实验一 实验绪论
一、 材料力学实验室实验仪器
1、 大型仪器：
100kN （10T ）微机控制电子万能试验机；200kN （20T ）微机控制电子万能试验机；WEW-300C 微机屏显式液压万能试验机 ；W AW-600C 微机控制电液伺服万能试验机
2、 小型仪器：
弯曲测试系统；静态数字应变仪
二、 应变电桥的工作原理
三、 材料力学实验与材料力学的关系
四、 材料力学实验的要求
1、 课前预习
2、 独立完成
3、 性能实验结果表达执行修约规定
4、 曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接
5、 应力分析保留小数后一到二位
实验二 轴向压缩实验
一、 实验预习
1、 实验目的
I 、 测定低碳钢压缩屈服点
II 、 测定灰铸铁抗压强度
2、 实验原理及方法
金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。
低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E 和屈服极限ζε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。
3、 实验步骤
I 、 放试样
II 、 计算机程序清零
III 、 开始加载
IV 、 取试样，记录数据
二、 轴向压缩实验原始数据
指导老师签名：徐
三、 轴向压缩数据处理
测试的压缩力学性能汇总
强度确定的计算过程：
实验三 轴向拉伸实验
一、 实验预习
1、 实验目的
（1）、 用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E ；
（2）、 测定低碳钢的屈服强度 ，抗拉强度 。断后伸长率δ和断面收缩率 ；
（3）、 测定铸铁的抗拉强度 ，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。
2、实验原理及方法
I ．弹性模量E 及强度指标的测定。（见图）
低碳钢拉伸曲线 铸铁拉伸曲线
（1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1=8，F 2=11，F 3=14，F 4=17 ，F 5 =20 （单位：kN ）
数据处理方法：
E =
平均增量法∆F ⋅l 0(GPa , 取三位有效数) A om δ(∆l ) m （1） 2(∑F i ) 2-n ∑F i l E =⋅o
∑F i ∑∆l i -n ∑F i ∆l i A om 线性拟合法(GPa ) （2）
l o — 原始标距
A om — 原始标距范围内横截面面积的平均值 δ(∆l ) m =∑(∆l i +1-∆l i ) (i =0~n -1) n －引伸计伸长增量的平均值；
（2）、强度指标
σs =
屈服强度 F s A 0（N/mm2或MPa ） σb =
抗拉强度
II 、塑性指标 F b A 0（N/mm2或MPa ） 的测定: δ、ψ
δ=
断后伸长率 l 1-l o ⨯100%l o
A 0-A 1⨯100%A 0 ψ=断面收缩率
l 1－拉断后的标距长度 A 0－原始横截面积的最小值。 A 1－颈缩处的最小横截面积。
2、 通过预习回答下列问题
（1） 如何测定试样的原始横截面面积 游标卡尺
（2） 低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算 下屈服阶段
（3） 对低碳钢试样拉断后的标距测量，什么情况可以直接对接测量？什么情况要求用断口
移中法测量？（要仔细阅读标距测量断口移中法） 1/3*l0内，否则且测量结果不合格的时候可采用断口移中法测量。
二、 实验原始数据
三、 数据处理
（一） 低碳钢拉伸弹性模量E 的测定
（二） E 值
（三） 强度指标和塑性指标的测定
指导老师签名：徐
强度和断面收缩率确定的计算过程：
思考题
1、测定 E 时为何要加初载荷F0，限制最高载荷Fn ？采用分级加载的目的是什么？
为了减小误差。分级加载目的是使测得的弹性模量E 减小误差，同时验证材料是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
实验四 扭转破坏实验
一、 实验预习
I 、 实验目的
II 、 实验原理及方法
低碳钢实验步骤：
1、测量试样；
2、检查设备线路，并打开设备电源以及配套软件操作界面；
3、安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧，再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的V 形块上，使卡盘和V 形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧；
