸载后不再恢复(从图上

10、看是1.46mm残 余形变)。滞回曲线所包含的面积反映了钢板吸收耗散能量的大小。(2.4660,22.7389)(1.0542,(1.4582.0)图3钢板 弯曲横向力-挠度滞回特性曲线四.误差分析本实验可能存在的误差有：1 .夹持试样时，由于目测不可能使试样正好处于与夹具垂直的方向，拉应力方向与试样 中轴线方向偏离。2 .弯曲试验中，应把试样放在支座上，使两端露出部分的长度相等。3 .试样尺寸人为测量过程可能引入的读数误差，即试样测量尺寸与实际尺寸的差别，导致 理论结果计算的误差。4 .试样本身是否具有代表性，有无缺陷，试样的形状，拉伸速率，以及试验温度等。5 .所使用力学试验机的量程。若试

11、样拉断时只需要很小的力，而拉力机的最大人口力却很 大，测量的精确性将大大下降。两者需匹配。五.思考题三点弯曲与四点弯曲的区别？三点弯曲强度：将试样放在一定距离的两支座上，在两支座中心点上加试验力，直 至折断时的最大弯曲应力。3 FL(T b3=-2 bh四点弯曲强度：将试样放在一定距离的两支座上，往两支座中心左右等距离的两点 上加试验力，直到折断时的最大弯曲应力。3 F(L-I) (T b4=- 2bh2式中：(T b3三点弯曲强度，MPa ； (T b4四点弯曲强度，MPa ；F试样断裂时的最大试验力，N； L试样支座间的距离，mm ；I一压头间的距离，mm ;由公式可以看出，三点弯曲实际上是四点弯曲的一个特例，当压头间距1=0时，(T b4= (T b3，四点变为三点。对于同一试样，四点弯曲强度等于三点弯曲强度， 但四点弯曲实验中材料所