青海大学_-_机械工程学院-12级因材施教
材料的拉伸压缩实验
【实验目的】
1．研究低碳钢、铸铁的应力——应变曲线拉伸图。
2．确定低碳钢在拉伸时的机械性能（比例极限Rp、下屈服强度ReL、强度极限Rm、延伸率A、断面收缩率Z等等）。
3.确定铸铁在拉伸时的力学机械性能。
4.研究和比较塑性材料与脆性材料在室温下单向压缩时的力学性能。
【实验设备】
1.微机控制电子万能试验机；
2.游标卡尺。
3、记号笔
4、低碳钢、铸铁试件
【实验原理】
1、拉伸实验
低碳钢试件拉伸过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即低碳钢拉伸曲线，见图1。
对于低碳钢材料，由图1曲线中发现OA直线，说明F正比于l，此阶段称为弹性阶段。屈服阶段（B-C）常呈锯齿形，表示载荷基本不变，变形增加很快，材料失去抵抗变形能力，这时产生两个屈服点。其中，B点为上屈服点，它受变形大小和试件等因素影响；B点为下屈服点。下屈服点比较稳定，所以工程上均以下屈服点对应的载荷作为屈服载荷。测定屈服载荷Fs时，必须缓慢而均匀地加载，并应用s=Fs/A0（A0为试件变形前的横截面积）计算屈服极限。
图1低碳钢拉伸曲线
屈服阶段终了后，要使试件继续变形，就必须增加载荷，材料进入强化阶段。
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当载荷达到强度载荷Fb后，在试件的某一局部发生显著变形，载荷逐渐减小，直至试件断裂。应用公式b=Fb/A0计算强度极限（A0为试件变形前的横截面积）。
根据拉伸前后试件的标距长度和横截面面积，计算出低碳钢的延伸率和端面收缩率，即
l1l0AA1100%，0100%l0A0
式中，l0、l1为试件拉伸前后的标距长度，A1为颈缩处的横截面积。
2、压缩实验
铸铁试件压缩过程中，通过力传感器和位移传感器进行数据采集，A/D转换和处理，并输入计算机，得到F-l曲线，即铸铁压缩曲线，见图2。
图2铸铁压缩曲线
对铸铁材料，当承受压缩载荷达到最大载荷Fb时，突然发生破裂。铸铁试件破坏后表明出与试件横截面大约成45～55的倾斜断裂面，这是由于脆性材料的抗剪强度低于抗压强度，使试件被剪断。
材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。
铸铁压缩实验的强度极限：b=Fb/A0（A0为试件变形前的横截面积）。
【实验步骤及注意事项】
1、拉伸实验步骤
（1）试件准备：在试件上划出长度为l0的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径d0。
（2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。
（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已
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安装好，对夹具进行检查。
（4）夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。
（5）开始实验：点击主机小键盘上的试样保护键，消除夹持力；位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。
（6）记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度l1及断口处的最小直径d1（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值）。
2压缩实验步骤
（1）试件准备：用游标卡尺在试件中点处两个相互垂直的方向测量直径d0，取其算术平均值，并测量试件高度h0。
（2）试验机准备：按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册”，运行配套软件。
（3）安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。
（4）放置试件：试验力清零；把试件放在压盘中间，通过小键盘调节横梁位置，通过肉眼观察，到上压盘离试件上平面还有一定缝隙时停止。（注意：尽量将试件放在压盘中心，如放偏的话对试验结果甚至是试验机都有影响。）
（5）开始实验：位移清零；按运行命令按钮，按照软件设定的方案进行实验。
（6）记录数据：试件压断后，取下试件；记录强度载荷Fb。
二.铸铁F-△l压缩曲线
1铸铁的极限强度：bFb/A0
2铸铁断口呈不平整状，是典型的脆性断裂；低炭钢断口外围光滑，是塑性变形区域，中部区域才呈现脆性断裂的特征。这表明，铸铁在超屈服应力下，瞬时断开；而低碳钢在超应力的时候，有塑性形变过程，发生颈缩，直到断面面积减小到一定程度时，才瞬时断裂。
【实验数据记录及处理结果】
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【实验结论】1铸铁作为脆性材料，抗拉强度很低，不宜作为抗拉材料。但是其抗压能力强，宜于作为抗压构件的材料。
2低碳钢压缩时的弹性模量和屈服极限与拉伸时大致相同，进入屈服阶段后，试样越压越扁，横截面积不断增大，抗压能力也继续增强，因而得不到压缩时的强度极限。
3低碳钢抗压抗拉能力都很高。适宜于抗压抗拉。
【实验感想】
1通过实验，把课本知识与实践结合起来，更加深刻的理解了材料在拉伸压缩时的性能。
2本次实验锻炼了小组内成员的分工合作与协调能力。较好的锻炼了我们的实践动手能力。
3力学实验中注意安全是非常重要的，这要求我们实验前把该实验的注意事项搞清楚，做好试验的预习。
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