4、将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零；
5、记录实验数据；
6、实验结束后，取下试件，观察试样破坏断口形貌，打印实验结果，关闭软件，关闭电源。 铸铁实验步骤：
与低碳钢扭转实验步骤相同。铸铁是脆性材料，只需记录试件的最大扭矩无需安装扭角测量装置。
二、 实验原始数据
指导老师签名：徐
三、 数据处理
强度确定的计算过程：
四、 思考题
1、 低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线，此后经历大量塑性变形并沿横截面断裂，纵向线扭
转了一定角度，圆周线和纵向线都偏移了一定角度，但圆筒沿轴线及周线的长度都没有变化。说明了扭转平面假设的正确性。
2、 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。低碳钢试样的断面与横截面
重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。
实验五 低碳钢切变模量G 的测定
一、 实验预习
I 、 实验目的
1、测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G ； 2、了解扭角仪的原理。 II 、 实验原理及方法
III 、本次实验应变仪选用半桥组桥方式，画出相应的电路原理图。
二、 实验原始数据
1、 切变模量G 试验试样尺寸及有关参数
2、 切变模量G 试样结果
G 取三位有效数字。
三、 数据处理
四、 讨论
1、 比较机测法和电测法测G 的结果，对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。
电测法的灵敏度高，精确度也比较高，可以实测，遥测。高温，高压，动态等特殊工作条件都可以使用，而缺点是不能测出构件内部的应变，也不能准确地反映应变分部的急剧变化。
而机测法操作简单但是精度不高。
实验六 纯弯曲梁的正应力实验
一、 实验预习
I 实验目的
1、初步掌握电测方法和多点测量技术；
2、测定梁在纯弯和横力弯曲下的弯曲正应力及其分布规律。 II 实验设备
1、 电子万能试验机或简易加载设备； 2、 电阻应变仪及预调平衡箱； 3、 进行截面钢梁。 III 实验原理
IV 本次实验应变仪选用1/4组桥方式，画出相应的外接应变片接线图和电路原理图
V 根据梁的尺寸和载荷，用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=1kN时，横截面上、下边缘及距离中性层h/4处的应力，并用胡克定律估算梁上应变片在F=1kN时的应变值
二、实验数据
组别号：方婕 陈宇超 宣哲 何恺杰 指导老师签名：徐
三、数据处理
1、 横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN 时的实测应力增量。
横截面上边缘是1测点号，下边缘是5测点号。离中性层
2、 误差计算（中性层的应力计算绝对误差，其他为相对误差）
σth -σme
e σ=⨯100%
σth
四、 思考题
（1） 分析你的原始数据记录，总结你这次测量数据的偏差情况。
从处理的数据来看，上边缘的误差最小，其他误差也较小，因此本次测量数据的
偏差不大，二次在相同△F下测量的结果△ε也较为相近。
（2） 整理实验数据时，对中间几个测点，应取前后两枚应变片应变的平均值。试问在实测中这
一平均值可用什么方法直接得到？怎么组桥？请画出测量桥的电路原理图。
在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的，因为如果将前后2枚应变片组成半桥测量的话，其应变值刚好互相抵消了。只有上下2
枚应变片
是可以组成半桥来直接测量的，一个受拉，一个受压，更改下方式或系数就可以直接得到其平均值。
实验七 弯扭组合变形的主应力测定
一、 实验预习
I 实验目的
1、 测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力；
2、 测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。
II 实验原理
1、 弯矩M 测定。
在贴片情况下，应弯矩引起X 方向的应变，利用半桥接法可以得到加载时应变
仪读数
εr =εb -εb =2εb
'
, 温度影响不用考虑，此外
，
，可
得，即利用
+45°/-45
III 理论计算载荷为9.8N 时圆管各测量点（有2点）的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X 轴的方位）
