由此可得:
E?FL??或E?
?L?A??式中 L0—为试件的计算长度(或为引伸仪的标距);
A0—为试件的横截面面积;
ΔL—为已知载荷F时,L0长度内的绝对伸长;
Δσ—为实验应力的增量; Δε’—为横向应变量的增量; Δε—为纵向应变量的增量。
E—低碳钢的弹性模量,本实验中E=200Gpa。
当L0、A0均为已知数据,再用测得的ΔL,即可由(2-1)式计算出弹性模量E。 为了验证胡克定律,并保证试验精确性,一般采用增量法,增量法就是把欲加的最终载荷分成若干等份,逐级加载来测量试件的变形,即加一级载荷F,则从应变仪读出相应的应变量ε、ε’,再通过计算来求得应力σ及其增量Δσ,最后求得弹性摸量E和泊松比μ。
对试件逐级等量加载过程中,每级增加相等的载荷ΔF时,如果测出的拉伸变形伸长时也等δ(ΔL),这就验证了材料在应力不超过比例极限时,服从胡克定律。
四、实验步骤
1、试件准备与尺寸测量
制备一矩形低碳钢试件一根。在计算长度范围内测量两端及中间等三处截面的互相垂直方向上的尺寸各一次;取其平均值作为该处有效尺寸,并计算出试件的横截面面积A0。
2、根据低碳钢的比例极限σP=1800Kg/cm2和横截面积A0,计算该试件能承受的最大载荷Fmax(Fmax=σP×A0)。
3、试验机准备、装夹试件。 4、安装应变仪,并接线。 5、施加初载荷
开动试验机缓慢加载,先给试件施加一定量的初载荷,调整应变仪读数到零,若不调零也可读出初读数,并记录该数。
6、进行实验
按拟定的加载方案加载,每增加一级载荷,记录一次应变仪读数,同时应计算出应变仪每一次后读数和前读数的差,即读数增量Δε、Δε’,借以判断试验是否正常。
7、实验结束
测试完成后,关闭试验机开关,将工作油缸里的油泄回油箱;将机器、仪器复原。
五、注意事项
(1)万能试验机操作和应变仪安装的注意事项参阅有关内容。
(2)测试时,操作要认真,分组成员要互相协调;测量读数要仔细认真,应做到前后呼应;记录要如实准确,才能达到预期的效果。如果有一方配合不当,将导致测试失败。 六、实验结果
因实验采用增量法,载荷每次增加ΔF,应力和应变量也就增加一个增量Δσ和Δε,根据测试结果计算弹性模量E和泊松比μ。
七、实验报告 ㈠实验名称: ㈡实验目的: ㈢实验设备: 1、试验机
名称及规格,测力度盘。
2、电阻应变仪、电阻预调平衡箱。 ㈣实验记录及计算结果:
1、试件尺寸:b=30mm,h=5mm, A= 150mm2。 2、试验数据记录计算结果
平均应力增量:Δσ= ΔF/A= (Mpa)
平均应变增量:Δε= ×10 ,Δε’= ×10 。 3、弹性模量和泊松比的计算。
?6?6?F?L????(?L)?A?? ‘’???????????E? ㈤、结论
试验日期,试验温度。
八、分析与思考题
(1)为什么试件要采用标准形式,若不这样对测定弹性模量E有无影响? (2)测定弹性模量E时,最大载荷如何确定?为什么不能超过比例极限?
附 录
实验数据记录表(1)
实验名称:拉伸强度实验 实验班级: 实验时间: 实 验 者:
实验前 材 料 低碳钢 d0(mm) h0(mm) 实验后 A0(mm)2 d'(mm) 载 荷(吨) A'(mm)2 h'(mm) Fs 没有 Fb 铸 铁
实验数据记录表(2)
实验名称:压缩强度实验 实验班级: 实验时间: 实 验 者:
实验前 材 料 低碳钢 铸 铁 d0(mm) h0(mm) 实验后 A0(mm)2 d'(mm) h'(mm) 载 荷(KN) Fs 没有 A'(mm)2 Fb 没有
流动极限:?s?FsF (MPa) 强度极限;?b?b(MPa)A0A0L'?L?100% 延 伸 率:??Ld?d'A0?A'截面收缩率:???100%??100% 2A0d
22
实验数据记录表(3)
实验名称:扭转变形实验 实验班级: 实验时间: 实 验 者: 扭矩(kg.cm) T 0 100 200 300 400 500 600 平均 ΔT 不填 100 100 100 100 100 100 100 A 测点A An-A0 0 υA 0 B 测点B Bn-B0 0 υB 0 扭转角 υAB 0 ΔυAB 不填 说明;上表中,A、B分别填写百分表A、B的读数。
实验数据记录表(4)
实验名称:扭转强度实验 实验班级: 实验时间: 实 验 者:
实验前 材料 d0(mm) WP(mm)3 实验中(kg.m) Ts Tb 实验后 τs τ b υmax 低碳钢 铸 铁 WP??d316(mm3) ?S?TsT(MPa) ?b?b(MPa) WPWP?max?n?360?????,
实验数据记录表(5)
实验名称:梁弯曲实验 实验班级: 实验时间: 实 验 者 载荷(kgf) F 0 100 200 300 400 实验应变 实验应力 理论应力 应力误差 Z1(20) 1 Z2(10) ε2 Z3(0) ε3 Z4(-10) 3 Z5(-20) 5 ΔF ε1 Δε不 填 100 100 100 100 ε σ σ0 Δε2 Δεε4 Δε4 ε 不填 Δε5 不填 不填 不填 不填 Δσ 计算公式: 应变增量:???(?i?1??i)?10?6
实验应变量: ?????4 实验应力:??E??(MPa)
理论应力:?0?M?Zi(MPa) Iy应力误差:????0???100% ?0
实验数据记录表(6)
实验名称:拉伸变形实验 实验班级: 实验时间: 实 验 者:
载荷 F(Kg) 0 200 400 600 800 平均 载荷增 应力 量 (MPa) ΔF 应力增量 Δσ 纵向应 变量 ε Δε Δε 横向应 变量 ε’ Δε’ 实验应力 σ Δσ Δε’ σ’ 不填 200 200 200 200 200 不填 不填 不填 应 力:??F(MPa) A应变增量:?????i?1??i??10?6 实验应力:?'?E???i??0?(MPa)
弹性模量:E????F?L(GPa) 或E??????L??A?'??'松 泊 比:???或???
???
说明:凡公式中带Δ的数据以平均值计算为准。