A:
B:
IV 本实验所用应变花的布片示意图和简要说明（要求设定的X 轴与上述“3”的设定一致）。
二、 实验原始数据
三、 数据处理
根据你的实测应变增量值，计算载荷为9.8N 时圆管测量点的主应力大小及方向（要求画
出主单元体，明确X 轴的方位）
A
B
实验八 压杆稳定实验
一、 实验预习
I 实验目的
1、 观察压杆的失稳
2、 测定两端铰支压杆的临界压力
3、 观察改变支座约束对压杆临界压力的影响 II 设备及装置
1、 带有力传感和显示器的简易加载装置或万能电子试验机 2、 数字应变仪
3、 大量程百分表及支架 4、 游标卡尺及卷尺
5、 试样，压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆，截面为矩形，两端加工成带有小圆弧的刀
刃，在试样中点的左右两端各贴一枚应变片。
6、 支座，支座为浅V 性压杆变形时两端可以绕着Z 轴转动，故可作为铰支架。 III 实验原理及方法
1、 加载时，应变仪读数不可超过2500 ，以防产生塑性变形。
二、 实验原始数据
三、 数据处理
（用matlab 软件绘制）
由图可知临界压力应该是800N 。这是实测值。 而理论值得计算如下：
实测值只是由图估计，另外测量时由于仪器老化等问题也会出现误差。
四、 思考题
1、 若临界压力的实测值远低于理论值，其主要原因是什么？
有可能是V 形支座的底线不在压杆的同一纵向对称平面内，也有可能是材料不均匀程度较大，压力偏心现象严重，导致临界压力实测值远低于理论值；
可能在装夹压杆时，压杆就有受力，有初始弯曲，受初始弯矩等因素的影响； 由于实验所用仪器精度较低，不能准确显示实际压力。
实验九 冲击实验
一、 实验预习
1、 实验目的
i 了解冲击实验的意义，材料在冲击载荷作用下所表现的性能。 ii 测定低碳钢和铸铁的冲击韧度值。 2、 设备及装置
i 摆式冲击试验机 ii 游标卡尺
3、 实验原理和方法
冲击实验是研究材料对于动荷抗力的一种实验，和静载荷作用不同，由于加载速度快，使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出另一种反应。往往在静荷下具有很好塑性性能的材料，在冲击载荷下会呈现出脆性的性质。
此外在金属材料的冲击实验中，还可以揭示了静载荷时，不易发现的某结构特点和工作条件对机械性能的影响（如应力集中，材料内部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状态以及热处理情况等），因此它在工艺分析比较和科学研究中都具有一定的意义。
二、 实验原始数据
指导老师：徐
三、 数据处理
此实验可以看出低碳钢的冲击韧度远远大于铸铁，进一步说明铸铁是脆性材料，易碎。
意见和建议
老师们很耐心地教实验，很负责地讲解，让我们受益颇深。 建议能否有一本实验指导用书。这样可能会更好一些。 希望材料力学实验课越上越好。
实验一 实验绪论
一、 材料力学实验室实验仪器
1、 大型仪器：
100kN （10T ）微机控制电子万能试验机；200kN （20T ）微机控制电子万能试验机；WEW-300C 微机屏显式液压万能试验机 ；W AW-600C 微机控制电液伺服万能试验机
2、 小型仪器：
弯曲测试系统；静态数字应变仪
二、 应变电桥的工作原理
三、 材料力学实验与材料力学的关系
四、 材料力学实验的要求
1、 课前预习
2、 独立完成
3、 性能实验结果表达执行修约规定
4、 曲线图一律用方格纸描述，并用平滑曲线连接
5、 应力分析保留小数后一到二位
实验二 轴向压缩实验
一、 实验预习
1、 实验目的
I 、 测定低碳钢压缩屈服点
II 、 测定灰铸铁抗压强度
2、 实验原理及方法
金属的压缩试样一般制成很短的圆柱，以免被压弯。圆柱高度约为直径的1.5倍~3倍。混凝土、石料等则制成立方形的试块。
低碳钢压缩时的曲线如图所示。实验表明：低碳钢压缩时的弹性模量E 和屈服极限ζε，都与拉伸时大致相同。进入屈服阶段以后，试样越压越扁，横截面面积不断增大，试样抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。
3、 实验步骤
I 、 放试样
II 、 计算机程序清零
III 、 开始加载
IV 、 取试样，记录数据
二、 轴向压缩实验原始数据
指导老师签名：徐
三、 轴向压缩数据处理
测试的压缩力学性能汇总
强度确定的计算过程：
实验三 轴向拉伸实验
一、 实验预习
1、 实验目的
（1）、 用引伸计测定低碳钢材料的弹性模量E ；
（2）、 测定低碳钢的屈服强度 ，抗拉强度 。断后伸长率δ和断面收缩率 ；
（3）、 测定铸铁的抗拉强度 ，比较两种材料的拉伸力学性能和断口特征。
2、实验原理及方法
I ．弹性模量E 及强度指标的测定。（见图）
低碳钢拉伸曲线 铸铁拉伸曲线
（1）测弹性模量用等增量加载方法：F o ＝（10%～20%）F s ， F n ＝（70%～80%）F s 加载方案为：F 0=5，F 1=8，F 2=11，F 3=14，F 4=17 ，F 5 =20 （单位：kN ）
数据处理方法：
E =
平均增量法∆F ⋅l 0(GPa , 取三位有效数) A om δ(∆l ) m （1） 2(∑F i ) 2-n ∑F i l E =⋅o
∑F i ∑∆l i -n ∑F i ∆l i A om 线性拟合法(GPa ) （2）
l o — 原始标距
A om — 原始标距范围内横截面面积的平均值 δ(∆l ) m =∑(∆l i +1-∆l i ) (i =0~n -1) n －引伸计伸长增量的平均值；
（2）、强度指标
σs =
屈服强度 F s A 0（N/mm2或MPa ） σb =
抗拉强度
II 、塑性指标 F b A 0（N/mm2或MPa ） 的测定: δ、ψ
δ=
断后伸长率 l 1-l o ⨯100%l o
A 0-A 1⨯100%A 0 ψ=断面收缩率
l 1－拉断后的标距长度 A 0－原始横截面积的最小值。 A 1－颈缩处的最小横截面积。
2、 通过预习回答下列问题
（1） 如何测定试样的原始横截面面积 游标卡尺
（2） 低碳钢的屈服强度通常取屈服阶段的哪个载荷进行计算 下屈服阶段
（3） 对低碳钢试样拉断后的标距测量，什么情况可以直接对接测量？什么情况要求用断口
移中法测量？（要仔细阅读标距测量断口移中法） 1/3*l0内，否则且测量结果不合格的时候可采用断口移中法测量。
二、 实验原始数据
三、 数据处理
（一） 低碳钢拉伸弹性模量E 的测定
（二） E 值
（三） 强度指标和塑性指标的测定
指导老师签名：徐
强度和断面收缩率确定的计算过程：
思考题
1、测定 E 时为何要加初载荷F0，限制最高载荷Fn ？采用分级加载的目的是什么？
为了减小误差。分级加载目的是使测得的弹性模量E 减小误差，同时验证材料是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。
实验四 扭转破坏实验
一、 实验预习
I 、 实验目的
II 、 实验原理及方法
低碳钢实验步骤：
1、测量试样；
2、检查设备线路，并打开设备电源以及配套软件操作界面；
3、安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧，再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的V 形块上，使卡盘和V 形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧；
4、将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零；
5、记录实验数据；
6、实验结束后，取下试件，观察试样破坏断口形貌，打印实验结果，关闭软件，关闭电源。 铸铁实验步骤：
与低碳钢扭转实验步骤相同。铸铁是脆性材料，只需记录试件的最大扭矩无需安装扭角测量装置。
二、 实验原始数据
指导老师签名：徐
三、 数据处理
强度确定的计算过程：
四、 思考题
1、 低碳钢试件沿圆周方向出现滑移线，此后经历大量塑性变形并沿横截面断裂，纵向线扭
转了一定角度，圆周线和纵向线都偏移了一定角度，但圆筒沿轴线及周线的长度都没有变化。说明了扭转平面假设的正确性。
2、 低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别。低碳钢试样的断面与横截面
重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。
实验五 低碳钢切变模量G 的测定
一、 实验预习
I 、 实验目的
1、测定低碳钢扭转时的剪切弹性模量G ； 2、了解扭角仪的原理。 II 、 实验原理及方法
III 、本次实验应变仪选用半桥组桥方式，画出相应的电路原理图。
二、 实验原始数据
1、 切变模量G 试验试样尺寸及有关参数
2、 切变模量G 试样结果
G 取三位有效数字。
三、 数据处理
四、 讨论
1、 比较机测法和电测法测G 的结果，对两种方法的优缺点、精度、可靠性进行讨论。
电测法的灵敏度高，精确度也比较高，可以实测，遥测。高温，高压，动态等特殊工作条件都可以使用，而缺点是不能测出构件内部的应变，也不能准确地反映应变分部的急剧变化。
而机测法操作简单但是精度不高。
实验六 纯弯曲梁的正应力实验
一、 实验预习
I 实验目的
1、初步掌握电测方法和多点测量技术；
2、测定梁在纯弯和横力弯曲下的弯曲正应力及其分布规律。 II 实验设备
1、 电子万能试验机或简易加载设备； 2、 电阻应变仪及预调平衡箱； 3、 进行截面钢梁。 III 实验原理
IV 本次实验应变仪选用1/4组桥方式，画出相应的外接应变片接线图和电路原理图
V 根据梁的尺寸和载荷，用纯弯曲梁横截面上的正应力公式分别计算在F=1kN时，横截面上、下边缘及距离中性层h/4处的应力，并用胡克定律估算梁上应变片在F=1kN时的应变值
二、实验数据
组别号：方婕 陈宇超 宣哲 何恺杰 指导老师签名：徐
三、数据处理
1、 横截面上、下边缘及距离中性层h/4处在载荷增量为1KN 时的实测应力增量。
横截面上边缘是1测点号，下边缘是5测点号。离中性层
2、 误差计算（中性层的应力计算绝对误差，其他为相对误差）
σth -σme
e σ=⨯100%
σth
四、 思考题
（1） 分析你的原始数据记录，总结你这次测量数据的偏差情况。
从处理的数据来看，上边缘的误差最小，其他误差也较小，因此本次测量数据的
偏差不大，二次在相同△F下测量的结果△ε也较为相近。
（2） 整理实验数据时，对中间几个测点，应取前后两枚应变片应变的平均值。试问在实测中这
一平均值可用什么方法直接得到？怎么组桥？请画出测量桥的电路原理图。
在实测中前后2枚应变片是没办法直接测得平均值的，因为如果将前后2枚应变片组成半桥测量的话，其应变值刚好互相抵消了。只有上下2
枚应变片
是可以组成半桥来直接测量的，一个受拉，一个受压，更改下方式或系数就可以直接得到其平均值。
实验七 弯扭组合变形的主应力测定
一、 实验预习
I 实验目的
1、 测定圆管在扭弯组合变形下一点处的主应力；
2、 测定圆管在扭弯组合变形下的弯矩和扭矩。
II 实验原理
1、 弯矩M 测定。
在贴片情况下，应弯矩引起X 方向的应变，利用半桥接法可以得到加载时应变
仪读数
εr =εb -εb =2εb
'
, 温度影响不用考虑，此外
，
，可
得，即利用
+45°/-45
III 理论计算载荷为9.8N 时圆管各测量点（有2点）的主应力大小及方向（要求画出主单元体，明确X 轴的方位）
A:
B:
IV 本实验所用应变花的布片示意图和简要说明（要求设定的X 轴与上述“3”的设定一致）。
二、 实验原始数据
三、 数据处理
根据你的实测应变增量值，计算载荷为9.8N 时圆管测量点的主应力大小及方向（要求画
出主单元体，明确X 轴的方位）
A
B
实验八 压杆稳定实验
一、 实验预习
I 实验目的
1、 观察压杆的失稳
2、 测定两端铰支压杆的临界压力
3、 观察改变支座约束对压杆临界压力的影响 II 设备及装置
1、 带有力传感和显示器的简易加载装置或万能电子试验机 2、 数字应变仪
3、 大量程百分表及支架 4、 游标卡尺及卷尺
5、 试样，压杆试样为由弹簧钢制成的细长杆，截面为矩形，两端加工成带有小圆弧的刀
刃，在试样中点的左右两端各贴一枚应变片。
6、 支座，支座为浅V 性压杆变形时两端可以绕着Z 轴转动，故可作为铰支架。 III 实验原理及方法
1、 加载时，应变仪读数不可超过2500 ，以防产生塑性变形。
二、 实验原始数据
三、 数据处理
（用matlab 软件绘制）
由图可知临界压力应该是800N 。这是实测值。 而理论值得计算如下：
实测值只是由图估计，另外测量时由于仪器老化等问题也会出现误差。
四、 思考题
1、 若临界压力的实测值远低于理论值，其主要原因是什么？
有可能是V 形支座的底线不在压杆的同一纵向对称平面内，也有可能是材料不均匀程度较大，压力偏心现象严重，导致临界压力实测值远低于理论值；
可能在装夹压杆时，压杆就有受力，有初始弯曲，受初始弯矩等因素的影响； 由于实验所用仪器精度较低，不能准确显示实际压力。
实验九 冲击实验
一、 实验预习
1、 实验目的
i 了解冲击实验的意义，材料在冲击载荷作用下所表现的性能。 ii 测定低碳钢和铸铁的冲击韧度值。 2、 设备及装置
i 摆式冲击试验机 ii 游标卡尺
3、 实验原理和方法
冲击实验是研究材料对于动荷抗力的一种实验，和静载荷作用不同，由于加载速度快，使材料内的应力骤然提高，变形速度影响了材料的机构性质，所以材料对动载荷作用表现出另一种反应。往往在静荷下具有很好塑性性能的材料，在冲击载荷下会呈现出脆性的性质。
此外在金属材料的冲击实验中，还可以揭示了静载荷时，不易发现的某结构特点和工作条件对机械性能的影响（如应力集中，材料内部缺陷，化学成分和加荷时温度，受力状态以及热处理情况等），因此它在工艺分析比较和科学研究中都具有一定的意义。
二、 实验原始数据
指导老师：徐
三、 数据处理
此实验可以看出低碳钢的冲击韧度远远大于铸铁，进一步说明铸铁是脆性材料，易碎。
意见和建议
老师们很耐心地教实验，很负责地讲解，让我们受益颇深。 建议能否有一本实验指导用书。这样可能会更好一些。 希望材料力学实验课越上越好。